DE102021115439A1

DE102021115439A1 - Verfahren zur Herstellung von superparamagnetischen Kleinstpartikeln aus Eisenoxid als Kontrastmittel für die MRT-Tomographie

Info

Publication number: DE102021115439A1
Application number: DE102021115439.1A
Authority: DE
Inventors: Ralf Zuhse; Dmytro OSTROVSKYI; Udo Kühn; Thomas von Schrader
Original assignee: Chiracon GmbH
Current assignee: Chiracon GmbH
Priority date: 2021-06-15
Filing date: 2021-06-15
Publication date: 2022-12-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von superparamagnetischen Kleinstpartikeln aus Eisenoxid (VSOP) und superparamagnetische Kleinstpartikel aus Eisenoxid VSOP.Erfindungsgemäß ist vorgesehen eine Mischung aus Eisen(II)-salz und Eisen(III)-salz in Salzsäure zu suspendieren und aus der salzsauren Lösung Eisenoxidpartikel auszufällen, in dem die Lösung langsam mit Natron- oder Kalilauge als Vorlage unter Zufluss einer zweiten basischen Lösung zur Vorlage vereint wird. Die dabei entstehende Suspension wird mit einer Polycarbonsäure erwärmt, über eine Zeit gerührt und die Suspension wird durch Zentrifugation getrennt und das Sediment der Zentrifugation wird über eine Querstromfiltration aufgereinigt.Es wird mit dem hier offenbarten Verfahren reproduzierbar und skalierbar eine Partikelgröße von ca 10 nm erhalten

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von superparamagnetischen Kleinstpartikeln aus Eisenoxid (VSOP).
Bei der MRT-Tomographie des lebenden Körpers ist es bekannt, das paramagnetische Gefälle zwischen unterschiedlichen Gewebetypen durch sogenannte Kontrastmittel zu verstärken. Bekannt sind gadoliniumhaltige Kontrastmittel, die aufgrund der physikalischen Eigenschaften des Gadoliniums eine starke Kontrastverstärkung zur Abgrenzung von verschiedenen Gewebetypen im MRT-Spektrum erzeugen. Gadolinium-haltige Kontrastmittel sind heute in der klinischen Routine bei der MRT-Untersuchung unverzichtbar geworden. Die Gabe von gadoliniumhaltigen Kontrastmitteln kann für nierenkranken Patienten problematisch sein. Häufig sind nierenkranke Patienten gleichzeitig sogenannte Gefäßpatienten, bei denen die eingeschränkte Nierenfunktion mit rasch zunehmender Gefäßverkalkung durch Störung des Mineralhaushaltes einhergeht. Hohe Mehrfachgaben dieser Gadolinium-haltigen niedermolekularen Komplexe im Rahmen der sog. First-Pass MRT-Angiographie lösen bei manchen Patienten in fortgeschrittenen Stadien der Niereninsuffizienz eine schweres Krankheitsbild, nämlich die sogenannte Nephrogene Systemische Fibrose (NSF) aus. Die Zahl der Betroffenen Patienten mit schweren Krankheitssymptomen ist zwar gering, doch der Verlauf bei vielen betroffenen Patienten ist häufig nicht therapierbar mit schließlich fatalem Ausgang. Die Erkenntnis dieser ernsten Komplikation führte zu einer starken Einschränkung bis zum Verbot der Anwendung dieser Gadolinium-Komplexe als Kontrastmittel, so dass man bei nierenerkrankten Patienten auf Ersatzkontrastmittel angewiesen ist. Ein alternatives Kontrastmittel basiert auf der Vergabe von Jod. Aber auch Jod-haltige Röntgenkontrastmittel können eine Nierenschädigung verschlimmern.
Auf der Suche nach weiteren Ersatzkontrastmitteln wurden in der Vergangenheit Eisenoxid-Nanopartikel entwickelt, die mit einer Hülle aus Dextran umgeben sind. Diese Nanopartikel sind blutgängig und weisen paramagnetische Eigenschaften auf. Durch die Dextranumhüllung haben die Nanopartikel die Eigenschaft, sich in unterschiedlicher Konzentration an unterschiedliche Gewebetypen anzulagern. Durch die unterschiedliche Anlagerung oder gar Einlagerung sind die verschiedenen Gewebetypen im MRT-Spektrum und damit in der Bildgebung gut voneinander zu unterscheiden.
In den USA ist das Medikament Feraheme^® mit dem Wirkstoff Ferumoxytol auf dem Markt, welches als parenterales Eisenersatztherapeutikum für nierenkranke Patienten zugelassen ist. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die zuvor genannte Hülle aus modifiziertem Dextran zu allergieähnlichen Nebenwirkungen führen kann, was mit dem Tod einhergehen kann.
Eine weitere Entwicklung in diese Richtung sind citratstabilisierte Eisenoxidkleinstpartikel, im Fachjargon als „VSOP“ bezeichnet, wobei „VSOP“ eine Abkürzung ist für den englischen Begriff „Very Small superparamagnetic iron Oxide Particles“. Dieses Ersatzkontrastmittel wurde bereits bis zur klinischen Phase II geprüft und bis heute gilt dieses Ersatzkontrastmittel als besonders komplikationsarm und als geeignet zur Verwendung als Kontrastmittel in der MRT-Untersuchung. Die Herstellung dieses Ersatzkontrastmittels ist in der internationalen PCT-Patentanmeldung WO 2007/065935 A1 beschrieben.
Diese Eisenoxidpartikel werden gewonnen durch Fällung von Eisenoxid aus einer Lösung mit Hilfe von Ammoniak. Bei der Fällung mit Ammoniak entstehen jedoch Eisenoxidpartikel mit einer breiten Korngrößenverteilung. Die Herstellung bis zu einem als Kontrastmittel einsatzfähigen Produkt erfordert daher umfangreiche Trennungs- und Reinigungsschritte. Durch die umfangreichen Reinigungs- und Trennungsschritte ist dieses Verfahren nicht wirtschaftlich skalierbar.
Es ist auch bekannt, die Eisenoxidpartikel durch Fällen einer salzsauren Einsen(II)/Eisen(III)-Lösung aus einer Natron-/Kalilaufe herzustellen. Dieses Verfahren hat sich als schlecht skalierbar herausgestellt. Bei der Durchführung des Verfahrens im Technikums-Maßstab verschlechtert sich die Ausbeute an Körnern der durchschnittlichen Korngröße von 5 bis 8 nm zu Gunsten einer stets breiter werden Verteilung der Korngröße bis hin zu einem Durchmesser von über 100 nm. Die Aufarbeitung wird damit sehr aufwändig und die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens sinkt mit der Skalierung zu größeren Ansätzen.
In der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2005 059 751 A wird ein ähnliches Verfahren zur Herstellung von VSOP gelehrt, wobei die Eisenoxidpartikel aus Alkalilauge gefällt werden. Auch dort gelehrte Verfahren scheint mit zunehmender Skalierung stets geringere Ausbeuten an Kleinstpartikeln zu eigen. Die Verteilung wird mit zunehmender Ansatzgröße auch breiter.
In der deutschen Offenlegungsschrift DE 196 12001 A1 wird gelehrt, eine Lösung aus Eisen(III)-Chlorid und Eisen(II)-Sulfat aus einer Ammoniumhydrochloridlösung (Ammoniak) zu fällen. Auch das dort gelehrte Verfahren scheint mit zunehmender Skalierung stets geringere Ausbeuten an Kleinstpartikeln zu eigen. Die Verteilung wird mit größerer Skalierung auch breiter.
In der US-Patentanmeldung US 2006/0024235 A1 wird gelehrt, eine Lösung aus Eisen(III)-Chlorid und Eisen(II)-Sulfat aus einer Natriumhydroxidlösung zu fällen. Auch das dort gelehrte Verfahren scheint mit zunehmender Skalierung stets geringere Ausbeuten an Kleinstpartikeln zu eigen. Die Verteilung wird mit größerer Skalierung auch breiter.
Um die Partikelgröße zu kontrollieren, wird in der US-Patentanmeldung US 2015/0320862 A1 vorgeschlagen, die Partikel in einer Zentrifuge zu fällen und unter Hochdruck in einer Inertgas-Atmosphäre zu kurieren. Der Aufwand dieses Verfahrens ist apparativ sehr aufwändig.
In der US-Patentanmeldung US 2018/0263910 A1 wird die Herstellung von VSOP in einem Labor-Dreihalskolben unter starkem und intensivem Rühren beschrieben. Eine Zuträufeln von 0,5 molarer NaOH-Lösung zu einer Eisen(III) Chlorid und Eisen(II)-Sulfat Lösung wird unmittelbar nach dem Zuträufeln schwarz, was das Ausfällen von VSOP anzeigt. Die dort erhaltenen VSOP-Partikel haben eine Korngrößenverteilung mit einem Maximum bei 50 nm. Auch dieses Verfahren scheint keine Skalierbarkeit aufzuweisen.
In der US-Patentanmeldung US 2018/0263910 A1 wird schließlich gelehrt, als bases N,N-Dimethlyformamid einzusetzen. Auch dieses Verfahren verhält sich im Labormaßstab anders als bei der Skalierung bis hin zum Technikumsmaßstab.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung von superparamagnetischen Kleinstpartikeln aus Eisenoxid, sogenannte VSOP, zur Verfügung zu stellen, das wirtschaftlich skalierbar ist und welches diese Kleinstpartikel mit einer schmaleren Korngrößenverteilung zur Verfügung stellt. Weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein alternatives Verfahren zur Herstellung von superparamagnetischen Kleinstpartikeln aus Eisenoxid zur Verfügung zu stellen.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen zu Anspruch 1 angegeben. Verfahrensgemäß hergestellte superparamagnetischen Kleinstpartikeln aus Eisenoxid und deren Verwendung werden in den Ansprüchen 7 bis 11 beansprucht.
Nach dem Gedanken der Erfindung ist vorgesehen, eine Suspension aus Eisen(II)-chlorid-hexahydrat Fe(II)Cl₂ · 6 H₂O und Eisen(III)-chlorid-tetrahydrat mit Hilfe von Natriumhydroxid als Eisenoxid zu fällen und mit Zitronensäure zu erwärmen. Nach einer längeren Reaktionszeit bilden sich Eisenoxidpartikel, die durch eine Citratschicht bedeckt sind. Beim erfindungsgemäßen Ausfällen bildet sich überraschender Weise kein sich absetzender Niederschlag, sondern es bildet sich eine feine Suspension von Magnetit Fe²⁺(Fe³⁺)₂O₄ in kleinster Körnung. Diese Magnetitsuspension wird sodann mit Zitronensäure erwärmt und über mindestens eine Nacht gerührt, wobei sich unter Aufoxidation von Magnetit zu Maghämit, eben Maghämit bildet. Maghämit (Maghemit) ist ein eher selten vorkommendes Mineral aus der Mineralklasse der Oxide und Hydroxide mit der idealisierten chemischen Zusammensetzung Fe₂O₃, besteht also aus Eisen in der kubisch-flächenzentrierten γ-Modifikation und Sauerstoff im Verhältnis von 2 : 3. Maghemit kristallisiert im kubischen Kristallsystem und entwickelt ausschließlich undurchsichtige mikrokristalline, massige Aggregate von brauner, bläulich bis schwarzer Farbe. Das mit einer Citrathülle versehene Maghämit-Korn wird sodann über eine Zentrifuge aus der Suspension abgesetzt und das Sediment wird nach Abdekantieren des Zentrifugats erneut mit Zitronensäure aufgenommen und diese Suspension wird erneut zentrifugiert. Das so erhaltene Rohprodukt wird sodann über Querstromfiltration gefiltert, wobei superparamagnetischen Kleinstpartikeln aus Eisenoxid (VSOP) mit einer durchschnittlichen Korngröße von 5 bis 8 nm erhalten werden. Ein bei der Erprobung verschiedener Verfahren zur Herstellung von Eisenoxidpartikeln überraschender Effekt ist die Art des Ausfällens. Bei allen bisher bekannten Fällungsverfahren wird die salzsaure Lösung von Eisen(II)/Einsen(III)-Salzen zu einer Base gegeben und intensiv gerührt. Die Eisenoxidbildung findet spontan statt, was sich an der sofortigen Schwarz -bis Braunfärbung der Vorlage zeigt. In Untersuchungsreihen des Ausfällens hat sich gezeigt, dass eine Vorlage von etwa 20% bis 40% Base bezogen auf das Gesamtvolumen aus Base und saurer Eisen(II)/Eisen(III)-Lösung und ein paralleles Zuträufeln der gleichen Base wie in der ursprünglichen Vorlage zusammen mit der salzsauren Eisen(II)-/Eisen(III)-Lösung zu einer wesentlich höheren Ausbeute an Eisenoxid-Kleinstpartikeln führt, wobei diese Art der Herstellung beliebig skalierbar erscheint. Da etwa die gleiche Menge Base und salzsaure Lösung zur basischen Vorlage hinzugeträufelt wird, bleibt der pH-Wert über den Vorgang des Zuträufelns etwa konstant basisch. Eine ausschließlich Erhöhung der Menge der Base führt zu keinem wesentlichen besseren Ergebnis der Partikelgröße, wobei „besser“ tatsächlich „kleiner“ bedeutet. Es wird daher im Rahmen dieser Offenbarung vermutet, dass die Partikelgröße des Eisenoxid-Kleinstpartikel eine Kombination aus pH-Wert-Abhängigkeit und kinetischer Kontrolle zeigt, wobei die kinetische Kontrolle gegeben ist durch die Art der parallelen Zugabe. Eine exakte Begründung für die Beobachtung kann vorliegend nicht abschließend gegeben werden.
Gegenüber bekannten superparamagnetischen Kleinstpartikeln aus Eisenoxid, sogenannten VSOP, hat das hier vorgestellte Verfahren folgende Vorteile:

Das erfindungsgemäße Verfahren ist skalierbar und es entstehen keine Ausbeuteeinbußen bei dem sogenannten „Up-scaling“, der Umsetzung vom Labormaßstab zum Technikums-Maßstab bis hin zur Herstellung in einer Großanlage.

Gegenüber bekannten Verfahren, die auf einem Zuträufeln der gesamten Säure in eine basische Vorlage und einer Magnetseparation beruhen, reicht es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren aus, auf eine Zentrifugation zurückzugreifen. Dies erspart erhebliche Zeit und Aufwand. Durch Kontrolle des pH-Wertes während der Herstellung kann die Gesamtausbeute gegenüber bekannten Verfahren erhöht werden. Da als letzter Schritt die Querstromfiltration genutzt wird, ist es auch möglich, eine erwünschte Zielkonzentration einzustellen. Bei bekannten Verfahren ist nicht jede Zielkonzentration erreichbar, soweit die Zielkonzentration chemisch/physikalisch erreichbar ist. Schließlich ist die Zielkonzentration durch Rotationsverdampfen weiter steuerbar. Dabei bleiben die Partikel in der Suspension stabil und neigen nicht dazu, zu aggregieren.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Versuchsbeschreibung näher erläutert.
9,66 L VE-Wasser wurden in einem 30L Reaktor vorgelegt. Der Rührer wurde auf 150 UpM gestellt. VE-Wasser wurde für 30 Minuten mit Stickstoffstrom inertisiert. Die Manteltemperatur wurde auf -10°C gestellt und 580,4 g NaOH wurde zugegeben, die Temperatur steigt bis 29°C. Die Manteltemperatur wurde auf 0°C gestellt (2°C Innentemperatur).
157 ml 25%-ige HCl wurden in einem 4L-Kolben mit 2,86L VE-Wasser verdünnt, die Lösung wurde für 30 Minuten mit Stickstoffstrom inertisiert und mit einem Eisbad gekühlt. Bei Ti = 10°C wurden 876,6 g FeCl₃·6H₂O und 420,8 g FeCl₂·4H₂O addiert. Eine sehr dünne Suspension entstand.
Die NaOH-Lösung (Ti = 2°C) wurde abgelassen und 2,5L davon zurück in den Reaktor überführt. Der Rührer wurde auf 290 UpM gestellt. Der Rest der NaOH-Lösung und die salzsaure Eisen(II)/Eisen(III)-Lösung wurden parallel und unter ständigem Nachfüllen via zwei 500 ml Tropftrichtern zur Vorlage dazugegeben Die Geschwindigkeit der NaOH-Zugabe von etwa 6 L war höher als die Zugabe als die Zugabe der etwa 3 L salzsauren Eisen(II)/Eisen(III)-Lösung, wobei das Verhältnis der Zugabegeschwindigkeit so eingestellt worden ist, dass die komplette Menge an zugeträufelter Base und zugeträufelter, salzsaurer Eisen(II)/Eisen(III)-Chlorid-Lösung etwa gleichzeitig beendet war. Nach 730 Sekunden war die NaOH-Lösung komplett zugegeben, nach 750 Sekunden die Eisen-Lösung; die Innentemperatur stieg bis 13°C. Das Gemisch wurde für 30 Minuten bei 250 UpM gerührt. Bei Ti = 7°C wurde eine auf 2°C vorgekühlte Lösung von 666,8 g Zitronensäure-Monohydrat in 1,8L VE-Wasser zugegeben. Das Gemisch wurde bei 150 UpM bis Ti = 75°C erhitzt und bei dieser Temperatur 30 Minuten gerührt. Anschließend wurde das entstandene Rohgemisch auf 20°C abgekühlt und über Nacht unter Stickstoff gerührt.
Das Rohgemisch wurde aus dem Reaktor nach einander in drei Portionen abgelassen. Jede Portion wurde in 6 1L Zentrifugenflaschen gleichmäßig verteilt (die Bruttomasse je Flasche betrug ca. 1,27 kg) und bei 8000 UpM (je nach Zentrifigendurchmesser zwischen 10.000 g und 20.000 g) für 10 Minuten bei T = 20°C zentrifugiert. Nach jedem Zentrifugationsschritt wurde der Überstand abdekantiert. Nach der Zentrifugation der ersten Portion wurde eine 25 ml Probe vom 1. Überstand abgenommen.
Zu den entstandenen Rückständen wurden 1,2L Zitronensäure-Lösung (pH 1,84) zugegeben (200 ml je Zentrifugenflasche). Der Feststoff wurde in jeder Flasche suspendiert, die Suspensionen wurden in 2 Zentrifugenflaschen vereint. Die vier leeren Zentrifugenflaschen wurden mit 3 x 50 ml Zitronensäure-Lösung gespült und die Spüllösungen zwischen den beiden Zentrifugenflaschen verteilt. Die Bruttomasse von zwei vollen Zentrifugenflaschen betrug jeweils 1,244 kg.
Diese Suspension wurde für 10 Minuten bei 8000 UpM zentrifugiert und über Nacht stehen gelassen. Am nächsten Tag war der Feststoff aus dem Rückstand ausgefallen. Die Suspension wurde erneut zentrifugiert. Der 2.Überstand wurde abdekantiert, eine Probe von 25 ml wurde entnommen. Die zwei Rückstände wurden in je 250 ml VE-H2O suspendiert, die Suspensionen in einem 5L Becherglas vereint. Beide Zentrifugenflaschen wurden mit je 650 ml VE-H2O gespült, die Spüllösungen wurden addiert (Gesamtvolumen an Wasser betrug 1,8L). Der pH-Wert der entstandenen Suspension wurde mittels 35 ml Natriumcitrat-Lösung von 2,38 auf 4,59 eingestellt. Die Suspension wurde dann in 3 1L Zentrifugenflaschen gleichmäßig verteilt (Bruttomasse je Flasche- 930 g) und für 10 Minuten bei 8000 UpM zentrifugiert. Der Überstand (Rohprodukt) wurde abdekantiert, 10 ml Probe wurde entnommen; der Rückstand einer Flasche in 50 ml VE-Wasser suspendiert und 25 ml Probe entnommen.
Das Rohprodukt wurde mit Hilfe einer Querstromfiltration über drei 100 kDa und zwei 50 kDa Cassetten gereinigt.
Es wurde 610 ml Produkt mit einer Konzentration von 242 mmol/L gesammelt. Die Ausbeute betrug 2,75%; Der Mittelwert der Partikelgröße betrug 5,8 nm.
Das zuvor vorgestellte Verfahren zur Herstellung von Kleinstpartikeln aus Eisenoxid (VSOP) ist modifizierbar, in dem Kalilauge (KOH) anstelle von Natronlauge (NaOH) oder eine Mischung dieser Laugen eingesetzt wird.
Das Verfahren zur Herstellung von Kleinstpartikeln aus Eisenoxid (VSOP) ist auch modifizierbar, in dem anstelle von Zitronensäure andere Polycarbonsäuren eingesetzt werden. Als alternativen zur Zitronensäure eignen sich Agaricinsäure und, Trimellitsäure, Trimesinsäure, Pyromellitsäure und Mellithsäure.
Agaricinsäure (2-Hydroxynonadecan-1,2,3-tricarbonsäure oder α-Hexadecylcitronensäure) ist eine Tricarbonsäure, die in der Natur in Pilzen vorkommt. Der Stoff ist selbst kein Aromastoff, aber toxischer Bestandteil von aus Pilzen gewonnenen Aromen. Trotz der Toxizität der freien Agaricinsäure eignet sich der Stoff als Überzug für Kleinstpartikeln aus Eisenoxid (VSOP), um eine Gewebepräferenz für die Kleinstpartikeln aus Eisenoxid (VSOP) zu erzeugen. Durch die Gewebepräferenz stellt sich die kontrastverstärkende Wirkung ein.
Trimellitsäure, auch Trimellithsäure (1,2,4-Tricarboxybenzol, 1,2,4-Benzoltricarbonsäure, 1,2,4-Tricarboxybenzen, 4-Carboxyphthalsäure) ist neben der Hemimellitsäure (1,2,3-Benzoltricarbonsäure) und der Trimesinsäure (1,3,5-Benzoltricarbonsäure) eines der drei möglichen Stellungsisomere der Benzoltricarbonsäuren und wichtiger Grundstoff zur Synthese von Lackharzen, Weichmachern, Polyestern, Zusatz zu Epoxidharzen, Farbstoffen. Auch diese im pharmazeutischen Bereich an sich nicht gewöhnliche Substanz eignet sich durch die zentrale aromatische Gruppe auch, eine Gewebepräferenz für die Kleinstpartikeln aus Eisenoxid (VSOP) zu erzeugen.
Ähnlich wie Trimellitsäure kann auch Trimesinsäure (1,3,5-Tricarboxybenzol, 1,3,5-Benzoltricarbonsäure, 1,3,5-Tricarboxybenzen, BTC, TMA) als Überzug für die Kleinstpartikeln aus Eisenoxid (VSOP) verewendet werden. Trimesinsäure ist neben der Hemimellitsäure (1,2,3-Benzoltricarbonsäure) und der Trimellitsäure (1,2,4-Benzoltricarbonsäure) eine der drei möglichen Stellungsisomere der Benzoltricarbonsäuren. Ebenso wie im Fall von Trimelitsäure. Auch diese im pharmazeutischen Bereich an sich nicht gewöhnliche Substanz eignet sich durch die zentrale aromatische Gruppe auch, eine Gewebepräferenz für die Kleinstpartikeln aus Eisenoxid (VSOP) zu erzeugen.
Auch Pyromelitsäure (Benzol-1,2,4,5-tetracarbonsäure), eine vierzählige Polcarbonsäure mit aromatischem Grundgerüst, eignet sich durch die zentrale aromatische Gruppe, eine Gewebepräferenz für die Kleinstpartikeln aus Eisenoxid (VSOP) zu erzeugen.
Schließlich eignet sich auch Mellitsäure (Benzolhexacarbonsäure, Graphitsäure, Honigsteinsäure, Mellithsäure) als Hexacarbonsäure (1,2,3,4,5,6-Benzolhexacarbonsäure) eine Gewebepräferenz für die Kleinstpartikeln aus Eisenoxid (VSOP) zu erzeugen.
Als weitere Alternativen zum Überzug der für die Kleinstpartikeln aus Eisenoxid (VSOP) eignen sich auch Fluor-substituierte Zitronensäuren. Diese sind wegen ihrer bekannten Giftwirkung als Hemmstoff der Aconitase bekannt. Die toxische Wirkung der Fluorzitronensäure kommt aber nur bei der lethalen Synthese durch Metabolismus von Fluoressigsäure zustande. Durch die Immobilisierung auf der Oberfläche von Kleinstpartikeln aus Eisenoxid (VSOP) entfaltet die Fluorzitronensäure nicht ihre toxische Wirkung.
Zur Abwandlung des Herstellungsverfahrens eignet sich als Ausgangsstoff auch Eisen(II)-bromid und Eisen(II))-bromid anstelle der -chloride. Es ist auch möglich, Eisen(II)-bromid und Eisen(III)-chlorid als Ausgangsstoff einzusetzen. Es ist auch möglich, von Eisen(II)-chlorid und Eisen(II))-bromid auszugehen. Nicht geeignet hingegen ist das leichter lösliche Eisen(II)-iodid und das Eisen(III)-iodid. Schon die Disproportionierungsneigung des Iodids machen Eisen-iodid als Ausgangsstoff weniger geeignet.
Anstelle der Eisenchloride können auch Eisencitrate als Ausgangsstoffe zur Herstellung von Kleinstpartikeln aus Eisenoxid (VSOP eingesetzt werden. Dabei kann Eisen(II)-citrat als Alternative zu Eisen(II)-citrat eingesetzt werden und Eisen(III)-citrat kann als Alternative zur Verwendung als Eisen(III)-chlorid eigesetzt werden. Schließlich kann als Ausgangsstoff auch von den Eisensalzen der Agaricinsäure, der Trimellitsäure, der Trimesinsäure, der Pyromellitsäure der Mellithsäure und der Fluorzitronensäure ausgegangen werden. Der Vorteil beim Einsatz der Eisensalze der zuvor genannten Polycarbonsäuren, nämlich Eisen(II)-agaricinat und Eisen(III)-agaricinat, Eisen(II)-trimellitat und Eisen(III)-trimellitat, Eisen(II)-trimesinat und Eisen(III)-trimesinat, Eisen(II)-pyromellitat und Eisen(III)-pyromellitat, Eisen(II)-mellitat und Eisen(III)-mellitat, sowie Eisen(II)-fluorcitrat und Eisen(III)-fluorcitrat ist, dass die Kleinstpartikel aus Eisenoxid (VSOP) unmittelbar mit ihrem Überzug versehen sind. Eine Umlagerung der ionisch mit Chloriden oder Bromiden besetzten Oberfläche der Kleinstpartikel während der Aufoxidation zu Maghämit zu einer mit einer Polycarbonsäure besetzten Oberfläche ist nicht notwendig.
Um die Auswirkung der Art der Zugabe zur Vorlage zu untersuchen, wurden verschiedene Versuche durchgeführt.
Als Standard-Ansatz wurde gewählt: salzsaure Eisen(II)/Eisen(III)-Lösung:

FeCl₂·4H₂O, 28 g

FeCl₃-6H₂O, 58,25 g

HCl 25%, 10,46 ml

VE-H₂O 190 ml

Base

NaOH 38,63 g

VE-H₂O 644 ml

Polycarbonsäure

Zitronensäure-Monohydrat 44,4 g

VE-H₂O 120 ml
Versuch 1:
Salzsaure Fe(II)/ Fe(III)-Lösung wurde zur vorgelegten NaOH-Lösung dazugegeben (Zeit der Zugabe = 30 Sek)
Durchschnittliche Partikelgröße, bestimmt im Rohgemisch (ohne Aufreinigung mittels Zentrifugation), bestimmt mit Malvern Zetasizer Nano S90: MW: 14,47 nm, 1.
Versuch 2:
Salzsaure Fe(II)/Fe(III)- Lösung wurde zur vorgelegten NaOH-Lösung langsam dazugegeben (Zeit der Zugabe = 14 Min)
Durchschnittliche Partikelgröße, bestimmt im Rohgemisch (ohne Aufreinigung mittels Zentrifugation), bestimmt mit Malvern Zetasizer Nano S90: MW: 96,83 nm, 2.
Versuch 3:
NaOH-Menge wurde gegenüber Versuch 2 erhöht, nämlich 45,31 g NaOH gelöst in 760 ml VE-H₂O anstelle von 38,63 g in 644 ml.
Durchschnittliche Partikelgröße, bestimmt im Rohgemisch (ohne Aufreinigung mittels Zentrifugation), bestimmt mit Malvern Zetasizer Nano S90: MW: 17,58 nm, 3.
Versuch 4:
Max. 1/3 der NaOH-Lösung wurde zunächst im Reaktionsgefäß vorgelegt. Salzsaure Fe(II)/ Fe(III)-Lösung wurde in einem Tropftrichter und restliche NaOH-Lösung in einem zweiten Tropftrichter vorgelegt und bei einer Rührgeschwindigkeit über 200 UpM parallel in 50 Sekunden zur 1. Portion der NaOH-Lösung zugegeben.
Durchschnittliche Partikelgröße, bestimmt im Rohgemisch (ohne Aufreinigung mittels Zentrifugation), bestimmt mit Malvern Zetasizer Nano S90: MW: 17,58 nm, 4.
Versuch 5:
NaOH-Lösung wurde zu der salzsauren Fe(II)/ Fe(III)-Lösung zugegeben.
Durchschnittliche Partikelgröße, bestimmt im Rohgemisch (ohne Aufreinigung mittels Zentrifugation), bestimmt mit Malvern Zetasizer Nano S90: MW: 18,14 nm, 5.
Der Unterschied zwischen Versuch 1 und Versuch 2 könnte eine kinetische Kontrolle des Partikelwachstums erahnen lassen, da der pH-Wert bei beiden Verfahren über die Zeit das gleiche pH-Profil mit Zugabe der salzsauren Lösung zeigt.
Der Unterschied zwischen Versuch 1 und Versuch 2 lässt nicht unbedingt darauf schließen, dass der pH-Wert zwingend basisch sein muss, um die Partikelgröße klein zu halten.
Auch Versuch 5, Umkehr der Vorgabe lässt keinen validen Schluss darüber, ob der pH-Wert zwingend die Partikelgröße kontrolliert.
In Versuch 4 wurde die geringste Partikelgröße beobachtet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2007065935 A1 [0005]
DE 102005059751 A [0008]
DE 19612001 A1 [0009]
US 20060024235 A1 [0010]
US 20150320862 A1 [0011]
US 20180263910 A1 [0012, 0013]

Claims

Verfahren zur Herstellung von superparamagnetischen Kleinstpartikeln aus Eisenoxid (VSOP), aufweisend die folgenden Schritte - Suspendieren von einem Eisen(II)-Salz und einem Eisen(III)-Salz in Salzsäure (HCl), - Vereinen dieser Suspension mit Natronlauge und/oder Kalilauge (NaOH/KOH), - Zugeben einer Polycarbonsäure in die zuvor erhaltene Mischung, - Erwärmen der erhaltenen Flüssigkeit auf eine Temperatur zwischen 50°C und 90°C, - anschließendes Abkühlen und Rühren unter Inertatmosphäre für 3 h bis 24 h, - Zentrifugieren der Suspension zwischen 10.000 und 20.000 g, - Aufnehmen des zentrifugierten Sediments in Zitronensäure, - Filtrieren des aufgenommenen Sediments, gekennzeichnet durch das Vereinen Eisen(II)-Salz/Eisen(III)-Salzlösung mit der Natronlauge und/oder Kalilauge durch - Vorlegen von etwa 20% bis etwa 40% der Natronlauge, Kalilauge oder einer Mischung aus Natron- und Kalilauge, und - gleichzeitiges Zuträufeln von - etwa 60% bis etwa 80% der Natronlauge, Kalilauge oder einer Mischung aus Natron- und Kalilauge aus einem ersten Tropftrichter, wobei die Gesamtmenge der Lauge 100% der Lauge beträgt, und - der Eisen(II)-Salz/Eisen(III)-Salzlösung aus einem zweiten Tropftrichter.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Verwenden von 0,5%iger bis 3%iger Salzsäure zum Suspendieren des Eisensalzes
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Verwenden 3%iger bis 10%iger Natronlauge, Kalilauge oder einer Mischung dieser Laugen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch Verwenden 20%iger bis 40%iger Zitronensäure, Agaricinsäure, Trimellitsäure, Trimesinsäure, Pyromellitsäure und/oder Mellithsäure als Zugabe zur vereinten Fraktion aus Salzsäure, Eisensalz und Natronlauge und/oder Kalilauge.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch Verwenden einer Zitronensäure-Lösung, Agaricinsäure_Lösung, Trimellitsäure-Lösung, Trimesinsäure-Lösung, Pyromellitsäure-Lösung und/oder Mellithsäure-Lösung mit pH zwischen pH 1,2 und pH 2,0 zur Aufnahme des zentrifugierten Sediments.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch Querstromfiltrieren des Sediments über Filter-Cassetten mit Polymermembranen mit einem mittleren Molekulargewicht zwischen 50 und 100 kDa.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Verwendung von Eisen(II)-bromid, Eisen(II)-fluorcitrat, Eisen(II)-agaricinat, Eisen(II)-trimellitat, Eisen(II)-trimesinat, Eisen(II)-pyromellitat und/oder Eisen(II)-mellitat als Eisen(II)-Salz, sowie die Verwendung von Eisen(III)-bromid, Eisen(III)-fluorcitrat, Eisen(III)-agaricinat, Eisen(III)-trimellitat, Eisen(III)-trimesinat, Eisen(III)-pyromellitat und/oder Eisen(III)-mellitat als Eisen(III)-Salz.
Superparamagnetische Kleinstpartikel aus Eisenoxid (VSOP) hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Superparamagnetische Kleinstpartikel aus Eisenoxid (VSOP) hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Verwendung bei der MRT-Tomographie am lebenden Körper.
Verwendung von superparamagnetischen Kleinstpartikeln aus Eisenoxid (VSOP) hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Herstellung eines Kontrastmittels.
Verwendung von superparamagnetischen Kleinstpartikeln aus Eisenoxid (VSOP) hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Herstellung eines Medikaments zum Erzeugen von Hyperthermie als Therapie bei Krebs.
Superparamagnetische Kleinstpartikel aus Eisenoxid (VSOP) hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Verwendung bei der Behandlung von Krebs.