DE202022105569U1 - System zur Herstellung und Anwendung von supramagnetischen Eisenoxid-Nanopartikeln für die In-Vitro-Wirkstofffreisetzung von Arzneimitteln und die Röntgenbildgebung - Google Patents

System zur Herstellung und Anwendung von supramagnetischen Eisenoxid-Nanopartikeln für die In-Vitro-Wirkstofffreisetzung von Arzneimitteln und die Röntgenbildgebung Download PDF

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Abstract

Ein System zur Herstellung und Anwendung von superparamagnetischen Eisenoxid-Nanopartikeln (SPIONs) für die In-vitro-Wirkstofffreisetzung und die Röntgenbildgebung bei diagnostischen und therapeutischen Anwendungen, das Folgendes umfasst:
eine Synthese von superparamagnetischen Eisenoxid-Nanopartikeln (SPIONs) durch Mischen von 100 mL 1M FeCl3.6H2O, 1M FeSO4.7H2O und 1M Kobaltchlorid-Hexahydrat (CoCl2.6H2O) zuequal Volumina von 5M Natriumhydroxidlösung; und
ein Mittel zur Aufrechterhaltung eines Fällungsprozesses durch Erhitzen einer Vorläuferlösung auf 60 °C für 15 Minuten unter Zugabe der CoCl2-NaOH-Mischung, wobei der gemischte Inhalt bei gleichmäßiger Belichtung unter tropfenweiser Zugabe von konzentriertem Ammoniak schwarz wird;
wobei die Präzipitate anschließend mehrmals in destilliertem Wasser gewaschen werden, um überschüssiges Ammoniak zu entfernen, und einer Gefriertrocknung unterzogen werden;
wobei 50 mg der synthetisierten SPIONs durch Behandlung mit 25 ml Ölsäure in Ethanol für 6-7 Stunden in einem Schüttler bei Raumtemperatur funktionalisiert werden.

Description

  • UMFANG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf das Gebiet des Gesundheitswesens und insbesondere auf ein System zur Herstellung und Anwendung von superparamagnetischen Eisenoxid-Nanopartikeln (SPIONs) für die In-vitro-Wirkstofffreisetzung und die Röntgenbildgebung bei diagnostischen und therapeutischen Anwendungen.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Im Allgemeinen handelt es sich bei superparamagnetischen Eisenoxid-Nanopartikeln (SPIONs) um Partikel, die aus kleinen Eisenoxidkristallen (allgemein als Magnetit Fe3O4 oder Maghemit y-Fe2O3 bezeichnet) bestehen und deren Oberfläche modifiziert werden kann, um in wässrigen Medien kolloidale Stabilität zu erlangen. Diese Modifikationen können darin bestehen, dass SPIONs mit organischen Säuren (z. B. Zitronensäure) gekappt oder mit einem biokompatiblen, hydrophilen Polymer (z. B. Poly(ethylenglykol) oder Polysacchariden) beschichtet werden.
  • Die nanometrische Größe der SPIONs (normalerweise im Bereich von 20 bis 150 nm) und ihre Empfindlichkeit gegenüber einem Magnetfeld machen SPIONs einzigartig. Da sie mit verschiedenen Molekülen konjugiert werden können, gibt es eine breite Palette von Einsatzmöglichkeiten für sie. Eine beliebte Lösung ist die Bindung von Antitumor-Antikörpern an die Oberfläche von SPIONs und die Injektion der resultierenden Partikel in den Blutkreislauf. Sie könnten dann verwendet werden, um die Tumorzellen aufzuspüren (da sie mit MRI-Magnetresonanztomographie nachgewiesen werden können) oder um sie abzutöten (durch Freisetzung von Medikamenten oder durch magnetische Hyperthermie). Eine weitere interessante Anwendung ist der Einsatz von SPIONs bei der Diagnose und weiteren Überwachung von Frühstadien der Endothelentzündung, einem der ersten Symptome von Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Trotz der Tatsache, dass die grundlegenden Regeln und Ideen in Bezug auf SPIONs einfach zu sein scheinen, erfordern ein angemessenes Verständnis und die Einführung in die klinische Praxis einen detaillierteren Einblick.
  • Bei SPIONs handelt es sich in der Regel um Nanopartikel auf Metallbasis, die in verschiedenen Industriezweigen wie der Umweltsanierung und der Lederverarbeitung eingesetzt werden. Die metallbasierten Nanopartikel werden derzeit in diagnostischen und therapeutischen Anwendungen eingesetzt. Diese Nanopartikel können für die gezielte Verabreichung von Medikamenten in Therapien eingesetzt werden, wodurch die erforderliche Medikamentenmenge verringert und gleichzeitig die Wirksamkeit der Behandlung erhöht werden könnte. Einige Metalle haben bekanntermaßen Nebenwirkungen, die jedoch ausgeschlossen werden können, wenn die richtigen Nanopartikel als Arzneimittelträger verwendet werden. Ein solches Nanopartikel ist SPIONs, das für seine Biokompatibilität bekannt ist. Sie können auch so modifiziert werden, dass sie die Markierung von Arzneimitteln/Liganden/Molekülen/Proteinen unterstützen und eine gezielte Abgabe an die richtige Stelle ermöglichen.SPIONs können durch eine kontrollierte externe magnetische Bewegung an ihre Zielposition gebracht werden.
  • Daher besitzen die SPIONs eine superparamagnetische Eigenschaft, die das höchste Sättigungsfeld, zusätzliche Anisotropiebeiträge und verschobene Schleifen nach Abkühlung des Feldes aufweist. Die Eigenschaften der SPIONs können manchmal dazu führen, dass sie ihre magnetischen Eigenschaften verlieren. Die SPIONs können jedoch durch die Anwendung eines geeigneten Funktionalisierungsmittels, das auch das Hinzufügen der gewünschten Moleküle erleichtert, von den oben genannten Problemen befreit werden. Außerdem können die SPIONs durch die Funktionalisierung stabil gemacht werden.
  • Daher ist es wünschenswert, die oben erwähnten Nachteile oder andere Unzulänglichkeiten zu beheben oder zumindest eine nützliche Alternative zu bieten.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Im Folgenden wird eine vereinfachte Zusammenfassung gegeben, um ein grundlegendes Verständnis für einige Aspekte der offengelegten Erfindung zu vermitteln. Diese Zusammenfassung ist kein umfassender Überblick, und es ist nicht beabsichtigt, wichtige/kritische Elemente zu identifizieren oder den Umfang der Erfindung abzugrenzen. Ihr einziger Zweck ist es, einige Konzepte in vereinfachter Form als Auftakt für die spätere detailliertere Beschreibung zu präsentieren.
  • Dementsprechend wird ein System zur Herstellung und Anwendung von superparamagnetischen Eisenoxid-Nanopartikeln (SPIONs) für die In-vitro-Wirkstofffreisetzung und Röntgenbildgebung in diagnostischen und therapeutischen Anwendungen bereitgestellt. Die SPIONs haben einzigartige Eigenschaften im Hinblick auf biologische und medizinische Anwendungen. SPIONs wurden bereits in klinischen Umgebungen eingesetzt, obwohl ihre Anwendungssicherheit aufgrund der großen Unterschiede in ihrer Struktur und in der Absorption und Reaktion innerhalb und zwischen Patienten unklar bleibt.
  • Gemäß einer Ausführungsform des vorliegenden Gegenstands handelt es sich um ein System zur Herstellung und Anwendung von superparamagnetischen Eisenoxid-Nanopartikeln (SPIONs) für die In-vitro-Wirkstofffreisetzung und die Röntgenbildgebung bei diagnostischen und therapeutischen Anwendungen, das Folgendes umfasst: Eine Synthese von SPIONs wird durch Mischen von 100 mL 1M FeCI3. 6H2O, 1M FeSO4.7H2O und 1M Kobaltchloridhexahydrat (CoCl2.6H2O) zu gleichen Teilen mit 5M Natriumhydroxidlösung vermischt werden; und ein Mittel zur Aufrechterhaltung eines Ausfällungsprozesses durch Erhitzen einer Vorläuferlösung auf 60 °C für 15 Minuten, während die CoCI2-NaOH-Mischung zugegeben wird. Der gemischte Inhalt färbt sich bei gleichmäßiger Belichtung unter tropfenweiser Zugabe von konzentriertem Ammoniak schwarz.
  • Die Präzipitate werden anschließend mehrmals mit destilliertem Wasser gewaschen, um überschüssiges Ammoniak zu entfernen, und gefriergetrocknet. 50 mg der synthetisierten SPIONs werden funktionalisiert, indem sie mit 25 ml Ölsäure in Ethanol 6-7 Stunden lang in einem Schüttler bei Raumtemperatur gehalten werden.
  • Diese und andere Aspekte der Ausführungsformen hierin werden besser geschätzt und verstanden werden, wenn in Verbindung mit der folgenden Beschreibung betrachtet. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die folgenden Beschreibungen, während sie bevorzugte Ausführungsformen und zahlreiche spezifische Details davon angeben, zur Veranschaulichung und nicht zur Einschränkung gegeben werden. Viele Änderungen und Modifikationen können im Rahmen der hierin beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne vom Anwendungsbereich abzuweichen, und die hierin beschriebenen Ausführungsformen schließen alle derartigen Modifikationen ein.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die vorliegenden Ausführungsformen und die verschiedenen Merkmale und vorteilhaften Details werden unter Bezugnahme auf die nicht begrenzten Ausführungsformen ausführlicher erläutert. Beschreibungen bekannter Komponenten und Verarbeitungstechniken werden weggelassen, um die hier beschriebenen Ausführungsformen nicht unnötig zu verschleiern. Außerdem schließen sich die verschiedenen hier beschriebenen Ausführungsformen nicht unbedingt gegenseitig aus, da einige Ausführungsformen mit einer oder mehreren anderen Ausführungsformen kombiniert werden können, um neue Ausführungsformen zu bilden. Der hier verwendete Begriff „oder“ bezieht sich, sofern nicht anders angegeben, auf ein nicht ausschließendes „oder“. Die hier verwendeten Beispiele sollen lediglich das Verständnis dafür erleichtern, wie die hierin beschriebenen Ausführungsformen umgesetzt werden können, und es dem Fachmann ermöglichen, die hierin beschriebenen Ausführungsformen umzusetzen. Dementsprechend sollten die Beispiele nicht als Einschränkung des Umfangs der hierin beschriebenen Ausführungsformen verstanden werden.
  • Als solche sollte die vorliegende Offenbarung so ausgelegt werden, dass sie sich auf alle Änderungen, Äquivalente und Substitute erstreckt. Obwohl die Begriffe „erstes“, „zweites“ usw. hier zur Beschreibung verschiedener Elemente verwendet werden können, sollten diese Elemente nicht durch diese Begriffe eingeschränkt werden. Diese Begriffe werden im Allgemeinen nur verwendet, um ein Element von einem anderen zu unterscheiden.
  • Dementsprechend werden hier Ausführungsformen für die Herstellung und Anwendung von superparamagnetischen Eisenoxid-Nanopartikeln (SPIONs) für die In-vitro-Wirkstofffreisetzung und Röntgenbildgebung in diagnostischen und therapeutischen Anwendungen vorgestellt. Die SPIONs haben einzigartige Eigenschaften im Hinblick auf biologische und medizinische Anwendungen. SPIONs wurden bereits in klinischen Umgebungen eingesetzt, obwohl ihre Anwendungssicherheit aufgrund der großen Unterschiede in ihrer Struktur und in der Absorption und Reaktion innerhalb und zwischen Patienten unklar bleibt.
  • Gemäß einer Ausführungsform des vorliegenden Gegenstands handelt es sich um ein System zur Herstellung und Anwendung von superparamagnetischen Eisenoxid-Nanopartikeln (SPIONs) für die In-vitro-Wirkstofffreisetzung und die Röntgenbildgebung bei diagnostischen und therapeutischen Anwendungen, das Folgendes umfasst: Eine Synthese von SPIONs wird durch Mischen von 100 mL 1M FeCl3. 6H2O, 1M FeSO4.7H2O und 1M Kobaltchloridhexahydrat (CoCl2.6H2O) zu gleichen Teilen mit 5M Natriumhydroxidlösung vermischt werden; und ein Mittel zur Aufrechterhaltung eines Ausfällungsprozesses durch Erhitzen einer Vorläuferlösung auf 60 °C für 15 Minuten, während die CoCI2-NaOH-Mischung zugegeben wird. Der gemischte Inhalt färbt sich bei gleichmäßiger Belichtung unter tropfenweiser Zugabe von konzentriertem Ammoniak schwarz.
  • Die Präzipitate werden anschließend mehrmals mit destilliertem Wasser gewaschen, um überschüssiges Ammoniak zu entfernen, und gefriergetrocknet. 50 mg der synthetisierten SPIONs werden funktionalisiert, indem sie mit 25 ml Ölsäure in Ethanol 6-7 Stunden lang in einem Schüttler bei Raumtemperatur gehalten werden.
  • Anschließend werden die Partikel durch 45-minütige Beschallung in eine Nanostruktur gebracht und lyophilisiert. Der Wirkstoff Itraconazol wird mit den Nanopartikeln konjugiert und schließlich mit Polyhydroxybutyrat (PHB) eingekapselt. Das vorliegende System kann die differentielle Wechselwirkung von SPIONs mit elektromagnetischen Strahlen einschließen, indem sie Röntgenstrahlen ausgesetzt werden, die als Material für die Kontrastbildgebung entwickelt werden könnten, indem die Partikel in das Eigelb eines Hühnereis injiziert werden.
  • Die Eigenschaften der SPIONs können dazu führen, dass sie ihre magnetischen Eigenschaften verlieren, was jedoch durch die Anwendung eines geeigneten Funktionalisierungsmittels überwunden werden kann, das auch bei der Hinzufügung gewünschter Moleküle hilft.SPIONs können durch Funktionalisierung stabil gemacht werden.
  • Die vorstehende Beschreibung der spezifischen Ausführungsformen wird die allgemeine Natur der hierin enthaltenen Ausführungsformen so vollständig offenbaren, daß andere durch Anwendung des gegenwärtigen Wissensstandes ohne weiteres solche spezifischen Ausführungsformen für verschiedene Anwendungen modifizieren und/oder anpassen können, ohne von dem allgemeinen Konzept abzuweichen, und daher sollten und sollen solche Anpassungen und Modifikationen innerhalb der Bedeutung und des Bereichs der Äquivalente der offenbarten Ausführungsformen verstanden werden. Es ist zu verstehen, dass die hier verwendete Phraseologie oder Terminologie der Beschreibung und nicht der Einschränkung dient. Obwohl die Ausführungsformen hier in Form von bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurden, wird der Fachmann erkennen, dass die Ausführungsformen hier mit Modifikationen innerhalb des Geistes und des Umfangs der hier beschriebenen Ausführungsformen ausgeführt werden können.

Claims (4)

  1. Ein System zur Herstellung und Anwendung von superparamagnetischen Eisenoxid-Nanopartikeln (SPIONs) für die In-vitro-Wirkstofffreisetzung und die Röntgenbildgebung bei diagnostischen und therapeutischen Anwendungen, das Folgendes umfasst: eine Synthese von superparamagnetischen Eisenoxid-Nanopartikeln (SPIONs) durch Mischen von 100 mL 1M FeCl3.6H2O, 1M FeSO4.7H2O und 1M Kobaltchlorid-Hexahydrat (CoCl2.6H2O) zuequal Volumina von 5M Natriumhydroxidlösung; und ein Mittel zur Aufrechterhaltung eines Fällungsprozesses durch Erhitzen einer Vorläuferlösung auf 60 °C für 15 Minuten unter Zugabe der CoCl2-NaOH-Mischung, wobei der gemischte Inhalt bei gleichmäßiger Belichtung unter tropfenweiser Zugabe von konzentriertem Ammoniak schwarz wird; wobei die Präzipitate anschließend mehrmals in destilliertem Wasser gewaschen werden, um überschüssiges Ammoniak zu entfernen, und einer Gefriertrocknung unterzogen werden; wobei 50 mg der synthetisierten SPIONs durch Behandlung mit 25 ml Ölsäure in Ethanol für 6-7 Stunden in einem Schüttler bei Raumtemperatur funktionalisiert werden.
  2. System zur Herstellung und Anwendung von superparamagnetischen Eisenoxid-Nanopartikeln (SPIONs) nach Anspruch 1, wobei die Partikel durch 45-minütige Beschallung in eine Nanostruktur gebracht und gefriergetrocknet werden.
  3. System zur Herstellung und Anwendung von superparamagnetischen Eisenoxid-Nanopartikeln (SPIONs) nach Anspruch 1, wobei das Medikament Itraconazol an die Nanopartikel konjugiert und schließlich mit Polyhydroxybutyrat (PHB) verkapselt wird.
  4. System zur Herstellung und Anwendung von superparamagnetischen Eisenoxid-Nanopartikeln (SPIONs) nach Anspruch 1, das ferner eine differentielle Wechselwirkung von SPIONs mit elektromagnetischen Strahlen umfasst, die durch Aussetzen der Partikel in das Eigelb eines Hühnereis beobachtet wird und als Material für die Kontrastbildgebung entwickelt werden könnte.
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