CN111886004A - 用于治疗神经元障碍的纳米粒子 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及医学领域，特别是涉及神经系统障碍的治疗。更具体而言，本发明涉及一种纳米粒子或纳米粒子聚集体，其用于预防或治疗对象的神经系统疾病或其至少一种症状而无需将所述纳米粒子或纳米粒子聚集体暴露于电场，并优选无需将其暴露于任何其他外部激活源，其中所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的材料选自导体材料、半导体材料、介电常数εijk等于或高于200的绝缘体材料、和介电常数εijk等于或低于100的绝缘体材料。本发明还涉及包含这样的纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的组合物和试剂盒，及其在无需将其暴露于电场并优选无需将其暴露于任何其他外部激活源的情况下的用途。

Description

用于治疗神经元障碍的纳米粒子
本发明涉及医学领域，特别是涉及神经系统障碍的治疗。更具体地，本发明涉及一种纳米粒子或纳米粒子聚集体，其用于预防或治疗对象的神经系统疾病或其至少一种症状而无需将所述纳米粒子或纳米粒子聚集体暴露于电场，并优选无需将其暴露于任何其他外部激活源，例如光源、磁场或超声源，其中所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的材料选自导体材料、半导体材料、介电常数εijk等于或高于200的绝缘体材料、和介电常数εijk等于或低于100的绝缘体材料。本发明还涉及包含这样的纳米粒子和/或纳米粒子聚集体的组合物和试剂盒，及其在无需将其暴露于电场并优选无需将其暴露于任何其他外部激活源例如光源、磁场或超声源的情况下的用途。
背景技术
神经系统障碍是一个重大的健康问题(神经系统障碍对公共卫生的挑战(Neurological disorders public health challenges).WHO，2006)。神经网络功能的受损可以有不同的起源。帕金森氏病(Parkinson's disease)是由位于中脑的黑质中的多巴胺神经元死亡引起的运动障碍。中风对应于脑血液供应的阻断。在没有氧的情况下，受影响的区域中的神经元死亡，而由那些细胞控制的身体部分也无法发挥功能。亨廷顿氏病(Huntington's disease)是一种遗传障碍。癫痫是由各个脑区中大批神经元的异常兴奋引起的障碍。阿尔茨海默氏病(Alzheimer's disease)是一种神经变性障碍，以海马、大脑皮质和其他脑区中的神经元死亡为特征。自闭症谱系障碍的原因是多因素的：遗传，环境等。
神经系统障碍可以根据影响患者的主要症状进行分类。观察到三种主要类型的症状：运动障碍、精神(情绪/社交)障碍和认知障碍，如下文进一步解释的。
运动障碍包括震颤、运动功能减退例如运动迟缓或运动异常、肌肉扭曲、僵硬、姿势不稳、步态冻结等。表现出运动障碍的疾病通常包括帕金森氏病、肌张力障碍、癫痫、亨廷顿氏病和Tourette综合征。
精神障碍构成了表现出情绪/社交障碍症状的各种疾病。一个非详尽的清单包括自闭症谱系障碍、精神分裂症、双相障碍、抑郁症、焦虑症、强迫症、物质相关和/或成瘾性障碍(定义来自《心智障碍诊断和统计手册》(Diagnostic and Statistical Manual ofMental Disorders)，2013，第五版，美国精神病学会(the American PsychiatricAssociation))。一些患有运动障碍如帕金森氏病和肌张力障碍的患者可在疾病后期发展为精神障碍。
许多(即便不是全部的话)心智障碍(例如，精神分裂症、双相障碍)中都存在认知障碍。只有核心特征是认知的障碍才被包括在认知障碍类别中。认知障碍影响患者的日常生活：简单的任务实现起来变得复杂。痴呆是一种代表性的认知障碍，它是严重到足以干扰日常生活的心智能力下降的上位术语。阿尔茨海默氏病是一种特殊类型的痴呆，有神经变性的一面。
在可能的情况下，用调节脑中神经递质水平并控制与其特异性神经递质受体的相互作用的药物来治疗神经系统障碍。所涉及的主要神经递质是：谷氨酸，γ-氨基丁酸(GABA)，多巴胺，和乙酰胆碱。谷氨酸和GABA神经递质特别令人感兴趣，因为它们分别在增加(Platt等人，The Veterinary Journal，2007，173，278-286：谷氨酸在中枢神经系统健康和疾病中的作用–综述(The role of glutamate in central nervous system healthand disease–a review))和降低神经元兴奋性中起主要作用(Holmes等人，MentalRetardation and Developmental Disabilities，1995，1，208-219：谷氨酸和GABA在癫痫病理生理学中的作用(Role of glutamate and GABA in the pathophysiology ofepilepsy))。多巴胺参与若干脑功能：经由基底神经节控制运动(基底神经节中不合适的多巴胺水平导致不受控制的运动)，快乐奖励寻求行为(失调可能导致功能失常的成瘾)，认知(额叶中多巴胺紊乱可能导致神经认知功能下降)，等等(Alcaro等人，Brain Res.Rev.，2007，56(2)，283-321：中脑边缘多巴胺能系统的行为功能：情感神经行为学观点(Behavioral functions of the mesolimbic dopaminergic system:an affectiveneuroethological perspective))。乙酰胆碱是在中枢神经系统水平下参与学习和记忆的一种神经递质(Hasselmo等人，Curr Opin Neurobiol，2006，16(6)，710-715：乙酰胆碱在学习和记忆中的作用(The role of acetylcholine in learning and memory))。
减轻帕金森氏病的运动症状的常用药物是左旋多巴，它在脑中转变为多巴胺并通过这种方式帮助平衡多巴胺不足。左旋多巴与卡比多巴联合，这有助于避免全身中左旋多巴转变为多巴胺。左旋多巴治疗的一个问题是“开-关”现象，其导致与抑郁相关的不动和丧失能力的阶段与欢欣的缓和阶段交替(Lees等人，J Neurology NeurosurgeryPsychiatry，特别增补刊，1989，29-37：开-关现象(The on-off phenomenon))。晚期帕金森氏病患者对该治疗的无反应性是一个问题(Fabbri等人，《帕金森病及相关障碍》(Parkinsonism and related disorders)，2016：晚期帕金森病患者对左旋多巴仍有反应吗？(Do patients with late-stage Parkinson’s disease still respond tolevodopa？))。在精神分裂症中治疗神经精神障碍的症状如“阳性”症状、错觉和幻觉的其他常见药物是抗精神病药物。
然而，用这些药物治疗性治疗神经系统障碍的症状是非特异性的，因此，它们可能引起严重的不良事件。另外，可能出现对使用过的药物的不应性。
随着对神经科学的理解进步，脑可以被认为是一个电网络，通过它的电线——神经元编码和传输信息。神经元之间的连接性是简单，同时又复杂的：简单是因为它在于神经元内部离子的流入/流出，产生动作电位(或电活动的“峰电位”)；复杂是因为脑网络由数千亿计的神经元构成，其形成节点、集线器和模块，以各种空间和时间尺度展示协调的相互作用(Fornito等人，Nature Reviews Neuroscience，2015，16，159-172：脑障碍的连接组学(The connectomics of brain disorders))。神经通信取决于连接各个神经元的解剖学组成部分(结构)和传递信息的过程(功能)。这两个方面影响神经系统的整体性能。脑电活动模式的振荡有损于神经元相互作用，该振荡通常可通过脑电图(EEG)来测量。观察到不同的振荡频段：δ，θ，α，β，γ(Ward等人，Trends in Cognitive Sciences，2003，7(12)，553-559：同步神经振荡和认知过程(Synchronous neural oscillations and cognitiveprocesses))。在结构上，脑最醒目的神经解剖学特征是神经元之间丰富的连接性，其反映了神经通信的重要性。一个脑区与另一个脑区之间的振荡的同步化(“同步”)似乎通过引入空间-时间协调而构成信息编码的最后一级[第一级(神经元)：动作电位；第二级(神经元网络)：神经元振荡](Engel等人，Nature Reviews Neuroscience，2001，2，704-716：动态预测：自上而下处理中的振荡和同步(Dynamic predictions:oscillations and synchronyin top-down processing))。重要的是，出现的证据表明，在空间和时间上同步化和去同步化的微妙平衡模式是神经系统功能性能的根本(Schnitzler等人，Nature ReviewsNeuroscience，2005，6，285-296：脑中的正常和病理振荡通信(Normal and pathologicaloscillatory communication in the brain))。
同步过程异常(过高和/或过长的同步，即也称为超同步，或同步太低，即也称为同步受损)与几种脑障碍例如癫痫、精神分裂症、痴呆和帕金森氏病有关(Schnitzler等人，Nature Reviews Neuroscience，2005，6，285-296：脑中的正常和病理振荡通信(Normaland pathological oscillatory communication in the brain))。
如今，可以通过电刺激诱导神经元的电活动模式的调制(神经调制)。当前产生电刺激进入脑的技术利用直接电刺激或通过施加电流通过磁线圈来感生电场。因为某些神经系统障碍影响深脑中的区域并且由于电场的穿透深度弱，所以已经实施了在脑内手术植入电极来持续传递电刺激并构成了“深脑刺激”(DBS)技术。其功效取决于用于刺激的参数，尤其是频率。1987年，发现用植入电极高频刺激(≥100Hz)腹中间核(VIM)缓解了患有帕金森氏病的患者的震颤症状(Benabid等人，Applied Neurophysiology，1987，50，344-346：对VIM丘脑核的联合(丘脑切开术和刺激)立体定向手术治疗双侧帕金森病(Combined(thalamotomy and stimulation)stereotactic surgery of the VIM thalamic nucleusfor bilateral Parkinson disease))。还有，已在猴子中表明，与低频刺激(<50Hz)相比，高频刺激(>100Hz)允许苍白球外侧(GPe)和苍白球内侧(GPi)中神经元的时间发放模式发生变化(刺激同步的规则发放模式)，其阻断了在基底神经节中改变的神经元活动模式传送到它在丘脑和脑干中的靶结构，从而减轻运动迟缓和僵硬症状(Hashimoto等人，TheJournal of Neuroscience，2003，23(5)，1916-1923：丘脑下核的刺激改变苍白球神经元的发放模式(Stimulation of the subthalamic nucleus changes the firing pattern ofpallidal neurons))。DBS现在被批准治疗几种运动障碍(帕金森氏病，肌张力障碍，特发性震颤，癫痫)和精神障碍(强迫症，抑郁症)。
然而，几个缺点可能与DBS有关，首先是该技术的侵入性和各种并发症如出血、癫痫发作、感染、导线迁移、导线断裂等的风险(Fenoy等人，J Neurosurg，2014，120，132-139：DBS手术中常见并发症的风险：管理和避免(Risks of common complications in DBSsurgery:management and avoidance))。
产生的电场在靶标中的聚焦性(Focality)(即空间分辨率)是另一个问题。电刺激的传播也与副作用例如抑郁有关联。许多研究致力于设计新的电极类型，这些电极可以在一定区域内转移和限制刺激(Luan等人，Frontiers in Neuroengineering，2014，7(27)，1-9：神经调制：现在和新兴的方法(Neuromodulation:present and emerging methods))。其他技术方面正在评估：电极(或导线)，它们的尺寸，DBS装置的侵入性，构成导线的材料，与(磁共振)成像技术的相容性，与持续刺激需求相关的内部脉冲发生器(IPG)电池寿命。
主要的其他现有类型的电刺激，即经颅电刺激或经颅磁刺激，具有不侵入的优点，但是电场的穿透深度弱。因此，它们的应用限于大脑皮质的刺激(无法到达深脑)。而且，空间分辨率仍然差。
本发明涉及纳米粒子和/或纳米粒子聚集体(纳米粒子的聚集体)，其用于预防或治疗神经系统疾病(通常是神经元网络障碍)或其至少一种症状。
所述纳米粒子或纳米粒子聚集体使神经元网络内和/或之间、以及脑的不同区域内和/或之间的神经元振荡的同步化正常化(改善同步)。发明人在本文中描述的纳米粒子或纳米粒子聚集体由此帮助对象/患者恢复到健康/正常状态。
发明人在本文中描述的纳米粒子和纳米粒子聚集体不需要施加/感生电流或电场/刺激，并优选不需要暴露于任何其他外部激活源例如光源、磁场或超声源方能发挥其功能(即生效)。本文所述的纳米粒子和纳米粒子聚集体不需要暴露于电流或电场/刺激，并优选不需要暴露于任何其他外部激活源例如光源、磁场或超声源方能在本文描述的用途的情形下起作用。发明人发现，这些纳米粒子或纳米粒子聚集体可以有利地且令人惊讶地被有效使用，而无需将它们或者无需将施用它们的对象暴露于电流或电场/刺激，通常是例如通过深脑刺激(DBS)、经颅电刺激(TES)或经颅磁刺激(TMS)施加给所述对象的电流或电场/刺激，并优选不暴露于任何其他外部激活源，例如光源、磁场或超声源。这意味着，得益于本发明，被治疗的对象将不会遭受到暴露于电流或电场/刺激或任何其他外部激活源例如光源、磁场或超声源的负面副作用。
如本领域技术人员公知的，纳米粒子具有提高的/高的表面积/体积比，通常10nm纳米粒子有约35％-40％的原子位于表面上，相比之下，尺寸超过30nm的纳米粒子则为不到20％。这种高的表面积/体积比与尺寸依赖性的强表面反应性有关。因此，与大块材料相比，纳米粒子(尤其是小于20nm的纳米粒子)可表现出新颖的性质。例如，已知金粒子是化学上惰性的，并且在宏观尺度上抗氧化，而尺寸低于10nm的金粒子则具有化学活性的表面。与金属纳米粒子化学失稳有关的毒性机制可能是(i)金属在溶液中的直接释放(溶解过程)，(ii)金属纳米粒子的催化性质，以及(iii)纳米粒子表面的氧化还原演变，其可以氧化蛋白质、产生活性氧(ROS)和诱导氧化应激(参见M.Auffan等人，Environmental Pollution 157(2009)1127-1133：金属纳米粒子的化学稳定性：体外控制其潜在细胞毒性的参数(Chemical Stability of metallic nanoparticles:a parameter controlling theirpotential cellular toxicity in vitro))。
除上文所述的呈现催化性质的金纳米粒子外，氧化铈(7nm-CeO2粒子)或氧化铁(20nm-Fe3O4粒子)纳米粒子也显示出其表面的氧化还原改性，导致体外与氧化应激相关的细胞毒性效应(参见M.Auffan等人，Environmental Pollution 157(2009)1127-1133：金属纳米粒子的化学稳定性：体外控制其潜在细胞毒性的参数(Chemical Stability ofmetallic nanoparticles:a parameter controlling their potential cellulartoxicity in vitro))。同样，11nm-二氧化硅纳米结构也被生物介质侵蚀(参见S-A Yang等人，Scientific Reports 2018 8:185：二氧化硅纳米粒子在生物介质中的稳定性再探讨(Silica nanoparticle stability in biological media revisited))。
因此，如发明人在下文中所解释的，当打算在对象、通常是哺乳动物、特别是人类中体内使用时，要仔细选择尺寸低于30nm的纳米粒子。
发明内容
本文首次有利地描述了纳米粒子或纳米粒子聚集体，其用于在有此需要的对象中预防或治疗神经系统疾病或其至少一种症状而无需将所述纳米粒子或纳米粒子聚集体暴露于电场，并优选无需将其暴露于任何其他外部激活源，例如光源、磁场或超声源。所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的材料通常选自导体材料、半导体材料、介电常数εijk等于或高于200的绝缘体材料、和介电常数εijk等于或低于100的绝缘体材料。
在一个特定的方面，发明人在本文中描述了纳米粒子或纳米粒子聚集体，其用于预防或治疗对象的神经系统疾病或其至少一种症状而无需将所述纳米粒子或纳米粒子聚集体暴露于电场或任何其他外部激活源，其中所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的材料选自导体材料、半导体材料、介电常数εijk等于或高于200的绝缘体材料、和介电常数εijk等于或低于100的绝缘体材料，其中i)当所述材料是导体材料、半导体材料或介电常数εijk等于或高于200的绝缘体材料时，该群体的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的中值最大尺寸为至少30nm，并且其中ii)所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的核包覆有生物相容性包覆层，当在电解质浓度在0.001和0.2M之间、纳米粒子或纳米粒子聚集体材料浓度在0.01和10g/L之间以及pH在6和8之间的水溶液中测量时，所述包覆层提供中性或负性表面电荷。
本文还描述了纳米粒子或纳米粒子聚集体在制备组合物中的用途，所述组合物用于在有此需要的对象中预防或治疗如本文所述的神经系统疾病或其至少一种症状而无需将所述纳米粒子或纳米粒子聚集体暴露于电场，并优选无需将其暴露于任何其他外部激活源，例如光源、磁场或超声源。
本文还描述了用于预防或治疗对象的神经系统疾病或其至少一种症状的组合物，其中所述组合物包含纳米粒子和/或纳米粒子聚集体和可药用载体，或由纳米粒子和/或纳米粒子聚集体和可药用载体组成，其中所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的材料通常选自导体材料、半导体材料、介电常数εijk等于或高于200的绝缘体材料、和介电常数εijk等于或低于100的绝缘体材料，并且其中所述预防或治疗是在无需将通过所述组合物施用于所述对象的纳米粒子或纳米粒子聚集体暴露于电场并优选无需将其暴露于任何其他外部激活源例如光源、磁场或超声源的情况下进行的。
本文还描述了包含至少两种不同的纳米粒子和/或纳米粒子聚集体或由至少两种不同的纳米粒子和/或纳米粒子聚集体组成的试剂盒，每种纳米粒子或纳米粒子聚集体由通常选自导体材料、半导体材料、介电常数εijk等于或高于200的绝缘体材料、和介电常数εijk等于或低于100的绝缘体材料的不同材料组成，以及所述试剂盒通常在无需将所述纳米粒子或纳米粒子聚集体暴露于电场并优选无需将其暴露于任何其他外部激活源例如光源、磁场或超声源的情况下在预防或治疗对象的神经系统疾病或其至少一种症状中的用途/在预防或治疗对象的神经系统疾病或其至少一种症状的方法中的用途。
详细描述
人类神经系统据估计由大约800-1200亿个神经细胞组成(Herculano-HouzelS.Frontier in Human Neuroscience(2009)，3(31)：1-11，数字中的人脑：线性放大的灵长类脑(The human brain in numbers:a linearly scaled-up primate brain))。神经元(或神经细胞)的定义性特征是其以动作电位的形式传输电信号的能力。
神经元/神经细胞构成脑的基本节点。神经细胞可以以高度结构化的方式彼此通信，形成神经元网络。神经元经由突触连接进行通信。在神经元内，纳回路构成了用于介导关键神经元性质例如学习和记忆以及神经元节律性的发生的基础生化机制。
只要几个相互连接的神经元就可以形成微回路，并且可以执行复杂的任务，例如介导反射、处理感觉信息、启动运动以及学习和记忆介导。宏回路是由多个嵌入的微回路组成的更复杂的网络。宏回路介导更高级脑功能，例如物体识别和认知。因此，多级网络占据了神经系统。
神经网络兴奋性
神经元以电化学方式发送消息(即化学物质/离子引起电信号)。神经系统中的重要离子是钠和钾，钙和氯。当神经元不发送信号时，它是“静息的”。当神经元处于静息时，神经元内部相对于外部是负的。虽然不同离子的浓度试图在膜的两侧平衡，但它们不能，因为细胞膜仅允许一些离子通过通道(离子通道)。除了这些选择性离子通道外，还有泵，其使用能量针对每放入两个钾离子就将三个钠离子移出神经元。最后，当所有这些力平衡，并测量神经元内部和外部之间的电压差时，神经元的静息膜电位(也称“静息电位”)为约-70mV。这意味着神经元的内部比外部低70mV。静息时，神经元外部钠离子相对较多，神经元内部钾离子相对较多。当神经元沿轴突向远离细胞体发送信息时，发生动作电位(也鉴定为“峰电位”或“脉冲”)。这意味着某些事件(刺激)导致静息电位向0mV移动。当去极化达到约-55mV时，神经元发放动作电位。如果去极化没有达到该临界阈值水平，则没有动作电位发放(开/关机制)。此外，当达到阈值水平时，始终发放固定幅度的动作电位。因此，要么是去极化没有达到阈值，要么是产生完整动作电位。
在动作电位的传播速度中发现了很大的变化性。实际上，神经中动作电位的传播速度可以从100米/秒到小于十分之一米/秒不等。然而，时间常数是膜在时间上对刺激做出响应的快速程度的指标，空间常数(也是长度常数)是电位沿轴突扩散的良好程度的指标，其是距离的函数。
神经元网络内部和之间的连接性
有三种连接性网络类型用于研究脑内部和跨脑的通信。结构连接性是基于物理连接脑区的纤维径迹的检测。这些是指示信号可在脑中行进的可能途径的解剖网络图。功能连接性鉴定具有相似频率、相位和/或幅度的相关活动的脑区中的活动。有效连接性使用功能连接性信息并更进一步确定一个神经系统对另一个可能具有的直接或间接影响、更具体地说是脑中动态信息流的方向(Bowyer等人，Neuropsychiatric Electrophysiology，2016，2(1)，1-12：相干性——脑网络的量度：过去和现在(Coherence a measure of thebrain networks:past and present))。
神经元网络内的同步活动可以通过脑磁图(MEG)、脑电图(EEG)、功能磁共振成像(FMRI)或正电子发射断层扫描(PET)来检测，然后使用网络连接性分析进行成像。MEG(脑磁图)或EEG(脑电图)是优选的，因为它们具有高时间分辨率来分辨动态的信息流。进行脑的连接性分析以绘制出脑运行所需的通信网络。脑中的特定区域专门用于处理某些类型的信息。成像技术已揭示这些区域与遍及脑中网络的其他专门区域连接和通信。“相干性”(Bowyer等人，Neuropsychiatric Electrophysiology，2016，2(1)，1-12：相干性——脑网络的量度：过去和现在(Coherence a measure of the brain networks:past andpresent))是一种数学技术，其对振荡型脑活动的神经元模式的同步性(处于同步或正在同步的状态)的频率和幅度进行量化。检测神经元的同步激活可用于确定人脑中功能连接性的健全或完整性。将功能连接性图叠加到结构连接性图像上以及利用从有效连接性获得的信息流的方向提供了对脑如何运行的全面了解。这些技术有助于基于治疗前和治疗后脑连接性成像来评价治疗方法。
完整(即“正常”或“健康”)的脑表达复杂的(“正常”或“健康”)同步活动模式，与生物体的不同‘状态’相关，从慢δ节律(0.5-4Hz)、到θ(4-8Hz)、α(8-12Hz)、β(15-30Hz)和γ(30-70Hz)振荡。有趣的是，皮质结构的分散培养物提供了一个方便的系统，用于检查密集互连的神经元群体中网络发放(峰电位)和爆发(峰电位簇)的出现、产生和传播的管控规则。网络活动可以使用多电极阵列以非侵入方式并以有限时间分辨率来长时间记录。所述二维分散培养物可以用作一种可行的测试系统，用于研究脑中网络活动的形成和维持的管控规则，允许测试在完整的脑中无法解决的假设(Cohen E.等人，Brain Research，2008，1235，21-30：培养的海马网络中自发活动的决定因素(Determinants of spontaneousactivity in networks of cultured hippocampus))。
本文首次有利地描述了纳米粒子或纳米粒子聚集体，其用于在有此需要的对象中预防或治疗神经系统疾病或其至少一种症状而无需将所述纳米粒子或纳米粒子聚集体暴露于电场，并优选无需将其暴露于任何其他外部激活源，例如光源、磁场或超声源。这种暴露于(治疗性或诊断性)电场或任何其他(治疗性或诊断性)外部激活源例如光源、磁场或超声源在本文中通常被理解为治疗性或诊断性暴露，通常由医务人员、例如由医生或护士进行。
所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的材料通常选自导体材料、半导体材料、介电常数εijk等于或高于200的绝缘体材料、和介电常数εijk等于或低于100的绝缘体材料。
术语“治疗”是指能够预防、减轻或治愈如本文所述的疾病、障碍或功能失常状态的治疗性治疗或措施。这样的治疗旨在用于哺乳动物对象，优选有此需要的人类对象。对此考虑的是已经鉴定(诊断)为患有如本文所述的疾病、障碍或功能失常状态的对象，或被认为有这样的疾病、障碍或功能失常状态的“发生风险”的对象，对于后者所述治疗是防止性或预防性治疗。
在一个特定方面，所述对象不是患有癫痫的对象。
神经元之间振荡通信的异常调制确实存在于不同类型的神经系统疾病或障碍(在本文中也称为“神经疾病或障碍”)中(Uhlhaas等人，Neuron，2006，52，155-168：脑障碍的神经同步：认知功能失常和病理生理学的相关性(Neural synchrony in brain disorders:relevance for cognitive dysfunctions and pathophysiology)；Basar E.等人International Journal of Psychophysiology 103(2016)135-148，破坏的脑对神经科学家说了些什么？精神分裂症、阿尔茨海默氏病和双相障碍的振荡和连接性(What does thebroken brain say to the neuroscientist？Oscillations and connectivity inschizophrenia,Alzheimer’s disease,and bipolar disorder))。
人体神经系统分为中枢神经系统(CNS)和周围神经系统(PNS)。CNS又分为脑和脊髓，它们分别位于颅骨的颅腔和椎管中。CNS和PNS协同工作，整合感官信息并控制运动和认知功能。图1显示了脑结构的简化图。
神经元网络内和/或之间、脑的不同区域内和/或之间的同步(或同步化)，通过及时协调神经元振荡来进行(Buzsaki等人，Science，2004，304，1926-1929：皮质网络中的神经元振荡(Neuronal oscillations in cortical networks))。
对象中的运动障碍通常是由于超同步引起的，其意味着通常在脑电图(EEG)上观察到的在脑的不同区域内和/或之间的神经元网络内和/或之间的振荡的同步化与健康/正常的对象相比太高和/或太长(“过度”)。
对象中的精神障碍和认知障碍通常是由于同步受损引起的，其意味着通常在EEG上观察到的在脑的不同区域内和/或之间的神经元网络内和/或之间的振荡的同步化与健康/正常的对象相比降低(通常表现出活动降低)，或甚至消失，即检测不到(参见表1：神经系统障碍中的异常神经同步(改编自Uhlhaas等人，Neuron，2006，52，155-168：脑障碍的神经同步：认知功能失常和病理生理学的相关性(Neural synchrony in brain disorders:relevance for cognitive dysfunctions and pathophysiology))。
表1：
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由于“相干性”是一种数学技术，其对于对象中振荡型脑活动的神经元模式的同步性(处于同步或正在同步的状态)的频率和幅度进行量化，可以认为与健康/正常的对象相比过高和过低的相干性分别涉及运动障碍和精神/认知障碍(Bowyer等人，Neuropsychiatric Electrophysiology，2016，2(1)，1-12：相干性——脑网络的量度：过去和现在(Coherence a measure of the brain networks:past and present))(参见图2)。
在一个特定方面，本发明的情形中所靶向的神经系统疾病或障碍选自帕金森氏病、阿尔茨海默氏病、癫痫、强迫症、自闭症谱系障碍、抑郁症、肌张力障碍、Tourette综合征、精神分裂症、中风、失语症、痴呆、耳鸣、亨廷顿氏病、特发性震颤、双相障碍、焦虑症、成瘾症、意识植物状态，例如选自帕金森氏病、阿尔茨海默氏病、癫痫、强迫症、自闭症谱系障碍、抑郁症、肌张力障碍、Tourette综合征、精神分裂症、中风、失语症、痴呆、耳鸣、亨廷顿氏病、特发性震颤、双相障碍、成瘾症、意识植物状态及其至少一种症状。
如上文已经解释的，神经系统疾病或障碍可以根据影响患者的主要症状进行分类，所述主要症状是运动障碍、精神(情绪/社交)障碍和认知障碍，如下文进一步详述。
运动障碍的实例
帕金森氏病
帕金森氏病(PD)影响全世界约700万至1000万人，其特征是震颤、运动异常、运动迟缓、步态冻结等。PD是一种缓慢进展的脑变性疾病。它影响脑中被称为基底神经节和黑质的区域的神经细胞。黑质中的神经细胞产生多巴胺，这是一种在脑回路中充当化学信使的神经递质，对计划和控制身体运动非常重要。在PD中，产生多巴胺的黑质神经细胞在一些个体中过早死亡(Corti等人，Physiol Rev，2011，91，1161-1218：关于帕金森氏病的病因和机制遗传学告诉了我们什么(What genetics tells us about the causes and mechanismsof Parkinson’s disease))。当纹状体中的多巴胺受体未被适当刺激时，部分基底神经节受到刺激不足或刺激过度。特别是，丘脑下核(STN)变得过度活跃并且充当苍白球内侧部(GPi)的加速器。GPi的过度刺激对丘脑具有过度抑制效应，这又减少了丘脑输出并导致运动减慢和僵硬(Guo等人，Frontiers in Computational Neuroscience，2013，7，124，1-11：帕金森氏病和肌张力障碍中丘脑皮质中继的基底神经节调制(Basal ganglia modulationof thalamocortical relay in Parkinson’s disease and dystonia))。
PD中缺乏多巴胺与整个皮质-基底神经节运动网络中β频率的过度振荡同步化相关。实际上，基底神经节中的多巴胺水平预计会抑制β同步，这又介导了运动预期所必需的多巴胺能参与(Jenkinson等人，Trends in Neuroscience，2011，34(12)，611-618：关于多巴胺、β振荡和运动功能之间关系的新见解(New insights into the relationshipbetween dopamine，beta oscillations and motor function))。如果基底神经节中的多巴胺水平不够高，则不再控制β振荡同步，并且可能出现运动缓慢。在帕金森病患者中的另一项观察得出结论：β频段中的皮质振荡导致并驱动基底神经节中的皮质振荡(Lalo等人，The Journal of Neuroscience，2008，28(12)，3008-3016：帕金森病患者运动期间皮质与基底神经节之间的双向通信模式(Patterns of bidirectional communication betweencortex and basal ganglia during movement in patients with Parkinsondisease))。
深脑刺激(DBS)可用于治疗震颤和僵硬的症状(Eusebio等人，J NeurolNeurosurg Psychiatry，2011，82，569-573：深脑刺激可抑制帕金森病患者的病理同步化(Deep brain stimulation can suppress pathological synchronization inparkinsonian patients))。通过DBS治疗PD症状自2002年获得FDA批准(特发性震颤自1997年)。电刺激通常在基底神经节中、STN中和GPi中进行。如上所述，皮质β振荡也参与所述疾病的病理生理学，因此皮质的经颅刺激(例如经颅磁刺激-TMS)也可用于治疗帕金森氏病的症状(Cantello等人，Brain Research Reviews，2002，38，309-327：经颅磁刺激和帕金森氏病(Transcranial magnetic stimulation and Parkinson’s disease))。
肌张力障碍
肌张力障碍是一种神经系统障碍，以异常、不自主的迂曲和转向运动为特征，反映了运动系统功能受损。取决于受症状影响的身体部位、遗传起源、所涉及的神经递质类型等，存在几种形式的肌张力障碍。肌张力障碍的中枢神经系统(CNS)表现出抑制不足，这引起反向肌肉之间交互脊髓抑制的丧失。例如，在上肢肌张力障碍的情况下，向前臂拮抗肌提供输入信号的神经元/神经的异常同步化导致这些拮抗肌的共同收缩(肌张力障碍症状)(Farmer等人，Brain，1998，121，801-814：拮抗肌的异常运动单位同步化是上肢肌张力障碍病理性共同收缩的根基(Abnormal motor unit synchronization of antagonistmuscles underlies pathological co-contraction in upper limb dystonia))。
显示出令人感兴趣的抗肌张力障碍效果的DBS靶点是苍白球内侧部(GPi-DBS)。GPi-DBS于2003年被FDA批准用于慢性、医学难治性肌张力障碍患者(Hu等人，Translational Neurodegeneration，2014，3(2)，1-5：深脑刺激治疗肌张力障碍(Deepbrain stimulation for dystonia))。刺激丘脑的腹中间(VIM)核(VIM-DBS)产生的效果要不稳固得多。利用丘脑下核的刺激(STN-DBS)已经进行了实验。GPi-DBS提供了肌张力障碍的主要症状的缓解，但可能要花数周到数月才能完全产生治疗效果(Dressler等人，JNeural Transm，2015，DOI10.1007/s00702-015-1453-x：治疗肌张力障碍的策略(Strategies for treatment of dystonia))。
癫痫
癫痫是一种脑障碍，影响全世界大约5000万人，其特征主要是正常脑功能的反复和不可预测的中断，称为癫痫发作。癫痫不是一种单一的疾病实体，而是反映可由许多不同原因(基因突变，脑肿瘤，头部创伤，中风，酒精中毒，脑部炎症，感染例如脑膜炎、HIV或病毒性脑炎，等等)引起的深层脑功能失常的多种障碍(Fisher等人，Neurology，2015，28(2)，130-135：重新定义癫痫(Redefining epilepsy))。
癫痫发作被定义为由于脑中过度的同步神经元活动引起短暂出现体征和/或症状(Fisher等人，Epilepsia，2005，46(4)，470-472：癫痫发作和癫痫：国际抗癫痫联盟(ILAE)和国际癫痫局(IBE)提出的定义(Epileptic seizures and epilepsy:definitionsproposed by the International League Against Epilepsy(ILAE)and theInternational Bureau for Epilepsy(IBE)))。大脑皮质是产生癫痫发作的主要单位：许多人被诊断为局灶性额叶或内侧颞叶发作(国立神经系统障碍和中风学会(NationalInstitute of Neurological Disorders and Stroke)：http://www.ninds.nih.gov/disorders/epilepsy/detail_epilepsy.htm#3109_7)。在皮质中鉴定出局部同步升高或“超同步”的区域提示局部超同步可能是发作产生区域的标志(Schevon等人，Neuroimage，2007，35(1)，140-148：通过局部EEG同步揭示的癫痫皮质异常(Cortical abnormalitiesin epilepsy revealed by local EEG synchrony))。
用于治疗癫痫的神经刺激可采取周围神经刺激的形式，例如迷走神经刺激(VNS)；脊髓刺激；经颅脑刺激(TES或TMS)；或深脑刺激(DBS)。响应性神经刺激是另一种策略，其中仅在检测到发作开始时才传递刺激。VNS和响应性神经刺激在美国均已被FDA批准用于治疗某些类型的癫痫。丘脑前核(ANT)的DBS已在欧盟国家获得批准(Fisher等人，NatureReviews Neurology，2014，10，261-270：脑部电刺激治疗癫痫(Electrical brainstimulation for epilepsy))。
精神障碍(情绪/社交障碍)的实例
强迫症(OCD)
强迫症(OCD)是一种常见的精神障碍，经常是慢性、严重和极度使人衰弱的。它通常也很难治疗，相当比例的患者没有反应或只获得部分缓解。
功能性神经影像研究已经证明眼窝前额皮质、基底神经节和纹状体中的功能失常。
一项研究表明，急性OCD症状可能与丘脑下核(STN)中的异常高振荡活动有关，特别是在左半球和在δ-α(1-12Hz)频率范围内(Bastin等人，Cortex，2014，60，145-150：强迫症症状期间丘脑下核振荡活动的变化：2个病例报告(Changes of oscillatory activityin the subthalamic nucleus during obsessive-compulsive disorder symptoms:twocase reports))。此外，当在验证工作期间出现疑问时，一些丘脑下神经元特异性地增加了它们的发放率(Burbaud等人，brain，2013，136(1)，304-317：神经元活动与强迫症患者丘脑下核中检查性行为相关(Neuronal activity correlated with checking behavior inthe subthalamic nucleus of patients with obsessive-compulsive disorder))。
内囊(VC)和邻近腹侧纹状体(VS)的腹侧前肢的DBS在欧盟被批准用于治疗严重和高度治疗抗性的OCD(VC/VS-DBS)。
自闭症谱系障碍
自闭症是一种神经发育综合征，由社交互动和沟通缺陷以及由反常的限制性、重复性行为来定义。自闭症是一种通常在婴儿期开始、最迟在生命的前三年开始的障碍。自闭症是一种异质性病症(没有两个患有自闭症的儿童或成人具有相似的情况)，这导致了“自闭症谱系障碍”的概念，根据语言缺陷或一般认知延迟的程度，以及根据社交或行为症状的严重程度，来分类疾病的几个等级(Lord等人，Neuron，2000，28，355-363：自闭症谱系障碍(Autism spectrum disorders))。在该谱系的一端，自闭症个体的机能很高，使他们能够独立生活并保持就业。特征为低机能的个体表现出更严重的症状：语言困难(或甚至无口头语言)，社交沟通差，自我伤害行为(SIB)，发脾气，和可潜在危及生命的攻击性。自闭症的脑结构和功能研究中的一个重要趋势是社会情感处理的网络参与：边缘系统、面部处理系统和镜像神经元网络。已显示γ-频段振荡同步化的缺陷与症状的出现有关(Sinha等人，Neurosurgery Focus，2015，38(6)，E3：深脑刺激治疗严重自闭症：从病理生理学到手术(Deep brain stimulation for severe autism:from pathophysiology toprocedure))。
在严重自闭症中可能需要治疗的两个主要症状范畴是社交缺陷，包括无言语和对语言没有反应，以及可能危及生命的SIB。杏仁核似乎在这些异常的病理生理中起重要作用。兴奋性或抑制性控制的改变与自闭症病理生理的异常有牵连。通过DBS对杏仁核靶标进行神经调制可以代表对患有严重自闭症的患者的治疗干预。文献报道了三例DBS治疗。治疗的目的主要是减轻运动障碍如刻板症(重复动作模式)和与疾病相关的自我伤害行为(SIB)(Sinha等人，Neurosurgery Focus，2015，38(6)，E3：深脑刺激治疗严重自闭症：从病理生理学到手术(Deep brain stimulation for severe autism:from pathophysiology toprocedure)；Stocco等人，Parkinsonism and related disorders，2014，20，1035-1036：深脑刺激治疗严重的继发性刻板症(Deep brain stimulation for severe secondarystereotypies))。在这三例的一例中，据报道，基底外侧核中的DBS导致自闭症相关症状如社交接触、情感调制和夜间睡眠的显著改善(Sturm等人，Frontiers in HumanNeuroscience，2013，6，341，1-10)。
精神分裂症
精神分裂症是一种慢性精神病，其特征在于包括以下症状：阳性症状，反映了异常的心智活动(幻觉和错觉)；阴性症状，对应于正常存在的心智功能的缺陷(思维障碍，感情迟钝，语言贫乏)。关于生命中失能的原因，精神分裂症位于前十名之内。
脑表面上显著的脑室扩大和脑脊液增加提示脑已经萎缩。这种灰质损失和神经元上突触结构数量减少提示精神分裂症是一种神经发育障碍，这意味着首发患者中已经存在脑异常(与神经变性障碍相反)。
在精神分裂症患者中，已经证明观察到的受损神经回路是由于γ-频段同步化的失败(Spencer等人，The Journal of Neuroscience，2003，23(19)，7407-7411：精神分裂症中的神经同步异常(Abnormal neural synchrony in schizophrenia)；Gallinat等人，Clinical Neurophysiology，2004，115，1863-1874：在未治疗的精神分裂症患者中振荡γ-频段反应降低表明额叶网络处理受损(Reduced oscillatory gamma-band responses inunmedicated schizophrenic patients indicate impaired frontal networkprocessing))。
电惊厥疗法(ECT)，即休克治疗，已被证明是精神分裂症的最成功的非药物治疗之一(Payne等人，J.Psychiatr.Pract.，2009，15(5)，346-368：电惊厥疗法第I部分：关于ECT演变和现行实践的看法(Electroconvulsive therapy part I:a perspective on theevolution and current practice of ECT))。它涉及向脑连续施加电流，这引起与癫痫发作相当的发作。
也可以通过DBS进行精神分裂症对症治疗的电刺激。例如，在抑郁症中伏隔核(NAcc)的DBS导致了快感缺失的缓解，即恢复享乐乐趣(Schlaepfer等人，Neuropsychopharmacology，2008，33，368-377：对奖赏回路的深脑刺激减轻难治性重度抑郁症的快感缺失(Deep brain stimulation to reward circuitry alleviatesanhedonia in refractory major depression))。
认知障碍的实例
阿尔茨海默氏病
阿尔茨海默氏病(AD)是一种神经变性障碍，它导致心智、行为、功能衰退和学习能力的进行性丧失。截至2013年，估计有520万美国人患有AD，其中约200 000人低于65岁，500万人年龄在65岁以上(Alzheimers Dement.2013，9(2)，208-245：2013阿尔茨海默氏病的事实和数据(Alzheimer’s disease facts and figures))。
最近的证据表明，阿尔茨海默氏病中所见的认知缺陷与神经认知网络的功能性断开有关。对全面EEG同步化的分析揭示了α、β和γ频段同步化的普遍减少，伴随着δ频段同步化的增加。在患有轻度阿尔茨海默氏病的患者中，已显示β频段同步化丧失与认知受损相关(Schnitzler等人，Nature Reviews Neuroscience，2005，6，285-296：脑中的正常和病理振荡通信(Normal and pathological oscillatory communication in the brain))。正在进行临床研究以评价DBS治疗阿尔茨海默氏病的潜力。
纳米粒子
本文描述了一种本发明的供使用的纳米粒子或纳米粒子聚集体，其用于预防或治疗对象的神经系统疾病或其至少一种症状而无需将所述纳米粒子或纳米粒子聚集体暴露于电场，并优选无需将所述纳米粒子或纳米粒子聚集体暴露于任何其他外部激活源，例如光源、磁场或超声源，其中所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的材料通常选自导体材料、半导体材料、介电常数εijk等于或高于200的绝缘体材料、和介电常数εijk等于或低于100的绝缘体材料。
纳米粒子或纳米粒子聚集体的尺寸或大小
在本发明的精神中，术语“纳米粒子”或“纳米粒子聚集体”是指尺寸在纳米范围内的产品，特别是合成产品，所述尺寸通常在1nm和1000nm之间，或在1nm和500nm之间，例如在至少10nm和约500nm或约1000nm之间、在至少30nm和约500nm或约1000nm之间、在至少40nm和约500nm或约1000nm之间、在至少45nm和约500nm或约1000nm之间，优选低于500nm。
术语“纳米粒子的聚集体”或“纳米粒子聚集体”是指纳米粒子强有力地、通常共价地彼此结合的组装体。
电子显微术例如扫描电子显微术(SEM)、透射电子显微术(TEM)或冷冻TEM可用于测量纳米粒子或纳米粒子聚集体的尺寸，更特别是纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的尺寸，即没有生物相容性包覆层的纳米粒子或纳米粒子聚集体的尺寸。事实上，所述生物相容性包覆层一般由主要由轻元素组成的化合物(聚合或有机化合物)制成，所述化合物与高能电子的弹性相互作用相对较弱，导致图像对比度差。TEM测量沉积在电子透明的基体上的粒子的投影图像。每个样品中记录的多于50个、优选多于约100、150或200个纳米粒子或纳米粒子聚集体通常应进行尺寸评估测量。因此，记录多于约50个、或优选多于约100、150或200个纳米粒子或纳米粒子聚集体允许确定该群体的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的中值最大尺寸，以及代表纳米粒子或纳米粒子聚集体的群体中30％-70％百分位的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的尺寸。典型的测定方案可见于“NIST–NCL联合测定方案，PCC-7；使用透射电子显微术(TEM)测量尺寸；2009年12月1.1版(NIST–NCL Joint Assay Protocol，PCC-7；Measuring the size of using transmission electron microscopy(TEM)；version 1.1December 2009)”。
同样，动态光散射(DLS)也可用于测量溶液中纳米粒子或纳米粒子聚集体的流体动力学直径(即纳米粒子或纳米粒子聚集体包括其核及其生物相容性包覆层两者在内的直径)。流体动力学直径是以与分析物相同的速率扩散的等效硬球的直径。典型的测定方案可见于“NIST–NCL联合测定方案，PCC-1；使用批处理模式动态光散射测量水性介质中纳米粒子的尺寸；2010年2月1.1版(NIST–NCL Joint Assay Protocol，PCC-1；Measuring thesize of nanoparticles in aqueous media using batch-mode dynamic lightscattering；version 1.1February2010)”。由DLS测量获得的粒度结果可能与由其他技术(例如电子显微术)获得的粒度结果不一致。这部分是由于实际测量的物理性质(例如，流体动力学扩散与投影面积)的差异。此外，DLS对少量大粒子或小粒子簇的存在敏感，而电子显微术通常反映初级粒子的尺寸(即纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的尺寸)(参见NIST–NCL联合测定方案，PCC-1；使用批处理模式动态光散射测量水性介质中纳米粒子的尺寸；2010年2月1.1版(NIST–NCL Joint Assay Protocol，PCC-1；Measuring the size ofnanoparticles in aqueous media using batch-mode dynamic light scattering；version 1.1February 2010))。
DLS和电子显微术这两种方法还可以一个接一个地使用，以比较尺寸量度并确认所述尺寸。测量纳米粒子和纳米粒子聚集体尺寸的优选方法是DLS(参考国际标准ISO22412粒度分析-动态光散射，国际标准化组织(ISO)2008(International StandardISO22412Particle Size Analysis-Dynamic Light Scattering，InternationalOrganisation for Standardisation(ISO)2008))。在溶液中通过DLS测量的纳米粒子或纳米粒子聚集体的平均流体动力学直径按根据强度的尺寸分布(光散射强度与粒度成正比)给出，并在室温(约25℃)下测量。
通常，最大尺寸或大小是圆形或球形形状的纳米粒子的直径，或卵圆形或椭圆形形状的纳米粒子的最长长度。
如本文定义的纳米粒子或聚集体的最大尺寸通常在约2nm和约250nm或约500nm之间，优选在约4nm或10nm和约100nm或约200nm之间，更加优选在约(优选至少)10nm和约150nm之间、在约(优选至少)30nm和约150nm之间、在约(优选至少)40nm和约500nm之间、在约(优选至少)45nm和约500nm之间，优选低于500nm。
当测量纳米粒子或纳米粒子聚集体在溶液中的平均流体动力学直径时，通常使用DLS技术。使用DLS，所述纳米粒子或纳米粒子聚集体在溶液中的平均流体动力学直径通常在约10nm和约500nm之间，优选在约10nm或约30nm和约100nm或约500nm之间，更加优选在约10nm或约30nm和约100nm、约150nm、约200nm、约250nm、约300nm、约350nm、约400nm、约450nm或约500nm之间。
当测量纳米粒子或纳米粒子聚集体的核时，通常使用电子显微术技术。使用电子显微术，该群体的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的中值最大尺寸(在本文中也称为“中值最大大小”)通常在约5nm和约250nm或约500nm之间，优选在约5nm、约6nm、约7nm、约8nm、约9nm、约10nm、约11nm、约12nm、约13nm、约14nm、约15nm、约16nm、约17nm、约18nm、约19nm、约20nm、约21nm、约22nm、约23nm、约24nm、约25nm、约26nm、约27nm、约28nm、约29nm、约30nm、约31nm、约32nm、约33nm、约34nm、约35nm、约36nm、约37nm、约38nm、约39nm、约40nm、约41nm、约42nm、约43nm、约44nm或约45nm和约75nm、约76nm、约77nm、约78nm、约79nm、约80nm、约81nm、约82nm、约83nm、约84nm、约85nm、约86nm、约87nm、约88nm、约89nm、约90nm、约91nm、约92nm、约93nm、约94nm、约95nm、约96nm、约97nm、约98nm、约99nm、约100nm、约101nm、约102nm、约103nm、约104nm、约105nm、约106nm、约107nm、约108nm、约109nm、约110nm、约111nm、约112nm、约113nm、约114nm、约115nm、约116nm、约117nm、约118nm、约119nm、约120nm、约121nm、约122nm、约123nm、约124nm、约125nm、约130nm、约140nm、约150nm、约200nm、约250nm、约300nm、约350nm、约400nm、约450nm或约500nm之间。
通常，当用电子显微术工具测量纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的尺寸时，代表所述纳米粒子和纳米粒子聚集体群体的30％-70％百分位的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的尺寸介于约5nm、约6nm、约7nm、约8nm、约9nm、约10nm、约11nm、约12nm、约13nm、约14nm、约15nm、约16nm、约17nm、约18nm、约19nm、约20nm、约21nm、约22nm、约23nm、约24nm、约25nm、约26nm、约27nm、约28nm、约29nm、约30nm、约31nm、约32nm、约33nm、约34nm、约35nm、约36nm、约37nm、约38nm、约39nm、约40nm、约41nm、约42nm、约43nm、约44nm或约45nm和约75nm、约76nm、约77nm、约78nm、约79nm、约80nm、约81nm、约82nm、约83nm、约84nm、约85nm、约86nm、约87nm、约88nm、约89nm、约90nm、约91nm、约92nm、约93nm、约94nm、约95nm、约96nm、约97nm、约98nm、约99nm、约100nm、约101nm、约102nm、约103nm、约104nm、约105nm、约106nm、约107nm、约108nm、约109nm、约110nm、约111nm、约112nm、约113nm、约114nm、约115nm、约116nm、约117nm、约118nm、约119nm、约120nm、约121nm、约122nm、约123nm、约124nm、约125nm、约130nm、约140nm、约150nm、约200nm、约250nm、约300nm、约350nm、约400nm、约450nm、约500nm或约520nm之间。
纳米粒子的组成
由导体材料制备的纳米粒子
由导体材料制备的纳米粒子是有机纳米粒子或无机纳米粒子。
由导体材料制备的无机纳米粒子通常用金属元素制备，当通常在25℃和1atm的压力下相对于标准氢电极测量时，所述金属元素的标准还原电位E°值等于或高于约0.01(参见表2“E°值比标准氢电极更正的还原反应(reduction reactions having E°values morepositive than that of the standard hydrogen electrode)”，8-25，《化学和物理手册》(Handbook of chemistry and physics)；David R.Lide；第88版)，更优选等于或高于约0.1、0.2、0.3、0.4或0.5。用于制备纳米粒子的典型金属元素可选自Tl、Po、Ag、Pd、Ir、Pt、Au，及其混合物。优选地，可用作制备所述纳米粒子的导体材料的金属元素选自Ir、Pd、Pt、Au，及其混合物，更加优选选自Au、Pt、Pd，及其混合物。特别优选的材料是Au和Pt。
通常，金纳米粒子当其尺寸减小到几纳米时显示出催化活性(参见M.Auffan等人，Nature Nanotechnology 2009，4(10)，634-641：从环境、健康和安全的角度对无机纳米粒子的定义(Towards a definition of inorganic nanoparticles from anenvironmental,health and safety perspective))。为了降低表面积/体积比并由此使无机纳米粒子表面对催化活性的贡献最小化，优选该群体的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的中值最大尺寸为至少30nm，通常为至少40nm或至少45nm。有趣的是，发明人发现该群体的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的中值最大尺寸等于45nm和/或代表纳米粒子和纳米粒子聚集体的群体中30％-70％百分位的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的尺寸在42nm和49nm之间的金纳米粒子，与该群体的纳米粒子的核的中值最大尺寸等于15nm和/或代表纳米粒子和纳米粒子聚集体的群体中30％-70％百分位的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的尺寸在14nm至16nm之间的金纳米粒子相比，能更有效地预防/拯救MPP+诱导的对神经元网络的功能效应，所述被测金纳米粒子含有相同的金浓度(参见实施例9和10)。
由导体材料制备的有机纳米粒子通常用在其结构中具有邻接的sp2杂化碳中心(即碳双键或在芳族环内或芳族环外包含杂原子、通常为N或S的芳族环)的有机材料制备。优选的有机材料选自聚苯胺、聚吡咯、聚乙炔、聚噻吩、聚咔唑、聚芘、聚(3,4-亚乙基二氧基噻吩)和/或聚(3,4-亚乙基二氧基噻吩)聚苯乙烯磺酸酯。
在一个特定方面，当材料是如上文所述的导体材料，特别是金属材料，通常是标准还原电位E°高于0.2的金属，或有机材料，通常是在其结构中具有邻接的sp2杂化碳中心的有机材料，优选如上文所述的金属材料，特别是Au、Pt、Pd及其任何混合物中的任一者时，该群体的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的中位最大尺寸是如上文所述的至少30nm或至少40nm并优选低于500nm，例如45nm。
由半导体材料制备的纳米粒子
由半导体材料制备的纳米粒子通常是无机纳米粒子。
无机纳米粒子通常用在其价带和导带之间表现出相对小的能带隙(Eg)的半导体材料制备。通常，当通常在室温(约25℃)下测量时，所述半导体材料具有低于3.0eV的带隙Eg(参见例如表12-77，表3；《化学和物理手册》(Handbook of chemistry and physics)；David R.Lide；第88版))。在一个特定方面，所述材料是如下文进一步描述的本征半导体材料或非本征半导体材料。
本征半导体材料通常由门捷列夫(Mendeleev)周期表的IV A族元素例如硅(Si)或锗(Ge)组成，是门捷列夫周期表的III和V族元素的混合组合物例如AlSb、AlN、GaP、GaN、InP、InN等，或者是门捷列夫周期表的II和VI族元素的混合组合物例如ZnSe、ZnTe、CdTe等。
非本征半导体材料通常包含以高化学纯度制备的本征半导体或由所述本征半导体组成，其中所述本征半导体材料包含掺杂剂。在一个特定方面，当所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的非本征半导体材料由门捷列夫周期表的IVA族元素组成时，其掺杂有选自Al、B、Ga、In和P的电荷载体。这样的非本征半导体材料可以是其中负电荷载体占优势的n型，或者是其中正电荷载体占优势的p型。典型的非本征p型半导体材料由掺杂有选自铝(Al)、硼(B)、镓(Ga)和铟(In)的带电荷载体的硅(Si)或锗(Ge)组成；典型的非本征p型半导体材料由通常掺杂有磷(P)的硅(Si)或锗(Ge)组成。
通常，当纳米粒子的尺寸减小到低于10nm时，半导体纳米粒子的带隙能量显示出增加(参见M.Auffan等人，Nature Nanotechnology2009，4(10)，634-641：从环境、健康和安全的角度对无机纳米粒子的定义(Towards a definition of inorganic nanoparticlesfrom an environmental,health and safety perspective))。为了确保纳米粒子或纳米粒子聚集体的低表面积/体积比并维持其本体带隙(bulk band gap)低于3.0eV，优选该群体的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的中值最大尺寸为至少30nm，优选至少40nm。
因此，在一个特定方面，当材料是如上文所述的半导体材料，特别是带隙Eg低于3.0eV的半导体材料，通常是由门捷列夫周期表的IVA族元素、特别是掺杂有选自Al、B、Ga、In和P的电荷载体的门捷列夫周期表IVA族元素组成的材料、或由门捷列夫周期表的III和V族元素的混合组合物组成的材料、或由门捷列夫周期表的II和VI族元素的混合组合物组成的材料时，该群体的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的中位最大尺寸为至少30nm或至少40nm并优选低于500nm。
由具有高相对介电常数(相对电容率)、即等于或高于200的绝缘体材料制备的纳米粒子
由具有高相对介电常数εijk(也称为相对电容率)的绝缘体材料制备或由所述绝缘体材料组成的纳米粒子通常用带隙Eg等于或高于3.0eV和相对介电常数εijk等于或高于200的材料制备，所述带隙Eg通常在室温(约25℃)下测量，而所述相对介电常数εijk通常在20℃和30℃之间以及在102Hz直至红外频率之间测量(参见例如表12-45“无机固体的电容率(介电常数)(Permittivity(dielectric constant)of inorganic solid)”；《化学和物理手册》(Handbook of chemistry and physics)；David R.Lide；第88版；无机固体静电介电常数汇编(Compilation of the static dielectric constant of inorganic solid).K.F.Young和H.P.R.Frederikse.J.Phys.Chem.Ref.Data，第2卷，第2期，1973)。
这样的纳米粒子通常用介电材料制备，所述介电材料是优选选自BaTiO3、PbTiO3、KTaNbO3、KTaO3、SrTiO3、BaSrTiO3等的混合金属氧化物。
通常，钙钛矿基结构PbTiO3纳米粒子在纳米粒子尺寸小于20nm–30nm时显示出其顺电-铁电转变温度的变化(参见M.Auffan等人，Nature Nanotechnology 2009，4(10)，634-641：从环境、健康和安全的角度对无机纳米粒子的定义(Towards a definition ofinorganic nanoparticles from an environmental,health and safetyperspective))。为了确保纳米粒子或纳米粒子聚集体的低表面积/体积比并维持其介电性质，优选该群体的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的中值最大尺寸为至少30nm，通常至少40nm。
因此，在一个特定方面，当材料是如上文所述的具有等于或高于200的相对高介电常数εijk的绝缘体材料，特别是带隙Eg等于或高于3.0eV的绝缘体材料，优选是选自BaTiO3、KTaNbO3、KTaO3、SrTiO3和BaSrTiO3的混合金属氧化物时，该群体的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的中位最大尺寸为至少30nm或至少40nm并优选低于500nm。
由具有低相对介电常数(相对电容率)、即等于或低于100的绝缘体材料制备的纳米粒子
由具有低相对介电常数的绝缘体材料制备或由所述绝缘体材料组成的纳米粒子通常用带隙Eg等于或高于3.0eV和相对介电常数εijk等于或低于100、优选低于50或低于20的材料制备，所述带隙Eg通常在室温(约25℃)下测量，而所述相对介电常数εijk通常在20℃和30℃之间以及102Hz直至红外频率之间测量(参见例如表12-45“无机固体的电容率(介电常数)(Permittivity(dielectric constant)of inorganic solid)”；《化学和物理手册》(Handbook of chemistry and physics)；David R.Lide；第88版；无机固体静电介电常数汇编(Compilation of the static dielectric constant of inorganic solid).K.F.Young和H.P.R.Frederikse.J.Phys.Chem.Ref.Data，第2卷，第2期，1973)。
这样的纳米粒子通常用介电材料制备，所述介电材料选自金属氧化物，混合金属氧化物，其金属元素来自门捷列夫周期表的第3、5或6周期或者是镧系元素，以及碳材料。所述介电材料优选选自Al2O3、LaAlO3、La2O3、SiO2、SnO2、Ta2O5、ReO2、ZrO2、HfO2和碳金刚石。更优选地，所述介电材料是选自ReO2、ZrO2、HfO2及其任何混合物的金属氧化物。特别优选的是选自ZrO2和HfO2的介电材料。在一个特定且优选的方面，所述介电材料或金属氧化物不是CeO2(氧化铈)、Fe3O4(氧化铁)、SiO2(二氧化硅)或其任何混合物。
锆(Zr)和铪(Hf)都是4+氧化态的元素，且Zr4+和Hf4+元素的大小和化学性质几乎相同；这就是为什么在建立这两种离子的水相化学时将它们一起考虑的原因(参见第8章，第8.2节Zr4+和Hf4+(Zr4+and Hf4+)，第147页“阳离子的水解(The hydrolysis ofcations)”，Baes C.F.&Mesmer R.E.；John Wiley and Sons，Inc.1986年重印版)。
在一个特定方面，如上文所述，当材料选自ReO2、ZrO2、HfO2，优选选自ZrO2和HfO2，及其任何混合物时，该群体的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的中位最大尺寸为至少10nm并优选低于500nm。
纳米粒子或纳米粒子聚集体的形状
由于所述粒子或聚集体的形状可以影响其“生物相容性”，因此优选形状非常均匀的粒子或聚集体。出于药代动力学原因，因此优选形状基本上为球形、圆形或卵圆形的纳米粒子或聚集体。这样的形状也有利于所述纳米粒子或聚集体与细胞的相互作用或被细胞摄取。球形或圆形形状是特别优选的。
所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的形状通常使用电子显微术例如透射电子显微术(TEM)来评价。
纳米粒子或纳米粒子聚集体的生物相容性包覆层
在一个优选实施方式中，在本发明的情形中用于制备目标组合物的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核可以用选自表现出隐形性质的试剂的生物相容性材料包覆。表现出隐形性质的试剂可以是展现空间基团的试剂。这样的基团可以选自例如聚丙烯酸酯；聚丙烯酰胺(聚(N-异丙基丙烯酰胺))；聚酰胺(polycarbamide)；生物聚合物；多糖例如葡聚糖或木聚糖；和胶原。在另一个优选实施方式中，所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的核可以用选自允许与生物靶标相互作用的试剂的生物相容性材料包覆。这样的试剂通常可以在所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的表面上带上正或负电荷。在所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的表面上形成正电荷的试剂可以是例如氨丙基三乙氧基硅烷或聚赖氨酸。在所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的表面上形成负电荷的试剂可以是例如磷酸(盐/酯)(例如多磷酸(盐/酯)、偏磷酸(盐/酯)、焦磷酸(盐/酯)等)、羧酸(盐/酯)(例如柠檬酸(盐/酯)或二羧酸，特别是琥珀酸)或硫酸(盐/酯)。
在一个优选实施方式中，用于本发明的情形中的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核呈现亲水性中性表面电荷或包覆有生物相容性材料(即包覆剂)，所述材料选自向纳米粒子赋予中性表面电荷的亲水剂。实际上，当将本发明的纳米粒子施用于对象时，呈现亲水性中性表面电荷的纳米粒子或包覆有选自向纳米粒子赋予中性表面电荷的亲水剂的生物相容剂的纳米粒子的核特别有利于优化本文所述纳米粒子在治疗神经系统疾病中的用途。
向纳米粒子或纳米粒子聚集体的核赋予中性表面电荷的亲水剂可以是展现选自醇(R-OH)、醛(R-COH)、酮(R-CO-R)、酯(R-COOR)、酸(R-COOH)、硫醇(R-SH)、糖(例如葡萄糖、果糖、核糖)、酸酐(RCOOOC-R)和吡咯的官能团的试剂。所述向纳米粒子或纳米粒子聚集体的核赋予中性表面电荷的亲水剂可以是单体、二聚体、低聚物、聚合物或共聚物。当所述试剂是低聚物时，它可以是寡糖，例如环糊精。当所述试剂是聚合物时，它可以是聚酯(例如聚(乳酸)或聚羟基链烷酸)、聚醚、聚环氧乙烷、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚己内酯、聚乙烯吡咯烷酮、多糖例如纤维素、聚吡咯等。
另外，向纳米粒子或纳米粒子聚集体的核赋予中性表面电荷的亲水剂可以是展现能够与所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的表面相互作用的特定基团(R-)的试剂。R通常选自硫醇、硅烷、羧基和磷酸基团。
当所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的核是导体或半导体和金属纳米粒子时，R优选是硫醇、硫醚、硫酯、二硫戊环或羧基。优选地，所述亲水性中性包覆剂选自硫代葡萄糖、2-巯基乙醇、1-硫代甘油、硫代二甘醇和羟基丁酸。
当所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的核是绝缘体、和氧化物或混合氧化物纳米粒子时，R优选是硅烷或磷酸基团。优选地，所述亲水性中性包覆剂是羟甲基三乙氧基硅烷、6-磷酸果糖或6-磷酸葡萄糖化合物。
向纳米粒子或纳米粒子聚集体的核赋予中性表面电荷的亲水剂可以是两性离子化合物，例如氨基酸、肽、多肽、维生素或磷脂。
如本领域技术人员所公知的，纳米粒子或纳米粒子聚集体的表面电荷通常通过ζ电位测量，通常在纳米粒子或纳米粒子聚集体材料的浓度在0.01和10g/L之间、pH在6和8之间、并且电解质(在水中)的浓度通常在0.001和0.2M之间例如0.01M或0.15M的水(溶液)中确定。在上文限定的条件下，所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的表面电荷通常介于-10mV和+10mV之间(对应于中性表面电荷)、-20mV和+20mV之间、或-35mV和+35mV之间。当中性时，所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的表面电荷通常介于-10mV、-9mV、-8mV、-7mV、-6mV、-5mV、-4mV、-3mV、-2mV或-1mV和1mV、2mV、3mV、4mV、5mV、6mV、7mV、8mV、9mV或10mV之间。当负性时，所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的表面电荷通常低于-11mV、-12mV、-13mV、-14mV-15mV、-16mV、-17mV、-18mV、-19mV、-20mV、-21mV、-22mV、-23mV、-24mV、-25mV、-26mV、-27mV、-28mV、-29mV、-30mV、-31mV、-32mV、-33mV、-34mV或-35mV。
所述纳米粒子或聚集体的生物相容性全包覆层在本发明的情形中可能是有利的，以便当所述纳米粒子呈现亲水性中性表面电荷时避免所述纳米粒子表面上的任何电荷。“全包覆层”意味着存在密度/紧密度非常高的生物相容性分子，其能够在所述粒子的表面上产生至少完整的单层。
所述生物相容性包覆层特别允许所述纳米粒子在流体中的稳定性，所述流体例如生理流体(血液、血浆、血清等)或药物施用所需的任何等渗介质或生理介质。
稳定性可以通过使用干燥烘箱进行干提取物定量来确认并在过滤之前和之后的纳米粒子悬液上进行测量，所述过滤通常在0.45μm过滤器上进行。
有利地，所述包覆层保持所述粒子的体内完整性，确保或改善其生物相容性，并促进其任选的官能化(例如用间隔分子、生物相容性聚合物、靶向剂、蛋白质等)。
本发明的生物相容性纳米粒子或纳米粒子聚集体应当既不在体内施用后(即在生理pH下)溶解和释放有毒物质，也不表现出氧化还原行为，通常对于被认为生物相容的所述纳米粒子或纳米粒子聚集体而言，即在对象、特别是哺乳动物、优选人类中使用是安全的。
本文描述的另一特定目的涉及组合物，特别是药物组合物，其包含纳米粒子和/或纳米粒子聚集体，例如上文所定义的，优选与可药用的载体或介质一起。
特别地，本文描述了一种组合物，所述组合物用于在对象中预防或治疗如本文所述的神经系统疾病或其至少一种症状而无需将所述纳米粒子或纳米粒子聚集体暴露于电场，并优选无需将其暴露于任何其他外部激活源例如光源、磁场或超声源，其中所述组合物包含纳米粒子和/或纳米粒子聚集体和可药用的载体，或由纳米粒子和/或纳米粒子聚集体和可药用的载体组成，并且其中所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的材料通常选自如上文所描述和解释的导体材料、半导体材料、介电常数εijk等于或高于200的绝缘体材料、和介电常数εijk等于或低于100的绝缘体材料。
在一个优选的方面，所述组合物包含至少两种不同的纳米粒子和/或纳米粒子聚集体，或由至少两种不同的纳米粒子和/或纳米粒子聚集体组成，每种纳米粒子或纳米粒子聚集体由不同材料组成，所述材料通常选自导体材料、半导体材料、介电常数εijk等于或高于200的绝缘体材料、和介电常数εijk等于或低于100的绝缘体材料。
在本发明的一个典型方面，本文所述的纳米粒子或纳米粒子聚集体不用作(活性)治疗化合物或药物的载体。
在一个特定方面，所述组合物可包含本发明的纳米粒子或纳米粒子聚集体以及治疗剂。在本发明的情形中，这样的治疗剂通常不是纳米粒子也不是纳米粒子聚集体。所述治疗剂可选自用于神经系统障碍治疗的任何药物。所述治疗剂通常选自抗精神病药、抗多巴胺能药、多巴胺能药、抗胆碱能药、胆碱能药、抗谷氨酸能药、谷氨酸能药、乙酰胆碱酯酶抑制剂、N-甲基D-天冬氨酸(NMDA)受体拮抗剂、γ-氨基丁酸(GABA)激动剂、肉毒杆菌毒素、抗肌张力障碍药物、抗癫痫药物、抗惊厥药物、情绪稳定剂、抗抑郁药和镇静剂。
所述组合物可以是固体、液体(悬浮粒子)、气溶胶、凝胶、糊剂等的形式。优选的组合物是液体或凝胶形式。特别优选的组合物是液体形式。
所采用的可药用的承载体或载体可以是对技术人员而言任何经典的载体，例如盐水、等渗、无菌、缓冲溶液、非水性介质溶液等。
所述组合物还可包含稳定剂、甜味剂、表面活性剂、聚合物等。
它可以通过使用技术人员已知的药物制剂技术，配制为例如安瓿、气溶胶、瓶子、片剂、胶囊。
本发明的纳米粒子或纳米粒子聚集体可以使用不同的可能途径施用于对象，所述途径例如颅内、静脉内(IV)、气道(吸入)、鞘内、眼内或口腔途径(经口)、脑室内(ICV)，优选使用颅内或鞘内。
适当时，可以进行纳米粒子的重复注射或施用。优选地，所述纳米粒子或纳米粒子聚集体被施用一次。
所述纳米粒子和/或纳米粒子聚集体一旦施用，通常与神经元对象相互作用。在一个优选的方面，这种相互作用是长时间的相互作用，即几小时、几天、几周或几个月的相互作用。在一个特定方面，所述纳米粒子或纳米粒子聚集体留在对象中。
本文所述的纳米粒子或纳米粒子聚集体和包含这样的纳米粒子或纳米粒子聚集体的组合物用于对象，通常用于动物，优选哺乳动物，更加优选用于人类，通常是人类患者，它的年龄或性别不论。
在对象的大脑皮质、海马和/或杏仁核中施用的纳米粒子或纳米粒子聚集体的典型量是在105和1017之间、在105和1016之间或在105和1015之间，优选在107和1014之间，更优选在109和1012之间。并且，在对象的大脑皮质、海马和/或杏仁核中施用的纳米粒子或纳米粒子聚集体的典型量是在102和1012纳米粒子或纳米粒子聚集体/cm3之间。
在对象的深脑中施用的纳米粒子或纳米粒子聚集体的典型量是在104和1017之间、在104和1016之间、在104和1015之间或在104和1014之间，优选在106和1012之间，更优选在108和1011之间。并且，在对象的深脑中施用的纳米粒子或纳米粒子聚集体的典型量是在101和1011纳米粒子或纳米粒子聚集体/cm3之间。
本文还描述了一种预防或治疗对象的神经系统疾病或其至少一种症状的方法，其中所述方法包括向所述对象施用任何一种本文所述的纳米粒子或纳米粒子聚集体的步骤。这种方法通常不包括将所述对象、更确切地说将已经施用于所述对象的纳米粒子或纳米粒子聚集体暴露于电场的任何步骤，并且优选也不包括将所述对象、更确切地说将已经施用于所述对象的纳米粒子或纳米粒子聚集体暴露于任何其他外部激活源例如光源、磁场或超声源的任何步骤。
本文所述的另一个目的涉及包含如本文所述的至少两种不同的纳米粒子和/或至少两种不同的纳米粒子聚集体、或由所述至少两种不同的纳米粒子和/或至少两种不同的纳米粒子聚集体组成的试剂盒，每种纳米粒子或纳米粒子聚集体由通常选自如本文所述的导体材料、半导体材料、介电常数εijk等于或高于200的绝缘体材料、和介电常数εijk等于或低于100的绝缘体材料的不同材料组成。
在一个特定实施方式中，所述试剂盒在不同的容器中包含如本文所述的不同纳米粒子和/或纳米粒子聚集体(它们被定为在原位、即在靶位点上、或在体外或离体接触，通常是混合，然后将所述混合物沉积在靶位点上)。
另一个目的涉及试剂盒，其还包含至少一种不同于如本文所述的纳米粒子或纳米粒子聚集体的另外的治疗剂，例如抗精神病药、抗多巴胺能药、多巴胺能药、抗胆碱能药、胆碱能药、抗谷氨酸能药、谷氨酸能药、乙酰胆碱酯酶抑制剂、N-甲基D-天冬氨酸(NMDA)受体拮抗剂、γ-氨基丁酸(GABA)激动剂、肉毒杆菌毒素、抗肌张力障碍药物、抗癫痫药物、抗惊厥药、情绪稳定剂、抗抑郁药和镇静剂，本领域技术人员能够根据所针对的疾病的性质对其进行选择。如上文所解释的，这样的另外的治疗剂通常不是纳米粒子也不是纳米粒子聚集体。
本文还描述了这样的试剂盒在无需将施用于所述对象的纳米粒子或纳米粒子聚集体暴露于电场并优选无需将其暴露于任何其他外部激活源例如光源、磁场或超声源的情况下在预防或治疗对象的如本文所述的神经系统疾病或其至少一种症状的方法中的体内、体外或离体用途。本文还描述了如本文所述的试剂盒用于预防或治疗对象的神经系统疾病或其至少一种症状而无需将施用于所述对象的纳米粒子或纳米粒子聚集体暴露于电场，并优选无需将其暴露于任何其他外部激活源，例如光源、磁场或超声源。
在神经元水平，已经描述了纳米粒子提高或抑制神经元的电兴奋性。例如，发现氧化锌、碳纳米管和金纳米粒子会提高神经元的电兴奋性，而发现氧化铜、银、炭黑、氧化铁和氧化钛会抑制神经元的电兴奋性(Polak P&Shefi O.Nanomedicine:Nanotechnology，Biology and Medicine 11(2015)1467-1479，神经科学服务中的纳米级试剂：使用纳米粒子操纵神经元生长和活动(Nanometric agents in the service of neuroscience:Manipulation of neuronal growth and activity using nanoparticles))。
使用两亲性聚合物聚乙二醇包覆的银纳米粒子(cAgNP)–[cAgNP在纯水中的流体动力学直径为13nm±2nm(动态光散射技术)，ζ电位为-69mV(Zetasizer Nano)])对神经元系统的系统性影响研究显示，该纳米粒子诱导影响兴奋性的机制的改变。除此之外，神经元网络模拟显示，局部cAgNP诱导的改变导致整个网络中网络活动的改变，表明局部应用cAgNP可影响整个网络的活动(Busse M.等人International Journal of Nanomedicine2013:8 3559-3572，使用计算放大估计纳米粒子对神经元回路的调制效应(Estimatingthe modulatory effects of nanoparticles on neuronal circuits usingcomputational upscaling))。
还有，已经描述了与细胞内金纳米粒子相关的神经元兴奋性增加可能对病理条件例如癫痫发作下的神经元具有有害效应(Jung S等人PLOS ONE 2014，9(3)e91360，细胞内金纳米粒子增加神经元兴奋性并加重小鼠脑中的癫痫发作活动(Intracellular goldnanoparticles increase neuronal excitability and aggravate seizure activityin the mouse brain))。
本发明的纳米粒子或纳米粒子聚集体通过对脑的不同区域内和/或之间的神经元网络内和/或之间的振荡同步化进行正常化而用于预防或治疗神经系统疾病或其至少一种症状而无需将所述纳米粒子或纳米粒子聚集体暴露于电场，并优选无需将其暴露于任何其他外部激活源，例如光源、磁场或超声源。
如图2和3所示，在神经系统疾病中，脑的不同区域内和/或之间的通信受影响。根据神经系统障碍和相关症状，将脑的特定区域暴露于本发明的纳米粒子，将通过对脑的不同区域内和/或之间的神经元网络内和/或之间的振荡同步化进行正常化(即，相干性的正常化)来改善通信(图4和5)。
以下实施例及其相应的附图说明本发明而不限制其范围。
附图说明
图1.脑的示意图(矢状面)。
图2.两个神经元网络之间的超同步和同步受损。
图3.各种神经系统疾病所涉及的脑区。
图4.纳米粒子(NP)对超同步(运动障碍)正常化的效应。
图5.纳米粒子(NP)对同步受损(精神和认知障碍)正常化的效应。
图6.用MPP+处理诱导帕金森氏病的实验方案和电活动记录。
从E14.5NMRI小鼠制备小鼠腹侧中脑/皮质共培养物，并在48孔MEA上培养3周(总培养期)。培养7天后(第7天)用纳米粒子的悬液(“纳米粒子”组)、GDNF(20ng/ml)(“参比”组)或水(“对照”组和“MPP+”组)处理培养物，并在第8天用MPP+(20μM)(“纳米粒子”组、“参比”组和“MPP+”组)或水(“对照”组)处理。在第21天记录自发活动。
图7.两个简化爆发的方案概况了可以从电活动记录中提取的一些参数。指示了描述一般活动(峰电位(spike)，爆发(burst)，爆发间隔(IBI)和爆发期)和爆发结构(爆发持续时间，爆发平台，爆发幅度，爆发峰电位间隔(ISI)和爆发面积)的参数。这些参数的标准偏差(SD)分别是一般活动和爆发结构的规律性的度量。时间变化系数(CV时间)反映了每个单元的活动模式的时间规律性。CV时间由参数的标准偏差和平均值之比计算。网络之间的变异系数(CV网络)反映了网络内神经元之间的同步化。CV网络通过网络上参数的标准偏差与平均值之比计算。大的CV网络值暗示跨网络的活动变异范围广，意味着同步化较低。
图8.在“纳米粒子”组(来自实施例1和2的纳米粒子)和“参比”组与“对照”组和“MPP+”组的比较中观察到的对中脑/皮质网络活动的功能效应。数据显示了MPP+诱导的功能效应，并证明了由本发明的纳米粒子或由GDNF提供的预防/拯救功效(即，将功能效应预防/拯救到与“对照”组相似水平的能力)。
图9.在“纳米粒子”组(来自实施例5和6的纳米粒子)与“对照”组和“MPP+”组的比较中观察到的对中脑/皮质网络活动的功能效应。数据显示了MPP+诱导的功能效应，并证明了由本发明的纳米粒子提供的预防/拯救功效(即，将功能效应预防/拯救到与“对照”组相似水平的能力)。
图10.对“纳米粒子”组、“参比”组、“对照”组和“MPP+”组的效应评分分析。
图11.用淀粉样蛋白β1-42(Aβ1-42)诱导阿尔茨海默氏病的实验方案，治疗和电活动记录。在培养4周(培养期)后，将Aβ1-42(100nM)(“纳米粒子”组、“参比”组和“Aβ”组)或水(“对照”组)(T0)添加到神经元网络中。四(4)小时后，添加纳米粒子悬液(“纳米粒子”组)、多奈哌齐(Donepezil)(300nM)(“参比”组)或水(“对照”组和“Aβ”组)。如下记录自发活动：
--T0时(添加Aβ1-42之前)
--T0+1h、+2h、+3h、+4h(添加纳米粒子、多奈哌齐或水之前)、+5h和+6h时。
图12.在“纳米粒子”组和“参比”组与“对照”组和“Aβ1-42”组的比较中观察到的对皮质网络活动的功能效应。数据显示了Aβ1-42功能效应，并证明了由本发明的纳米粒子或由多奈哌齐提供的拯救功效(即，将功能效应拯救到与“对照”组相似水平的能力)。
图13.对“纳米粒子”组、“参比”组、“对照”组(效应评分＝0)和“Aβ”组(效应评分＝1)的效应评分分析。
图14.来自实施例9的金纳米粒子的代表性TEM图像，该群体的纳米粒子的核的中值最大尺寸分别等于108nm(GOLD-110)、83nm(GOLD-80)、45nm(GOLD-45)、34nm(GOLD-30)和15nm(GOLD-15)。
图15.对“纳米粒子”组(来自实施例9的GOLD-45和GOLD-15纳米粒子)、“对照”组(效应评分＝0)和“MPP+”组(效应评分＝1)的效应评分分析。
图16.来自实施例11的PEDOT纳米粒子的代表性扫描电子显微术(SEM)图像。
图17.对“纳米粒子”组(来自实施例11的PEDOT纳米粒子)、“对照”组(效应评分＝0)和“MPP+”组(效应评分＝1)的效应评分分析。
实施例
神经元的体外研究
在神经元水平下，膜片钳技术对于检测动作电位非常有用，因为它允许同时直接测量和控制神经元的膜电位。
该技术用于评估纳米粒子对单个神经元的效应。
神经元网络的体外研究
与多电极阵列(MEA)耦合的分散神经元培养物被广泛用于更好地了解脑网络的复杂性。另外，使用分散神经元组装体允许操纵和控制网络的连接性。所述MEA系统使得能够实时地从神经元网络中的多个位点进行非侵入性、持久、同时的细胞外记录，增加空间分辨率，从而提供稳健的网络活动量度。长时间同时收集动作电位和场电位数据允许监测由负责时空模式生成的所有细胞机制的相互作用产生的网络功能(Johnstone A.F.M.等人，Neurotoxicology，2010，31，331-350：微电极阵列：21世纪基于生理学的神经毒性测试平台(Microelectrode arrays:a physicologically based neurotoxicity testingplatform for the 21st century))。与膜片钳和其他单电极记录技术相比，MEA测量整个网络的响应，整合了网络中存在的所有受体、突触和神经元类型的相互作用的总体信息(Novellino A.等人，Frontiers in Neuroengineering，2011，4(4)，1-14：开发基于微电极阵列的神经毒性测试：用神经活性化学物质评估实验室间复现性(Development of micro-electrode array based tests for neurotoxicity:assessment of interlaboratoryreproducibility with neuroactive chemicals))。因此，MEA记录已被用于了解神经元培养物中的神经元通信、信息编码、传播和处理(Taketani,M.和Baudry,M.(2006).《网络电生理学进展》(Advances in Network Electrophysiology).New York，NY：Springer；Obien等人，Frontiers in Neurosciences，2015，8(423)：通过微电极阵列记录揭示神经元功能(Revealing neuronal functions through microelectrode array recordings))。MEA技术是一种复杂的表型高内涵筛选法，用于表征电活性细胞培养物中网络活动的功能变化，并且它对神经发生以及神经再生和神经变性方面非常敏感。此外，已知在MEA上生长的神经元网络能够对改变完整哺乳动物神经系统功能的大致相同浓度范围内的神经活性或神经毒性化合物做出反应(Xia等人，Alcohol，2003，30，167-174：培养的神经元网络对乙醇的组织型电生理反应(Histiotypic electrophysiological responses of culturedneuronal networks to ethanol)；Gramowski等人，European Journal of Neuroscience，2006，24，455-465：用在多电极神经芯片上生长的原代皮质神经元网络功能性筛选传统抗抑郁药(Functional screening of traditional antidepressants withprimarycortical neuronal networks grown on multielectrode neurochips)；Gramowski等人，Frontiers in Neurology，2015，6(158)：通过用交替10和16Hz调制进行脉冲的150MHz载波电磁场刺激来提高体外皮质网络活动和促进GABA能神经发生(Enhancement of cortical network activity in vitro and promotion of GABAergicneurogenesis by stimulation with an electromagnetic field with 150MHz carrierwave pulsed with an alternating 10and 16Hz modulation))。
该技术用于评估纳米粒子对神经元网络的效应。
神经元网络的体内研究
考虑适当的动物模型来评估本发明的纳米粒子对动物的神经元网络的效应。
例如，帕金森氏病的小鼠模型用于评估纳米粒子对缓解行为损害(运动障碍)的效应。此外，阿尔茨海默氏病的大鼠或小鼠模型用于评估纳米粒子对动物的空间学习和记忆功能失常(认知障碍)的效应。
实施例1.用导体材料制备的纳米粒子：用具有中性表面电荷的生物相容性包覆层包覆的金纳米粒子的合成
通过用封端剂(柠檬酸钠)还原氯化金盐(HAuCl4)来合成金纳米粒子(方案改编自G.Frens Nature Physical Science 241(1973)21)。在典型的实验中，将HAuCl4溶液加热至沸。随后，添加柠檬酸钠溶液。将所生成的溶液在沸腾下再维持5分钟时间。
进行所述纳米粒子悬液的0.22μm过滤(滤膜：聚(醚砜)(PES))，并通过紫外-可见光谱测定法于530nm确定悬液中的金浓度。
使用α-甲氧基-ω-巯基聚(乙二醇)20kDa(“硫醇-PEG20kDa”)进行表面包覆。将足量的“硫醇-PEG 20kDa”添加到所述纳米粒子悬液中，以在所述金纳米粒子表面上达到至少半单层覆盖度(2.5分子/nm2)。将pH调节至7和7.2之间，并将所述纳米粒子悬液搅拌过夜。
通过将所述纳米粒子悬液在水中稀释(终浓度：[Au]＝0.1g/L)，用Nano-Zetasizer(Malvern)用在633nm下发射的激光以173°散射角在室温(约25℃)下进行动态光散射(DLS)，从而确定流体动力学直径(以强度进行量度)。发现如此获得的生物相容性金纳米粒子在悬液中的流体动力学直径等于118nm，多分散指数(纳米粒子群体在尺寸上的分散度)为0.13。
通过将所述纳米粒子悬液在pH 7的1mM NaCl溶液中稀释(终浓度：[Au]＝0.1g/L)来测量所述纳米粒子的电泳迁移率(Nano-Zetasizer，Malvern)，从而确定ζ电位。发现pH 7下的ζ电位等于-1mV。
实施例2.用导体材料制备的纳米粒子：用具有负表面电荷的生物相容性包覆层包覆的金纳米粒子的合成
如实施例1中所述制备金纳米粒子(相同的金无机核)。
在PES膜滤器上进行0.22μm过滤并通过紫外-可见光谱测定法于530nm确定悬液中的金浓度。
使用内消旋-2,3-二巯基琥珀酸(DMSA)进行生物相容性表面包覆。将足量的DMSA添加到所述纳米粒子悬液中，以在表面上达到至少半单层覆盖度(2.5分子/nm2)。将pH调节至7和7.2之间，并将所述纳米粒子悬液搅拌过夜。
通过将所述纳米粒子悬液在水中稀释(终浓度：[Au]＝0.1g/L)，用Nano-Zetasizer(Malvern)用在633nm下发射的激光以173°散射角在室温(约25℃)下进行动态光散射(DLS)，从而确定流体动力学直径(以强度进行量度)。如此获得的纳米粒子在悬液中的流体动力学直径等于76nm，多分散指数(纳米粒子群体在尺寸上的分散度)为0.46。
通过将所述纳米粒子悬液在pH 7的1mM NaCl溶液中稀释(终浓度：[Au]＝0.1g/L)来测量所述纳米粒子的电泳迁移率(Nano-Zetasizer，Malvern)，从而确定ζ电位。发现pH 7下的ζ电位等于-23mV。
实施例3.用具有等于或低于100的低相对介电常数的绝缘体材料制备的纳米粒子：用具有中性表面电荷的生物相容性包覆层包覆的氧化锆纳米粒子的合成
通过在碱性pH下用四甲基氢氧化铵(TMAOH)沉淀氯化锆(ZrCl4)来合成氧化锆(ZrO2)纳米粒子。将所生成的悬液转移到高压釜中并在高于110℃的温度下加热。冷却后，将悬液用去离子水洗涤并酸化。
该群体的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的中值最大尺寸以及代表所述纳米粒子和纳米粒子聚集体的群体中30％-70％百分位的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的尺寸使用透射电子显微术进行评估，并发现分别等于10nm和8nm-12nm。计数了446个纳米粒子，并测量了它们的最大尺寸。
在PES膜滤器上进行0.22μm过滤，并通过将所述水溶液干燥成粉末并称量所得的质量来确定(ZrO2)纳米粒子的浓度。使用硅烷-聚(亚乙基)二醇2kDa(“Si-PEG 2kDa”)制备生物相容性包覆层。将足量的“Si-PEG 2kDa”添加到所述纳米粒子悬液中，以在表面上达到至少半单层覆盖度(2.5分子/nm2)。将所述纳米粒子悬液搅拌过夜，随后将pH调节至7。
通过将所述纳米粒子悬液在水中稀释(构成纳米粒子核的ZrO2的终浓度：[ZrO2]＝0.1g/L)，用Nano-Zetasizer(Malvern)用在633nm下发射的激光以173°散射角在室温(约25℃)下进行动态光散射(DLS)，从而确定流体动力学直径(以强度进行量度)。发现所述纳米粒子的流体动力学直径等于55nm，多分散指数(纳米粒子群体在尺寸上的分散度)为0.1。
通过将所述纳米粒子悬液在pH 7的1mM NaCl溶液中稀释(终浓度：[ZrO2]＝0.1g/L)来测量所述纳米粒子的电泳迁移率(Nano-Zetasizer，Malvern)，从而确定ζ电位。发现pH7下的ζ电位等于-1mV。
实施例4.用具有等于或低于100的低相对介电常数的绝缘体材料制备的纳米粒子：用具有负表面电荷的生物相容性包覆层包覆的氧化锆纳米粒子的合成
如实施例3中所述制备氧化锆纳米粒子(相同的无机核)。
在PES膜滤器上进行0.22μm过滤，并通过将所述水悬液干燥成粉末并称量所得的质量来确定(ZrO2)纳米粒子的浓度。
使用六偏磷酸钠进行表面官能化。将足够质量的六偏磷酸钠添加到所述纳米粒子悬液中，以在表面上达到至少半单层覆盖度(2.5分子/nm2)。将所述纳米粒子悬液搅拌过夜，随后将pH调节至7。
通过将所述纳米粒子悬液在水中稀释(构成纳米粒子核的ZrO2的终浓度：[ZrO2]＝0.1g/L)，用Nano-Zetasizer(Malvern)用在633nm下发射的激光以173°散射角在室温(约25℃)下进行动态光散射(DLS)，从而确定流体动力学直径(以强度进行量度)。发现所述纳米粒子的流体动力学直径等于70nm，多分散指数(纳米粒子群体在尺寸上的分散度)为0.11。
通过将所述纳米粒子悬液在pH 7的1mM NaCl溶液中稀释(终浓度：[ZrO2]＝0.1g/L)来测量所述纳米粒子的电泳迁移率(Nano-Zetasizer，Malvern)，从而确定ζ电位。发现pH7下的ζ电位等于-33mV。
实施例5.用半导体材料制备的纳米粒子：用具有负表面电荷的生物相容性包覆层包覆的硅(Si)纳米粒子
硅(Si)纳米粒子(粉末)获自US Research Nanomaterials Inc.。将它们用PVP(1％wt)包覆，在表面上呈现少于0.1分子/nm2。
将它们在超声处理(用探头)下以30g/L分散在水中。
在PES膜滤器上进行0.22μm过滤，并通过将所述悬液干燥成粉末并称量所得的质量来确定(Si)纳米粒子的浓度。
通过将所述纳米粒子悬液在水中稀释(构成纳米粒子核的Si的终浓度：[Si]＝0.1g/L)，用Nano-Zetasizer(Malvern)用在633nm下发射的激光以173°散射角在室温(约25℃)下进行动态光散射(DLS)，从而确定流体动力学直径(以强度进行量度)。发现所述纳米粒子的流体动力学直径等于164nm，多分散指数(纳米粒子群体在尺寸上的分散度)为0.16。
该群体的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的中值最大尺寸以及代表所述纳米粒子和纳米粒子聚集体的群体中30％-70％百分位的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的尺寸使用透射电子显微术进行评估，并发现分别等于53nm和45–61nm。计数了七十一(71)个纳米粒子，并测量了它们的最大尺寸。
通过将所述纳米粒子悬液在pH 7的1mM NaCl溶液中稀释(终浓度：[Si]＝0.1g/L)来测量所述纳米粒子的电泳迁移率(Nano-Zetasizer，Malvern)，从而确定ζ电位。发现pH 7下的ζ电位等于-19mV。
实施例6.用具有等于或高于200的高相对介电常数的绝缘体材料制备的纳米粒子：用具有负表面电荷的生物相容性包覆层包覆的钛酸钡纳米粒子
钛酸钡(BaTiO3)纳米粒子悬液(20wt％，在水中)得自US Research MaterialsInc.(US3835)。
使用硅烷-聚(亚乙基)二醇10kDa(“Si-PEG 10kDa”)进行表面官能化。简而言之，将“Si-PEG 10kDa”首先溶解在乙醇/水溶液(1/3v/v)中并添加到BaTiO3悬液(20wt％，在水中)中以实现在所述纳米粒子表面上的完整单层覆盖度。将所述悬液超声处理，随后搅拌过夜。在0.22μm过滤(滤膜：聚(醚砜))之后，进行洗涤步骤以消除未反应的“Si-PEG 10kDa”聚合物。
通过将所述纳米粒子悬液在水中稀释(构成纳米粒子核的BaTiO3的终浓度：[BaTiO3]＝0.1g/L)，用Nano-Zetasizer(Malvern)用在633nm下发射的激光以173°散射角在室温(约25℃)下进行动态光散射(DLS)，从而确定流体动力学直径(以强度进行量度)。发现所述纳米粒子的流体动力学直径等于164nm，多分散指数(纳米粒子群体在尺寸上的分散度)为0.16。
通过将所述纳米粒子悬液在pH 7的1mM NaCl溶液中稀释(终浓度：[BaTiO3]＝0.1g/L)来测量所述纳米粒子的电泳迁移率(Nano-Zetasizer，Malvern)，从而确定ζ电位。发现pH 7下的ζ电位为-11mV。
该群体的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的中值最大尺寸以及代表所述纳米粒子和纳米粒子聚集体的群体中30％-70％百分位的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的尺寸使用透射电子显微术进行评估，并发现分别等于67nm和60-77nm。计数了五十一(51)个纳米粒子，并测量了它们的最大尺寸。
实施例7.使用表型MEA筛选技术评价来自实施例1、2、5和6的纳米粒子对MPP+诱导的神经元网络的预防/拯救功效
在48孔MEA上培养3周的MPP+处理的小鼠中脑腹侧/皮质共培养物上测试本发明的纳米粒子的预防/拯救功效。该模型代表了用于筛选化合物的体外帕金森模型，其基于使用在MEA上生长的受攻击的中脑/皮质培养物的多巴胺能神经元功能拯救。中脑是脑的一个区域，包含黑质，所述黑质是基底神经节的一部分并含有大多数多巴胺能神经元。通过测量铺在微电极阵列(MEA)芯片上的神经元共培养物的细胞外电活动来进行纳米粒子的预防/拯救效应的评价。
用1-甲基-4-苯基碘化吡啶鎓(MPP+)进行小鼠神经元中帕金森病表型的体外诱导。有强有力的证据表明线粒体损伤在帕金森氏病(PD)的发病机制中发挥作用。发现MPP+是线粒体毒物，其通过阻断电子传递酶复合物I(NADH：泛醌氧化还原酶)来抑制细胞呼吸。几个实验室报道了PD患者尸检组织的黑质中线粒体电子传递链复合物I存在选择性缺陷，并且早期PD患者的血小板中复合物I活性也有降低。药物例如胶质细胞源性神经营养因子(GDNF)充当神经保护剂来预防/拯救MPP+的效应，并具有良好的临床前结果。GDNF在临床前实验方案中经常被用作参比(Peng J.等人，Journal of Biomolecular screening，2013，18(5)，522-533：使用人多能干细胞衍生的多巴胺能神经元在MPP+和鱼藤酮模型中评价候选帕金森氏病治疗剂(Using human pluripotent stem cell-derived dopaminergicneurons to evaluate candidate Parkinson’s disease therapeutic agents in MPP+and rotenone models))。
材料和方法
原代细胞培养，处理条件
从胚胎第14.5天chr:NMRI小鼠(Charles River)收获中脑和额叶皮质组织。通过颈脱位处死小鼠。将组织通过酶消化(133,3Kunitz单位/ml DNase；10单位/毫升木瓜蛋白酶)和机械研磨进行解离，计数，活力控制，并在含有层粘连蛋白(10μg/ml)、10％胎牛血清和10％马血清的20μl DMEM液滴中在MEA上铺板。在MEA上的培养物在37℃下10％CO2气氛中温育直到可以使用。每周两次用含有10％马血清的DMEM补充培养基。
在“纳米粒子”组中，在第7天用来自实施例1([Au]＝800μM)、2([Au]＝800μM)、5([Si]＝800μM)的纳米粒子悬液和来自实施例6([BaTiO3]＝2000μM)的纳米粒子悬液、然后在第8天用20μM MPP+处理孔。在“对照”组中，在第7天将水添加到孔中，然后在第8天添加水。在“MPP+”组中，在第7天向孔添加水，然后在第8天添加20μM MPP+。在“参比”组中，在第7天向孔添加GDNF(20ng/ml)，然后在第8天添加20μM MPP+。
添加MPP+(或“对照”组的水)后二十四(24)小时，更换培养基以实现洗去MPP+。随后每周更换培养基两次，并在每次更换培养基时，只对“参比”组添加GDNF。
在第21天，记录120分钟的神经元活动，并分析30分钟稳定的活动(图6)。
微电极阵列神经芯片
48孔微电极阵列神经芯片购自Axion Biosystems Inc.。这些芯片每孔具有16个被动电极。用聚乙烯亚胺(PEI，50％，在硼酸盐缓冲液中)包被表面1小时，洗涤并晾干。
多通道记录和多参数数据分析
为了记录，使用来自Axion Biosystems(USA)的多通道MAESTRO记录系统。对于细胞外记录，将48孔MEA置于MAESTRO记录站中并维持在37℃。在DMEM/10％热灭活的马血清中进行记录。用有10％CO2的过滤的加湿气流连续流将pH维持在7.4。
每个单元代表源自在一个电极处记录的一个神经元的活动。单元在记录开始时分开。对于每个单元，动作电位(即峰电位)被记录为峰电位序列，其群集成所谓的“爆发”。使用Spike Wrangler和NPWaveX程序(均来自NeuroProof GmbH，Rostock，德国)通过直接峰电位序列分析来定量描述爆发。爆发由短的峰电位事件的开始和结束来限定(图7)。
通过对网络活动模式的多参数高内涵分析，提取了204个描述活动的峰电位序列参数。这些参数允许获得以下四类中活动变化的精确描述：一般活动，爆发结构，振荡行为和同步性。
-“一般活动参数”的变化以爆发之间的时间描述了对动作电位发放率(峰电位率)、爆发率和爆发期的影响。
-“爆发结构参数”不仅定义了高频峰电位发放期(“爆发”)内的峰电位内部结构，例如爆发中的峰电位频率、爆发中的峰电位率和爆发峰电位密度，而且还定义了爆发的整体结构，例如持续时间、面积和平台。
-“振荡参数”量化了爆发发生或结构的规律性，其通过描述实验事件内参数(一般活动，爆发结构)变异性的主要活动参数的变异系数来计算(Gramowski A.等人，Eur.J.Neurosci.，2004，19，2815-2825：通过定量表征微电极阵列上小鼠脊髓网络中的振荡器活动进行物质鉴定(Substance identification by quantitativecharacterization of oscillator activity in murine spinal cord networks onmicroelectrode arrays))。越高的值指示越不规则的爆发结构或越不规则的一般活动(例如，峰电位发放，爆发发放)。
-作为峰电位序列中同步性的度量，“CV网络参数”反映了网络内神经元之间的“同步化”(Gramowski A.等人，Eur.J.Neurosci.，2004，19，2815-2825：通过定量表征微电极阵列上小鼠脊髓网络中的振荡器活动进行物质鉴定(Substance identification byquantitative characterization of oscillator activity in murine spinal cordnetworks on microelectrode arrays))。CV网络是网络上的变异系数。大的CV网络值暗示着跨网络活动的变异范围大，意味着同步化较低。(Gramowski A.等人，Frontiers inNeurology，2015，6(158)：通过用交替10和16Hz调制进行脉冲的150MHz载波电磁场刺激来提高体外皮质网络活动和促进GABA能神经发生(Enhancement of cortical networkactivity in vitro and promotion of GABAergic neurogenesis by stimulation withan electromagnetic field with 150MHz carrier wave pulsed with an alternating10and 16Hz modulation))。
通过上述参数来评价MPP+诱导的对神经元网络的功能效应和本发明的纳米粒子的预防/拯救功效(在下面的表2中也概括了其中的一些)。
表2：来自多参数数据分析的以下三个类别的活动描述参数：一般活动，振荡行为和同步性
Figure BDA0002589314790000521
Figure BDA0002589314790000531
在第21天时与自发天然活动相关的值来源于在30分钟活动稳定化后从30分钟跨度取得的60秒bin数据。结果(参数值)表示为独立网络的平均值±SEM。所述分析中包括每个“纳米粒子”组的至少8个有效孔、“对照”组的至少30个有效孔、“MPP+”组的至少26个有效孔(“有效”意指具有足够数量测量电活动的电极的孔)。测试绝对参数的分布的正态性，并通过单向ANOVA评估组间的统计学显著性。
图8和9示出了以下类别的一些代表性参数：一般活动，振荡行为和同步性。这些参数表征了MPP+诱导的功能效应以及本发明的纳米粒子或GDNF的预防/拯救功效(即，将功能效应预防/拯救到与“对照”组相似水平的能力)。
为了评价复合效应，将选择的204个参数的多参数结果投射到称为“效应评分”的单个参数中。它是所选特征的线性组合，将数据集转换为矢量，其中“对照”组平均值为“0”，而“MPP+”组平均值为“1”。通过所测量的204个参数中的18个的特征选择进行效应评分的Z因子的计算，优化以找到“对照”组和“MPP+”组之间的最佳区分(Kümmel A等人.J BiomolScreen.，2010，15(1),95-101：将多个读数整合到z'因子中以进行分析质量评估(Integration of multiple readouts into the z'factor for assay qualityassessment))。
效应评分分析在图10中显示。
表3中显示了本发明的纳米粒子的预防/拯救功效。
表3：本发明的纳米粒子(来自实施例1、2、5和6)或GDNF对MPP+诱导的对神经元网络效应的效应评分和预防/拯救功效的总结
Figure BDA0002589314790000541
图8、9和10以及表3显示，用本发明的纳米粒子预处理神经元网络预防/拯救了MPP+诱导的对神经元网络的功能效应。有趣的是，对于与振荡行为和同步性相关的类别中的参数，观察到了所述预防/拯救功效，并且其可以达到直至在“对照”组中观察到的水平。通常监测这些振荡行为和同步化参数作为网络发展改变的度量。在本发明的纳米粒子存在下，可以有利地拯救这些参数。
这些结果突出了本申请中描述的纳米粒子能够预防/拯救MPP+诱导的对神经元网络的功能效应。
实施例8：使用表型MEA筛选技术评价来自实施例1、2、3、4、5和6的纳米粒子对淀粉样蛋白β1-42诱导的对原代小鼠神经元网络的功能效应的效应
本发明的纳米粒子的拯救功效在小鼠神经元的额叶皮质培养物中在淀粉样蛋白β1-42(Aβ1-42)诱导的阿尔茨海默氏病模型上通过MEA进行体外测试。
已知β-淀粉样肽1-42，即在阿尔茨海默病(AD)患者中见到的神经性斑块的主要成分，通过抑制星形胶质谷氨酸转运蛋白来触发突触间隙中的谷氨酸过量，并通过增强N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受体活性来增加细胞内Ca2+水平。导致兴奋性毒性的其他机制可包括诱导氧化应激和Aβ对谷氨酸能NMDA受体的直接影响。无论精确的潜在致病过程是什么，谷氨酸对神经细胞的过度刺激以及细胞内钙蓄积最终将导致神经元凋亡，破坏突触可塑性，并且这样的失调的结果将深刻损害学习和记忆功能(Nyakas C.等人，Behavioural BrainResearch，2011，221，594-603：老年和痴呆中的基础前脑胆碱能系统。用美金刚胺从神经毒性淀粉样蛋白β42中拯救胆碱能神经元(The basal forebrain cholinergic system inaging and dementia.Rescuing cholinergic neurons from neurotoxic amyloid-β42with memantine.))。目前，FDA批准的抗AD药物仅限乙酰胆碱酯酶(AChE)抑制剂和NMDA受体拮抗剂。传统的AChE抑制剂包括多奈哌齐，其主要作用于AChE的中枢作用位点。
材料和方法
原代细胞培养
从胚胎第15/16日chr:NMRI小鼠(Charles River)收获额叶皮质组织。通过颈脱位处死小鼠。将组织通过酶消化(133,3Kunitz单位/ml DNase；10单位/ml木瓜蛋白酶)和机械研磨进行解离，计数，活力控制，并在含有层粘连蛋白(10μg/ml)、10％胎牛血清和10％马血清的20μl DMEM液滴中在MEA上铺板。在MEA上的培养物在37°下10％CO2气氛中温育直到可以使用。每周两次用含有10％马血清的DMEM补充培养基。在接种后第5天用有丝分裂抑制剂5-氟-2'-脱氧尿苷(25μM)和尿苷(63μM)处理发育中的共培养物，以防止进一步的神经胶质增殖。
为了诱导阿尔茨海默病相关的功能表型，将合成的HFIP(六氟异丙醇)处理的Aβ1-42肽(HFIP处理产生淀粉样蛋白β的单体)以亚毒性剂量(100nM)使用。
在“纳米粒子”组中，首先在T0时用Aβ1-42(合成的HFIP处理的淀粉样蛋白β1-42肽)处理孔(T0是在28天体外培养期结束时)。然后在独立和平行的实验中，用来自实施例1([Au]＝800μM)、2([Au]＝800μM)、3([ZrO2]＝800μM)、4([ZrO2]＝800μM)、5([Si]＝800μM)以及来自实施例6([BaTiO3]＝2000μM)的纳米粒子悬液在T0+4小时时处理孔。在“对照”组中，在T0时、然后在T0+4小时时向孔添加水。在“Aβ”组中，在T0时将Aβ1-42添加到孔中，然后在T0+4小时时向孔中添加水。在“参比”组中，在T0时将Aβ1-42添加到孔中，并在T0+4小时时向孔中添加多奈哌齐(300nM)。
如下记录神经元活动(参见图11)：
-在T0时，添加Aβ1-42(或“对照”组中的水)之前
-在T0+1h、T0+2h、T0+3h、T0+4h(在“纳米粒子组”添加纳米粒子、或在“参比”组添加多奈哌齐、或在对照组添加“水”之前)、T0+5h和T0+6h时。
数值源自于在30分钟活动稳定化后从30分钟跨度取得的60秒bin数据。
微电极阵列神经芯片
48孔微电极阵列神经芯片购自Axion Biosystems Inc.。这些芯片每孔具有16个被动电极。用聚乙烯亚胺(PEI，50％，在硼酸盐缓冲液中)包被表面1小时，洗涤并风干。
多通道记录和多参数数据分析
为了记录，使用来自Axion Biosystems(USA)的多通道MAESTRO记录系统。对于细胞外记录，将48孔MEA置于MAESTRO记录站中并维持在37℃。在DMEM/10％热灭活的马血清中进行记录。用有10％CO2的过滤的加湿气流连续流将pH维持在7.4。动作电位，或“峰电位”，是在峰电位序列中记录的并群集成所谓的“爆发”。使用Spike Wrangler和NPWaveX程序(均来自NeuroProof GmbH，Rostock，德国)通过直接峰电位序列分析定量描述爆发。爆发由短的峰电位事件的开始和结束来限定。
通过对网络活动模式的多参数高内涵分析，提取了204个描述活动的峰电位序列参数。这些参数允许获得如下四类中活动变化的精确描述：一般活动，爆发结构，振荡行为和同步性。
通过上述参数评价淀粉样蛋白β1-42对神经元网络的功能效应以及本发明的纳米粒子对神经元网络功能效应的拯救功效(它们中的一些也概括在下表4中)。
表4：来自多参数数据分析的活动描述参数在以下四个类别中：一般活动，爆发结构，振荡行为和同步性
Figure BDA0002589314790000581
与自发天然活动相关的值来源于在30分钟活动稳定化后从30分钟跨度取得的60秒bin数据。结果(参数值)表示为独立网络的平均值±SEM。所述分析中包括每个“纳米粒子”组的至少9个有效孔、“对照”组的至少18个有效孔、以及“Aβ”组的至少18个有效孔(“有效”意指具有足够数量测量电活动的电极的孔)。测试绝对参数的分布的正态性，并通过单向ANOVA评估组间的统计学显著性。
图12显示了来自以下类别的一些代表性参数：一般活动，爆发结构、振荡行为和同步性，表征了Aβ1-42-的功能效应以及由本发明的纳米粒子或多奈哌齐提供的拯救功效(即，将功能效应拯救到与“对照”组相似水平的能力)。
为了评价复合效应，将选择的204个参数的多参数结果投射到称为“效应评分”的单个参数中。它是所选特征的线性组合，将数据集转换为矢量，其中“对照”组平均值为“0”，而“Aβ”组平均值为“1”。通过所测量的204个参数中的15个的特征选择进行效应评分的Z因子的计算，优化以找到“对照”组和“Aβ”组之间的最佳区分(KümmelA等人，J BiomolScreen.，2010，15(1),95-10：将多个读数整合到z'因子中以进行分析质量评估(Integration of multiple readouts into the z'factor for assay qualityassessment))。
效应评分分析在图13中显示。
表5中显示了本发明的纳米粒子的拯救功效。
表5：本发明的纳米粒子或多奈哌齐对Aβ1-42-诱导的对神经元网络的效应的效应评分和拯救功效总结
Figure BDA0002589314790000591
图12和13以及表5显示，用本发明的纳米粒子处理神经元网络拯救了Aβ1-42诱导的对神经元网络的功能效应。对于与振荡行为和同步性相关的类别中的参数，观察到所述拯救功效，并且其可以有利地达到直至在“对照”组中观察到的水平。经典地评价这些振荡行为和同步化参数以检测网络发展的改变。在本发明的纳米粒子的存在下，可以拯救振荡行为和同步化。
这些结果突出了本申请中描述的纳米粒子在拯救Aβ1-42诱导的对神经元网络的功能效应中的有利性能。
实施例9：具有中性表面电荷的不同尺寸的金纳米粒子的合成和理化表征
通过在水溶液中用柠檬酸钠还原氯化金获得金纳米粒子。方案改编自G.FrensNature Physical Science 241(1973)21。
在典型的实验中，将HAuCl4溶液加热至沸。随后，添加柠檬酸钠溶液。将所生成的悬液在沸腾下再维持5分钟时间。
通过小心改变柠檬酸盐对金前体的比率，将纳米粒子的尺寸从约15nm调节到约110nm(参见表6)。
然后使用超滤装置(来自Millipore的8400型Amicon stirred cell)与具有适当截留分子量(MWCO)的纤维素膜将如此制备的金纳米粒子悬液浓缩，并在层流罩下通过0.22μm截留滤膜(来自Millipore的PES膜)进行过滤。
使用α-甲氧基-ω-巯基聚(乙二醇)20kDa(“硫醇-PEG20kDa”)进行表面包覆。将足量的“硫醇-PEG 20kDa”添加到所述纳米粒子悬液中，以在金纳米粒子表面上得到单层覆盖度。将pH调节至6.8和7.4之间，并将所述纳米粒子悬液搅拌过夜。使用超滤离心滤器(来自Sartorius的Vivaspin或来自Merck Millipore的Amicon Ultra)与适当的MWCO膜在层流罩下除去过量的硫醇-PEG 20kDa，并将最终的悬液在4℃保存。
使用透射电子显微术通过计数至少200个纳米粒子来确定粒度，取纳米粒子的最大尺寸进行尺寸测量。表6报告了该群体的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的中值最大尺寸以及代表纳米粒子或纳米粒子聚集体的群体中30％-70％百分位的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的尺寸，以及通过电感耦合光发射光谱法(ICP-OES)测量的金浓度([Au])，和通过将纳米粒子悬液在1mM的NaCl溶液中稀释，在0.01和0.05g/L之间的金浓度([Au])和pH约7下测量纳米粒子的电泳迁移率(Nano-Zetasizer，Malvern)而确定的ζ电位。
表6：
Figure BDA0002589314790000611
图14显示了表6中描述的金纳米粒子的代表性透射电子显微术(TEM)图像。
实施例10.使用表型MEA筛选技术评价来自实施例9的纳米粒子GOLD-15和GOLD-45对MPP+诱导的神经元网络的预防/拯救功效
在48孔MEA上培养3周的MPP+处理的小鼠中脑腹侧/皮质共培养物上测试本发明的纳米粒子的预防/拯救功效。通过测量铺在微电极阵列(MEA)芯片上的神经元共培养物的细胞外电活动来进行所述纳米粒子的预防/拯救效应的评价。
用1-甲基-4-苯基碘化吡啶鎓(MPP+)进行小鼠神经元中帕金森病表型的体外诱导。
材料和方法
原代细胞培养，处理条件
从胚胎第14.5天chr:NMRI小鼠(Charles River)收获中脑和额叶皮质组织。通过颈脱位处死小鼠。将组织通过酶消化(133,3Kunitz单位/ml DNase；10单位/毫升木瓜蛋白酶)和机械研磨进行解离，计数，活力控制，并在含有层粘连蛋白(10μg/ml)、10％胎牛血清和10％马血清的20μl DMEM液滴中在MEA上铺板。在MEA上的培养物在37℃下10％CO2气氛中温育直到可以使用。每周两次用含有10％马血清的DMEM补充培养基。
在“纳米粒子”组中，在第7天用来自实施例9(GOLD-15和GOLD-45)的纳米粒子悬液([Au]＝310+/-40μM)、然后在第8天用20μM MPP+处理孔。在“对照”组中，在第7天将水添加到孔中，然后在第8天添加水。在“MPP+”组中，在第7天将水添加到孔中，然后在第8天添加20μM MPP+。
添加MPP+(或“对照”组的水)后二十四(24)小时，更换培养基以实现洗去MPP+。随后每周更换培养基两次。
在第21天，记录120分钟的神经元活动，并分析30分钟稳定的活动。
微电极阵列神经芯片
48孔微电极阵列神经芯片购自Axion Biosystems Inc.。这些芯片每孔具有16个被动电极。用聚乙烯亚胺(PEI，50％，在硼酸盐缓冲液中)包被表面1小时，洗涤并晾干。
多通道记录和多参数数据分析
为了记录，使用来自Axion Biosystems(USA)的多通道记录系统。对于细胞外记录，将48孔MEA置于MAESTRO记录站中并维持在37℃。在DMEM/10％热灭活的马血清中进行记录。用有10％CO2的过滤的加湿气流连续流将pH维持在7.4。
每个单元代表源自在一个电极处记录的一个神经元的活动。单元在记录开始时分开。对于每个单元，动作电位(即峰电位)被记录为峰电位序列，其群集成所谓的“爆发”。使用Spike Wrangler和NPWaveX程序(均来自NeuroProof GmbH，Rostock，德国)通过直接峰电位序列分析来定量描述爆发。爆发由短的峰电位事件的开始和结束来限定。
通过对网络活动模式的多参数高内涵分析，提取了204个描述活动的峰电位序列参数。这些参数允许获得以下四类中活动变化的精确描述：一般活动，爆发结构，振荡行为和同步性。
通过上述参数来评价MPP+诱导的对神经元网络的功能效应和本发明的纳米粒子的预防/拯救功效。
在第21天时与自发天然活动相关的值来源于在30分钟活动稳定化后从30分钟跨度取得的60秒bin数据。结果(参数值)表示为独立网络的平均值±SEM。对于每个“纳米粒子”组、“对照”组和“MPP+”组，所述分析包括至少19个有效孔(“有效”意指具有足够数量测量电活动的电极的孔)。测试绝对参数的分布的正态性，并通过单向ANOVA评估组间的统计学显著性。
为了评价复合效应，将选择的204个参数的多参数结果投射到称为“效应评分”的单个参数中。它是所选特征的线性组合，将数据集转换为矢量，其中“对照”组平均值为“0”，而“MPP+”组平均值为“1”。通过所测量的204个参数中的20个的特征选择进行效应评分的Z因子的计算，优化以找到“对照”组和“MPP+”组之间的最佳区分(Kümmel A等人.J BiomolScreen.，2010，15(1),95-101：将多个读数整合到z'因子中以进行分析质量评估(Integration of multiple readouts into the z'factor for assay qualityassessment))。
效应评分分析在图15中显示。
表7中显示了本发明的纳米粒子的预防/拯救功效。
表7：本发明的纳米粒子(来自实施例9的GOLD-15和GOLD-45)对MPP+诱导的对神经元网络效应的效应评分和预防/拯救功效的总结
Figure BDA0002589314790000641
图15和表7显示了用本发明的纳米粒子预处理神经元网络预防/拯救了MPP+诱导的对神经元网络的功能效应。有趣的是，该群体的纳米粒子核的中值最大尺寸等于15nm的金纳米粒子在预防/拯救MPP+诱导的对神经元网络的功能效应方面的有效性不如该群体的纳米粒子核的中值最大尺寸等于45nm的金纳米粒子。
这些结果突出了这两种金纳米粒子能够预防/拯救MPP+诱导的对神经元网络的功能效应，其中中值最大尺寸为45nm的金纳米粒子比中值最大尺寸为15nm的金纳米粒子更有效。
实施例11.用导体材料制备的纳米粒子：具有负表面电荷的聚(3,4-亚乙基二氧基噻吩)纳米粒子(PEDOT纳米粒子)的合成
聚(3,4-亚乙基二氧基噻吩)纳米粒子(PEDOT纳米粒子)的水分散液(1.1％w/w)得自Sigma(sigma 675288)并就此使用。
通过将所述纳米粒子悬液在pH 7.3的1mM NaCl溶液中稀释(PEDOT终浓度：1g/L)来测量所述纳米粒子的电泳迁移率(Nano-Zetasizer，Malvern)，从而确定ζ电位。发现pH7.3下的ζ电位等于-53mV。
该群体的纳米粒子或纳米粒子聚集体的中值最大尺寸以及代表所述纳米粒子和纳米粒子聚集体的群体中30％-70％百分位的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的尺寸使用扫描电子显微术(SEM)进行评估，并分别等于408nm和311nm–518nm(计数56个纳米粒子，并测量它们的最大尺寸)。
实施例12.使用表型MEA筛选技术评价来自实施例11的PEDOT纳米粒子对MPP+诱导的神经元网络的预防/拯救功效
在48孔MEA上培养3周的MPP+处理的小鼠中脑腹侧/皮质共培养物上测试本发明的纳米粒子的预防/拯救功效。通过测量铺在微电极阵列(MEA)芯片上的神经元共培养物的细胞外电活动来进行所述纳米粒子的预防/拯救效应的评价。
用1-甲基-4-苯基碘化吡啶鎓(MPP+)进行小鼠神经元中帕金森病表型的体外诱导。
材料和方法
原代细胞培养，处理条件
从胚胎第14.5天chr:NMRI小鼠(Charles River)收获中脑和额叶皮质组织。通过颈脱位处死小鼠。将组织通过酶消化(133,3Kunitz单位/ml DNase；10单位/毫升木瓜蛋白酶)和机械研磨进行解离，计数，活力控制，并在含有层粘连蛋白(10μg/ml)、10％胎牛血清和10％马血清的20μl DMEM液滴中在MEA上铺板。在MEA上的培养物在37℃下10％CO2气氛中温育直到可以使用。每周两次用含有10％马血清的DMEM补充培养基。
在“纳米粒子”组中，在第7天用来自实施例11的纳米粒子悬液([PEDOT]＝500μM)、然后在第8天用20μM MPP+处理孔。在“对照”组中，在第7天将水添加到孔中，然后在第8天添加水。在“MPP+”组中，在第7天将水添加到孔中，然后在第8天添加20μM MPP+。
添加MPP+(或“对照”组的水)后二十四(24)小时，更换培养基以实现洗去MPP+。随后每周更换培养基两次。
在第21天，记录120分钟的神经元活动，并分析30分钟稳定的活动。
微电极阵列神经芯片
48孔微电极阵列神经芯片购自Axion Biosystems Inc.。这些芯片每孔具有16个被动电极。用聚乙烯亚胺(PEI，50％，在硼酸盐缓冲液中)包被表面1小时，洗涤并晾干。
多通道记录和多参数数据分析
为了记录，使用来自Axion Biosystems(USA)的多通道MAESTRO记录系统。对于细胞外记录，将48孔MEA置于MAESTRO记录站中并维持在37℃。在DMEM/10％热灭活的马血清中进行记录。用有10％CO2的过滤的加湿气流连续流将pH维持在7.4。
每个单元代表源自在一个电极处记录的一个神经元的活动。单元在记录开始时分开。对于每个单元，动作电位(即峰电位)被记录为峰电位序列，其群集成所谓的“爆发”。使用Spike Wrangler和NPWaveX程序(均来自NeuroProof GmbH，Rostock，德国)通过直接峰电位序列分析来定量描述爆发。爆发由短的峰电位事件的开始和结束来限定。
通过对网络活动模式的多参数高内涵分析，提取了204个描述活动的峰电位序列参数。这些参数允许获得以下四类中活动变化的精确描述：一般活动，爆发结构，振荡行为和同步性。
通过上述参数来评价MPP+诱导的对神经元网络的功能效应和本发明的纳米粒子的预防/拯救功效。
在第21天时与自发天然活动相关的值来源于在30-90分钟活动稳定化后从30分钟跨度取得的60秒bin数据。结果(参数值)表示为独立网络的平均值±SEM。所述分析中包括“纳米粒子”组的至少5个有效孔、“对照”组的至少20个有效孔、“MPP+”组的至少20个有效孔(“有效”意指具有足够数量测量电活动的电极的孔)。测试绝对参数的分布的正态性，并通过单向ANOVA评估组间的统计学显著性。
为了评价复合效应，将选择的204个参数的多参数结果投射到称为“效应评分”的单个参数中。它是所选特征的线性组合，将数据集转换为矢量，其中“对照”组平均值为“0”，而“MPP+”组平均值为“1”。通过所测量的204个参数中的20个的特征选择进行效应评分的Z因子的计算，优化以找到“对照”组和“MPP+”组之间的最佳区分(Kümmel A等人.J BiomolScreen.，2010，15(1),95-101：将多个读数整合到z'因子中以进行分析质量评估(Integration of multiple readouts into the z'factor for assay qualityassessment))。
效应评分分析在图17中显示。
表8中显示了本发明的纳米粒子的预防/拯救功效。
表8：本发明的PEDOT纳米粒子(来自实施例11)对MPP+诱导的对神经元网络效应的效应评分和预防/拯救功效的总结
Figure BDA0002589314790000681
图17和表8显示了用本发明的PEDOT纳米粒子预处理神经元网络预防/拯救了MPP+诱导的对神经元网络的功能效应。
这些结果突出了本申请中描述的纳米粒子能够预防/拯救MPP+诱导的对神经元网络的功能效应。
实施例13.用具有等于或低于100的低相对介电常数的绝缘体材料制备的纳米粒子的合成：包覆有具有负表面电荷的生物相容性包覆层的氧化铪纳米粒子的合成
通过在碱性pH下用四甲基氢氧化铵(TMAOH)沉淀氯化铪(HfCl4)来合成氧化铪(HfO2)纳米粒子。将所生成的悬液转移到高压釜中并在高于110℃的温度下加热。冷却后，将所述悬液用去离子水洗涤并酸化。
使用六偏磷酸钠进行表面官能化。将足够质量的六偏磷酸钠添加到所述纳米粒子悬液中，以在表面上达到至少半单层覆盖度(2.5分子/nm2)。将所述纳米粒子悬液搅拌过夜，随后将pH调节至7。

Claims (14)

1.一种纳米粒子或纳米粒子聚集体，其用于预防或治疗对象的神经系统疾病或其至少一种症状而无需将所述纳米粒子或纳米粒子聚集体暴露于电场或任何其他外部激活源，其中所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的材料选自导体材料、半导体材料、介电常数εijk等于或高于200的绝缘体材料、和介电常数εijk等于或低于100的绝缘体材料，其中i)当所述材料是导体材料、半导体材料或介电常数εijk等于或高于200的绝缘体材料时，该群体的纳米粒子或纳米粒子聚集体的核的中值最大尺寸为至少30nm，并且其中ii)所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的核包覆有生物相容性包覆层，当在电解质浓度在0.001和0.2M之间、纳米粒子或纳米粒子聚集体材料浓度在0.01和10g/L之间以及pH在6和8之间的水溶液中测量时，所述包覆层提供中性或负性表面电荷。
2.根据权利要求1所述的供使用的纳米粒子或纳米粒子聚集体，其中所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的材料是导体材料，所述导体材料选自标准还原电位E°高于0.2的金属和在其结构中具有邻接的sp2杂化碳中心的有机材料。
3.根据权利要求2所述的供使用的纳米粒子或纳米粒子聚集体，其中所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的材料选自金属纳米粒子，其中所述金属元素是Ir、Pd、Pt、Au或其任何混合物，以及由聚苯胺、聚吡咯、聚乙炔、聚噻吩、聚咔唑和/或聚芘组成的有机纳米粒子。
4.根据权利要求1所述的供使用的纳米粒子或纳米粒子聚集体，其中所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的材料是带隙Eg低于3.0eV的半导体材料。
5.根据权利要求4所述的供使用的纳米粒子或纳米粒子聚集体，其中所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的材料由门捷列夫周期表的IVA族元素组成，或者是门捷列夫周期表的III和V族元素的混合组合物，或者是门捷列夫周期表的II和VI族元素的混合组合物。
6.根据权利要求5所述的供使用的纳米粒子或纳米粒子聚集体，其中所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的材料由门捷列夫周期表的IVA族元素组成并掺杂有选自Al、B、Ga、In和P的电荷载体。
7.根据权利要求1所述的供使用的纳米粒子或纳米粒子聚集体，其中所述材料是带隙Eg等于或高于3.0eV的绝缘体材料并且所述相对介电常数εijk在20℃和30℃之间以及在102Hz直至红外频率之间测量。
8.根据权利要求7所述的供使用的纳米粒子或纳米粒子聚集体，其中所述材料是带隙Eg等于或高于3.0eV的绝缘体材料并且所述相对介电常数εijk等于或高于200，并且所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的材料是介电材料，所述介电材料是选自BaTiO3、KTaNbO3、KTaO3、SrTiO3和BaSrTiO3的混合金属氧化物。
9.根据权利要求7所述的供使用的纳米粒子或纳米粒子聚集体，其中所述材料是带隙Eg等于或高于3.0eV的绝缘体材料并且所述相对介电常数εijk等于或低于100，并且所述纳米粒子或纳米粒子聚集体的材料是选自ReO2、ZrO2和HfO2的金属氧化物。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的供使用的纳米粒子，其中所述神经系统疾病选自帕金森氏病、阿尔茨海默氏病、癫痫、强迫症、自闭症谱系障碍、抑郁症、肌张力障碍、Tourette综合征、精神分裂症、中风、失语症、痴呆、耳鸣、亨廷顿氏病、特发性震颤、双相障碍、焦虑症、成瘾症、意识植物状态及其至少一种症状。
11.一种组合物，其包含如权利要求1至9中任一项所述的纳米粒子和/或纳米粒子聚集体和可药用的载体，其中所述组合物用于预防或治疗对象的神经系统疾病或其至少一种症状而无需将所述纳米粒子和/或纳米粒子聚集体暴露于电场或任何其他外部激活源。
12.根据权利要求11所述的供使用的组合物，其中所述组合物包含至少两种不同的如权利要求1至9中任一项所述的纳米粒子和/或纳米粒子聚集体。
13.一种试剂盒，其包含至少两种不同的如权利要求1至9中任一项所述的纳米粒子和/或纳米粒子聚集体。
14.根据权利要求13所述的试剂盒，其用于预防或治疗对象的神经系统疾病或其至少一种症状而无需将所述纳米粒子和/或纳米粒子聚集体暴露于电场或任何其他外部激活源。
CN201880086897.0A 2017-12-19 2018-12-18 用于治疗神经元障碍的纳米粒子 Pending CN111886004A (zh)

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