CN110382010A - 铋-钆纳米颗粒 - Google Patents

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F·卢克斯
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FRENCH NATIONAL CENTRE FOR SCIENTIFIC RESEARCH
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Universite Claude Bernard Lyon 1 UCBL
Brigham and Womens Hospital Inc
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FRENCH NATIONAL CENTRE FOR SCIENTIFIC RESEARCH
Nh Tiracox
Universite Claude Bernard Lyon 1 UCBL
Brigham and Womens Hospital Inc
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Abstract

本文中提供的是纳米颗粒组合物(例如，包含高原子序数离子的纳米颗粒组合物)，所述纳米颗粒组合物对于在受试者中使疾病显像以及在受试者中使疾病对辐射敏化(例如，在受试者中使癌症对辐射敏化)是有用的。还提供了使受试者显像的方法、治疗癌症的方法、和制备纳米颗粒组合物的方法。

Description

铋-钆纳米颗粒
联邦政府赞助的研究或开发
本发明在由美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)授予的批准号R21Ca188833下由政府支持完成。政府有本发明中的某些权利。
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年12月8日提交的美国临时申请序号62/431,607的优先权，其公开以其整体通过参考引入本文。
技术领域
本申请提供包含一种或多种高原子序数离子的纳米颗粒组合物，所述纳米颗粒组合物对于在受试者中使疾病显像以及在受试者中使疾病对辐射敏化(例如，在受试者中使癌症对辐射敏化)是有用的。
背景技术
临床放射疗法为杀灭癌细胞并且有效地减轻肿瘤负荷的非侵入性手段。该治疗方法处方用于超过50％的癌症患者。虽然放射疗法对于大多数癌症患者是非常有效的(参见例如，Miller等人，A Cancer Journal for Clinicians,2016,66:7)，但是照射的非特异性会导致对周围组织的毒性(参见例如，Barnett等人，Nature Review,2009,9:134)。这对于患有需要高辐射剂量的肿瘤或患有难以用影像引导(image-guidance)来靶向的肿瘤的患者会是有问题的(参见例如，Movsas等人，JAMA Oncology,2016,2:359；和Kong等人，International Journal of Radiation Onocology,Biology,Phyiscs,2005,63:324)。
发明内容
本申请特别提供一种组合物，其包含：
含有共价结合至第一配体的一个或多个第一连接基团和共价结合至第二配体的一个或多个第二连接基团的纳米颗粒核；
其中一个或多个所述第一配体与Gd3+离子络合并且一个或多个所述第二配体与Bi3+离子络合。
在一些实施方案中，纳米颗粒核为二氧化硅核。在一些实施方案中，纳米颗粒核为聚硅氧烷核。
在一些实施方案中，一个或多个第一连接基团各自包含共价结合至第一配体的C1-10烷基胺。在一些实施方案中，各第一配体独立地选自由1,4,7-三氮杂环壬烷三乙酸(NOTA)、1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四乙酸(DOTA)、1,4,7-三氮杂环壬烷-1-戊二酸-4,7-二乙酸(NODAGA)、乙二胺四乙酸(EDTA)、二乙烯三胺五乙酸(DTPA)、环己基-1,2-二胺四乙酸(CDTA)、乙二醇-O,O'-双(2-氨基乙基)-N,N,N',N'-四乙酸(EGTA)、N,N-双(羟基苄基)-乙二胺-N,N'-二乙酸(HBED)、三乙烯四胺六乙酸(TTHA)、羟基乙二胺三乙酸(HEDTA)、1,4,8,11-四氮杂环十四烷-N,N',N",N"'-四乙酸(TETA)、和1,4,7,10-四氮杂-1,4,7,10-四-(2-氨基甲酰基甲基)-环十二烷(TCMC)组成的组。在一些实施方案中，各第一配体独立地选自由以下组成的组：
其中表示将第一配体连接至第一连接基团的键。在一些实施方案中，各第一配体为其中表示将第一配体连接至第一连接基团的键。
在一些实施方案中，一个或多个第二连接基团各自包含共价结合至第二配体的C1-10烷基胺。在一些实施方案中，各第二配体独立地选自由1,4,7-三氮杂环壬烷三乙酸(NOTA)、1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四乙酸(DOTA)、1,4,7-三氮杂环壬烷-1-戊二酸-4,7-二乙酸(NODAGA)、乙二胺四乙酸(EDTA)、二乙烯三胺五乙酸(DTPA)、环己基-1,2-二胺四乙酸(CDTA)、乙二醇-O,O'-双(2-氨基乙基)-N,N,N',N'-四乙酸(EGTA)、N,N-双(羟基苄基)-乙二胺-N,N'-二乙酸(HBED)、三乙烯四胺六乙酸(TTHA)、羟基乙二胺三乙酸(HEDTA)、1,4,8,11-四氮杂环十四烷-N,N',N",N"'-四乙酸(TETA)、和1,4,7,10-四氮杂-1,4,7,10-四-(2-氨基甲酰基甲基)-环十二烷(TCMC)组成的组。在一些实施方案中，各第二配体独立地选自由以下组成的组：
其中表示将第二配体连接至第二连接基团的键。在一些实施方案中，各第二配体为其中表示将第二配体连接至第二连接基团的键。
在一些实施方案中，大于约20％的第一配体与Gd3+离子络合。在一些实施方案中，大于约20％的第二配体与Bi3+离子络合。在一些实施方案中，组合物包含的Gd3+离子:Bi3+离子的比为约1:1至约2:1。在一些实施方案中，纳米颗粒包含约5个至约15个Gd3+离子和约1个至约10个Bi3+离子。
在一些实施方案中，纳米颗粒的流体动力学直径为约2nm至约8nm。在一些实施方案中，组合物的流体动力学直径为约3nm至约6nm。
在一些实施方案中，组合物适用于静脉内或鼻内给药。
本申请进一步提供一种在受试者中治疗癌症的方法，所述方法包括：
i)对受试者给予治疗有效量的本文中提供的组合物；和
ii)对受试者给予一个或多个剂量的辐射。
本申请进一步提供一种在受试者中使癌症显像的方法，所述方法包括：
i)对受试者给予治疗有效量的本文中提供的组合物；和
ii)用适当的显像技术使受试者显像。
本申请进一步提供一种在受试者中治疗癌症的方法，所述方法包括：
i)对受试者给予治疗有效量的本文中提供的组合物；
ii)用适当的显像技术使受试者显像；和
iii)对受试者给予一个或多个剂量的辐射。
本申请进一步提供一种在受试者中监测癌症的治疗的方法，所述方法包括：
i)对受试者给予治疗有效量的本文中提供的组合物；
ii)用适当的显像技术使受试者显像；和
iii)对受试者给予一个或多个剂量的辐射。
在一些实施方案中，本文中提供的方法进一步包括在步骤ii)之后和在步骤iii)之前对受试者给予额外的治疗有效量的组合物。
在一些实施方案中，本文中提供的方法进一步包括在步骤iii)之后用适当的显像技术使受试者显像。
在一些实施方案中，本文中提供的组合物使癌症对辐射敏化。
在一些实施方案中，癌症为实体瘤。在一些实施方案中，癌症选自由肺癌、脑癌、头部和颈部的癌症、宫颈癌、胰腺癌、乳腺癌、前列腺癌、肝癌、结肠癌、子宫内膜癌、膀胱癌、皮肤癌、肾癌和胃癌组成的组。
在一些实施方案中，使用磁共振显像、计算机断层扫描显像、正电子发射断层扫描显像、或其任意组合来进行显像。
本申请进一步提供制备本文中提供的组合物的方法，所述方法包括在酸的存在下使组合物A与Bi3+盐反应从而形成所述组合物，其中组合物A包含：
含有共价结合至第一配体的一个或多个第一连接基团和共价结合至第二配体的一个或多个第二连接基团的纳米颗粒核；
其中一个或多个第一配体与Gd3+离子络合。
在一些实施方案中，酸为盐酸。
在一些实施方案中，Bi3+盐为BiCl3。
在一些实施方案中，组合物A与Bi3+盐的反应在溶剂的存在下进行。在一些实施方案中，所述溶剂为水。
在一些实施方案中，组合物A与Bi3+盐的反应在约40℃至约80℃的温度下进行。
在一些实施方案中，根据包括使组合物B与第二反应性配体反应从而形成组合物A的方法来制备组合物A，其中组合物B包含：
含有共价结合至第一配体的一个或多个第一连接基团和一个或多个第二连接基团的纳米颗粒核；
其中一个或多个第一配体与Gd3+离子络合。
在一些实施方案中，组合物B与第二反应性配体的反应在溶剂的存在下进行。在一些实施方案中，所述溶剂为二甲亚砜和水的混合物。在一些实施方案中，组合物B与第二反应性配体的反应在约7至约8的pH下进行。
在一些实施方案中，根据包括使组合物C与水接触从而形成组合物B的方法来制备组合物B，其中组合物C包含含有共价结合至第一配体的一个或多个第一连接基团的双层纳米颗粒核。
在一些实施方案中，双层纳米颗粒核包含Gd2O3层。
在一些实施方案中，组合物C与水的反应使双层纳米颗粒核溶解，由此形成纳米颗粒核和共价结合至第一配体的一个或多个第一连接基团，其中一个或多个第一配体与Gd3+离子络合。
在一些实施方案中，根据包括使第一反应性配体与包含一个或多个第一连接基团的双层纳米颗粒核反应从而形成组合物C的方法来制备组合物C。
在一些实施方案中，双层纳米颗粒核包含Gd2O3和一个或多个C1-10烷基胺基。在一些实施方案中，双层纳米颗粒核包含Gd2O3层和二氧化硅层。在一些实施方案中，双层纳米颗粒核包含Gd2O3层和聚硅氧烷层。
在一些实施方案中，第一反应性配体选自由以下组成的组：
或其混合物。
在一些实施方案中，第一反应性配体为
在一些实施方案中，各第一配体为其中表示将第一配体连接至第一连接基团的键。
在一些实施方案中，第二反应性配体为选自由以下组成的组：
或其混合物。
在一些实施方案中，第二反应性配体为
在一些实施方案中，各第二配体为其中表示将第二配体连接至第二连接基团的键。
除非另有定义，本文中所使用的所有技术和科学术语具有如由本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。本文中描述了方法和材料，其用于本发明；另外，也可以使用本领域已知的适当的方法和材料。材料、方法和实例仅是说明性的并且不旨在是限制性的。本文中提及的所有出版物、专利申请、专利、序列、数据库条目和其它参考文献以其整体通过参考引入。在冲突的情况下，本说明书，包括定义，将控制。
附图说明
图1A示出了借助高通透性和滞留效应(enhanced-permeability and retention(EPR)effect)二氧化硅基铋-钆纳米颗粒在肿瘤中的摄取和在外部辐射之后纳米颗粒的功效的示意图。
图1B示出了在转移至水中之前的Gd2O3核和接枝至DOTAGA配体的聚硅氧烷网状物的代表性方案。然后进行最终的碎片化为5nm以下的二氧化硅基钆纳米颗粒(SiGdNP)。此后，在SiGdNP颗粒的表面处接枝DOTA-NHS结构，从而将游离的Bi3+原子捕获至最终的络合物中(图未按比例)。
图1C示出了尺寸为4.5+/-0.9nm的SiBiGdNP颗粒的动态光散射测量。
图1D示出了在Bi3+的接枝之前和之后纳米颗粒组合物的借助ICP-OES进行的元素表征的结果。
图1E示出了经48h、在pH＝5和pH＝7下通过吸光度(305nm)测量的游离的Bi3+原子的释放百分比。
图1F示出了在孵育后72h作为浓度的函数的SiBiGdNP的毒性。
图1G示出了MRI(弛豫率)和CT(亨斯菲尔德(Hounsfield)单位)与水溶液中的纳米颗粒(金属)的浓度之间的线性关系。
图2A示出了表示使用流式细胞术在6MV照射下由SiBiGdNP的存在引起的凋亡增加的量化的定性图像。
图2B示出了表示在有和没有4GY照射的情况下、在有和没有纳米颗粒的情况下以及在照射后15minγH2AX和53BP1焦点形成的量的定性图像。
图2C示出了在外部辐射下由SiGdNP诱导的早期和晚期凋亡的FACS研究的结果。
图2D示出了具有超过10个γH2AX焦点的细胞数(n＝3)。所有数据均表示为平均值±SD。P值使用双尾检验来计算，*P<0.05，***P<0.001，****P<0.0001。
图2E示出了具有超过10个53PB1焦点的细胞数(n＝3)。所有数据均表示为平均值±SD。P值使用双尾检验来计算，*P<0.05，***P<0.001，****P<0.0001。
图2F示出了表明在照射期间由纳米颗粒的存在诱导的长期效应的克隆生成试验(clonogenic assay)(n＝3)的结果。所有数据均表示为平均值±SD。P值使用双尾检验来计算，*P<0.05，***P<0.001，****P<0.0001。
图3A示出了基于用于MR引导的放射疗法的目前的临床工作流程的实验时间轴。
图3B示出了CT和MRI采集(acquisition)的融合从而改善肿瘤显像的准确性。黄色箭头示出肿瘤中由Gd和Bi发射的对比度。
图3C示出了在静脉注射0.42mg/g的SiBiGdNP之后每个时间点在6只动物中通过ICP-MS进行的生物分布研究的结果。进行定量从而确定作为每个纳米颗粒的原子注射剂量的函数的钆(Gd)和铋(Bi)的量。*P<0.05。
图3D示出了血液样品中的SiBiGdNP的药物代谢动力学研究(n＝5)的结果。
图3E示出了对于从临床直线加速器(6MV)递送的10Gy单次照射进行的剂量学研究的结果。
图3F示出了显示肿瘤中和身体的其它部分中的辐射剂量分布的剂量-体积直方图的结果。
图4A示出了体重测量的结果，其证明没有严重的毒性。
图4B示出了作为时间的函数的肿瘤尺寸演变的蜘蛛图(spider plot)。
图4C示出了各组的平均肿瘤体积大小(n＝5/组)。
图4D示出了各治疗队列的总体存活率(n＝5/组)。所有数据均表示为平均值±SD。*P<0.05，**P<0.01。
图5A示出了表示肿瘤和健康器官中由放射疗法诱导的DNA双链的断裂的γH2AX染色的图像。受损的细胞是棕色的并且活细胞是蓝色的。放大率63×，比例尺＝20μm。
图5B示出了在随机选择的n＝30幅图像(n＝3/组)中量化的阳性γH2AX细胞的百分比。数据显示为平均值±STD。***P<0.001。
图6A示出了SiBiGdNP中Bi3+原子的络合的红外光谱测量的结果。
图6B示出了SiBiGdNP中Bi3+原子的络合的吸光度测量的结果。
图7示出了比较SiBiGdNP和SiGd纳米颗粒(SiGdNP)的功效的克隆生成试验的结果。
图8示出了为了非侵入性地跟踪SiBiGdNP的生物分布而进行的磁共振和计算机断层扫描显像的结果。
图9示出了注射0.32mg/g SiBiGdNP后24小时的H&E染色的结果。在治疗组和未治疗组之间未观察到差异。比例尺＝100μm。
图10示出了对于SiBiGdNp的在钆的不同浓度下、在1.4T的磁场下、在37℃下的1/T1和1/T2的曲线。对于SiBiGdNp，该实验导致r1为22.0mM-1·s-1且r2＝36.0mM-1·s-1。
图11示出了对于SiGdNp(即，AGuIX)、通过DOTA-NHS官能化的SiGdNp(即，AguiX@DOTA)和SiBiGdNp(即，AguiX@Bi)的HPLC曲线。在12-13min左右的平均峰对应于整个纳米颗粒。在2-4min左右的峰对应于在Si-O-Si键的水解之后获得的碎片。
图12示出了在37℃下和[Gd3+]浓度为40mM时SiBiGdNp在不同pH下的稳定性。通过相对于时间来绘制纳米颗粒在pH5和7下的T1和T2(在1.4T的磁场下)来检查稳定性。超过3天未观察到显著的改变。
具体实施方式
已经证明非小细胞肺癌(NSCLC)病例中的剂量递增改善了患者的总体存活率，但是存在肺和心脏毒性的风险(参见例如，Hepel等人，Int.J.Radiat.Oncol.Biol.Phys.2016,96(5):1021-1027；Ramroth等人，Int.J.Radiat.Oncol.Biol.Phys.2016,96:736；Brower等人，Ann.Oncol.2016,27:1887)。对于位于中心的早期的NSCLC肿瘤，纵隔的靠近会妨碍消融放射技术如立体定向放射治疗(stereotactic body radiation therapy，SBRT)的使用(参见例如，Haseltine等人，Pract.Radiat.Oncol.2016,6:e27)。在治疗期间由于呼吸导致的肿瘤的大的移动加剧了上述情况(参见例如，De Ruysscher等人，LancetOncol.2016,17(12):1625-1626；Bissonnette等人，Int.J.Radiat.Oncol.Biol.Phys.2009,73:927)。非侵入性显像方式可以用于改善临床放射治疗的精度和准确性(参见例如，Dawson等人，Oncologist,2010,15:338)。为了减轻脱靶毒性，开发了影像引导的放射疗法(IGRT)，从而用在治疗性照射之前即刻获取的锥束计算机断层扫描图像(cone-beamcomputed tomography(CBCT)image)来定位肿瘤(参见例如，Jaffray等人，InternationalJournal of Radiation Oncology,Biology,Physics,2002,53:1337)。最近，磁共振(MR)影像引导的放射疗法的使用使得更精确和准确的定位和治疗成为可能，特别是对于嵌入软组织内的肿瘤(参见例如，Dawson等人，Journal of Clinical Oncology:Official Journalof the American Society of Clinical Oncology,2007,25:938；和Noel等人，Acta.Oncol.2015,54:1474)。虽然这些方法增加了对靶点的剂量适形度(doseconformality)，但是对健康组织的一些照射是不可避免的。
开发了辐射致敏剂从而放大辐射在肿瘤细胞内的效果。非靶向化学辐射致敏剂已经导致了一些严重的毒性(参见例如，Urtasun等人，Cancer Res.2012,72:2600)。为了解决该问题，设计了高原子序数的纳米颗粒作为下一代辐射致敏剂或辐射剂量放大剂(radiation dose amplification agent)。这些纳米颗粒是惰性的并且仅由治疗性辐射束按需活化(参见例如，McMahon等人，Nanoscale,2016,8:581)。例如，钆(Z＝64)和铋(Z＝83)二者在与临床6MV的辐射束的相互作用之后均产生光电子和俄歇电子(Auger electron)(参见例如，McMahon等人，Nanoscale,2016,8:581)。在该方法中，纳米颗粒中的高原子序数的原子与来自辐射束的入射光子相互作用并且生成在局部(在纳米颗粒的几微米内)存储大量能量的二次光电子(secondary photoelectron)或俄歇电子(参见例如，Retif等人，Theranostics,2015,5:1030；和McMahon等人，Scientific Reports,2011,1:18)。附近细胞中的诱导的生物应激(biological stress)还可以增加疗法的局部功效(参见例如，Pan等人，Small,2009,5:2067)。将该新型疗法与定量的体积图像引导结合将使得辐射递送的进一步的优化和个体化成为可能，从而使治疗效果最大化。
金纳米颗粒由于易于表面改性和相对无毒性而经常被提议用于医学目的(参见例如，Daniel等人，Chem.Rev.2004,104:293；Hainfeld等人，Phys.Med.Biol.2004,49:N309；Laurent等人，Nanoscale,2016,8:12054；和Kunjachan等人，Nano.Lett.2015,15:7488)。在用于IV注射的浓度下，使用金纳米颗粒的体内x-射线造影是不可行的，需要其它显像方式的使用。光学试剂已经用于临床前研究，但是该模式在临床上非常受限(参见例如，Kunjachan等人，Nano.Lett.2015,15:7488；和Manohar等人，Sci.Rep.2016,6:22079)。为了解决该挑战，设计了钆基纳米颗粒并对其进行试验(参见例如，Detappe等人，J.ControlRelease,2016,238:103；Sancey等人，ACS Nano,2015,9:2477；和Le Duc等人，ACS Nano,2011,5:9566)。钆原子可以提供MRI造影(MRI contrast)和辐射剂量放大二者。然而，光子经历与给定的原子的光电相互作用的概率与Z3成比例，其中Z为原子的原子序数。因此，例如，钆(ZGd＝64)具有比金(ZAu＝79)或铋(ZBi＝83)低的相互作用的概率。将铋基纳米颗粒主要设计为用于起到CT造影剂的作用(参见例如，Lee等人，J.Biomed.Mater.Res.BAppl.Biomater.2013,101:131)。最近，在体外评价了它们作为辐射致敏剂的功效，具有有前景的结果(参见例如，Alqathami等人，J.Biomed.Nanotechnol.2016,12:464)。
因此，本申请提供使得MR和CT造影成为可能、同时还在临床照射条件下同时放大辐射剂量的一类新的治疗诊断性(theranostic)纳米颗粒(参见例如，图1A)。本文中提供的组合物包含，例如，由侧基配体(pendant ligand)(例如，DOTA配体)螯合的(sequestere)Gd3+和Bi3+离子。钆离子使得纳米颗粒组合物起到阳性MRI T1造影剂的作用而铋离子提供CT造影。此外，钆和铋离子二者均具有高的原子序数(ZGd＝64且ZBi＝83)，由此有利于辐射剂量放大。组合物的结构使得对于MRI和CT显像技术二者在低浓度范围内可见，由此增加临床实用性。
纳米颗粒组合物
本申请提供一种组合物，其包含：
含有共价结合至第一配体的一个或多个第一连接基团和共价结合至第二配体的一个或多个第二连接基团的纳米颗粒核；
其中一个或多个第一配体与第一离子络合并且一个或多个第二配体与第二离子络合，
其中第一和第二离子各自具有大于50的原子序数。
在一些实施方案中，第一和第二离子的原子序数的差为至少10。在一些实施方案中，第一和第二离子的原子序数的差为10至30，例如，10至25、10至20、10至15、15至30、15至25、15至20、20至30、20至25、或25至30。在一些实施方案中，第一离子为Gd3+。在一些实施方案中，第二离子为Bi3+。
本申请进一步提供一种组合物，其包含：
含有共价结合至第一配体的一个或多个第一连接基团和共价结合至第二配体的一个或多个第二连接基团的纳米颗粒核；
其中一个或多个第一配体与Gd3+离子络合并且一个或多个第二配体与Bi3+离子络合。
在一些实施方案中，纳米颗粒核为二氧化硅核。在一些实施方案中，纳米颗粒核为聚硅氧烷核。
在一些实施方案中，一个或多个第一连接基团各自包含共价结合至第一配体的C1-10烷基胺。在一些实施方案中，一个或多个第一连接基团各自包含共价结合至第一配体的C1-10烷基胺，其中第一配体共价结合至C1-10烷基胺的氮原子。
在一些实施方案中，各第一配体独立地选自由1,4,7-三氮杂环壬烷三乙酸(NOTA)、1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四乙酸(DOTA)、1,4,7-三氮杂环壬烷-1-戊二酸-4,7-二乙酸(NODAGA)、乙二胺四乙酸(EDTA)、二乙烯三胺五乙酸(DTPA)、环己基-1,2-二胺四乙酸(CDTA)、乙二醇-O,O'-双(2-氨基乙基)-N,N,N',N'-四乙酸(EGTA)、N,N-双(羟基苄基)-乙二胺-N,N'-二乙酸(HBED)、三乙烯四胺六乙酸(TTHA)、羟基乙二胺三乙酸(HEDTA)、1,4,8,11-四氮杂环十四烷-N,N',N",N"'-四乙酸(TETA)、和1,4,7,10-四氮杂-1,4,7,10-四-(2-氨基甲酰基甲基)-环十二烷(TCMC)组成的组。
在一些实施方案中，各第一配体独立地选自由以下组成的组：
其中表示将第一配体连接至第一连接基团的键。
在一些实施方案中，各第一配体为其中表示将第一配体连接至第一连接基团的键。
在一些实施方案中，一个或多个第二连接基团各自包含共价结合至第二配体的C1-10烷基胺。在一些实施方案中，一个或多个第二连接基团各自包含共价结合至第二配体的C1-10烷基胺，其中第二配体共价结合至C1-10烷基胺的氮原子。
在一些实施方案中，各第二配体独立地选自由1,4,7-三氮杂环壬烷三乙酸(NOTA)、1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四乙酸(DOTA)、1,4,7-三氮杂环壬烷-1-戊二酸-4,7-二乙酸(NODAGA)、乙二胺四乙酸(EDTA)、二乙烯三胺五乙酸(DTPA)、环己基-1,2-二胺四乙酸(CDTA)、乙二醇-O,O'-双(2-氨基乙基)-N,N,N',N'-四乙酸(EGTA)、N,N-双(羟基苄基)-乙二胺-N,N'-二乙酸(HBED)、三乙烯四胺六乙酸(TTHA)、羟基乙二胺三乙酸(HEDTA)、1,4,8,11-四氮杂环十四烷-N,N',N",N"'-四乙酸(TETA)、和1,4,7,10-四氮杂-1,4,7,10-四-(2-氨基甲酰基甲基)-环十二烷(TCMC)组成的组。
在一些实施方案中，各第二配体独立地选自由以下组成的组：
其中表示将第二配体连接至第二连接基团的键。
在一些实施方案中，各第二配体为其中表示将第二配体连接至第二连接基团的键。
在一些实施方案中，各第一连接基团是相同的。在一些实施方案中，各第一配体是相同的。
在一些实施方案中，各第二连接基团是相同的。在一些实施方案中，各第二配体是相同的。
在一些实施方案中，各第一连接基团和各第二连接基团为相同的基团。在一些实施方案中，各第一连接基团为相同的基团，各第二连接基团为相同的基团，并且第一连接基团和第二连接基团不是相同的基团。
在一些实施方案中，各第一配体和各第二配体为相同的基团。在一些实施方案中，各第一配体为相同的基团，各第二配体为相同的基团，并且第一配体和第二配体不是相同的基团。
在一些实施方案中，大于约10％的第一配体与第一离子络合，例如，大于约15％、大于约25％、大于约50％、大于约75％、大于约90％、大于约95％、或大于约99％。在一些实施方案中，大于约20％的第一配体与第一离子络合。在一些实施方案中，大于约10％的第一配体与Gd3+离子络合，例如，大于约15％、大于约25％、大于约50％、大于约75％、大于约90％、大于约95％、或大于约99％。在一些实施方案中，大于约20％的第一配体与Gd3+离子络合。
在一些实施方案中，约10％至约99％的第一配体与第一离子络合，例如，约10％至约95％、约10％至约75％、约10％至约50％、约10％至约25％、约10％至约15％、约15％至约99％、约15％至约95％、约15％至约75％、约15％至约50％、约15％至约25％、约25％至约99％、约25％至约95％、约25％至约75％、约25％至约50％、约50％至约99％、约50％至约95％、约50％至约75％、约75％至约99％、约75％至约95％、或约95％至约99％。在一些实施方案中，约10％至约99％的第一配体与Gd3+离子络合，例如，约10％至约95％、约10％至约75％、约10％至约50％、约10％至约25％、约10％至约15％、约15％至约99％、约15％至约95％、约15％至约75％、约15％至约50％、约15％至约25％、约25％至约99％、约25％至约95％、约25％至约75％、约25％至约50％、约50％至约99％、约50％至约95％、约50％至约75％、约75％至约99％、约75％至约95％、或约95％至约99％。
在一些实施方案中，大于约10％的第二配体与第二离子络合，例如，大于约15％、大于约25％、大于约50％、大于约75％、大于约90％、大于约95％、或大于约99％。在一些实施方案中，大于约20％的第二配体与第二离子络合。在一些实施方案中，大于约10％的第二配体与Bi3+离子络合，例如，大于约15％、大于约25％、大于约50％、大于约75％、大于约90％、大于约95％、或大于约99％。在一些实施方案中，大于约20％的第二配体与Bi3+离子络合。
在一些实施方案中，大于约20％的第一配体与第一离子络合并且大于约20％的第二配体与第二离子络合。在一些实施方案中，大于约20％的第一配体与Gd3+离子络合并且大于约20％的第二配体与Bi3+离子络合。
在一些实施方案中，约10％至约99％的第一配体与第一离子络合，例如，约10％至约95％、约10％至约75％、约10％至约50％、约10％至约25％、约10％至约15％、约15％至约99％、约15％至约95％、约15％至约75％、约15％至约50％、约15％至约25％、约25％至约99％、约25％至约95％、约25％至约75％、约25％至约50％、约50％至约99％、约50％至约95％、约50％至约75％、约75％至约99％、约75％至约95％、或约95％至约99％。
在一些实施方案中，约10％至约99％的第一配体与Gd3+离子络合，例如，约10％至约95％、约10％至约75％、约10％至约50％、约10％至约25％、约10％至约15％、约15％至约99％、约15％至约95％、约15％至约75％、约15％至约50％、约15％至约25％、约25％至约99％、约25％至约95％、约25％至约75％、约25％至约50％、约50％至约99％、约50％至约95％、约50％至约75％、约75％至约99％、约75％至约95％、或约95％至约99％。
在一些实施方案中，组合物包含的第一离子:第二离子的比为约1:1至约10:1，例如1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1或10:1。在一些实施方案中，组合物包含的第一离子:第二离子的比为约1:1至约2:1，例如，1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9或1:10。在一些实施方案中，组合物包含的第一离子:第二离子的比为约1:1至约1:2。
在一些实施方案中，组合物包含的Gd3+离子:Bi3+离子的比为约1:1至约10:1，例如1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1或10:1。在一些实施方案中，组合物包含Gd3+离子:Bi3+离子的比为约1:1至约2:1，例如，1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9或1:10。在一些实施方案中，组合物包含的Gd3+离子:Bi3+离子的比为约1:1至约1:2。在一些实施方案中，组合物包含的Gd3+离子:Bi3+离子的比为约1:1至约2:1。
在一些实施方案中，纳米颗粒包含约1个至约的第一离子，例如，约1个至约15个、约1个至约10个、约1个至约5个、约5个至约20个、约5个至约15个、约5个至约10个、约10个至约20个、约10个至约15个、或约10个至约20个第一离子。在一些实施方案中，纳米颗粒包含约5个至约15个第一离子。
在一些实施方案中，纳米颗粒包含约1个至约的第二离子，例如，约1个至约15个、约1个至约10个、约1个至约5个、约5个至约20个、约5个至约15个、约5个至约10个、约10个至约20个、约10个至约15个、或约10个至约20个第二离子。在一些实施方案中，纳米颗粒包含约5个至约15个第二离子。
在一些实施方案中，纳米颗粒包含约5个至约15个第一离子和约1个至约10个第二离子。
在一些实施方案中，纳米颗粒包含约1个至约20个Gd3+离子，例如，约1个至约15个、约1个至约10个、约1个至约5个、约5个至约20个、约5个至约15个、约5个至约10个、约10个至约20个、约10个至约15个、或约10个至约20个Gd3+离子。在一些实施方案中，纳米颗粒包含约5个至约15个Gd3+离子。
在一些实施方案中，纳米颗粒包含约1个至约20个Bi3+离子，例如，约1个至约15个、约1个至约10个、约1个至约5个、约5个至约20个、约5个至约15个、约5个至约10个、约10个至约20个、约10个至约15个、或约10个至约20个Bi3+离子。在一些实施方案中，纳米颗粒包含约1个至约10个Bi3+离子。
在一些实施方案中，纳米颗粒包含约5个至约15个Gd3+离子和约1个至约10个Bi3+离子。
在一些实施方案中，纳米颗粒的流体动力学直径为约1nm至约10nm，例如，约1nm至约8nm、约1nm至约6nm、约1nm至约4nm、约1nm至约2nm、约2nm至约10nm、约2nm至约8nm、约2nm至约6nm、约2nm至约4nm、约4nm至约10nm、约4nm至约8nm、约4nm至约6nm、约6nm至约10nm、约6nm至约8nm、或约6nm至约8nm。在一些实施方案中，纳米颗粒的流体动力学直径为约2nm至约8nm。在一些实施方案中，组合物的流体动力学直径为约3nm至约6nm。
在一些实施方案中，组合物适用于肺部给药(例如，通过吸入或吹入散剂或气雾剂，包括通过喷雾器、气管内给药或鼻内给药)、口服给药或肠胃外给药(例如，静脉内、动脉内、皮下、腹膜内、肌内注射或输注，和颅内、鞘内、心室内给药等)。在一些实施方案中，组合物适用于静脉内或鼻内给药。
合成
本申请进一步提供用于制备本文中提供的组合物的方法。在一些实施方案中，本申请进一步提供制备本文中提供的组合物的方法，所述方法包括在酸的存在下使组合物A与Bi3+盐反应从而形成所述组合物，其中组合物A包含：
含有共价结合至第一配体的一个或多个第一连接基团和共价结合至第二配体的一个或多个第二连接基团的纳米颗粒核；
其中一个或多个第一配体与Gd3+离子络合；
并且其中纳米颗粒核、一个或多个第一连接基团、第一配体、一个或多个第二连接基团和第二配体如以上对本文中提供的组合物所定义。
在一些实施方案中，酸为无机酸。在一些实施方案中，酸为盐酸。在一些实施方案中，酸为盐酸水溶液。
在一些实施方案中，Bi3+盐选自由卤盐(例如，BiCl3、BiI3)、硝酸盐(例如，Bi(NO3)3)、乙酸盐(例如，Bi(OAc)3)和三氟甲磺酸盐(例如，Bi(OTf)3)组成的组。在一些实施方案中，Bi3+盐为卤盐。在一些实施方案中，Bi3+盐为BiCl3。
在一些实施方案中，组合物A与Bi3+盐的反应在溶剂的存在下进行。在一些实施方案中，溶剂选自由水、醇(例如，甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇和叔丁醇等)、和其混合物组成的组。在一些实施方案中，溶剂为水。在一些实施方案中，溶剂为醇。在一些实施方案中，溶剂为水和醇的混合物。
在一些实施方案中，组合物A与Bi3+盐的反应在约40℃至约80℃的温度下进行，例如，约40℃至约70℃、约40℃至约60℃、约40℃至约50℃、约50℃至约80℃、约50℃至约70℃、约50℃至约60℃、约60℃至约80℃、约60℃至约70℃、或约70℃至约80℃。在一些实施方案中，组合物A与Bi3+盐的反应在约40℃至约60℃的温度下进行。
在一些实施方案中，根据包括使组合物B与第二反应性配体反应从而形成组合物A的方法来制备组合物A，其中组合物B包含：
含有共价结合至第一配体的一个或多个第一连接基团和一个或多个第二连接基团的纳米颗粒核；
其中一个或多个第一配体与Gd3+离子络合。
在一些实施方案中，组合物B与第二反应性配体的反应在溶剂的存在下进行。在一些实施方案中，溶剂选自由水、醇(例如，甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇和叔丁醇等)、二甲亚砜、和其混合物组成的组。在一些实施方案中，溶剂为水。在一些实施方案中，溶剂为醇。在一些实施方案中，溶剂为二甲亚砜。在一些实施方案中，溶剂为水和醇的混合物。在一些实施方案中，溶剂为醇和二甲亚砜的混合物。在一些实施方案中，溶剂为二甲亚砜和水的混合物。在一些实施方案中，溶剂为水、二甲亚砜和醇的混合物。
在一些实施方案中，组合物B与第二反应性配体的反应在约7至约8的pH下进行。
在一些实施方案中，根据包括使组合物C与水接触从而形成组合物B的方法来制备组合物B，其中组合物C包含含有共价结合至第一配体的一个或多个第一连接基团的双层纳米颗粒核。
在一些实施方案中，组合物C与水的反应使双层纳米颗粒核溶解，由此形成纳米颗粒核和共价结合至第一配体的一个或多个第一连接基团，其中一个或多个第一配体与Gd3+离子络合。
在一些实施方案中，根据包括使第一反应性配体与包含一个或多个第一连接基团的双层纳米颗粒核反应从而形成组合物C的方法来制备组合物C。
在一些实施方案中，双层纳米颗粒核包含Gd2O3层。在一些实施方案中，双层纳米颗粒核包含Gd2O3和一个或多个C1-10烷基胺基。在一些实施方案中，双层纳米颗粒核包含Gd2O3层和二氧化硅层。在一些实施方案中，双层纳米颗粒核包含Gd2O3层和聚硅氧烷层。
在一些实施方案中，第一反应性配体选自由以下组成的组：
或其混合物。
在一些实施方案中，第一反应性配体为
在一些实施方案中，第二反应性配体选自由以下组成的组：
或其混合物。
在一些实施方案中，第二反应性配体为
在一些实施方案中，第一反应性配体与第二反应性配体是相同的。在一些实施方案中，第一反应性配体与第二反应性配体是不同的。
在一些实施方案中，本文中所述的组合物根据图1B中示出的步骤来制备。
本文中所述的组合物的制备可以进一步包括，例如，各种化学基团的保护和脱保护。对保护和脱保护的需要以及合适的保护基团的选择可以由本领域技术人员容易地确定。可以在例如T.W.Greene和P.G.M.Wuts，有机合成中的保护基团，第3版，Wiley&Sons,Inc.,New York(1999)中找到保护基团的化学。
可以根据本领域已知的任何适当的方法来监测反应。例如，产物形成可以通过如下来监测：光谱手段，如核磁共振光谱法(例如，1H或13C)、红外光谱法、分光光度法(例如，UV-可见)、质谱法，或者色谱方法，如高效液相色谱法(HPLC)、液相色谱-质谱法(LCMS)或薄层色谱法(TLC)。化合物可以由本领域技术人员通过包括高效液相色谱法(HPLC)和正相硅胶色谱法的多种多样的方法来纯化。
在本说明书中不同的地方，描述了二价连接取代基。具体旨在各二价连接取代基包括连接取代基的向前的和向后的形式二者。例如，-NR(CR’R”)n-包括-NR(CR’R”)n-和-(CR’R”)nNR-二者。在结构明确地需要连接基团的情况下，将针对该基团列出的马库什变量理解为连接基团。
贯穿所有定义，术语“Cn-m”表示包括端点的范围，其中n和m为整数并且表示碳数。实例包括C1-4和C1-6等。
如本文中所使用的，术语“Cn-m烷基”，单独或与其它术语组合使用，是指可以为直链的或支链的、具有n至m个碳的饱和烃基。烷基部分的实例包括但不限于例如以下的化学基团：甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、叔丁基、异丁基、仲丁基；高级同系物，如2-甲基-1-丁基、正戊基、3-戊基、正己基、和1,2,2-三甲基丙基等。在一些实施方案中，烷基包含1至6个碳原子、1至4个碳原子、1至3个碳原子、或1至2个碳原子。
如本文中所使用的，术语“Cn-m烷基胺”是指被氨基取代的饱和烃基，其中烷基具有n至m个碳原子。如本文中所使用的，术语“取代的”意味着氢原子被除去并且被取代基取代。应当理解的是，在给定的原子上的取代受化合价限制。在一些实施方案中，烷基具有1至10个、1至6个、或1至4个碳原子。示例性烷基胺基包括但不限于-CH2NH2、-CH2CH2NH2、-CH2CH(CH3)NH2和-CH2CH2CH2CH2NH2等。
在一些实施方案中，Cn-m烷基胺共价结合至例如本文中所述的配体。在一些实施方案中，Cn-m烷基胺经由烷基胺基团的氮原子共价结合至例如本文中所述的配体(即，-(Cn-m烷基)-(NH)-配体)。共价结合至配体的示例性烷基胺基团包括但不限于-CH2NH-配体、-CH2CH2NH-配体、-CH2CH(CH3)NH-配体、和-CH2CH2CH2CH2NH-配体等。
如本文中所使用的，术语“配体”是指能够与一个或多个金属离子连接(即，络合)的基团。示例性配体包括但不限于1,4,7-三氮杂环壬烷三乙酸(NOTA)、1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四乙酸(DOTA)、1,4,7-三氮杂环壬烷-1-戊二酸-4,7-二乙酸(NODAGA)、乙二胺四乙酸(EDTA)、二乙烯三胺五乙酸(DTPA)、环己基-1,2-二胺四乙酸(CDTA)、乙二醇-O,O'-双(2-氨基乙基)-N,N,N',N'-四乙酸(EGTA)、N,N-双(羟基苄基)-乙二胺-N,N'-二乙酸(HBED)、三乙烯四胺六乙酸(TTHA)、羟基乙二胺三乙酸(HEDTA)、1,4,8,11-四氮杂环十四烷-N,N',N",N"'-四乙酸(TETA)、和1,4,7,10-四氮杂-1,4,7,10-四-(2-氨基甲酰基甲基)-环十二烷(TCMC)。
使用的方法
本申请进一步提供一种在受试者中治疗癌症的方法，所述方法包括：
i)对受试者给予治疗有效量的本文中提供的组合物；和
ii)对受试者给予一个或多个剂量的辐射。
如本文中所使用的，术语“受试者”是指任何动物，包括哺乳动物和无脊椎动物，例如，小鼠、大鼠、其它啮齿动物、兔、犬、猫、猪、牛、羊、马、灵长类、鱼和人类。在一些实施方案中，受试者为人类。在一些实施方案中，受试者为小鼠。在一些实施方案中，所述方法包括对受试者给予有效量的本文中提供的组合物。在一些实施方案中，本文中所述的方法为体外方法。在一些实施方案中，本文中所述的方法为体内方法。
本申请进一步提供一种在受试者中使癌症显像的方法，所述方法包括：
i)对受试者给予治疗有效量的本文中提供的组合物；和
ii)用适当的显像技术使受试者显像。
在一些实施方案中，将步骤i)和/或ii)重复多次(例如，两次、三次、四次等)。
本申请进一步提供一种在受试者中治疗癌症的方法，所述方法包括：
i)对受试者给予治疗有效量的本文中提供的组合物；
ii)用适当的显像技术使受试者显像；和
iii)对受试者给予一个或多个剂量的辐射。
在一些实施方案中，所述方法进一步包括在步骤ii)之后和在步骤iii)之前对受试者给予额外的治疗有效量的组合物。在一些实施方案中，将步骤i)、ii)和/或iii)重复多次(例如，两次、三次、四次等)。在一些实施方案中，所述方法进一步包括在步骤iii)之后用适当的显像技术使受试者显像。
本申请进一步提供一种在受试者中监测癌症的治疗的方法，所述方法包括：
i)对受试者给予治疗有效量的本文中提供的组合物；
ii)用适当的显像技术使受试者显像；和
iii)对受试者给予一个或多个剂量的辐射。
在一些实施方案中，所述方法进一步包括在步骤ii)之后和在步骤iii)之前对受试者给予额外的治疗有效量的组合物。在一些实施方案中，将步骤i)、ii)和/或iii)重复多次(例如，两次、三次、四次等)。在一些实施方案中，所述方法进一步包括在步骤iii)之后用适当的显像技术使受试者显像。
在一些实施方案中，在进行本文中所述的一种或多种方法之前，已经将受试者鉴定和/或诊断为患有待治疗的癌症。在一些实施方案中，在本文中所述的一种或多种方法的显像步骤之后，将受试者鉴定和/或诊断为患有待治疗的癌症。
在一些实施方案中，本文中提供的组合物使癌症对辐射敏化(例如，在对受试者给药且与癌症接触时)。如本文中所使用的，术语“辐射敏化”将容易被本领域普通技术人员理解并且通常是指增加癌细胞对放射疗法(例如，光子辐射、电子辐射、质子辐射和重离子辐射等)的敏感性的方法。
在一些实施方案中，癌症为实体瘤。在一些实施方案中，癌症选自由肺癌、脑癌、头部和颈部的癌症、宫颈癌、胰腺癌、乳腺癌、前列腺癌、肝癌、结肠癌、子宫内膜癌、膀胱癌、皮肤癌(例如，黑素瘤)、肾癌和胃癌组成的组。在一些实施方案中，癌症为转移性癌症。
在一些实施方案中，适当的显像技术为非侵入性显像技术。在一些实施方案中，适当的显像技术为微创显像技术。如本文中所使用的，术语“微创显像技术”包括采用使用内部探针或经由注射器来注射本文中提供的组合物的显像技术。示例显像技术包括但不限于磁共振显像(MRI)、断层扫描显像(tomographic imaging)、正电子发射断层扫描显像(positron emission tomography(PET)imaging)、单光子发射计算机断层扫描显像(single-photon emission computed tomography(SPECT)imaging)、具有计算机断层扫描(CT)显像的PET、和PET-MRI显像。在一些实施方案中，使用磁共振显像、计算机断层扫描显像、正电子发射断层扫描显像、或其任意组合来进行显像。
在一些实施方案中，本文中提供的方法进一步包括在显像之前等待足以使得组合物在与癌症相关的细胞或组织部位(例如，受试者中的细胞或组织部位)处积聚的时间。在一些实施方案中，本文中提供的方法进一步包括在对受试者给予辐射剂量之前等待足以使得组合物在与癌症相关的细胞或组织部位(例如，受试者中的细胞或组织部位)处积聚的时间。在一些实施方案中，本文中提供的方法进一步包括在对受试者给予辐射剂量和/或使受试者显像之前等待足以使得组合物在与癌症相关的细胞或组织部位(例如，受试者中的细胞或组织部位)处积聚的时间。
在一些实施方案中，足以使得组合物在细胞或组织部位处积聚的时间为约30秒至约24小时，例如，约30秒至约24小时、约30秒至约12小时、约30秒至约6小时、约30秒至约2小时、约30秒至约1小时、约30秒至约30分钟、约30秒至约10分钟、约10分钟至约24小时、约10分钟至约12小时、约10分钟至约6小时、约10分钟至约2小时、约10分钟至约1小时、约10分钟至约30分钟、约30分钟至约24小时、约30分钟至约12小时、约30分钟至约6小时、约30分钟至约2小时、约30分钟至约1小时、约1小时至约24小时、约1小时至约12小时、约1小时至约6小时、约1小时至约2小时、约2小时至约24小时、约2小时至约12小时、约2小时至约6小时、约6小时至约24小时、约6小时至约12小时、或约12小时至约24小时。
如本文中所使用的，短语“治疗有效量”是指引起由研究者、兽医、医学博士(medical doctor)或其它临床医师正在组织、系统、动物、个体或人类中寻求的生物学或药物反应(biological or medicinal response)的活性化合物或药剂的量。
如本文中所使用的，术语“治疗(treating)”或“治疗(treatment)”是指以下的一种或多种：(1)抑制疾病；例如，在正在经历或显示疾病、病状或病症的病理学或症状学的个体中抑制疾病、病状或病症(即，阻止病理学和/或症状学的进一步的发展)；和(2)改善疾病；例如，在正在经历或显示疾病、病状或病症的病理学或症状学的个体中改善疾病、病状或病症(即，逆转病理学和/或症状学)，如降低疾病的严重性或者减轻或缓解疾病的一种或多种症状。
联合疗法
当用于治疗疾病的方法中时，本文中提供的化合物可以与本文中提供的一种或多种额外的治疗剂组合给药。示例性的额外的治疗剂包括但不限于化学治疗剂、免疫治疗剂和麻醉剂(例如，用于与手术程序(surgical procedure)组合使用)。
在一些实施方案中，额外的治疗剂为化学治疗剂。示例性化学治疗剂包括但不限于顺铂、阿霉素、紫杉酚(taxol)、依托泊苷、伊立替康、拓扑替康、紫杉醇、多西他赛、埃博霉素、他莫昔芬、5-氟尿嘧啶、甲氨蝶呤、替莫唑胺、环磷酰胺、替吡法尼、吉非替尼、埃罗替尼、伊马替尼、吉西他滨、尿嘧啶氮芥、氮芥、异环磷酰胺、美法仑、苯丁酸氮芥、哌泊溴烷、曲他胺、白消安、卡莫司汀、洛莫司汀、链脲霉素、达卡巴嗪、氟脲苷、阿糖胞苷、6-巯嘌呤、6-硫鸟嘌呤、磷酸氟达拉滨、奥沙利铂、亚叶酸、喷司他丁、长春碱、长春新碱、长春地辛、博来霉素、放线菌素D、柔红霉素、表阿霉素、伊达比星、光辉霉素、脱氧柯福霉素(deoxycoformycin)、丝裂霉素-C、L-天冬酰胺酶、替尼泊苷。
在一些实施方案中，额外的治疗剂为免疫治疗剂。示例性免疫治疗剂包括但不限于阿仑单抗、阿特珠单抗、伊匹单抗(ipilimumab)、奥法木单抗、纳武单抗、帕博利珠单抗(pembrolizumab)、利妥昔单抗、德瓦鲁单抗(durvalumab)、人I型干扰素-α(即IFN-α)和白细胞介素-2。
在一些实施方案中，额外的治疗剂为麻醉剂。示例性麻醉剂包括但不限于局部麻醉药(例如，利多卡因、普鲁卡因、罗哌卡因)和全身麻醉药(例如，地氟醚、安氟醚、氟烷、异氟烷、甲氧氟烷、一氧化二氮、七氟醚、异戊巴比妥、美索比妥(methohexital)、硫戊巴比妥(thiamylal)、硫喷妥、地西泮、劳拉西泮、咪达唑仑、依托咪酯、氯胺酮、丙泊酚、阿芬太尼、芬太尼、瑞芬太尼、丁丙诺啡、布托啡诺、氢化吗啡酮(hydromorphone)、羟甲左吗喃(levorphanol)、哌替啶、美沙酮、吗啡、纳布啡、羟吗啡酮、喷他佐辛)。
在一些实施方案中，额外的治疗剂与本文中提供的组合物同时给药。在一些实施方案中，在本文中提供的组合物的给药之后给予额外的治疗剂。在一些实施方案中，在本文中的组合物的给药之前给予额外的治疗剂。在一些实施方案中，在手术程序期间给予本文中提供的组合物。在一些实施方案中，本文中提供的组合物在手术程序期间与额外的治疗剂组合给药。
本文中提供的额外的治疗剂可以在宽的剂量范围内有效并且通常以有效量给药。然而，将理解的是，实际给予的治疗剂的量将通常由医师根据包括如下的相关情况来确定：要显像的病状，所选择的给药途径，给药的实际化合物，个体受试者的年龄、体重和响应，和受试者的症状的严重性等。
药物制剂
当用作药物时，本文中提供的组合物和治疗剂可以以药物制剂的形式给药。这些制剂可以如本文中或别处所述来制备，并且可以通过多种多样的途径给药，这取决于期望局部治疗还是全身治疗以及取决于要治疗的区域。在一些实施方案中，给药选自由肺部给药(例如，通过吸入或吹入散剂或气雾剂，包括通过喷雾器、气管内给药或鼻内给药)、口服给药或肠胃外给药(例如，静脉内、动脉内、皮下、腹膜内、肌内注射或输注，和颅内、鞘内、心室内给药等)组成的组。在一些实施方案中，给药为静脉内或鼻内给药。
肠胃外给药可以为单次推注剂量(single bolus dose)的形式，或者可以例如通过连续灌注泵。常规的药物载体，水性、粉末或油性基质，和增稠剂等会是必要的或期望的。
还提供了药物制剂，其包含作为活性成分的、与一种或多种药学上可接受的载体(赋形剂)组合的本文中提供的组合物。在制备本文中提供的药物制剂时，可以将纳米颗粒组合物例如与赋形剂混合或通过赋形剂稀释。当赋形剂用作稀释剂时，其可以为固体、半固体或液体材料，其起到纳米颗粒组合物的溶媒、载体或介质的作用。因此，药物制剂可以为如下的形式：散剂、锭剂(lozenge)、酏剂、混悬剂、乳剂、溶液剂、糖浆剂、气雾剂(作为固体或在液体介质中)、无菌注射溶液剂、和无菌包装的散剂等。
实施例
一般方法和材料
氢氧化钠(NaOH，99.99％)、盐酸(HCl，36.5-38％)、二甲亚砜(DMSO，>99.5％)和BiCl3(>98％)购自Aldrich Chemical(法国)。乙腈(CH3CN，>99.9％)购自Carlo Erba(法国)。三氟乙酸(TFA，>99％)购自Alfa Aesar(英国)。五水合硫酸铜(CuSO4·5H2O，98％)购自Merck(德国)。Gd和Bi(1000mg/mL±0.2％)ICP单一元素标准溶液购自Carl Roth(德国)。SiGd纳米颗粒(SiGdNP)购自Nano-H(法国)。衍生的DOTA螯合物(2,2',2”-(10-(2-((2,5-二氧代吡咯烷-1-基)氧基)-2-氧代乙基)-1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7-三基)三乙酸)购自ChemaTech(法国)。使用所有产品而无需进一步的纯化。仅Mili-Q水(ρ>18MΩ·cm)用于水溶液制备。元素分析或颗粒由Filab公司(法国)来进行。
实施例1.SiBiGd纳米颗粒(SiBiGdNP)的制备
步骤1.SiGd纳米颗粒(SiGdNP)的合成
在二甘醇中形成氧化钆核Gd2O3(参见例如，Bridot等人，J.Am.Chem.Soc.,2007,129:5047)之后，聚硅氧烷壳利用原硅酸四乙酯(TEOS)与氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)的水解-缩合来生长，从而形成SiGd纳米颗粒。
步骤2.SiGdNP-DOTA纳米颗粒的合成
将1033μmol的SiGd纳米颗粒(SiGdNP)在pH 7.4下在12.7mL的水中分散1小时([Gd3+]＝81mM)。然后添加15mL的水。将591mg的衍生的DOTA螯合物(776μmol；比率Gd/DOTA＝1.3)溶解在2.36mL的DMSO中([DOTA]＝250mg/mL)。然后将该溶液在室温下、在搅拌下逐步添加至SiGdNP溶液中，并且通过NaOH溶液的添加将pH调节至7.4。将颗粒溶液搅拌5h。将混合物在水中稀释至[Gd3+]＝22.5mM(V＝59mL)，从而具有包含少于4％DMSO的溶液并且将pH降低至1以避免SiGdNP的铵与DOTA-NHS的羧酸根之间的离子相互作用。然后使颗粒借助通过购自Sartorius Stedim Biotech(法国)的膜(MWCO＝5kDa)的切向过滤(tangential filtration)来纯化。将胶体溶液导入至管中并且离心。通过将管用水来填充并且再次离心重复该步骤数次，直至达到期望的纯化率(×26,000)。将颗粒溶液浓缩至约[Gd3+]＝100mM，将pH调节至7.4，并且最终将溶液通过0.2μm的注射器式过滤器来无菌过滤从而除去最大的杂质。使用Christ Alpha 1-2冷冻干燥器将其冷冻干燥用于储存。合成的Gd产率为41％。
步骤3.SiBiGdNP合成
将SiGdNP-DOTA颗粒在pH7.4下在6.5mL的水中分散1小时([游离的DOTA]＝46mM，1当量，n游离的DOTA＝302μmol)。250mM的Bi3+溶液通过将BiCl3溶解在6M HCl中来制备。然后，在pH＝6的情况下、在50℃下、在搅拌下将该溶液缓慢地添加至纳米颗粒(0.3当量，90.6μmol)中。将该步骤重复两次从而达到总量为0.9当量的Bi3+(271.8μmol)。将溶液在室温下搅拌过夜。将混合物在水中稀释([游离的DOTA]＝20mM，V＝15mL)。使颗粒借助通过膜(MWCO＝50kDa)的切向过滤来纯化，从而除去游离的氢氧化铋。将胶体溶液导入至管中，并且离心。将过滤的溶液回收并且通过使用膜(MWCO＝5kDa)的切向过滤来纯化从而除去降解产物。将颗粒溶液浓缩至约[Gd3+]＝100mM并且最终将溶液通过0.2μm的注射器式过滤器来过滤。使用Christ Alpha 1-2冷冻干燥器将SiBiGdNP冷冻干燥用于储存。合成的Gd产率为67％。
基于自上而下的(top-down)方法，例如，如图1B中所示，制备本文中提供的二氧化硅基铋-钆纳米颗粒(SiBiGdNP)。如下所述，该方法可以用于制备聚硅氧烷核DOTA-Gd络合物。接下来，将聚硅氧烷网状物的表面通过DOTA螯合物的接枝、接着是Bi3+离子的络合来改性。红外和吸收光谱证实了Bi3+通过DOTA在纳米颗粒上的络合并且在图6A-6B中示出。作出DOTA作为络合剂的选择是因为其高的稳定性，如由其logK值描述的，DOTA-Gd＝23.6且DOTA-Bi＝30.3。
实施例2.概念的体外验证
如贯穿实施例所描述的，本文中提供的纳米颗粒的流体动力学直径(4.5+/-0.9nm)低于10nm的肾脏过滤阈值，如图1C中所示，由此使潜在的脱靶副作用最小化(参见例如，Choi等人，Nat.Biotechnol.2007,25:1165)。SiBiGdNP在pH＝7下的zeta电位等于-3.6mV。纳米颗粒的聚硅氧烷基质共价结合至平均～10个络合钆原子的DOTA配体和平均～5个与铋原子络合的DOTA配体，如图1D中所示。吸光度测量证明，在pH＝5和7下孵育后48h，释放了少于5％的游离的铋，如图1E中所示，由此限制纳米颗粒的毒性。稳定常数值(loK＝30.3)证实了SiBiGdNP的稳定性(参见例如，Csajbok等人，Inorg.Chem.2003,42:2342)。这由等于10mg/mL(高于用于本研究的体内注射剂量(0.32mg/mL)～30倍的浓度)的IC50指数进一步证实，如图1F中所示。此外，纳米颗粒的特定的结构使得SiBiGdNP在低至0.1mg/mL的浓度下在MR和CT显像技术二者中成像，如图1G中所示。SiBiGdNP起到T1阳性造影剂的作用，其中在7特斯拉下测得的纵向弛豫率(r1)和横向弛豫率(r2)为r1＝4.87s-1·mM-1且r1/r2＝1.46，其略高于其它FDA批准的MR造影剂(参见例如，Na等人，Angew.Chem.Int.Ed.Engl.2007,45:5397)。由Bi原子诱导的CT对比度等于4.26HU mM-1，其在临床使用的CT造影剂的范围内(参见例如，Kao等人，Academic Radiology,2003,10:586)。
钆(Z＝64)和铋(Z＝83)二者在与临床6MV的辐射束的相互作用之后均产生光电子和俄歇电子(参见例如，McMahon等人，Nanoscale,2016,8:581)。该局部剂量放大由凋亡细胞死亡和DNA损伤的增加证实，如图2A-2B中所示。在照射后24小时，在辐射和SiBiGdNP的存在下观察到凋亡的显著增加(10.2±0.8％对8.9±5％，n＝3，p值＝0.047)，如图2C中所示。DNA损伤由在γH2AX和53BP1的存在下的显著增加所证明，如图2D-2E中所示(分别地，p＝0.001和p<0.0001)。细胞死亡的增加由克隆生成试验证实，如图2F(4Gy及以上，p<0.001)和显示剂量增强因子(dose enhancement factor)为1.99的图7中所示。
纳米颗粒中Bi3+原子的添加增加了物理效应的量，因此导致功效的整体增加。对于临床前和临床辐射束二者，这均通过在细胞系A549上的克隆生成试验而观察到。该结果证实了SiBiGdNP比SiGdNP更高的功效。临床前，克隆生成试验用SARRP机来进行。临床上，将细胞用6MV的Varian机来照射。遵循已建立的测量方案来照射细胞(参见例如，Detappe等人，Cancer Nanotechnol.2015,6:4)。
实施例3.体内治疗诊断学应用(theranostic application)
为了证明体内功效，将快速生长的皮下异种移植实体瘤模型(A549肺腺癌)用SiBiGdNP被动靶向。进行体内实验从而模拟实际的临床工作流程，如图3A中所示。在血液样品中经24h进行SiBiGdNP的药物代谢动力学，同时还通过MRI和CT采集在注射后15min、3h、6h和24h评估纳米颗粒的生物分布，如图3B-3D和图8中所示。
生物分布测定
对动物注射0.42mg/g的SiBiGdNP并且通过MRI(1.5T)随后是μCT来显像。黄色箭头示出在肿瘤中观察到的对比度，对于CT扫描，所述对比度由Bi原子诱导，并且对于MRI扫描，所述对比度由Gd原子诱导。对于MRI研究，使用具有1.5特斯拉磁场的ASpect One-TouchMRI。T1梯度回波序列(T1gradient echo sequence)用于跟踪和量化不同器官中的纳米颗粒的量。更具体地，使用具有以下参数的全身采集：回声时间为4ms，重复时间为30ms，翻转角为57度，切片厚度(slice thickness)为0.5mm。对于μCT采集，使用nanoScan PET/CTMediso扫描仪。采集参数为：45kVp，曝光时间为1100ms，分辨率为每mm 12.8像素，切片厚度为0.08mm。对于两种显像技术，进行校准曲线从而将T1值和亨斯菲尔德单位分别转换为纳米颗粒的以mg/mL计的剂量。在显像期间将每只动物用异氟烷连续麻醉。通过用MRI、接着是CT扫描来显像，使用相同的工作台而不移动动物位置，在SiBiGdNP的IV注射之前进行参比扫描。在注射后30min、3h、6h和24h进行相同的实验。然后对于各时间点、每个时间点3只小鼠，用电感耦合等离子体质谱(inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS)测量来验证该生物分布研究。钆和铋在不同器官中的生物分布之间的相关性为纳米颗粒的高的稳定性的证据。
由于肿瘤的快速生长及其较差的血管形成，纳米颗粒在注射后6h仍是可见的，肿瘤中有0.49％ID，如图8中所示。在肾脏、肝脏和脾脏中观察到积聚，如图3C中所示，具有由小尺寸纳米颗粒所预计的快速的清除率。在24h之后，仅0.39％ID的SiBiGdNP残留在血液中，如图3D中所示，并且除了肾脏以外没有器官在注射后6h具有超过2％的ID，如图3C中所示。
剂量学研究
照射治疗计划使用Eclipse(Varian Medical Systems,Inc.)来进行，从而计算动物中的剂量分布。将动物放置在10cm的固体水(solid water)的顶部，从而模拟人体中的典型肿瘤在组织中的深度。在肿瘤的顶部，使用2cm的组织等效密度材料来造成反散射。使用具有常规地用于临床的6MV能量模式的直线加速器(Varian MedicalSystems,Inc.)进行照射。将辐射束仅靶向在肿瘤上。照射野尺寸(field size)沿X方向等于5.5cm尺寸(X1＝0.5cm，X2＝5cm)并且沿Y方向为10cm(Y1＝Y2＝5cm)。直线加速器的初级准直仪(primary collimator)遮蔽了小鼠的身体。
辐射剂量学研究基于MR引导的放射疗法临床工作流程来进行。如在临床中对于一些程序所进行的，将器官在MR影像上分割然后合并至CT扫描(图3B)，从而计算辐射剂量分布(图3E-3F)。临床治疗规划和辐射剂量计算软件用于模拟由临床直线加速器(6MV光子束)递送的10Gy的单次照射。
治疗效果用各自分为两个治疗组和两个对照组的四个五只小鼠的组来研究。在从使用临床6MV直线加速器的MR/CT扫描观察到的肿瘤中的纳米颗粒的最大摄取处进行放射疗法。在注射后30min发现该最大值(3.54％ID)，并且与使用相似的纳米颗粒尺寸并且使用相同的靶向方法进行的先前的研究是相似的(参见例如，Detappe等人，J.ControlRelease,2016,238:103)(图3C和图8)。在照射后监测体重作为治疗的安全性的一种评估，如图4A中所示。为了考察长期功效，进行了肿瘤生长(图4B-4C)和存活率(图4D)研究。两个对照组均显示肿瘤负荷的快速进展。仅用10Gy照射(无纳米颗粒)治疗的小鼠在第一个月期间显示有限的响应，接着是快速的肿瘤生长。用SiBiGdNP治疗的组在肿瘤生长延迟方面显示统计学上显著的改善(p＝0.045)，如图4B-4C中所示，并且存活率与照射对照组相比显示统计学上显著的改善(p＝0.0059)，如图4D中所示。
DNA双链断裂
将A549NSCLC细胞用在0.5mM的浓度下的SiBiGdNP孵育30min，然后进行照射。将细胞在室温下在PBS中的4％多聚甲醛中固定15min。在固定之后，将细胞在PBS中的1％BSA、10％FBS和0.3％triton X-100中封闭(blocked)。接下来，将细胞用抗-γH2AX抗体(Millipore)和抗-53BP1(Santa Cruz)染色过夜。随后，针对提到的一抗，将细胞分别用第二抗小鼠-AlexaFluor-594缀合的IgG和抗兔-AlexaFluor-488缀合的IgG(Abcam)孵育。进行半定量分析，从而评价每个表达γH2Ax和53BP1标志物的细胞的焦点的数量。使用具有HXP 120C光源和63×/1.4油平面-复消色差物镜(oil plan-apochromat objective)的正置Carl Zeiss显微镜使图像可视化。在图像中鉴别焦点并且使用CellProfiler细胞成像软件(v.2.1.1)来量化它们的信号强度(参见例如，Carpenter等人，Genome Biology,2006,7:R100。
如图5A中所示，在照射后30min，纳米颗粒的治疗的精度和脱靶活化(off-targetactivation)通过DNA双链断裂定量来评估(参见例如，Herter-Sprie等人，Nat.Commun.2014,5:5870)。在健康组织中，与两个(未照射)组相比，对于照射组，观察到了DNA双链断裂的非显著增加。相反，在肿瘤中，与对照组相比，当在有SiBiGdNP(89.33±14.3％)和没有SiBiGdNP(67.31±11.36％)的情况下进行照射时，使用体内γH2AX染色观察到了DNA损伤的增加(分别为8.1±4.3％和5±1.3％)，如图5B中所示。
H&E染色
在全身注射后24h，通过肾脏、肝脏、脾脏和心脏样品的H&E染色来进行毒性测量，如图9中所示。纳米颗粒的短的生物半衰期限制了纳米颗粒与健康组织的接触。因此，预计通过网状内皮系统(reticuloendothelial system)的有限摄取(如由H&E染色所证明的)并且没有观察到毒性。
实施例4.SiBiGdNP的表征
红外光谱测量
然后用具有在550与4000cm-1之间的ATR-FTIR(衰减全反射傅里叶变换红外)的IRAffnity-1Shimadzu进行红外光谱。将在酸性pH下的SiGdNP-DOTA和SiBiGdNP([Gd3+]＝100mM)的溶液在80℃下在烘箱中干燥过夜。对获得的粉末记录光谱。Bi3+在纳米颗粒中的络合在结构中产生多种变形(参见例如，Stoia等人，Anal.Chem.1996,68:3187)，其中最重要的是对于SiBiGdNP在1720cm-1处的振动带(对于羧酸的C＝O振动带)的消失，其证实了Bi原子在DOTA结构中的络合，如图6A中所示。
在酸性条件下获取的SiGdNP-DOTA和SiBiGdNP的红外光谱导致以下峰：1720cm-1：羧酸的C＝O的伸缩；1600cm-1：酰胺的C＝O的羧酸盐的C＝O的不对称伸缩和酰胺的N-H的变形；1440cm-1：羧酸的变形；1390cm-1：羧酸盐的C＝O的对称伸缩；1080cm-1：Si-O-Si的不对称伸缩；930cm-1：Si-OH的伸缩(参见例如，M.Stoia等人，J.Sol-Gel Sci.Technol.2012,62,31-40；和B.L.Frey,R.M.Corn,Anal.Chem.,1996,68,3187-3193)。对于SiBiGdNP，在1720cm-1处的振动带消失，这与几乎所有DOTA均参与Bi(和Gd)的络合是一致的。
吸光度测量
Bi3+原子在DOTA结构内部的络合还通过吸光度测量来评价。制备了包含200μM的含有0至100μM的Bi3+的SiGdNP-DOTA的数个样品。在pH＝6时用UV-可见分光光度计(VarianCary50)来测量它们的吸收光谱。在305nm处观察到的峰对应于Bi3+原子在DOTA结构中的络合，如图6B中所示。
高效液相色谱法
梯度HPLC分析通过使用具有CBM-20A控制器总线模块(controller bus module)、LC-20AD液相色谱仪、CTO-20A柱温箱、SPD-20A UV-可见检测器和RF-20A荧光检测器的Prominence系列UFLC系统来进行。在295nm处测量UV-可见吸收用于颗粒表征或者在700nm处测量UV-可见吸收用于游离的螯合物定量(UV-可见吸收单波长检测)。将20μL的样品以溶剂注射比为99％溶剂A:1％溶剂C(A＝Milli-Q水:TFA 99.9:0.1v/v；C＝CH3CN:TFA99.90.1v/v)以1mL/min的流速经7min加载至Jupiter C4柱(150×4.60mm，5μm，)。此后，通过从1％至90％的溶剂C产生的梯度洗脱样品15min。将溶剂C的浓度维持7min。然后，将溶剂C的浓度降低至1％，持续1min的时间，接着是在该最终浓度下再持续8min，从而使体系重新平衡。在每次样品测量之前，通过将Milli-Q水加载至进样环(injection loop)中，按照相同的条件进行基线。为了测量，首先将冻干的颗粒在室温下分散在水中一小时，[Gd3+]＝100mM且pH＝7.4。然后，将颗粒稀释至[Gd3+]＝5mM并且立即注入用于测量。SiBiGdNP保留时间为12.03min，半高宽度为0.62min并且纯度为97％。纯度用由HPLC给出的在295nm处的吸光度来计算。HPLC测量的结果在图10中示出。
HPLC光谱显示对应于颗粒的在12-13min左右的主峰。在2-4min左右，记录到小的其它峰。它们对应于源自来自聚硅氧烷核的Si-O-Si键的水解的小的碎片。因此，这些色谱图反映了批次的纯度(在295nm处计算的纯度)。
保留时间的轻微的变化可以通过颗粒的表面(和在尺寸方面)的变化来解释。
动态光散射
纳米颗粒的流体动力学直径分布的直接测量经由来自Malvern Instruments的Nano S DLS(激光He-Ne 633nm)来进行。首先将冻干的颗粒在室温下在水中分散一小时，[Gd3+]＝100mM且pH＝7.4。将纳米颗粒稀释至[Gd3+]＝10mM并且立即进行测量。通过DLS测量的平均流体动力学直径(以数字计)对于SiGdNP为3.9nm(标准偏差：0.8)，对于SiGdNP-DOTA为4.1nm(标准偏差：0.8)并且对于SiBiGdNP为4.5nm(标准偏差：0.9)。颗粒之间的尺寸的轻微的增加可以来自由于DOTA-NHS在颗粒的表面处的接枝和纯化步骤(小的颗粒的除去)所导致的尺寸的增加。这与r1和r2的增加是一致的。
Zeta电位测量
颗粒的zeta电位的测定用来自Malvern Instruments的Nano S来进行。在进行测量之前，将纳米颗粒在室温下分散在水中一小时，[Gd3+]＝100mM且pH＝7。然后将颗粒在含有0.01M NaCl的水溶液([Gd3+]＝5mM)中稀释并且立即进行测量。发现zeta电位对于SiGdNP为1.7mV，对于SiGdNP-DOTA为-7.5mV并且对于SiBiGdNP为-3.6mV。预计zeta电位演变。实际上，从SiGdNP到SiGdNP-DOTA，由于氨基而导致正电荷被“除去”并且由于羧酸盐而导致“添加”负电荷。在中性pH下的zeta电位降低。从SiGdNP-DOTA到SiBiGdNP，zeta电位增加，这与Bi3+的络合导致整体负电荷的减少的事实是一致的。
游离的配体螯合物的定量
制备pH为3的数种溶液，其包含20mM的DOTA-NHS和0至7.5mM的Cu2+。将样品在80℃下放置90min，然后注入用于HPLC分析(在700nm处测量UV-可见吸收)。测定了对应于DOTA结合的Cu2+(即，DOTA-Cu2+)的在2.9min处的峰面积并且发现校准曲线方程为：
面积(在2.9min处)＝1616.9[DOTA-Cu2+]-179.47
其中浓度以mM计并且R2＝0.987。
将颗粒在室温下以[Gd3+]＝100mM的浓度分散在水中1h。然后将过量的Cu2+添加至纳米颗粒溶液中并且将pH调节至3。将样品在室温下放置90min，必要时稀释并且最终在没有的情况下注入用于HPLC分析(在700nm处测量UV-可见吸收)。测定了对应于结合至Cu2+的纳米颗粒的在约12.5min处的峰面积，并且颗粒上的游离的DOTA的浓度使用先前的校准曲线来确定。游离的DOTA的百分比为游离的DOTA的数量与DOTA的总数量之间的比。其对于SiGdNP为2％，对于SiGdNP-DOTA为47％，并且对于SiBiGdNP为6.5％。
元素表征
纳米颗粒中的钆和铋的准确浓度的测定通过电感耦合等离子体光学发射光谱法(Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectroscopy，ICP-OES)来进行。将颗粒在80℃下和在钆的估计浓度为0.01mM、0.02mM或0.05mM下在5mL的王水(HNO3 67％，与HCl 37％混合(1:2；v/v))中降解过夜。随后，将样品用0.5M HNO3稀释至50mL(1:2500，v/v)。使用通过用5％(w/w)的HNO3基质连续稀释、由1000ppm的Gd标准品和1000ppm的Bi标准品制备的单一元素标准溶液来校准ICP-OES。对于各颗粒，给出的Gd3+和Bi3+的组成为所制备的三个样品(0.01mM、0.02mM和0.05mM)的平均值。获得的质量百分比(massicpercentage)(即，质量百分比(mass percentage)或质量百分数(mass percent))对于SiBiGdNp中的Gd为8.31，并且对于SiBiGdNp中的Bi为6.1。
颗粒的Gd、Si、C、N和Bi含量的测定由Filab公司(法国)通过ICP-MS(精度：0.4％)来进行，并且在图1D中示出。对于SiGdNP，质量百分比对于Gd为13.98，对于Si为11.45，对于C为28.95并且对于N为8.14。这与以下SiGdNP的平均组成是一致的：(Gd1APTES*2.5TEOS*2.12DOTAGA*1.02)·xH2O。对于SiGdNP-DOTA，质量百分比对于Gd为8.1，对于Si为11.3，对于C为23.48并且对于N为7.05。这与以下SiGdNP-DOTA的平均组成是一致的：(Gd1APTES*3.4TEOS*4.3DOTAGA*1.02DOTA*0.56)·xH2O。对于SiBiGdNP，质量百分比对于Gd为8.1，对于Si为14，对于C为23.7，对于N为6.9并且对于Bi为6.1。与通过ICP-OES获得的Gd的质量比组合，这与以下SiBiGdNP的平均组成是一致的：(Gd1APTES*3.0TEOS*6.2DOTAGA*1DOTA0.62Bi0.52)·xH2O。APTES*、TEOS*、DOTAGA*和DOTA*是指已经反应并且实际存在于纳米颗粒内的相应的分子。
SiBiGdNP的稳定性
纳米颗粒的稳定性通过在pH为5或7的水溶液中经24h的弛豫(relaxometry)测量来测定。将SiBiGdNP以[Gd3+]＝40mM的浓度分散在水中并且将pH调节至7或5。对于所有实验，将溶液保持在37℃。在0h与24h之间，将溶液在水中稀释，吸收光谱使用UV-可见分光光度计(Varian Cary50)来记录，并且结果在图11中示出。
NMR测量
弛豫时间测量使用在7T的磁场下和在37℃下操作的Bruker 来进行。在T1(纵向弛豫时间)和T2(横向弛豫时间)的测量之前，将冻干的颗粒在室温下在水中分散一小时，[Gd]＝100mM且pH＝7.4。对于SiBiGdNP，r1＝4.87s-1·mM-1/Gd3+且r2＝3.48s-1·mM-1/Gd3+。
弛豫时间测量使用在1.4T的磁场下和在37℃下操作的Bruker Minispec MQ60NMR分析仪来进行并且在图12中示出。在T1(纵向弛豫时间)和T2(横向弛豫时间)的测量之前，将冻干的颗粒在室温下在水中分散一小时，[Gd]＝100mM且pH＝7.4。对于SiGdNP，r1＝15.0s-1·mM-1/Gd3+且r2＝21.3s-1·mM-1/Gd3+。对于SiGdNP-DOTA，r1＝18.0s-1·mM-1/Gd3+且r2＝27.2s-1·mM-1/Gd3+。对于SiBiGdNP，r1＝22.0s-1·mM-1/Gd3+且r2＝36.0s-1·mM-1/Gd3+。颗粒之间的r1和r2值的增加可以来自由于DOTA-NHS在颗粒的表面处的接枝和纯化步骤(小的颗粒的除去)所导致的尺寸的增加。比率r2/r1包括在1.4与1.6之间。预计这三种颗粒的磁特性是相似的。
其它实施方案
应当理解的是，虽然已经结合本发明的详细描述来描述了本发明，但是前面的描述旨在说明并且不限制本发明的范围，所述范围由所附权利要求的范围来限定。其它方面、优点和改变在所附权利要求的范围内。

Claims (51)

1.一种组合物，其包含：
含有共价结合至第一配体的一个或多个第一连接基团和共价结合至第二配体的一个或多个第二连接基团的纳米颗粒核；
其中一个或多个所述第一配体与Gd3+离子络合并且一个或多个所述第二配体与Bi3+离子络合。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述纳米颗粒核为二氧化硅核。
3.根据权利要求1所述的组合物，其中所述纳米颗粒核为聚硅氧烷核。
4.根据权利要求1至3任一项所述的组合物，其中所述一个或多个第一连接基团各自包含共价结合至所述第一配体的C1-10烷基胺。
5.根据权利要求1至4任一项所述的组合物，其中各所述第一配体独立地选自由1,4,7-三氮杂环壬烷三乙酸(NOTA)、1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四乙酸(DOTA)、1,4,7-三氮杂环壬烷-1-戊二酸-4,7-二乙酸(NODAGA)、乙二胺四乙酸(EDTA)、二乙烯三胺五乙酸(DTPA)、环己基-1,2-二胺四乙酸(CDTA)、乙二醇-O,O'-双(2-氨基乙基)-N,N,N',N'-四乙酸(EGTA)、N,N-双(羟基苄基)-乙二胺-N,N'-二乙酸(HBED)、三乙烯四胺六乙酸(TTHA)、羟基乙二胺三乙酸(HEDTA)、1,4,8,11-四氮杂环十四烷-N,N',N",N"'-四乙酸(TETA)、和1,4,7,10-四氮杂-1,4,7,10-四-(2-氨基甲酰基甲基)-环十二烷(TCMC)组成的组。
6.根据权利要求1至4任一项所述的组合物，其中各所述第一配体独立地选自由以下组成的组：
其中表示将所述第一配体连接至所述第一连接基团的键。
7.根据权利要求1至4任一项所述的组合物，其中各所述第一配体为其中表示将所述第一配体连接至所述第一连接基团的键。
8.根据权利要求1至7任一项所述的组合物，其中所述一个或多个第二连接基团各自包含共价结合至所述第二配体的C1-10烷基胺。
9.根据权利要求1至8任一项所述的组合物，其中各所述第二配体独立地选自由1,4,7-三氮杂环壬烷三乙酸(NOTA)、1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四乙酸(DOTA)、1,4,7-三氮杂环壬烷-1-戊二酸-4,7-二乙酸(NODAGA)、乙二胺四乙酸(EDTA)、二乙烯三胺五乙酸(DTPA)、环己基-1,2-二胺四乙酸(CDTA)、乙二醇-O,O'-双(2-氨基乙基)-N,N,N',N'-四乙酸(EGTA)、N,N-双(羟基苄基)-乙二胺-N,N'-二乙酸(HBED)、三乙烯四胺六乙酸(TTHA)、羟基乙二胺三乙酸(HEDTA)、1,4,8,11-四氮杂环十四烷-N,N',N",N"'-四乙酸(TETA)、和1,4,7,10-四氮杂-1,4,7,10-四-(2-氨基甲酰基甲基)-环十二烷(TCMC)组成的组。
10.根据权利要求1至8任一项所述的组合物，其中各所述第二配体独立地选自由以下组成的组：
其中表示将所述第二配体连接至所述第二连接基团的键。
11.根据权利要求1至8任一项所述的组合物，其中各所述第二配体为其中表示将所述第二配体连接至所述第二连接基团的键。
12.根据权利要求1至11任一项所述的组合物，其中大于约20％的所述第一配体与所述Gd3+离子络合。
13.根据权利要求1至12任一项所述的组合物，其中大于约20％的所述第二配体与所述Bi3+离子络合。
14.根据权利要求1至13任一项所述的组合物，其中所述组合物包含的Gd3+离子:Bi3+离子的比为约1:1至约2:1。
15.根据权利要求1至14任一项所述的组合物，其中所述纳米颗粒包含约5个至约15个Gd3+离子和约1个至约10个Bi3+离子。
16.根据权利要求1至15任一项所述的组合物，其中所述纳米颗粒的流体动力学直径为约2nm至约8nm。
17.根据权利要求1至15任一项所述的组合物，其中所述组合物的流体动力学直径为约3nm至约6nm。
18.根据权利要求1至17任一项所述的组合物，其中所述组合物适用于静脉内或鼻内给药。
19.一种在受试者中治疗癌症的方法，所述方法包括：
i)对所述受试者给予治疗有效量的根据权利要求1至18任一项所述的组合物；和
ii)对所述受试者给予一个或多个剂量的辐射。
20.一种在受试者中使癌症显像的方法，所述方法包括：
i)对所述受试者给予治疗有效量的根据权利要求1至18任一项所述的组合物；和
ii)用适当的显像技术使所述受试者显像。
21.一种在受试者中治疗癌症的方法，所述方法包括：
i)对所述受试者给予治疗有效量的根据权利要求1至18任一项所述的组合物；
ii)用适当的显像技术使所述受试者显像；和
iii)对所述受试者给予一个或多个剂量的辐射。
22.一种在受试者中监测癌症的治疗的方法，所述方法包括：
i)对所述受试者给予治疗有效量的根据权利要求1至18任一项所述的组合物；
ii)用适当的显像技术使所述受试者显像；和
iii)对所述受试者给予一个或多个剂量的辐射。
23.根据权利要求21或22所述的方法，其进一步包括在步骤ii)之后和在步骤iii)之前对所述受试者给予额外的治疗有效量的所述组合物。
24.根据权利要求21至23任一项所述的方法，其进一步包括在步骤iii)之后用适当的显像技术使所述受试者显像。
25.根据权利要求19至24任一项所述的方法，其中所述组合物使所述癌症对辐射敏化。
26.根据权利要求19至25任一项所述的方法，其中所述癌症为实体瘤。
27.根据权利要求19至26任一项所述的方法，其中所述癌症选自由肺癌、脑癌、头部和颈部的癌症、宫颈癌、胰腺癌、乳腺癌、前列腺癌、肝癌、结肠癌、子宫内膜癌、膀胱癌、皮肤癌、肾癌和胃癌组成的组。
28.根据权利要求20至27任一项所述的方法，其中使用磁共振显像、计算机断层扫描显像、正电子发射断层扫描显像、或其任意组合来进行所述显像。
29.一种制备根据权利要求1所述的组合物的方法，所述方法包括在酸的存在下使组合物A与Bi3+盐反应从而形成所述组合物，其中组合物A包含：
含有共价结合至第一配体的一个或多个第一连接基团和共价结合至第二配体的一个或多个第二连接基团的纳米颗粒核；
其中一个或多个所述第一配体与Gd3+离子络合。
30.根据权利要求29所述的方法，其中所述酸为盐酸。
31.根据权利要求29或30所述的方法，其中所述Bi3+盐为BiCl3。
32.根据权利要求31至33任一项所述的方法，其中所述反应在溶剂的存在下进行。
33.根据权利要求32所述的方法，其中所述溶剂为水。
34.根据权利要求29至33任一项所述的方法，其中所述反应在约40℃至约80℃的温度下进行。
35.根据权利要求29至34任一项所述的方法，其中根据包括使组合物B与第二反应性配体反应从而形成组合物A的方法来制备组合物A，其中组合物B包含：
含有共价结合至第一配体的一个或多个第一连接基团和一个或多个第二连接基团的纳米颗粒核；
其中一个或多个所述第一配体与Gd3+离子络合。
36.根据权利要求35所述的方法，其中所述反应在溶剂的存在下进行。
37.根据权利要求35或36所述的方法，其中所述溶剂为二甲亚砜和水的混合物。
38.根据权利要求35至37任一项所述的方法，其中所述反应在约7至约8的pH下进行。
39.根据权利要求35至38任一项所述的方法，其中根据包括使组合物C与水接触从而形成组合物B的方法来制备组合物B，其中组合物C包含含有共价结合至第一配体的一个或多个第一连接基团的双层纳米颗粒核。
40.根据权利要求39所述的方法，其中所述双层纳米颗粒核包含Gd2O3层。
41.根据权利要求40所述的方法，其中组合物C与水的反应使所述双层纳米颗粒核溶解，由此形成所述纳米颗粒核和所述共价结合至第一配体的一个或多个第一连接基团，其中一个或多个所述第一配体与Gd3+离子络合。
42.根据权利要求39至41任一项所述的方法，其中根据包括使第一反应性配体与包含一个或多个第一连接基团的所述双层纳米颗粒核反应从而形成组合物C的方法来制备组合物C。
43.根据权利要求39至42任一项所述的方法，其中所述双层纳米颗粒核包含Gd2O3和一个或多个C1-10烷基胺基。
44.根据权利要求39至43任一项所述的方法，其中所述双层纳米颗粒核包含Gd2O3层和二氧化硅层。
45.根据权利要求39至43任一项所述的方法，其中所述双层纳米颗粒核包含Gd2O3层和聚硅氧烷层。
46.根据权利要求42至45任一项所述的方法，其中所述第一反应性配体选自由以下组成的组：
或其混合物。
47.根据权利要求42至45任一项所述的方法，其中所述第一反应性配体为
48.根据权利要求29至47任一项所述的方法，其中各所述第一配体为其中表示将所述第一配体连接至所述第一连接基团的键。
49.根据权利要求35至48任一项所述的方法，其中所述第二反应性配体选自由以下组成的组：
或其混合物。
50.根据权利要求35至48任一项所述的方法，其中所述第二反应性配体为
51.根据权利要求29至38任一项所述的方法，其中各所述第二配体为其中表示将所述第二配体连接至所述第二连接基团的键。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4149551A1 (en) 2020-05-15 2023-03-22 Universite Claude Bernard - Lyon 1 Methods for image-guided radiotherapy
FR3116216B1 (fr) * 2020-11-19 2023-10-27 Nh Theraguix Procédé de préparation de nanoparticules

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102327625A (zh) * 2011-08-19 2012-01-25 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种水溶性纳米复合材料及其制备方法和应用
US20150050217A1 (en) * 2012-04-13 2015-02-19 Universite Claude Bernard Lyon I Ultrafine nanoparticles as multimodal contrast agent

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8801646D0 (en) 1988-01-26 1988-02-24 Nycomed As Chemical compounds
CN1231760C (zh) 2001-03-30 2005-12-14 清华大学 用于生物材料标记的稀土纳米粒子、其制备方法及用途
WO2003080743A2 (en) 2002-03-19 2003-10-02 The Regents Of The University Of California Stabilized inorganic particles
FR2863053B1 (fr) 2003-11-28 2007-04-06 Univ Claude Bernard Lyon Nouvelles sondes hybrides a luminescence exaltee
FR2867180B1 (fr) 2004-03-02 2006-06-16 Univ Claude Bernard Lyon Nanoparticules hybrides comprenant un coeur de ln203 porteuses de ligands biologiques et leur procede de preparation
FR2869803B1 (fr) 2004-05-10 2006-07-28 Nanobiotix Sarl Particules activables, preparation et utilisations
WO2006012201A1 (en) 2004-06-25 2006-02-02 The Regents Of The University Of California Nanoparticles for imaging atherosclerotic plaque
FR2922106B1 (fr) 2007-10-16 2011-07-01 Univ Claude Bernard Lyon Utilisation de nanoparticules a base de lanthanides comme agents radiosensibilisants.
FR2959502B1 (fr) 2010-04-30 2012-09-07 Nanoh Nanoparticules ultrafines a matrice polyorganosiloxane fonctionnalisee et incluant des complexes metalliques ; leur procede d'obtention et leurs applications en imagerie medicale et/ou therapie
TW201212942A (en) * 2010-09-28 2012-04-01 Univ Nat Cheng Kung CT/MRI dual modality molecular imaging contrast agent and method for manufacturing the same
CN102757786B (zh) * 2012-07-12 2014-10-22 陕西师范大学 Fe3O4/SiO2@Gd2O3:Eu, Bi磁性-荧光纳米材料的制备方法和应用
CN105142680A (zh) * 2013-03-15 2015-12-09 加利福尼亚大学董事会 基于低-z原子的肠ct造影材料
FR3006688B1 (fr) * 2013-06-06 2015-08-14 Centre Nat Rech Scient Chelates du plomb (ii) et du bismuth (iii) a base de tetraazacycloalcanes trans-di-n-picolinates
WO2018093566A1 (en) * 2016-11-16 2018-05-24 The United States Of America, As Represented By The Secretary, Department Of Health And Human Services Imageable particles, methods of making and methods of use thereof

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102327625A (zh) * 2011-08-19 2012-01-25 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种水溶性纳米复合材料及其制备方法和应用
US20150050217A1 (en) * 2012-04-13 2015-02-19 Universite Claude Bernard Lyon I Ultrafine nanoparticles as multimodal contrast agent

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ÉVA CSAJBÓK ET AL.: "Equilibrium, 1H and 13C NMR Spectroscopy, and X-ray Diffraction Studies on the Complexes Bi(DOTA)- and Bi(DO3A-Bu)", 《INORG. CHEM.》 *
L.HENRY BRYANT JR. ET AL.: "Synthesis and relaxometry of high-generation(G＝5,7,9,and 10)PAMAM dendrimer-DOTA-gadolinium chelates", 《JOURNAL OF MAGNETIC RESONANCE IMAGING》 *

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