CN116782953A - 用于通过捕获铜和/或铁治疗肿瘤的方法 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及纳米颗粒及其在医药中，特别是用于治疗肿瘤的用途。
Description
技术领域
本公开涉及纳米颗粒及其在医药领域中的用途，特别地用于通过捕获铜和/或铁来治疗肿瘤。
现有技术
降低生物体中铜和/或铁的含量是治疗转移性癌症的令人感兴趣的策略。虽然这种降低可通过简单的治疗方案提供[Counter CM，Brady DC，Turski ML，& Thiele DJ(2015)Methods of treating and preventing cancer by disrupting the binding ofcopper in the map-kinase pathway 1(19)0-4]，该概念关注于施用能够络合铜的药物。迄今已经测试了几种铜螯合剂：青霉胺、曲恩汀、双硫仑、氯碘羟喹和四钼酸盐，以及铁螯合剂，其与铜一样已用于治疗金属中毒：去铁胺(DFO)、去铁酮(DFP)、地拉罗司(Gaur et al，Inorganics，2018，6，126)。已获得了令人感兴趣的临床前和临床结果，然而它们通常是有限的或与可能阻止其使用的副作用相关。
铜和/或铁是生命必需的金属阳离子；然而，还有许多其他金属阳离子。因此，使用太强的螯合剂可能有削弱患者身体其他部位的风险：这是使用化疗药物时的常见问题。
相反，使用没有足够特异性并因此对其他生物必需金属(诸如锌或甚至锰)具有更高亲和力的螯合剂也可导致有问题的副作用。
因此，基于铜或铁耗尽的治疗策略的一个目的是提高螯合常数和对铜和/或铁的特异性至更大的程度，以限制副作用同时确保良好的功效。另一个目的是靶向该提取的位置，并在肿瘤环境中高度精确地捕获铜和/或铁。
四硫代钼酸盐(tetrathiomolybdate)，一种在体外高度有效的铜螯合剂，已通过诱导可及(accessible)的铜的减少而显示出特别是抑制血管生成和肿瘤生长的效果[Alvarez HM，Xue Y，Robinson CD，Canalizo-Hernández MA，Maryin RG，Kelly RA，Mondragón A，Penner-Hahn JE，& O’Halloran T V.(2010)Tetrathiomolybdate inhibitscopper trafficking proteins through metal cluster formation Science(80-)327(5963)331-334，https：//doi.org/10.1126/science.1179907]。
然而，这种用途仍然是有限的，且在治疗期间观察到不期望的副作用，诸如红斑、视神经炎、呕吐和白细胞减少，推测与全身铜的非选择性提取有关。
Zhou等提出了螯合剂在聚合物内的组合，其组装形成胶囊，使得可以与另一种药物(瑞喹莫德-R848，resiquimod-R848)组合。使用的螯合剂是TETA。所形成的颗粒尺寸较大(RPTDH的分子量大于400kDa)且具有相对有限的提取能力，络合剂对铜相对特异，但稳定性低。因此，已证明了铜离子含量大于50μg/ml(即50ppm)时提取铜的能力(比我们体内的天然浓度高一个数量级以上)。[Zhou P，Qin J，Zhou C，Wan G，Liu Y，Zhang M，Yang X，ZhangN，& Wang Y(2019)Multifunctional nanoparticles based on a polymeric copperchelator for combination treatment of metastatic breast cancer Biomaterials19586-99，https：//doi.org/10.1016/j.biomaterials.2019.01.007]。此外，在临床前实验中，观察到在注射后，尽管颗粒很好地靶向肿瘤，但在6小时后在肝、脾、肾和肺中发现显著比例的纳米颗粒，且在24小时后仍在肺中。
最近，Wu等提出了使用负载铜的纳米颗粒来利用盐析然后捕获铜的可能性，从而引发抗肿瘤作用[Wu W，Yu L，Jiang Q，Huo M，Lin H，Wang L，Chen Y & Shi J(2019)Enhanced Tumor-Specific Disulfiram Chemotherapy by in Situ Cu2+Chelation-Initiated Nontoxicity-to-Toxicity Transition J Am Chem Soc 141(29)11531-11539，https：//doi.org/10.1021/jacs.9b03503]。基于表面聚乙二醇化的中孔二氧化硅的这些颗粒的尺寸为约165nm。然而，这些大颗粒的生物分布研究证明了在肺、脾、肝和心脏中的高度捕获。除了铜捕获的最初可逆方面外，所述颗粒螯合内源性铜阳离子的能力较低。
Feng等建议使用负载有已知其络合铜能力的药物(博来霉素)的中孔硫化铜颗粒。虽然这种方法由于硫化铜在红外范围内引发吸收的光学性质而是有益的，但是应当牢记的是，使用硫化铜，即使负载络合剂，也存在将过量铜引入某些区域的风险。同样对于该用途，颗粒尺寸大(平均119.8nm)，从而能够包封足够的分子。Feng Q，Zhang W，LiY，Yang X，HaoY，Zhang H，Li W，Hou L，& Zhang Z(2017)An intelligent NIR-responsive chelatecopper-based anticancer nanoplatform for synergistic tumor targeted chemo-phototherapy Nanoscale 9(40)15685-15695，https：//doi.org/10.1039/c7nr05003h。
去铁胺(DFO)，其也用于治疗铁金属中毒，是肿瘤学中用于通过铁螯合治疗的第一螯合剂。因此，DFO在初步临床试验中提供了治疗白血病和成神经细胞瘤的有希望的结果(Wang et al.，Iron and Leukemia，2019，38，406)。
然而，这些分子螯合物的使用受限于它们会快速消除，缺乏靶向肿瘤，在高剂量下的毒性及其引起的副作用。
为克服这些各种问题，许多团队已经提出将铁螯合剂与纳米颗粒组合或使用固有螯合铁的纳米颗粒。因此，J.Perring等(Journal of Materials Science：Materials inmedicine 2018，29，181)提出形成黑色素纳米颗粒，其天然地螯合铁。这些颗粒的尺寸接近220nm，且已证明它们能够捕获铁并导致癌细胞死亡(横纹肌肉瘤和成胶质细胞瘤)。然而，大尺寸的纳米颗粒存在诱导生物分布的风险，这并不适于临床使用。
还提出了常规的基于脂质体的药物递送系统以改善DFO的生物分布。这由Lang等提出(ACS Nano，2019，13，2176-2189)。它们还在该脂质体中将DFO与HIF1α(低氧诱导因子1α)抑制剂组合以限制HIF1α的过表达，这通常用DFO观察到。脂质体内的包封使得可获得约100纳米的纳米颗粒。啮齿动物模型中的体外和体内临床前试验使得可能证明抗肿瘤作用。然而，由于纳米颗粒的尺寸，观察到肝脏和脾脏中的高度积聚。
遵循相同的推理，M.Theerasilp et al.(RSC Advances，2017，7，11158)提出将不同的铁螯合剂包封在聚合物胶束内。这些胶束由具有形成胶束核心的疏水部分和提供胶体稳定性的亲水部分的聚合物形成。这些胶束在不同细胞系中表现出抗癌活性，大小为约25nm，且基于螯合剂和基于pH表现出盐析。
从所有这些研究中可清楚地看出，目前没有溶液能够有效和特异性地靶向肿瘤，以及用于治疗肿瘤的内源性铜和/或铁的充分局部螯合，特别是通过以大约mg/l范围的有效浓度施用纳米颗粒。
本公开的另一个目的是提供一种化合物，其使得铜和/或铁不仅在其通常在血液中循环时，且更具体地在肿瘤环境中被捕获。特别地，本公开的一个目的是提供一种化合物，其使得可以在肿瘤环境中每升捕获大于10μmol的铜和/或铁，或甚至大于100μmol的铜和/或铁，即局部捕获100-10000ppb的铜或铁。
本公开的另一个目的是提供能够以对铜和/或铁的高度特异性和在肿瘤环境中足够长的停留时间(特别是几天或甚至几周)螯合的化合物。
本公开的另一个目的是能够局部释放离子，该离子将取代体内的铜和/或铁，从而中和其效果。
本公开的另一个目的是提供一种化合物，其足够小且使得有可能靶向许多实体瘤，包括转移瘤，且特别是骨转移瘤。
本公开的另一个目的是提供一种化合物，其使得有可能捕获肿瘤中的铜和/或铁，且提供用于通过放疗的放射增敏作用。因此，在照射期间，生物金属的局部捕获应当破坏细胞修复机制并放大放疗的效果。
本公开改善了关于上述这些目标中的一个或多个的状况。
实际上，提出了具有适合于治疗肿瘤，特别是原发性和/或转移性肿瘤的合适的生物分布以及热力学和动力学特性的螯合纳米颗粒的用途。
根据第一方面，提出了下式的纳米颗粒：
[Ch1]n-PS-[Ch2]m，其中：
-PS是有机或无机聚合物基质，
-Ch1是未络合的或与金属阳离子M1络合的螯合基团，
-M1不存在，或选自金属阳离子，所述金属阳离子与Ch1形成络合物的常数小于铜和/或铁，特别地至少小十倍；例如，M1选自锌或碱土金属，特别是钙或镁，
-Ch2是螯合基团，其与螯合基团Ch1相同或不同，且与金属阳离子M2络合，所述M2具有大于40，优选大于50的高原子序数Z，
其特征在于，
(i)螯合基团Ch1和Ch2接枝到聚合物基质PS，
(ii)n/(n+m)比为10％-100％，优选40％-60％，并且
(iii)所述纳米颗粒的平均流体动力学直径为1-50nm，优选2-20nm，更优选2-8nm。
根据另一方面，提出了如上定义的纳米颗粒的胶体溶液。
根据另一方面，提出了药物组合物，其包含所述纳米颗粒的胶体溶液，以及一种或多种药学上可接受的赋形剂。
在以下段落中阐述的特征可以任选地实现。它们可以独立地或彼此组合地实现：
在一个实施方案中，螯合基团Ch1选自相对于铜(II)的络合物形成常数大于1015的那些。
在一个实施方案中，螯合基团Ch1选自与铜(II)形成络合物的常数比与锌形成络合物的常数大至少10倍且比与镁和钙形成络合物的常数大至少106倍的那些。
在另一个实施方案中，螯合基团Ch1选自与铁(II)形成络合物的常数比与锌形成络合物的常数大至少10倍且比与镁和钙形成络合物的常数大至少106倍的那些。
在一个实施方案中，至少50％的Ch1与选自碱土金属的金属阳离子络合。
在一个实施方案中，至少50％的Ch1与锌、钙或镁络合。
在一个实施方案中，螯合基团Ch1以及适当情况下的Ch2选自大环试剂，优选选自1，4，7-三氮杂环壬烷三乙酸(NOTA)、1，4，7，10-四氮杂环十二烷-四乙酸(DOTA)、1，4，7-三氮杂环壬烷-1-戊二-4，7-二乙酸(NODAGA)和1，4，7，10-四氮杂环十二烷，1-(戊二酸)-4，7，10-三乙酸(DOTAGA)、2，2’，2”，2”’-(1，4，7，10-四氮杂环十二烷-1，4，7，10-四基)四乙酰胺(DOTAM)和1，4，8，11-四氮杂环十四烷(Cyclam)、1，4，7，10-四氮杂环十二烷(Cyclen)、去铁胺(DFO)或另一种铁螯合剂。
在一个实施方案中，螯合基团Ch1是下式(I)[化学式1]的DOTAGA
在一个实施方案中，PS是聚硅氧烷基质。
在一个实施方案中，所述纳米颗粒的特征在于：
-硅与所述纳米颗粒总重量的重量比为5％-25％，
-接枝到聚合物的螯合基团的总数n+m为每个纳米颗粒5-50，优选10-30，并且
-所述纳米颗粒的平均直径为2-8nm。
在一个实施方案中，所述纳米颗粒用靶向剂官能化，特别是肽、免疫球蛋白、纳米抗体、抗体、适体或靶向蛋白。
在一个实施方案中，金属阳离子M2选自放射增敏剂和/或磁共振成像造影剂，特别是钆或铋。
在一个实施方案中，纳米颗粒其特征在于
(i)PS是聚硅氧烷基质，
(ii)Ch1和Ch2是下式(I)[化学式1]的DOTAGA螯合基团
，其通过共价键合接枝到聚硅氧烷基质，
(iii)M1不存在，且M2是钆阳离子Gd3+，
(iv)n+m为5-50，优选为10-30，并且
(v)平均流体动力学直径为2-8nm。
在一个实施方案中，所述药物组合物的特征在于，其为用于在受试者中静脉内、肿瘤内或肺内施用的可注射组合物，特别是包含有效量的螯合基团Ch1，用于体内捕获肿瘤中的铜和/或铁，游离螯合剂在组合物中的浓度例如至少为10mM。
在一个实施方案中，本公开提供了一种药物组合物，其用于治疗受试者的癌症，特别是用于体内捕获肿瘤中的铜和/或铁。特别地，在该实施方案中，所述药物组合物可包含有效量的金属阳离子M2，优选钆，用作放射增敏剂，且在施用所述组合物后通过放疗治疗受试者。
附图说明
在阅读以下详细描述并在检查附图后，其他特征、细节和优点将变得显而易见，其中：图1
[图1]图1显示反应介质中游离钆的HPLC-ICP/MS色谱图，其为保留时间Tr(分钟)的函数。
图2
[图2]图2通过测量590nm处的荧光强度展示CuPRiX20的游离DOTA的滴定结果，所述荧光强度为随每mg的CuPRiX20添加的铕含量变化的函数(在395nm处激发)。
图3
[图3]图3是和CuPRiX20在铜络合前后的色谱图。
图4
[图4]图4显示增加CuPRiX20浓度(0、50、100、500、1000μM游离螯合物，相当于约0、150、300、600、900、1200、1500和3000μM钆)对A549细胞的细胞运动性的影响。(A)随时间变化的伤口闭合的定量分析。伤口的相对密度是伤口区域的密度相对于该区域的密度的量度。
图5
[图5]图5显示增加CuPRiX20浓度(0、100、200、300、400和500μM游离螯合物，相当于约0、300、600、900、1200和1500μM钆)对A549细胞的细胞运动性的影响。(A)随时间变化的伤口闭合的定量分析。伤口的相对密度是伤口区域的密度相对于细胞区域的密度(％)的量度。数据表示为平均值±SEM(n＝6)。(B)显示每种情况的图像，描述原始伤口和24小时和48小时后的伤口。比例尺表示300μm。
图6
[图6]图6显示CuPRiX20(0和500μM游离螯合物，相当于约0和1500μM钆)对A549细胞的细胞运动性的影响。在进行伤口前，用CuPRiX20处理细胞72小时。(A)随时间变化的伤口闭合的定量分析。伤口的相对密度是伤口区域的密度相对于细胞区域的密度(％)的量度。数据表示为平均值±SEM(n＝6)。(B)显示每种情况的图像，描述原始伤口和24小时和48小时后的伤口。比例尺表示300μm。
图7
[图7]图7显示CuPRiX20(0和500μM游离螯合物，相当于约0和1500μM钆)对A549细胞的细胞侵袭的影响。(A)随时间变化的伤口闭合的定量分析。伤口的相对密度是伤口区域的密度相对于细胞区域的密度(％)的量度。数据表示为平均值±SEM(n＝6)。(B)显示每种情况的图像，描述原始伤口和24小时和48小时后的伤口。比例尺表示300μm。
图8
[图8]图8显示CuPRiX20对A549细胞的趋化性迁移的作用。迁移表示为已穿过膜的细胞汇合与接种在膜上的初始细胞汇合的比例。数据表示为平均值±SEM(n＝5)。
图9
[图9]图9显示CuPRiX30和光子照射的组合对A549细胞运动性的影响。伤口的相对密度是伤口区域的密度相对于细胞区域的密度(％)的量度。数据表示为平均值±SEM(n＝6)。
图10
[图10]图10显示CuPRiX30在A549细胞中的放射增敏作用。
图11
[图11]图11显示CuPRiX和AGuIX对细胞系(A)A549、(B)SQ20B-CD44+和(C)4T1的放射增敏作用。
图12
[图12]图12显示CuPRiX30在三阴性乳腺癌小鼠模型中对(A)肿瘤生长和(B)转移形成的功效。(A)肿瘤生长表示为随时间变化的肿瘤体积(1/2*L*W2，其中L是肿瘤长度，W是肿瘤宽度)。数据表示为平均值±SD，*p＝0.038。AUC比较：Kruskal-Wallis检验。(B)治疗组的肺部菌落数。NaCl n＝4，CuPRiX30n＝6。
图13
图13显示了注射和照射的图。
图14
图14显示放疗对肿瘤生长和存活的功效。
发明详述
附图和以下描述实质上包含具有明确性质的元素。因而其不仅用于更好地理解本公开，且在适当情况下有助于其定义。
纳米颗粒
因此，本公开涉及下式的纳米颗粒：
[Ch1]n-PS-[Ch2]m，其中：
-PS是有机或无机聚合物基质，
-Ch1是未络合的或与金属阳离子M1络合的螯合基团，
-M1不存在，或选自金属阳离子，所述金属阳离子与Ch1形成络合物的常数小于铜和/或铁，特别是至少小十倍；例如，M1选自锌或碱土金属，特别是钙或镁，
-Ch2是螯合基团，其与螯合基团Ch1相同或不同，且与金属阳离子M2络合，所述M2具有大于40，优选大于50的高原子序数Z，
其特征在于
(i)螯合基团Ch1和Ch2接枝到聚合物基质PS，
(ii)n/(n+m)比为10％-100％，优选40％-60％，并且
(iii)所述纳米颗粒的平均流体动力学直径为1-50nm，优选2-20nm，更优选2-8nm。
根据本公开的纳米颗粒有利地为尺寸在纳米范围内的颗粒。特别地，所述纳米颗粒足够小以通过血管系统利用EPR效应靶向肿瘤细胞，且在静脉内施用所述纳米颗粒后快速肾消除。
根据本公开，优选使用具有非常小的直径的纳米颗粒，例如直径1-10nm，优选2-8nm。
所述纳米颗粒的尺寸分布例如使用市售的粒度分析仪测量，诸如基于PCS(PhotonCorrelation Spectroscopy，光子相关光谱学)的Malvern Zetasizer Nano-S。该分布的特征在于平均流体动力学直径。
为本发明的目的，所述纳米颗粒的“直径”因此是指平均流体动力学直径，即颗粒直径的调和平均值。标准ISO13321：1996中也描述了用于测量该参数的方法。
根据本公开的纳米颗粒是包含有机或无机聚合物基质PS的纳米颗粒。
在一些实施方案中，基质PS的聚合物选自生物相容性聚合物，诸如聚乙二醇、聚环氧乙烷、聚丙烯酰胺、生物聚合物、多糖或聚硅氧烷或其混合物；优选地，聚合物PS是聚硅氧烷。
“包含聚硅氧烷聚合物基质的纳米颗粒”特别地是指特征在于硅的重量百分比为纳米颗粒总重量的至少5％，例如5-20％的纳米颗粒。
“聚硅氧烷”表示由硅氧烷链组成的无机交联聚合物。相同或不同的聚硅氧烷的结构单元具有下式：
Si(OSi)nR4-n，其中
-R是通过共价Si-C键键合到硅上的有机分子
-n是1-4的整数。
作为优选的实例，术语“聚硅氧烷”特别地涵盖由原硅酸四乙酯(TEOS)和氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)通过溶胶-凝胶法缩合得到的聚合物。
出于本公开的目的，“螯合基团”意指能够络合金属阳离子的有机基团。优选地，所述螯合基团通过共价键合直接或间接地键合到纳米颗粒的基质PS的聚硅氧烷的硅上。“间接”键合是指在纳米颗粒和螯合基团之间存在“连接子”或“间隔子”分子，所述连接子或间隔子与纳米颗粒的组分之一共价键合。
螯合基团Ch1的具体作用是捕获内源性铜或内源性铁。在一个实施方案中，为能够体内捕获铜，螯合基团Ch1将有利地选自相对于铜(II)具有大于1015，例如大于1020的络合物形成常数的那些。
在一个实施方案中，为能够体内捕获铁，螯合基团Ch1将有利地选自相对于铁(II)具有大于1015，例如大于1020的络合物形成常数的那些。
在一个实施方案中，螯合基团Ch1是游离的，或与金属阳离子M1络合(至少部分地)。在这种情况下，金属阳离子M1与谨慎选择的螯合基团络合，以使得金属阳离子M1能够与铜和/或铁进行体内金属转移。因此，在一个具体实施方案中，螯合基团Ch1有利地选自与铜(II)或铁形成络合物的常数比与锌形成络合物的常数大至少10倍且比与镁和钙形成络合物的常数大至少106倍的那些。
螯合基团Ch1可通过大环试剂接枝(共价键合)到纳米颗粒上而获得，优选选自DOTA(1，4，7，10-四氮杂环十二烷-N，N’，N”，N”’-四乙酸)、NOTA(1，4，7-三氮杂环壬烷-1，4，7-三乙酸)、NODAGA(1，4，7-三氮杂环壬烷-1-戊二酸-4，7-二乙酸)、DOTAGA(2-(4，7，10-三(羧甲基)-1，4，7，10-四氮杂环十二烷-1-基)戊二酸)、DOTAM(1，4，7，10-四(氨基甲酰基甲基)-1，4，7，10-四氮杂环十二烷)和1，4，8，11-四氮杂环十四烷(Cyclam)、1，4，7，10-四氮杂环十二烷(Cyclen)、去铁胺。更特别地，考虑到铁捕获，去铁胺是有益的。
在一个实施方案中，特别是在前面两段中描述的实施方案中，与螯合基团Ch1络合的金属阳离子M1选自锌或碱土金属，特别是镁或钙。优选地，至少50％、60％、70％、80％或甚至至少90％的Ch1与锌、钙、镁或另一种碱土金属络合。
在一个优选实施方案中，螯合基团Ch1是下式(I)[化学式1]的DOTAGA
根据本公开，与Ch1相同或不同的螯合基团Ch2与金属阳离子M2络合，所述M2具有大于40，优选大于50的高原子序数Z。因此，所述纳米颗粒包含接枝到聚合物基质PS上的一个或多个基团Ch1，所述Ch1与金属阳离子M1(例如锌、镁、钙或其他碱土金属)络合或未络合，以及一个或多个基团Ch2，其与金属阳离子M2络合，所述M2具有大于40的高原子序数Z1。
因此，螯合基团Ch2优选选自与金属阳离子M2形成络合物的常数大于1015，或甚至大于1020的螯合基团。在具体实施方案中，金属阳离子M2选自使得可使用所述纳米颗粒作为放射增敏剂的那些。
出于本公开的目的，“放射增敏剂”意指使癌细胞对放疗中使用的照射更敏感的化合物。
与Ch1相同或不同的螯合基团Ch2也可选自大环试剂，优选选自DOTA(1，4，7，10-四氮杂环十二烷-N，N’，N”，N”’-四乙酸)、NOTA(1，4，7-三氮杂环壬烷-1，4，7-三乙酸)、NODAGA(1，4，7-三氮杂环壬烷-1-戊二酸-4，7-二乙酸)、DOTAGA(2-(4，7，10-三(羧甲基)-1，4，7，10-四氮杂环十二烷-1-基)戊二酸)、DOTAM(1，4，7，10-四(氨基甲酰基甲基)-1，4，7，10-四氮杂环十二烷)以及1，4，8，11-四氮杂环十四烷(Cyclam)、1，4，7，10-四氮杂环十二烷(Cyclen)、去铁胺(DFO)。
更特别地，金属阳离子M2选自重金属，优选选自下组：Pt、Pd、Sn、Ta、Zr、Tb、Tm、Ce、Dy、Er、Eu、La、Nd、Pr、Lu、Yb、Bi、Hf、Ho、Sm、In和Gd，或其混合物。金属阳离子M2优选Bi和/或Gd。
在一个具体实施方案中，用于根据本发明的用途的纳米颗粒包含3-100个，优选5-20个金属阳离子M2，特别是Bi和/或Gd。
根据本发明的纳米颗粒能够通过螯合基团Ch1捕获铜和/或铁，和/或通过与金属阳离子M2络合的螯合基团Ch2成像或治疗肿瘤，所述金属阳离子M2具有造影剂、放射增敏剂或近距离放疗剂的特性。
作为可用作MRI造影剂的金属阳离子M2的实例，可提及Gd、Dy、Mn和Fe。
作为可用作放射增敏剂的金属阳离子M2的实例，可提及Gd、Lu、Yb和Bi、Hf和Ho，优选钆或铋。
本领域技术人员将基于期望的效果，特别是基于期望的治疗，患者的类型，使用的剂量和/或待治疗的患者来选择n/(n+m)比。例如，n/(n+m)比大于或等于20％；特别是20％-100％，优选40％-60％。在一个实施方案中，n/(n+m)等于100％。换言之，m(其表示与金属阳离子M2络合的螯合剂Ch2的数目)等于0，且100％的螯合基团Ch与金属阳离子M1络合或未络合。
在一个更具体的实施方案中，螯合基团Ch1与螯合基团Ch2相同且对应于下式(I)[化学式I]的DOTAGA
其接枝到纳米颗粒的基质PS，例如，聚硅氧烷基质。
在另一个更具体的实施方案中，螯合基团Ch1与螯合基团Ch2相同，且对应于下式[化学式2]的DOTA
其接枝到纳米颗粒的基质PS，例如，聚硅氧烷基质。
因此，在一个实施方案中，本公开涉及纳米颗粒[Ch1]n-PS-[Ch2]m，其中：
-PS是有机或无机聚合物基质，
-Ch1是未络合的或与金属阳离子M1络合的DOTA或DOTAGA，
-M1不存在，或选自金属阳离子，所述金属阳离子与Ch1形成络合物的常数小于铜和/或铁，特别是至少小十倍；例如，M1选自锌或碱土金属，特别是钙或镁，
-Ch2，其与Ch1相同，是DOTA或DOTAGA且与金属阳离子M2络合，所述M2具有大于40，优选大于50的高原子序数Z，优选Gd，
其特征在于
(i)螯合基团Ch1和Ch2接枝到聚合物基质，
(ii)n/(n+m)比为10％-100％，优选40％-60％，
(iii)纳米颗粒的平均流体动力学直径为1-50nm，优选2-20nm，且更优选2-8nm。
在特定且优选的实施方案中，(n+m)对应于每个纳米颗粒接枝的螯合基团Ch1和Ch2(任选地，Ch1和Ch2为DOTA或DOTAGA)的数目，为3-100，优选5-50，且例如10-30。
除螯合功能之外，根据本公开的纳米颗粒可通过亲水性化合物(PEG)进行表面改性(官能化)和/或以不同方式负载以适应它们在体内的生物分布和/或通过靶向分子以能够特异性细胞靶向，特别是用于靶向特异性组织或肿瘤细胞。靶向剂接枝到聚合物基质且优选以每纳米颗粒1-20个靶向剂，优选1-5个靶向剂的比例存在。
对于靶向分子的表面接枝，可使用与存在的反应性基团的常规偶联，任选地在活化步骤之前。偶联反应是本领域技术人员已知的，且将基于纳米颗粒的表面层的结构和基于靶向分子的官能团来选择。参见例如“Bioconjugate Techniques”G.T Hermanson，Academic Press，1996，in″Fluorescent and Luminescent Probes for BiologicalActivity”，Second Edition，W.T.Mason，ed.Academic Press，1999。优选的偶联方法描述如下。优选地，如在下一段中所述，取决于纳米颗粒的变体，这些靶向分子(超细的或AGuIX)被接枝到纳米颗粒的胺键上。根据所设想的应用选择靶向分子。
在一个具体实施方案中，纳米颗粒用靶向剂功能化，诸如肽、免疫球蛋白、纳米抗体、VHH或单域片段、抗体、适体或靶向例如肿瘤环境的任何其他蛋白质，典型地为靶向肿瘤相关抗原的抗体、免疫球蛋白或纳米抗体，或本领域技术人员已知的某些癌症标志物。
超细纳米颗粒和AGuIX纳米颗粒
在一个更特别优选的实施方案中，特别是由于它们的非常小的尺寸和稳定性，可使用的纳米颗粒是包含聚硅氧烷基质PS且不包含基于金属氧化物的核的纳米颗粒，不同于包含金属氧化物基核和聚硅氧烷涂层的核-壳型纳米颗粒(且特别描述于WO2005/088314和WO2009/053644中)。
因此，在具体的实施方式中，根据本公开的纳米颗粒是基于与钆螯合的聚硅氧烷的纳米颗粒，其具有式[Ch1]n-PS-[Ch2]m，其中
(i)PS是聚硅氧烷基质，
(ii)Ch1和Ch2是下式(I)[化学式1]的DOTAGA螯合基团
且通过共价键合接枝到聚硅氧烷基质上，
(iii)M1不存在，且M2是钆阳离子Gd3+，
(iv)n+m为5-50，优选10-30，并且
(iv)平均流体动力学直径为2-8nm。
更具体地，这些基于与钆螯合的聚硅氧烷的纳米颗粒是从作为起始材料的AGuIX纳米颗粒获得的超细纳米颗粒。
此类超细AGulX纳米颗粒可通过自上而下合成方法获得，尤其描述于Mignot etal.，Chem Eur J 2013“A top-down synthesis route to ultrasmall multifunctionalGd-based silica nanoparticles for theranostic applications”DOI：10.1002/chem.201203003中。
WO2011/135101，WO2018/224684和WO2019/008040中也描述了用于合成超细纳米颗粒的其他方法。
可用作获得根据本公开的纳米颗粒的起始材料的AGuIX纳米颗粒特别地具有下式(III)[化学式3]
其中，PS是聚硅氧烷基质，且n平均为10-50，且所述纳米颗粒具有4±2nm的平均流体动力学直径和约10kDa的重量。
AGuIX纳米颗粒还可以由下式(IV)[化学式4]表征
(GdSi4-7C24-30N5-8O15-25H40-60，5-10H2O)x
(IV)
用于合成根据本公开的纳米颗粒的方法
根据本公开的纳米颗粒可通过用于制备纳米颗粒的胶体溶液的方法获得，所述纳米颗粒包含接枝到聚合物基质的螯合基团，仅一部分螯合基团与金属阳离子络合，另一部分未络合，所述方法包括：
(1)合成或提供作为起始材料的下式[Ch2]n-PS的纳米颗粒NP1的胶体溶液，其中：
-PS是有机或无机聚合物基质，
-Ch2是螯合基团，与金属阳离子M2络合，所述M2具有大于40，优选大于50的高原子序数Z，
其特征在于
(i)Ch2接枝到聚合物基质，
(ii)n为5-100，且
(iii)纳米颗粒NP1的平均流体动力学直径为1-50nm，优选为2-20nm，且更优选为2-8nm，
(2)处理纳米颗粒NP1在酸性介质中的胶体溶液的步骤，例如通过加入盐酸溶液，以获得小于2.0，优选小于1.0的pH，持续足够的时间以获得金属阳离子M2的部分或完全盐析，
(3)适当情况下，稀释溶液的步骤，例如用水，
(4)纯化步骤，以将步骤(2)中获得的纳米颗粒与游离金属阳离子M2分离，
(5)适当情况下，浓缩步骤(4)中获得的纳米颗粒溶液的步骤，
(6)适当情况下，重复步骤(3)、(4)和(5)，
(7)适当情况下，冷冻和/或冻干步骤(4)、(5)或(6)之一中获得的纳米颗粒溶液。
此类方法使得可获得纳米颗粒[Ch1]n-PS-[Ch2]m，其中Ch1和Ch2相同。因此，该方法有利地使得可获得最初与纳米颗粒NP1上的螯合基团Ch2络合的金属阳离子M2的部分或完全盐析。本领域技术人员将能够调节金属阳离子M2的盐析程度并因此调节最终溶液中的平均n/(n+m)比，特别地通过调节处理步骤(2)的pH和持续时间。
在优选实施方案中，纳米颗粒NP1是如前述部分定义的超细或AGuIX纳米颗粒，且与钆阳离子络合。具体实施方案在实施例中给出。典型地，步骤(2)中处理的持续时间可以为0.5-8小时，例如2-6小时，pH小于1.0。
在适当的情况下，根据上述方法获得的纳米颗粒然后可被不同于Ch2的其他螯合基团和/或靶向剂或亲水性分子官能化。
在一个实施方案中，将根据上述方法获得的纳米颗粒与金属阳离子M1接触以实现至少一部分游离螯合基团与金属阳离子M1的络合，从而获得下式的纳米颗粒：
[Ch1]n-PS-[Ch2]m，其中：
-PS是有机或无机聚合物基质，
-Ch1是与金属阳离子M1部分络合的螯合基团，
-M1选自金属阳离子，所述金属阳离子与Ch1形成络合物的常数小于铜和/或铁，特别地至少小十倍；例如，M1选自锌、钙、镁或其他碱土金属，
-Ch2是与Ch1相同的螯合基团，且与金属阳离子M2络合，所述M2具有大于40，优选大于50的高原子序数Z，
其特征在于
(i)螯合基团Ch1和Ch2接枝到聚合物基质，
(ii)n/(n+m)比为10％-100％，优选40％-60％，并且
(iii)纳米颗粒的平均流体动力学直径为1-50nm，优选2-20nm，更优选2-8nm。
根据本公开的纳米颗粒的药物制剂
包含根据本公开的纳米颗粒的组合物以纳米颗粒的胶体悬浮液的形式施用。它们可以如本文所述或根据本领域技术人员已知的其他方法制备，且根据治疗和待治疗的区域，通过不同的局部或全身途径施用。
因此，本公开涉及如前述部分中所述的式[Ch1]n-PS-[Ch2]m的纳米颗粒的胶态悬浮体，以及药物组合物，所述药物组合物包含这些胶态悬浮体的，合适的情况下，与一种或多种药学上可接受的赋形剂组合。
药物组合物可以特别地配制成用于静脉内注射的冻干粉末或水溶液的形式。在一个优选实施方案中，所述药物组合物包含具有治疗有效量的纳米颗粒的胶体溶液，所述纳米颗粒为如前述部分所述的式[Ch1]n-PS-[Ch2]m，特别是基于与钆螯合的聚硅氧烷的纳米颗粒，且更具体地，从如上所述的AGuIX纳米颗粒获得。
在一些实施方案中，其为每小瓶包含200mg-15g，优选250mg-1250mg纳米颗粒的冻干粉末。所述粉末还可包含其他赋形剂，特别是CaCl2。
冻干粉末可在水溶液(典型地是无菌注射用水)中重构。因此，本公开涉及药物组合物，其用于注射溶液，其包含作为活性成分的如前述部分所述的式[Ch1]n-PS-[Ch2]m的纳米颗粒，特别是基于聚硅氧烷的与钆螯合的纳米颗粒，且更具体地从如上所述的AGuIX纳米颗粒获得。
在一个实施方案中，所述药物组合物的特征在于，其为用于静脉内或肿瘤内施用的可注射组合物，或用于肺内施用的气雾剂，特别是包含有效量的用于体内捕获肿瘤中的铜和/或铁的螯合基团Ch1，所述螯合剂Ch1例如在组合物中的浓度为至少10mM。
例如，对于其如下所述的用途，特别地用于通过体内捕获铜和/或铁来治疗肿瘤，所述组合物是包含纳米颗粒的可注射溶液，所述纳米颗粒基于聚硅氧烷，所述聚硅氧烷与浓度为50-200mg/ml，例如80-120mg/ml的钆螯合。
纳米颗粒的用途
由于存在游离的或与金属阳离子M1络合的螯合基团Ch1，根据本发明的纳米颗粒能够在将它们施用于有需要的受试者后捕获内源性铜和/或铁。内源性铜捕获优选意指内源性铜的局部捕获量在100ppb(0.1mg铜/升)与10000ppb(10mg铜/升)间。因此，本公开更特别地靶向用于捕获受试者中的内源性铜的方法，特别是患有癌症的受试者。
内源性铁捕获优选意指内源性铁的局部捕获量在100ppb(0.1mg铁/升)与10000ppb(10mg铁/升)间。因此，本公开更特别地靶向用于捕获受试者中的内源性铁的方法，特别是患有癌症的受试者。
如果所述纳米颗粒静脉内或肺内施用，则所述铜和/或铁可在全身血液循环中被捕获，然后，之后，在纳米颗粒已在肿瘤中积累后，在肿瘤内被捕获，特别地通过与EPR效应相关的被动靶向。被动靶向肿瘤和累积的这种作用已特别地通过AGuIX型超细纳米颗粒清楚地证明。
因此，本公开还涉及用于治疗受试者中的肿瘤的方法，所述方法包括向所述受试者施用有效量的如前述部分所述的式[Ch1]n-PS-[Ch2]m的纳米颗粒的药物组合物，特别是基于聚硅氧烷的与钆螯合的纳米颗粒，且更特别地，所述纳米颗粒从如上所述的AGuIX纳米颗粒获得，且其特征在于，所述纳米颗粒能够部分地通过捕获内源性铜和/或铁来治疗肿瘤。
在所述方法的一个具体实施方案中，所述组合物还包含有效量的金属阳离子M2，优选钆或铋，用作放射增敏剂，且所述方法包括在施用所述组合物后，用有效剂量照射受试者以通过放疗治疗肿瘤的步骤。
“患者”或“受试者”优选是指哺乳动物或人，包括例如患有肿瘤的受试者。
术语“治疗(treatment/therapy)”涉及任何行为，其目的是改善患者的健康，诸如治疗、预防(prevention/prophylaxis)和延迟疾病的进展。在一些情况下，这些术语涉及疾病或与该疾病相关的症状的改善或根除。在其他实施方案中，这些术语涉及疾病的传播或恶化的减少，所述疾病的传播或恶化是由向患有此类疾病的受试者施用一种或多种治疗剂引起的。在肿瘤治疗的背景下，术语“治疗”典型地涵盖能够使肿瘤生长停止，减小肿瘤大小和/或消除肿瘤的治疗。
特别地，所述纳米颗粒用于治疗实体瘤，例如脑癌(原发和继发、成胶质细胞瘤等)、肝癌(原发和继发)、骨盆区的癌症(宫颈癌、前列腺癌、肛门直肠癌、结肠直肠癌)、上呼吸消化道的癌症、肺癌、食道癌、乳腺癌、胰腺癌。
纳米颗粒的“有效量”是指如上所述的纳米颗粒的量，当施用于患者时，足以位于肿瘤中并能够通过捕获内源性铜和/或铁来治疗肿瘤，适当情况下与放射增敏作用和放疗治疗组合。
该量基于诸如受试者的年龄、性别和体重的因素来确定和调节。
如上所述的纳米颗粒可以以瘤内、皮下、肌内、静脉内、皮内、腹膜内、口服、舌下、直肠、阴道、鼻内，通过吸入或通过透皮给药来施用。优选肿瘤内和/或静脉内施用。
在施用纳米颗粒作为放射增敏剂后用于治疗肿瘤的照射方法是本领域技术人员熟知的且已在以下出版物中具体描述：WO2018/224684，WO2019/008040和C.Verry et al.，Science Advances，2020，6，eaay5279；and C.Verry et al.，“NANO-RAD，a phase I studyprotocol”，BMJ Open，2019，9，e023591。
放疗期间的总照射剂量将根据癌症类型、阶段和待治疗的受试者进行调整。对于治疗剂量，实体瘤的典型总剂量约为20-120Gy。可以考虑其他因素，诸如通过化疗的治疗，并发症和/或放疗在手术干预前或后进行的情形。总剂量通常分成几部分。根据本公开的方法中的放疗步骤可以例如包括，每天2-6Gy的几次，例如每周5天，且特别地连续2-8周，总剂量可在20-40Gy，例如30Gy。
根据本公开的纳米颗粒可单独施用或与一种或多种其他活性成分组合施用，且特别是其他药物，诸如细胞毒性剂或抗增殖剂或其他抗癌剂，且特别是免疫检查点抑制剂。组合施用意指同时或顺序(在不同时间)施用。
具体实施方式
材料和方法
CuPRiXx产品通过将由Nh TherApuix(France)提供的起始产品引入到强酸性介质中而获得，所述介质获自来自CarlRoth的37％超纯氢氯酸。
采用Vivaflow手册中所述的条件，用蠕动泵和Sartorius Stedim Biotech(France)的Vivaflow/>盒进行过滤步骤。
用Malvern Instruments(USA)的Zetasizer Nano-S(633nm He-Ne激光)进行流体动力学直径的测量和等电点的滴定。为测量等电点，将该装置与Malvern Instruments(USA)的MPT-2自动滴定器偶联。
用具有DAD检测器的Agilent 1200进行HPLC-UV。使用的反相柱是Jupiter的C4，5μm，150x4.6mm。通过UV检测器在295nm的波长下进行检测。相A(H2O/ACN/TFA：98.9/1/0.1)和相B(H2O/ACN/TFA：10/89.9/0.1)的梯度如下：95/5，5分钟，然后10分钟内线性梯度，使得可达到10/90的比例，保持15分钟。在这15分钟结束时，A的含量在1分钟内恢复到95％，然后在95/5下，保持7分钟稳定水平(plateau)。洗脱剂相的组成中使用的产物都是经认证的HPLC级。
在Institut des Sciences Analytiques，UMR 5280，Pole Isotopes &Organique，5 rue de la Doua，69100 Villeurbanne进行元素分析。
用Perkin-Elmer(USA)的Nexion 2000进行HPLC-ICP/MS。使用具有以下组成的洗脱相以等度模式测量介质中的游离元素：95％A和5％B。相A和B的组成与HPL-UV方法相同。使用的反相柱是Jupiter的C4，5μm，150x4.6mm。洗脱剂相的组成中使用的产物都是经认证的HPLC级。
按照“初级干燥”程序，通过Christ(Germany)的Alpha 2-4LSC冻干机冻干颗粒。
在补充有10％胎牛血清(Dutscher)和1％青霉素-链霉素(GibcoTM，Thermofischer)的F12-K培养基(GibcoTM，Thermofischer)中培养A549细胞(ECACC86012804)。对于每个实验，将细胞在PBS 1X(GibcoTM，Thermofischer)中漂洗两次，在培养箱中，在37℃，5％CO2下用胰蛋白酶-EDTA孵育5分钟，然后置于完全培养基中。
在测试前至少1小时，将产物CuPRiX20和CuPRiX30以等于10mM的游离DOTA浓度(分别为30mM和16.7mM的钆)下，置于无菌蒸馏水中并储存在4℃。
对于迁移和侵袭实验，将A549细胞接种(50000个细胞/孔)在ImageLock 96孔板(Essen BioScience)中，并在37℃和5％CO2下孵育16小时直至达到90-100％汇合。使用WoundMakerTM(Essen BioScience)在每个孔的细胞单层中产生伤口。然后，用PBS 1X漂洗各孔两次。对于侵袭，向各孔中加入50μl Matrigel(Corning)-预先在含有或不含有CuPRiX20的F12-K培养基中稀释-终浓度为1mg/ml。将板在37℃下孵育30分钟，以实现Matrigel的聚合。最后，将100μl含有增加浓度的CuPRiX的培养基加入到每个孔(含有或不含有Matrigel)中。将板置于Incucyte(10x物镜)中，在含有CO2的培养箱中通过Zoom Incucyte软件(EssenBioScience)每2小时自动拍摄伤口填充的图像。通过软件分析数据并将结果表示为伤口的汇合百分比。
对于趋化性迁移实验，将A549细胞胰蛋白酶化、离心，然后重悬于耗尽培养基(depleted medium)(不含FCS的F12-K)中。随后将细胞接种(1000个细胞/孔，40μl/孔)在 Clearview insert(Essen BioScience)中。在相应的孔中，加入含有或不含有CuPRiX20(500μM游离螯合物)的20μl耗尽培养基。最后，将200μl含有10％FCS且含有或不含有CuPRiX20(500μM游离螯合物)的F-12K培养基加入趋化室的下部隔室中。每小时拍摄每个插入物的图像。与接种在膜上的细胞的初始汇合相比，从上层储库到下层储库的趋化迁移被量化为膜下的细胞汇合。使用IncuCyte ZOOM 2015A显微镜软件自动进行计算。
对于照射后的迁移实验，将A549细胞以20000个细胞/孔在孔培养板(Essen BioScience)中培养，在37℃，5％CO2下过夜。将细胞用含有或不含有CuPRiX30(500μM游离螯合物，相当于800μM钆)的不含FCS的F-12K处理24小时，然后以8Gy(X-Rad 320辐照器，250kV，15mA)照射。照射后，使用96孔WoundMakerTM(Essen BioScience)制备伤口。将细胞用PBS 1X漂洗两次以除去漂浮的细胞，并将100μl含有CuPRiX30(0和500μM游离螯合物，相当于约0和800μM钆)的培养基加入到每个相应的孔中。
为评价克隆源性存活，将细胞以40000个细胞/cm2，即1百万个细胞接种在25cm2烧瓶(Dutscher)中，并在37℃，5％CO2下孵育过夜。用含有或不含有CuPRiX30(500μM游离螯合物，相当于800μM钆)的不含FCS的培养基处理细胞24小时。然后，以不同剂量(0、2、3、4、6和8Gy)照射细胞。照射后，用PBS 1X洗涤细胞，胰蛋白酶化并计数。然后，将细胞重新接种在25cm2烧瓶中，并在固定和染色前生长六次分裂(7天)。用96％乙醇溶液(VWR)固定集落30分钟，然后用Giemsa溶液(Sigma-Aldrich)稀释至1/20染色30分钟。随后冲洗烧瓶，然后使用ColcountTM集落计数器(Oxford Optronix)数字计数含有64个或更多个细胞的集落。使用该方程式的线性二次模型测定克隆源性存活：其中SF是存活量，α和β分别表示致死和亚致死损伤的概率。
细胞系4T1是来源于BALB/c小鼠品系乳腺的乳腺癌细胞系。在补充有10％FCS和1％青霉素-链霉素的RPMI培养基(GibcoTM，Thermofischer)中培养细胞。
上呼吸消化道(UAT)癌细胞系SQ20B衍生自复发性喉癌。在使用流式细胞术进行两个连续的细胞分选(Hoechst流出和CD44标记)步骤后，收集目标亚群SQ20B/CSC(干细胞样癌细胞)。该群体具有低的EGFR表达和间质表型，与迁移和侵袭特性的获得相关。这些细胞SQ20B-CSC，在补充有5％FCS，1％PS，0.04mg/ml氢化可的松和20ng/ml表皮生长因子(EGF)的DMEM：F12培养基(3∶1，v∶v)中培养。
体内研究方案(2021021714569264)被Université Claude Bernard Lyon1的伦理委员会接受。该研究在三阴性乳腺癌小鼠模型(细胞系4T1)上进行。使用7周龄雌性BALB/c小鼠(Janvier Labs)。在异氟烷麻醉下将4T1细胞(5×105，基质胶50∶50)皮下注射到第4个乳房垫中。选择该位置是为了在放疗治疗期间保留重要组织。移植后10天，将小鼠随机分成2组：NaCl(对照)组(n＝4)和CuPRiX组(n＝6)。小鼠接受3次静脉内注射，每次50μl，间隔48h，每次注射NaCl 0.9％(对照)或CuPRiX(200mg/kg)。称重小鼠，评价其一般状况，每周测量肿瘤3次。最后一次注射后5天将小鼠安乐死，并在靶器官(肺和肝)中定量转移。
根据Pulaski等(2000)的方案定量转移。为此，在异氟烷麻醉下通过颈脱位使小鼠安乐死后，取出肺和肝。用HBSS洗涤器官，机械切割，然后用与用于肺的DNA酶I(Roche)结合的IV型胶原酶(2mg/ml)和用于肝脏的I型胶原酶(2mg/ml)、BSA(1mg/ml)和透明质酸酶(2mg/ml)混合物进行酶解。在37℃下在旋转轮上进行2小时(肺)和40分钟(肝)的酶解。消化的器官随后通过70μm尼龙过滤器过滤。将它们在1500G离心5分钟并用HBSS洗涤两次。将细胞沉淀重悬于含有60μM的6-硫代鸟嘌呤的RPMI培养基中，用于克隆生长研究。将悬浮液放回培养物中，在10cm培养皿中稀释至1/6用于肺，原悬浮液用于肝。8天后，将细胞用96％乙醇固定并用Giemsa(在蒸馏水中稀释至1/20)染色。随后使用ColcountTM菌落计数器(OxfordOptronix)对克隆进行数字计数。
实施例1：介质的酸化和Gd3+离子的盐析
为获得能够络合铜离子同时保持其作为放射增敏剂特性的纳米颗粒，将产物置于酸性介质中，目的是质子化DOTA基团并因此释放一部分初始络合的Gd3+离子。
首先，通过将10g产物溶于50ml超纯水中制备200g/l 溶液。将溶液在环境温度下搅拌1小时。同时，通过向50ml超纯水中加入10ml37％盐酸(37％盐酸，超纯，2.5L塑料包装，CarlRoth)制备2M盐酸溶液。
搅拌1小时后，将50ml 2M的盐酸溶液加入到50ml 中。然后，测量pH，其小于0.5。所得溶液呈橙棕色。将装置置于预热至50℃的烘箱中4小时。每小时取出样品以通过HPLC-ICP/MS观察钆离子的盐析(图1)。观察到在保留时间Tr＝2.3min时介质中游离Gd3+的峰随反应时间增加。
实施例2：CuPRiX20：反应4h
4h后，用超纯水将溶液稀释10倍。然后，测量pH，如果需要，用1M氢氧化钠调节至1±0.2，以便不破坏过滤膜。通过蠕动泵和Sartorius Vivaflow 200-5kDa盒纯化由此获得的500ml溶液，以将颗粒与释放的Gd3+分离，从而防止这些离子重新络合。
将500ml的初始体积浓缩至50ml并重复该操作。总共重复4次稀释/浓缩操作，最终体积为50ml。纯化后，将50ml溶液分装在小瓶中，每个小瓶含有2ml溶液。将小瓶置于-80℃以冷冻溶液，然后冻干以获得棕色粉末形式的最终产物。
获得产物后，从该批次中取出一个小瓶以表征所述产物。通过加入超纯水制备新产物的1ml溶液(100g/l)。在溶液中1小时后，使用我们的DLS装置测量直径，表明直径为4.4nm±1.2nm。进行HPLC-UV/Vis色谱图，且指示保留时间为11min±0.1min，与原始颗粒相同。还测量了CuPRIX20的等电点，且其等于6.29，优于的等电点(等于7.15)。由于钆具有磁性，因此测量CuPRiX20的弛豫常数r1，且等于18.9mM-1.s-1/钆原子。
实施例3：通过铕螯合和荧光测定游离DOTAGA的数目
存在于CuPRiX20中的游离螯合物的量可通过铕的螯合以及随后的发光研究来确定。这是因为铕的发光主要集中在590(5D0→7F1)和615nm(5D0→7F2)。这种发光在水分子的存在下猝灭。该测定的原理是加入增加量的铕：随着铕被螯合时，发光增加，然后当所有螯合位点都充满时，发光达到稳定水平，如图2所示。
为进行测定，将CuPRiX20置于pH 5的乙酸盐缓冲液中；加入溶解在乙酸盐缓冲液中的氯化铕盐。然后，绘制测定曲线，在396nm处进行激发并在590nm处读取发射。该测定使得可计算出每mg CuPRiX20的螯合物的量为0.16μmol。假定初始产物中钆的含量为零或至多可忽略不计，则钆的初始量等于DOTA的量。通过元素分析测量，起始产物中的初始钆含量为每mg />为0.81μmol。
因此，产物CuPRiX20的20％的DOTA基团是游离的。
实施例4：铜螯合
因此，游离DOTA的存在表明CuPRiX20作为螯合剂在螯合疗法中的潜在应用。通过铜的螯合，随后使用HPLC-UV/Vis研究吸光度来测定CuPRiX20的络合物形成潜力。DOTA@Cu在295nm处的吸光度远大于溶液中DOTA@Gd络合物，DOTA和铜离子的吸光度。
CuPRiX20的吸光度将随着游离DOTA基团络合可用的铜离子而增加，直到其达到稳定水平，在该稳定水平添加额外的铜将不会导致吸光度的增加。为进行该实验，用增加量的氯化铜溶液和恒定量的CuPRiX20制备一系列样品。所有样品的体积均等。该实验使得可计算每mg CuPRiX20可络合铜的量为0.18μmol。在起始产物上进行的相同实验表明CuPRiX20的螯合潜力大幅增加(图3)。
实施例5：CuPRiX30：反应5h
游离DOTA的含量可基于AGuIX在酸性介质中的反应时间来改变。5h后，用超纯水将溶液稀释10倍。然后，测量pH，如果需要，用1M氢氧化钠调节至1±0.2，以免破坏过滤膜。通过蠕动泵和Sartorius Vivaflow200-5kDa盒纯化由此获得的500ml溶液，以将颗粒与释放的Gd3+分离，从而防止这些离子重新络合。将500ml的初始体积浓缩至50并重复该操作。
总共重复4次稀释/浓缩操作，且最终体积为50ml。纯化后，将50ml溶液分装在小瓶中，每个小瓶含有2ml溶液。将小瓶置于-80℃以冷冻溶液，然后冻干以获得棕色粉末形式的最终产物CuPRiX30。获得产物后，从该批次中取出一个小瓶以表征产物。
通过加入超纯水制备100g/l新产物的1ml溶液。在溶液中1小时后，使用我们的DLS装置测量直径，表明直径为5.7nm±1nn。进行HPLC-UV/Vis色谱图，且显示保留时间为10.8min±0.1min，与原始颗粒相同。
实施例6：CuPRiX30：与CuPRiX20相比改善络合物形成潜力
因此，游离DOTA的存在表明CuPRiX30作为可能的螯合剂在螯合疗法中的潜在应用。通过铜的螯合，随后使用HPLC-UV/Vis研究吸光度来确定CuPRiX20的络合潜力。DOTA@Cu在295nm处的吸光度远大于DOTA@Gd络合物，溶液中DOTA和铜离子的吸光度。随着游离DOTA基团络合可用的铜离子，产物的吸光度将增加，直到其达到稳定水平，在该水平添加额外的铜将不会导致吸光度增加。
为进行该实验，用增加量的氯化铜溶液和恒定量的CuPRiX20制备一系列样品。所有样品的体积均等。该实验使得可计算每mg的CuPRiX30可络合铜的量为0.24μmol。因此，产物CuPRiX30的30％的DOTA基团是游离的。
实施例7：CuPRiX20对A549细胞运动性的影响的分析
细胞迁移是多步骤过程，是许多生物过程和疾病过程(包括肿瘤转移)的基本组成部分。在体外，伤口测试是基于细胞苔上伤口的形成和细胞运动性的研究，即细胞响应密度变化在表面上移动的能力，在该过程中闭合伤口。它是细胞在固体2D基质上的运动性的直接量度。
本实施例的目的是显示CuPRiX20降低细胞运动性的能力。在含有8nM的CuSO4·5H2O的F12-K培养基(Gibco)中培养A549细胞。在培养72小时后，在有或没有CuPRiX20(500μM游离螯合物)的情况下，将细胞胰蛋白酶化，然后以每孔40000个细胞接种在孔培养板(Essen Bioscience)中。将板在37℃，5％CO2下放置过夜。然后，使用/>(Essen Bioscience)制作伤口。将细胞用PBS冲洗两次以除去漂浮的细胞，然后用100μl含有增加浓度的CuPRiX20(0、50、100、200、300、400、500和1000μM游离螯合物，相当于约0、150、300、600、900、1200、1500和3000μM钆)的培养基处理。
在含有CO2的培养箱中通过Zoom Incucyte软件(Essen Bioscience)每2小时自动拍摄伤口填充的图像，持续72小时。通过软件分析数据，结果表示为伤口的汇合百分比。获得的结果使得可证明，由于使用不同浓度的CuPRiX20处理，A549细胞的细胞运动性减慢(图4、图5和图6)。
实施例8：CuPRiX20和CuPRiX30对A549细胞运动性的影响的比较
本实施例的目的是显示CuPRiX20和CuPRiX30降低细胞运动性的能力，并比较它们的效果。将A549细胞以40000个细胞/孔在孔培养板(Essen Bioscience)中培养，在37℃，5％CO2下过夜。使用96-孔/> WoundMaker(Essen Bioscience)进行伤口测试。将细胞用PBS冲洗两次以除去漂浮的细胞，然后用100μl含有CuPRiX20(0、125、250和500μM游离螯合物，相当于约0、375、750和1500μM钆)或CuPRiX30(0、125、250和500μM游离螯合物，相当于约0、200、400和800μM钆)的培养基处理。
在含有CO2的培养箱中通过Zoom Incucyte软件(Essen Bioscience)每2h自动拍摄伤口填充的图像。通过软件分析数据，结果表示为伤口的汇合百分比。
获得的结果可显示，在游离螯合物的恒定浓度下，两种类型的CuPRiX的效果是等同的。
实施例9：CuPRiX20对A549细胞侵袭的影响的分析
细胞侵袭是癌症的特征之一。它与细胞迁移有关并在转移的发展中起关键作用。肿瘤细胞形成转移的能力主要取决于细胞改变和重组其细胞形态和降解细胞外基质(ECM)的能力。体外侵袭试验基于伤口实验方法，但包括添加模拟ECM的凝胶基质。添加3D基质意味着细胞必须降解该基质以便移动。
本实施例的目的是显示CuPRiX20降低细胞侵袭的能力，即细胞分解细胞外基质和移动的能力。将A549细胞以40000个细胞/孔在孔培养板中培养，在37℃，5％CO2下过夜。然后，使用/> WoundMaker(Essen Bioscience)制作伤口，然后用PBS冲洗细胞两次。向各孔中加入50μl的Matrigel(Corning)——预先在含有或不含有CuPRiX20的F12-K培养基中稀释——终浓度为1mg/ml。将板在37℃下孵育30分钟，以实现Matrigel的聚合。最后，加入100μl含有或不含有CuPRiX20(0和500μM游离螯合物)的培养基。在含有CO2的培养箱中通过Zoom Incucyte软件(Essen Bioscience)每2小时自动拍摄伤口填充的图像，持续72小时。通过Zoom Incucyte软件(Essen Bioscience)分析数据，结果表示为伤口的汇合百分比。获得的结果使得：由于用CuPRiX20处理，可以证明A549细胞的细胞侵袭减缓(图7)。
实施例10：CuPRiX20对A549细胞的趋化性迁移的影响
趋化性迁移是细胞响应刺激的定向运动。该实验包括将培养插入物置于细胞培养板孔内。将细胞接种到插入物中，插入物含有确定孔径的膜，并含有无血清培养基以使细胞饥饿。将化学引诱剂介质置于下面的孔中。由于这种化学梯度，能够迁移的细胞被化学引诱剂介质吸引并穿过孔。本实施例的目的是使用趋化性测试显示CuPRiX20降低细胞迁移率的能力。为此，使用IncuCyte ZOOM趋化性模块。将A549细胞(1000个细胞/孔)再悬浮于含有0％FCS的F-12K培养基中，并接种于具有8μm孔的96孔细胞迁移Incucyte Clearview板的上部隔室中(40μl/孔)。在适当的孔中，加入20μl不含FCS的F12-K培养基，其含有或不含有CuPRiX20(500μM最终游离螯合物)。最后，将200μl含有10％FCS且含有或不含有CuPRiX20(500μM游离螯合物)的F-12K培养基加入趋化室的下部隔室中。每小时拍摄每个插入物的图像。从上层储库到下层储库的趋化迁移量化为与接种在膜上的细胞的初始汇合相比的膜下的细胞汇合。使用IncuCyte ZOOM 2015A显微镜软件自动进行计算。
所获得的结果可证明CuPRiX20对细胞的趋化性迁移大大降低(图8)。
实施例11：CuPRiX30和光子照射的组合对A549细胞运动性的作用
本实施例的目的是显示CuPRiX30在光子照射后降低细胞迁移率的能力。将A549细胞以20000个细胞/孔在孔培养板中培养，在37℃，5％CO2下过夜。将细胞与含有或不含有CuPRiX30(500μM游离螯合物，相当于800μM钆)的不含FCS的F-12K一起孵育24小时。随后以8Gy(X-Rad320辐照器，250kV)照射细胞，然后形成伤口。将细胞用PBS冲洗两次以除去漂浮的细胞，并将100μl含有CuPRiX30(0和500μM游离螯合物，相当于约0和800μM钆)的培养基加入到每个相应的孔中。
在含有CO2的培养箱中通过Zoom Incucyte软件每2小时自动拍摄伤口填充的图像。通过软件分析数据，结果表示为伤口的汇合百分比。所得的结果表明，与通过单独照射或单独使用CuPRiX30治疗相比，CuPRiX30/照射组合在限制运动性方面具有优越的功效(累加效应)(图9)。
实施例12：CuPRiX30和光子照射的组合对A549细胞存活的影响
将A549细胞以40000个细胞/cm2，即1百万个细胞接种在T25cm2烧瓶中，并在37℃，5％CO2下孵育过夜。用含有或不含有CuPRiX30(500μM游离螯合物，相当于800μM钆)的不含FCS的F-12K培养基处理细胞24h。然后，以不同剂量(0、2、3、4、6和8Gy)照射细胞。照射后，将细胞在PBS中洗涤，胰蛋白酶化并计数。然后，将细胞重新接种在25cm2烧瓶中，并在固定和染色前能够生长六次分裂(7天)。对含有64个或更多细胞的集落进行数字计数。使用该方程式的线性二次模型测定克隆源性存活：其中SF是存活量，α和β分别表示致死和亚致死损伤的概率。所得结果显示，在CuPRiX30存在下照射后细胞存活减少(图10)。/>
实施例13：CuPRiX30和光子照射的组合对A549、SQ20B-CD44+和4T1细胞的存活的影响
对于每种细胞系，将细胞以40000个细胞/cm2，即25cm2烧瓶中接种1百万个细胞，并在37℃，5％CO2下孵育过夜。然后，除去培养基，并用单独的含有CuPRiX30(500μM游离螯合物，相当于800μM钆)或(800μM钆)的不含FCS的培养基替换24h。然后，以不同剂量(0、2、3、4和6Gy)照射细胞。照射后，将细胞在PBS中洗涤，胰蛋白酶酶解并计数。然后，将它们重新接种在25cm2烧瓶中，并能够生长六次分裂(7天)，然后用96％乙醇固定并用Giemsa染色。对含有64个或更多细胞的集落数字计数。使用该方程式的线性二次模型测定克隆源性存活：/>其中SF是存活量，α和β分别表示致死和亚致死损伤的概率。对于3种细胞系，获得的结果显示照射后和用AGuIX和CuPRiX30处理后细胞存活减少。在A549和SQ20B-CD44+细胞系的情况下，CuPRiX30的功效似乎与AGuIX相同，而在4T1细胞系的情况下，其优于AGuIX(图11)。
实施例14：CuPRiX30在转移性乳腺癌小鼠模型中对肿瘤生长和转移形成的功效
本实施例的目的是显示CuPRiX30减缓肿瘤生长和减少转移瘤形成的能力。为此，给10只8周龄雌性BALB/c小鼠皮下注射50000个4T1细胞(三阴性乳腺癌细胞，50∶50PBS∶基质胶)。十天后(D10)，当肿瘤平均达到100mm3时，给小鼠静脉注射50μl的CuPRiX30(200mg/kg，n＝6)或NaCl(0.9％，n＝4)。第一次注射后48小时(D12)和96小时(D14)再注射两次。肿瘤接种后19天，即最后一次注射后5天，在异氟烷麻醉下通过颈脱位使小鼠安乐死，并除去可能具有转移的器官(肺和肝)。
为量化转移，肺和肝被机械破碎，然后在过滤前进行酶解。随后在含有60μM的6-硫代鸟嘌呤(4T1细胞的选择剂)的培养基中培养纯的(肝)或稀释的(肺)细胞悬浮液，并在含有CO2的培养箱中在37℃下孵育。8天后，固定细胞并染色，自动计数集落；结果列于表1。
[表1]：肿瘤细胞接种后19天的转移性克隆形成集落数
所获得的结果显示，在用CuPRiX30处理小鼠后，肿瘤生长减慢，且肺部转移数量减少。对照组中的4只小鼠有肺部转移，而由CuPRiX治疗的6只中的2只没有肺部转移。在两种情况下均未观察到肝转移(图12)。
实施例15：CuPRiX30和放疗的组合对转移性乳腺癌小鼠模型中的肿瘤生长和存活的功效
本实施例的目的是显示CuPRiX30增加放疗对肿瘤生长和存活的功效的能力。为此，给42只8周龄雌性BALB/c小鼠皮下注射50000个4T1细胞(三阴性乳腺癌细胞，50∶50PBS∶基质胶)。肿瘤移植后10天，将小鼠随机分成4组以接受治疗：NaCl组(对照，n＝12)，CuPRiX组(n＝10)，NaCl+放疗组(RT，n＝9)和CuPRiX+RT组(n＝11)。
共给小鼠注射3次的50μl CuPRiX(200mg/ml)或NaCl(0.9％)，间隔48小时，并以5×2Gy的量(每天2Gy，共5天)与放疗组合(图13)。在异氟烷麻醉下，在施用治疗后1小时进行照射。
为监测肿瘤进展和建立Kaplan-Meier存活曲线，每周对小鼠称重并测量肿瘤6次。在治疗计划结束时，连续2天达到以下极限点之一的小鼠被安乐死：体重减轻15％；肿瘤体积为≥±1000mm3；持续性溃疡；观察到痛苦征象(虚脱、毛皮粗糙、弓背)。
如下计算肿瘤体积的演变：(时间t的肿瘤体积)/(参考时间的肿瘤体积)，其中参考时间对应于治疗的第一天，即D10。所得结果显示，与单独用RT或单独用CuPRiX治疗后相比，用CuPRiX+RT组合治疗后肿瘤生长减少更多。与单独的RT相比，CuPRiX和RT的组合也可延长动物的存活时间(图14)。
工业实用性
本技术方案可以特别地应用于医药领域，特别地用于治疗肿瘤。
本公开不限于上述仅作为示例给出的实例，且其涵盖本领域技术人员在所寻求的保护的上下文中可以设想的所有变体。
Claims (10)
1.下式的纳米颗粒：
[Ch1]n-PS-[Ch2]m，其中：
-PS是有机或无机聚合物基质，
-Ch1是未络合的或与金属阳离子M1络合的螯合基团，
-M1不存在，或选自金属阳离子，所述金属阳离子与Ch1形成络合物的常数小于铜，特别地至少小十倍；例如，M1选自锌或碱土金属，特别是钙或镁，
-Ch2是螯合基团，其与螯合基团Ch1相同或不同，且与金属阳离子M2络合，所述M2具有大于40，优选大于50的高原子序数Z，
其特征在于，
(i)所述螯合剂Ch1和Ch2接枝到聚合物基质，
(ii)n/(n+m)比为10％-100％，并且
(iii)所述纳米颗粒的平均流体动力学直径为1-50nm，优选2-20nm，更优选2-8nm。
2.如权利要求1所述的纳米颗粒，其特征在于，至少50％的所述Ch1与锌、钙或镁络合。
3.如前述权利要求中任一项所述的纳米颗粒，其特征在于，所述螯合基团Ch1和适当情况下的Ch2选自大环试剂，优选选自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-戊二-4，7-二乙酸(NODAGA)和1，4，7，10-四氮杂环十二烷、1-(戊二酸)-4，7，10-三乙酸(DOTAGA)、2，2’，2”，2”’-(1，4，7，10-四氮杂环十二烷-1，4，7，10-四基)四乙酰胺(DOTAM)和1，4，8，11-四氮杂环十四烷(Cyclam)、1，4，7，10-四氮杂环十二烷(Cyclen)、去铁胺(DFO)。
4.如权利要求1-3中任一项所述的纳米颗粒，其特征在于，所述金属阳离子M2选自放射增敏剂和/或磁共振成像造影剂，特别是钆或铋。
5.如权利要求1-4中任一项所述的纳米颗粒，其特征在于，
(i)PS是聚硅氧烷基质，
(ii)Ch1和Ch2是下式(I)的DOTAGA螯合基团
且通过Si-C键合接枝到聚硅氧烷基质，
(iii)M1不存在，且M2是钆阳离子Gd3+，
(iv)n+m为5-50，优选为10-30，并且
(iv)所述平均流体动力学直径为2-8nm。
6.如权利要求1-5中任一项所述的纳米颗粒的胶体溶液。
7.药物组合物，其包含如权利要求1-5中任一项所述的纳米颗粒的胶体溶液，以及一种或多种药学上可接受的赋形剂。
8.如权利要求7所述的药物组合物，其特征在于，所述药物组合物是用于在受试者中静脉内、肿瘤内或肺内施用的可注射组合物，特别地包含有效量的螯合基团Ch1，用于在体内捕获肿瘤中的铜，所述游离螯合剂例如在所述组合物中的浓度为至少10mM。
9.如权利要求7和8之一所述的药物组合物，其用于在受试者中治疗癌症，特别地用于体内捕获肿瘤中的铜和/或铁。
10.如权利要求9所述的用于其用途的药物组合物，其特征在于，所述组合物包含有效量的金属阳离子M2，优选钆，用作放射增敏剂，且在施用所述组合物后通过放疗来治疗所述受试者。
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