DE69737915T2

DE69737915T2 - Verfahren zur diagnostischen Bilderzeugung der Nierenregion unter Verwendung eines Kontrastmittels und eines Vasodilators

Info

Publication number: DE69737915T2
Application number: DE69737915T
Authority: DE
Inventors: Evan C. Unger
Original assignee: Bristol Myers Squibb Medical Imaging Inc
Current assignee: Lantheus Medical Imaging Inc
Priority date: 1996-09-11
Filing date: 1997-08-26
Publication date: 2008-03-13
Anticipated expiration: 2017-08-27
Also published as: CA2263568A1; PT977597E; ATE231004T1; ES2289188T3; DE69718519T2; US6071494A; ATE366588T1; EP0977597A4; HK1026139A1; HK1062802B; JP4139440B2; HK1062802A1; CA2263568C; EP0977597A1; JP2001501189A; DK1323434T3; DE69737915D1; ES2189974T3; WO1998010798A1; AU4235697A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft verbesserte Verfahren zur diagnostischen Bilderzeugung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung verbesserte Verfahren zur diagnostischen Bilderzeugung, die das Verabreichen eines Nieren-Vasodilators und eines Kontrastmittels an einen Patienten umfassen.
Ultraschall ist eine wertvolle diagnostische Bilderzeugungstechnik zur Untersuchung verschiedener Bereiche des Körpers, z.B. des Gefäßsystems, wie z.B. des Gewebe-Mikrogefäßsystems. Ultraschall weist gegenüber anderen diagnostischen Techniken bestimmte Vorteile auf. Beispielsweise führen diagnostische Techniken, die Nuklearmedizin und Röntgenstrahlen umfassen, im Allgemeinen zum Aussetzen des Patienten gegenüber ionisierender Elektronenstrahlung. Eine solche Strahlung kann subzelluläres Material beschädigen, einschließlich Desoxyribonucleinsäure (DNA), Ribonucleinsäure (RNA) und Proteine. Bei Ultraschall ist keine derartige potenziell schädigende Strahlung beteiligt. Darüber hinaus ist Ultraschall im Vergleich zu anderen diagnostischen Techniken, wie z.B. der Magnetresonanzbilderzeugung (MRI), die eine komplizierte und teure Ausrüstung erfordern kann, relativ kostengünstig.
Ultraschall umfasst das Aussetzen des Patienten gegenüber Schallwellen. Im Allgemeinen breiten sich die Schallwellen aufgrund der Absorption durch das Körpergewebe aus, dringen durch das Gewebe hindurch oder werden vom Gewebe reflektiert. Die Reflexion von Schallwellen am Gewebe, die im Allgemeinen als Rückstreuung oder Reflexionsvermögen bezeichnet wird, bildet die Grundlage für die Entwicklung eines Ultraschallbilds. Dies ist darauf zurückzuführen, dass Schallwellen von unterschiedlichen Körpergeweben verschieden reflektiert werden. Diese unterschiedliche Reflexion ist auf verschiedene Faktoren zurückzuführen, einschließlich der Bestandteile und der Dichte des jeweiligen Gewebes, das betrachtet wird. Die unterschiedlich reflektierten Wellen werden dann gewöhnlich mit einem Wandler detektiert, der Schallwellen mit einer Frequenz von 1 Megahertz (MHz) bis 10 MHz detektieren kann. Die detektierten Wellen werden integriert, quantifiziert und in ein Bild des studierten Gewebes umgewandelt.
Die Bilderzeugung von Geweben, die Gefäße aufweisen, umfasst im Allgemeinen die Analyse des Unterschieds der akustischen Eigenschaften zwischen Blut und Geweben. Daher wurden Versuche unternommen, Kontrastmittel zu entwickeln, die zur Erhöhung des akustischen Unterschieds zwischen Blut und den umgebenden Geweben dienen. Dies kann auch die Messung der Blutströmung ermöglichen, wodurch der Nachweis von Erkrankungen verbessert wird, die mit Änderungen der Blutströmung zusammenhängen. Kontrastmittel können zur Verbesserung der Qualität und Eignung von Bildern dienen, die mit Ultraschall erhalten werden. Einige Beispiele für Kontrastmittel umfassen Suspensionen fester Teilchen und emulgierte Flüssigkeitströpfchen.
Die Reflexion von Schall von einer Flüssigkeits-Gas-Grenzfläche ist extrem effizient. Demgemäß können bestimmte Blasen, einschließlich bestimmte gasgefüllte Blasen, als Kontrastmittel sehr effizient sein. Der Begriff "Blasen", wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf Vesikel, die im Allgemeinen durch die Gegenwart einer oder mehrerer Membran(en) oder Wand/Wände gekennzeichnet sind, die einen inneren Hohlraum umgeben, der mit einem Gas oder einer Vorstufe davon gefüllt ist. Beispiele für Blasen umfassen Vesikel, die von Monoschichten und/oder Doppelschichten umgeben sind, zur Bildung von beispielsweise unilamellaren, oligolamellaren und/oder multilamellaren Vesikeln, wie z.B. Liposomen, Micellen und dergleichen. Wie es nachstehend ausführlicher diskutiert wird, hängt die Effektivität von Blasen als Kontrastmittel von verschiedenen Faktoren ab, einschließlich z.B. der Größe und/oder der Elastizität der Blasen.
Die Effektivität von Blasen als Kontrastmittel hängt von verschiedenen Faktoren ab, einschließlich z.B. der Größe der Blase. Wie es dem Fachmann bekannt ist, ist das Signal, das im Bereich der diagnostischen Ultraschallfrequenzen liegt und das von einer Blase reflektiert werden kann, eine Funktion des Radius (r⁶) der Blase (Rayleigh-Streuer). Folglich weist eine Blase mit einem Durchmesser von etwa 4 Mikrometer (μm) im Vergleich zu einer Blase mit einem Durchmesser von etwa 2 μm etwa das 64-fache Streuvermögen auf. Folglich gilt allgemein: Je größer die Blase ist, desto größer ist das reflektierte Signal.
Die Größe der Blase ist jedoch durch den Durchmesser der Kapillaren beschränkt, durch welche die Blasen hindurchtreten müssen. Im Allgemeinen können Kontrastmittel, die Blasen mit einem Durchmesser von mehr als etwa 10 μm umfassen, gefährlich sein, da Mikrogefäße verschlossen werden können. Demgemäß ist es bevorzugt, dass mehr als etwa 90% der Blasen in einem Kontrastmittel einen Durchmesser von weniger als etwa 10 μm aufweisen, wobei mehr als etwa 95% mehr bevorzugt und mehr als etwa 98% noch mehr bevorzugt ist. Auch der mittlere Blasendurchmesser ist wichtig und sollte mehr als etwa 1 μm betragen, wobei mehr als etwa 2 μm mehr bevorzugt ist. Der volumengewichtete mittlere Durchmesser der Blasen sollte etwa 7 bis etwa 20 μm betragen.
Die Brauchbarkeit gegenwärtig verfügbarer Ultraschallkontrastmittel und Verfahren, die deren Verwendung umfassen, ist stark von verschiedenen Faktoren abhängig, einschließlich der speziellen Region, von der ein Bild erzeugt wird. Unter bestimmten Umständen können diagnostische Artefakte ein diagnostisches Bild im Wesentlichen unbrauchbar machen.
Zusätzlich zu Ultraschall ist die Computertomographie (CT) eine wertvolle diagnostische Bilderzeugungstechnik zum Studieren verschiedener Bereiche des Körpers. Bei der CT wird die Strahlenundurchlässigkeit (Elektronendichte) von Materie gemessen und in Hounsefield-Einheiten (HU) ausgedrückt. Hounsefield-Einheiten, die nach dem Erfinder des ersten CT-Scanners benannt sind, sind ein Maß für die relative Absorption der CT-Röntgenstrahlen durch Materie, wobei die Absorption direkt proportional zur Elektronendichte dieser Materie ist. Wasser hat beispielsweise einen Wert von 0 HU, Luft einen Wert von –1000 HU und dichte Kortikalis einen Wert von 1000 HU. Aufgrund der Ähnlichkeit der Dichten verschiedener Gewebe im Körper war es jedoch erforderlich, Kontrastmittel zu entwickeln, die zur Änderung der relativen Dichten unterschiedlicher Gewebe verwendet werden können. Dies führte zu einer Gesamtverbesserung der diagnostischen Effizienz der CT.
Bei der Suche nach Kontrastmitteln für die CT haben Forscher allgemein versucht, Mittel zu entwickeln, welche die Elektronendichte in bestimmten Bereichen einer Region des Körpers erhöhen (positive Kontrastmittel). Barium- und Iodverbindungen wurden beispielsweise für diesen Zweck entwickelt. Für den Gastrointestinaltrakt wird Bariumsulfat zur Erhöhung der Strahlenundurchlässigkeit des Darmlumens auf CT-Scans verbreitet verwendet. Iodierte wasserlösliche Kontrastmittel werden auch zur Erhöhung der Dichte innerhalb des Gastrointestinaltrakts verwendet. Sie werden jedoch nicht so verbreitet verwendet wie die Bariumverbindungen, und zwar in erster Linie deshalb, weil die Iodzubereitungen teurer sind als Barium und weil sie zur Erhöhung der Strahlenundurchlässigkeit innerhalb dieses Bereichs des Körpers weniger effektiv sind. Auch über die Verwendung von Mikrokügelchen mit niedriger Dichte als CT-Kontrastmittel wurde berichtet, vgl. z.B. Unger, US-PS 5,205,290 . Wie es vorstehend im Zusammenhang mit diagnostischen Verfahren für Ultraschall diskutiert worden ist, hängt die Brauchbarkeit von gegenwärtig verfügbaren CT-Kontrastmitteln und Verfahren, die deren Verwendung zur Bilderzeugung von der Herzregion umfassen, stark von der Blutströmung durch die Herzkammern relativ zur Blutströmung in den Blutgefäßen des Herzgewebes selbst ab.
Die Magnetresonanzbilderzeugung (MRI) ist eine weitere diagnostische Bilderzeugungstechnik, die zur Erzeugung von Querschnittsbildern des Körpers in einer Vielzahl von Abtast- bzw. Scanebenen, wie z.B. axial, koronal, sagittal oder orthogonal, verwendet werden kann.
Bei der MRI werden ein Magnetfeld, eine Hochfrequenzenergie und Magnetfeldgradienten zur Erzeugung von Bildern des Körpers eingesetzt. Der Kontrast oder die Signalintensitätsdifferenzen zwischen Geweben geben hauptsächlich die T1-(longitudinal) und T2-(transversal)-Relaxationswerte und die Protonendichte wieder, die im Allgemeinen dem Gehalt der Gewebe an freiem Wasser entspricht. Zur Änderung der Signalintensität in einer Region eines Patienten durch die Verwendung eines Kontrastmittels stehen mehrere mögliche Ansätze zur Verfügung. Beispielsweise kann ein Kontrastmittel zur Änderung von T1, T2 oder der Protonendichte gestaltet werden.
Im Allgemeinen erfordert die MRI die Verwendung von Kontrastmitteln. Wenn die MRI ohne die Verwendung eines Kontrastmittels durchgeführt wird, dann kann die Unterscheidung des interessierenden Gewebes von den umgebenden Geweben in dem resultierenden Bild schwierig sein. In der Vergangenheit richtete sich die Aufmerksamkeit in erster Linie auf paramagnetische Kontrastmittel für die MRI. Paramagnetische Kontrastmittel umfassen Materialien, die ungepaarte Elektronen enthalten. Die ungepaarten Elektronen wirken als kleine Magnete innerhalb des Hauptmagnetfelds und erhöhen die Rate der longitudinalen (T1) und transversalen (T2) Relaxation. Paramagnetische Kontrastmittel umfassen typischerweise Metallionen, wie beispielsweise Übergangsmetallionen, die eine Quelle für ungepaarte Elektronen bereitstellen. Diese Metallionen sind jedoch im Allgemeinen auch sehr toxisch. Zur Verringerung der Toxizität werden die Metallionen typischerweise mit Liganden chelatisiert.
Auch Metalloxide, insbesondere Eisenoxide, wurden als MRI-Kontrastmittel verwendet. Während kleine Eisenoxidteilchen, beispielsweise Teilchen mit einem Durchmesser von weniger als etwa 20 nm erwünschte paramagnetische Relaxationseigenschaften aufweisen können, liegt ihr vorwiegender Effekt in der Bulk-Suszeptibilität. Nitroxide sind eine weitere Klasse von MRI-Kontrastmitteln, die auch paramagnetisch sind. Diese weisen eine relativ niedrige Relaxivität auf und sind im Allgemeinen weniger effektiv als paramagnetische Ionen.
Die vorhandenen MRI-Kontrastmittel unterliegen einer Anzahl von Beschränkungen. Beispielsweise kann mit bestimmten Kontrastmitteln ein erhöhtes Bildrauschen verbunden sein, einschließlich Kontrastmitteln, die chelatisierte Metalle umfassen. Dieses Rauschen ist im Allgemeinen auf intrinsische peristaltische Bewegungen und Bewegungen von Atmungsvorgängen oder auf kardiovaskuläre Vorgängen zurückzuführen. Darüber hinaus hängt die Signalintensität für Kontrastmittel im Allgemeinen von der Konzentration des Mittels sowie von der eingesetzten Pulssequenz ab. Die Absorption von Kontrastmitteln kann die Interpretation der Bilder erschweren, insbesondere im distalen Abschnitt des Dünndarms, solange keine ausreichend hohen Konzentrationen der paramagnetischen Spezies verwendet werden, vgl. z.B. Kornmesser et al., Magnetic Resonance Imaging, 6, 124 (1988).
Andere Kontrastmittel können für Variationen der Pulssequenz weniger empfindlich sein und einen einheitlicheren Kontrast liefern. Höhere Konzentrationen von teilchenförmigen Materialien, wie z.B. Ferriten, können magnetische Suszeptibilitätsartefakte erzeugen, die beispielsweise im Kolon besonders hervortreten, wo die Absorption des Darmfluids stattfindet und das superparamagnetische Material konzentriert werden könnte.
Die Toxizität ist ein weiteres Problem, das allgemein mit gegenwärtig verfügbaren Kontrastmitteln für die MRI verbunden ist. Beispielsweise verursachen Ferrite nach der oralen Verabreichung häufig Übelkeitssymptome sowie Flatulenz und einen vorübergehenden Anstieg der Serumionen. Das Gadoliniumion, das in Gd-DTPA komplexiert ist, ist in freier Form stark toxisch. Die verschiedenen Milieus des Gastrointestinaltrakts, einschließlich einer erhöhten Azidität (niedrigerer pH-Wert) im Magen und einer erhöhten Alkalinität (höherer pH-Wert) in den Därmen kann die Wahrscheinlichkeit einer Entkopplung und Abtrennung der freien Ionen vom Komplex erhöhen.
Die Blutströmung kann die Qualität der bei der MRI erhaltenen Bilder beeinflussen. Beispielsweise wurden Koronar-Vasodilatoren im Zusammenhang mit Thallium 201 (²⁰¹Tl) in einem Versuch zur Verbesserung der Visualisierung von lebensfähigem Myokardgewebe in der Nuklearmedizin verwendet. Vasodilatoren können die Visualisierung durch Erhöhen der Blutströmung zum Myokard verbessern, was eine effizientere Aufnahme des ²⁰¹Tl in lebensfähige Myokardzellen ermöglicht. Koronar-Vasodilatoren wurden auch in Kombination mit Gd-DTPA zur Verbesserung der Myokardgewebe-Bilderzeugung bei der MRI-Bilderzeugung verwendet. Obwohl Gd-DTPA als Indikator bzw. Maß für die Blutströmung verwendet werden kann, kann Relaxationsmessungen (T1 und T2) die nötige Empfindlichkeit fehlen, um bei der quantitativen Strömungsmessung unterstützend zu wirken. Darüber hinaus besitzen MRI-Kontrastmittel des Standes der Technik im Allgemeinen relativ niedrige Molekulargewichte, die deren Diffusion durch das Gefäßsystem ermöglichen. Dies kann die Quantifizierung der Blutströmung durch das Gefäßsystem auf der Basis der Pharmakokinetik erschweren.
Patienten mit Nierengefäßhypertonie weisen gewöhnlich eine Verengung einer der Arterien zu den Nieren auf, die als Nierenarterienstenose bekannt ist. Der Nachweis von Nierengefäßhypertonie und die Unterscheidung derselben von der häufiger auftretenden essentiellen bzw. idiopathischen Hypertonie ist kritisch, da die Nierengefäßhypertonie nicht auf die medizinischen Standardbehandlungen anspricht, die bei Hypertonie verabreicht werden. Nieren gefäßhypertonie kann durch Inhibitoren eines Angiotensin-umwandelnden Enzyms oder einen chirurgischen Eingriff behandelt werden. Die essentielle bzw. idiopathische Hypertonie wird dagegen gewöhnlich mit Diuretika, Beta- oder Alpha-Blockern, Nachlastverminderern, Vorlastverminderern und gelegentlich durch Ganglienblocker behandelt.
Die diagnostische Bilderzeugung kann zum Nachweis einer Nierenstenose verwendet werden, die mit einer Nierenhypertonie zusammenhängt. Bilderzeugungstechniken, die zur Bilderzeugung von dem Nierenbereich verwendet werden, umfassen Radionuklid-Szintigraphieverfahren und nuklearmedizinische Radionuklidverfahren. Captopril, ein ACE-Inhibitor, wurde in Kombination mit radiologischen und radioszintigrafischen Verfahren zum Nachweis einer Stenose in der Nierenarterie verwendet, vgl. z.B. Nally et al., Sem. Nucl. Med., XXII, 85-97 (1992), Itoh et al., Clin. Nucl. Med. 18, 463-471 (1993) und Dondi et al., J. Nucl. Med. 33, 2040-2044 (1992). Die Nuklearmedizin leidet jedoch an einer schlechten räumlichen Auflösung, hohen Kosten und, wie es nachstehend diskutiert wird, der unerwünschten Notwendigkeit des Einsatzes radioaktiver Materialien. Zum Nachweis einer Nierenhypertonie ist die Angiographie gegenüber nuklearmedizinischen Verfahren bevorzugt. Die Angiographie ist jedoch auch teuer und invasiv. Versuche, Ultraschall als diagnostisches Werkzeug für Nierenhypertonie einzusetzen, haben bisher nur schlechte Ergebnisse geliefert, vgl. z.B. Postma et al., Br. J. Radiol. 65, 857-860 (1992) und Kliewer et al., Radiol. 189, 779-787 (1993).
Demgemäß besteht ein Bedarf für neue und/oder verbesserte diagnostische Bilderzeugungsverfahren, insbesondere für die Bilderzeugung von dem Nierenbereich. Es besteht auch ein Bedarf für neue und/oder bessere diagnostische Bilderzeugungsverfahren, welche die Quantifizierung der Blutströmung in dem Nierenbereich ermöglichen. Die vorliegende Erfindung ist auf diese und auf andere wichtige Ziele gerichtet.
Die US-A-5,469,854 beschreibt Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung gasgefüllter Liposomen zur Verwendung in Kontrastmitteln für die diagnostische Bilderzeugung.
Die vorliegende Erfindung betrifft zum Teil neue und/oder verbesserte Verfahren, die mit einer diagnostischen Bilderzeugung zusammenhängen. Insbesondere wird in einer Ausführungsform ein Verfahren zum Bereitstellen eines Bilds des Nierenbereichs eines Patienten bereitgestellt, umfassend das Verabreichen einer Vesikelzusammensetzung, umfassend ein Lipid, Protein oder Polymer und ein Gas oder gasförmiger Vorläufer in Kombination mit einem Nierenvasodilator einem Patienten. Der Patient wird dann unter Verwendung von dia gnostischer Abbildung bzw. Bilderzeugung unter Erhalten eines sichtbaren Bilds des Nierenbereichs gescannt.
Eine weitere Ausführungform der Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Bereitstellen eines Bilds des Nierenbereichs eines Patienten. Das Verfahren umfasst das Verabreichen einer Zusammensetzung, umfassend ein Lipid, Protein oder Polymer und ein Gas oder gasförmiger Vorläufer in Kombination mit einem Nierenvasodilator einem Patienten. Der Patient wird dann unter Verwendung von diagnostischer Abbildung bzw. Bilderzeugung unter Erhalten eines sichtbaren Bilds des Nierenbereichs gescannt.
Diese und andere Aspekte der Erfindung werden durch die nachstehenden Diskussionen deutlicher.
Wie sie vorstehend und in der gesamten Offenbarung verwendet werden, sollen die nachstehenden Begriffe, falls nichts anderes angegeben ist, die folgenden Bedeutungen haben.
Der Begriff "Lipid" bezieht sich auf eine natürlich vorkommende, synthetische oder halbsynthetische (auch als "modifizierte natürliche" Verbindung bezeichnet) Verbindung, die im Allgemeinen amphipathisch ist. Die Lipide umfassen typischerweise eine hydrophile Komponente und eine hydrophobe Komponente. Beispiele für Lipide umfassen Fettsäuren, neutrale Fette, Phosphatide, Öle, Glycolipide, oberflächenaktive Mittel (Tenside), aliphatische Alkohole, Wachse, Terpene und Steroide.
Der Begriff "Polymer" oder "polymere", wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf Moleküle, die durch die chemische Vereinigung von zwei oder mehr Wiederholungseinheiten ausgebildet werden. Demgemäß umfasst der Begriff "Polymer" z.B. Dimere, Trimere und Oligomere. Das Polymer kann synthetisch sein, natürlich vorkommen oder halbsynthetisch sein. In der bevorzugten Form bezieht sich der Begriff "Polymer" auf Moleküle, die 10 oder mehr Wiederholungseinheiten umfassen.
Der Begriff "Protein", wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf Moleküle, die α-Aminosäuren in Peptidbindung umfassen und vorzugsweise im Wesentlichen aus diesen bestehen. Von dem Begriff "Protein" umfasst sind Sphäroproteine, wie z.B. Albumine, Globuline und Histone, und Faserproteine, wie z.B. Kollagene, Elastine und Keratine. Es sind auch "zusammengesetzte Proteine" umfasst, bei denen ein Proteinmolekül mit einem nicht-Proteinmolekül vereinigt ist, wie z.B. Kernproteine, Mucoproteine, Lipoproteine und Metalloproteine.
Die Begriffe "Lipidzusammensetzung", "Polymerzusammensetzung" und "Proteinzusammensetzung" beziehen sich auf eine Zusammensetzung, die eine Lipid-, Polymer- bzw. Proteinverbindung, typischerweise in einem wässrigen Medium umfassen. Beispiele für Zusammensetzungen umfassen Suspensionen, Emulsionen und Vesikelzusammensetzungen. Die hier beschriebenen Zusammensetzungen können auch ein bioaktives Mittel umfassen.
Der Begriff "Vesikel" bezieht sich auf eine Einheit, die im Allgemeinen durch die Gegenwart einer oder mehrerer Wand/Wände oder Membran(en) gekennzeichnet ist, die einen oder mehrere innere Hohlräume bildet/bilden. Vesikel können z.B. aus Lipiden, einschließlich der hier beschriebenen verschiedenen Lipide, oder polymeren Materialien, einschließlich der hier angegebenen verschiedenen polymeren Materialien, oder Proteinen formuliert werden, einschließlich der hier angegebenen verschiedenen Proteine. Die Lipide, Polymere und/oder Proteine können natürlich, synthetisch oder halbsynthetisch sein. Bevorzugte Vesikel sind diejenigen, die Wände oder Membranen umfassen, die aus Lipiden formuliert sind. Die Wände oder Membranen können konzentrisch oder in einer anderen Weise angeordnet sein. In den bevorzugten Vesikeln können die Lipide in Form einer Monoschicht oder Doppelschicht vorliegen und die Mono- oder Doppelschichtlipide können zur Ausbildung einer oder mehrerer Mono- oder Doppelschichten verwendet werden. Im Fall mehr als einer Mono- oder Doppelschicht können die Mono- oder Doppelschichten gegebenenfalls konzentrisch sein. Lipide können zur Ausbildung eines unilamellaren Vesikels (das eine Monoschicht oder Doppelschicht umfasst), eines oligolamellaren Vesikels (das etwa zwei oder etwa drei Monoschichten oder Doppelschichten umfasst) oder eines multilamellaren Vesikels (das mehr als etwa drei Monoschichten oder Doppelschichten umfasst) verwendet werden. Entsprechend können die aus Polymeren oder Proteinen hergestellten Vesikel eine oder mehrere Wand/Wände oder Membran(en) umfassen, die konzentrisch oder in einer anderen Weise angeordnet sind. Die Wände oder Membranen von Vesikeln, die aus Lipiden, Polymeren oder Proteinen hergestellt sind, können im Wesentlichen fest (einheitlich) oder porös oder halbporös sein. Die hier beschriebenen Vesikel umfassen Einheiten, die gebräuchlich z.B. als Liposomen, Micellen, Blasen, Mikroblasen, Mikrokügelchen, Lipid-, Protein- und/oder Polymer-beschichtete Blasen, Mikroblasen und/oder Mikrokügelchen, Mikroballoons, Mikrokapseln, Aerogele, Clathrat-gebundene Vesikel, hexagonale H II-Phasen-Strukturen bezeichnet werden, und dergleichen. Der innere Hohlraum der Vesikel kann gegebenenfalls mit einer Flüssigkeit (einschließlich z.B. einer wässrigen Flüssigkeit), einem Gas, einer gasförmigen Vorstufe und/oder einem festen oder gelösten Material, einschließlich z.B. einem Vasodilator und/oder einem bioaktiven Mittel gefüllt sein. Das Vesikel kann gegebenenfalls auch einen Zielsteuerungsliganden umfassen. Gegebenenfalls kann zum Zerreißen der Ve sikel in vivo Hochenergie-Ultraschall, Hochfrequenz, optische Energie, wie z.B. Laserlicht und/oder Wärme, eingesetzt werden und dadurch kann die Freisetzung von eingeschlossenem Gas und/oder einer gasförmigen Vorstufe und eines bioaktiven Mittels gefördert werden. Folglich ermöglichen die Vesikelformulierungen die gesteuerte Freisetzung eines bioaktiven Mittels, wie z.B. eines Nieren-Vasodilators, in vivo. Die Verwendung von Ultraschallenergie zum Zerreißen von Vesikeln, wodurch ein bioaktives Mittel freigesetzt wird, ist in der US-PS 5,558,092 diskutiert.
Der Begriff "Vesikelzusammensetzung" bezieht sich auf eine Zusammensetzung, typischerweise in einem wässrigen Medium, die Vesikel umfasst.
Der Begriff "Vesikelformulierung" bezieht sich auf eine Vesikelzusammensetzung, die auch ein bioaktives Mittel umfasst. Geeignete Vesikel oder Vesikelspezies zur Verwendung in Vesikelformulierungen umfassen z.B. gasgefüllte Vesikel und mit einer gasförmigen Vorstufe gefüllte Vesikel.
Der Begriff "Liposom" bezieht sich auf einen im Allgemeinen kugelförmigen oder kugelähnlichen Cluster oder auf ein im Allgemeinen kugelförmiges oder kugelähnliches Aggregat amphipathischer Verbindungen, die Lipidverbindungen umfassen, typischerweise in Form einer oder mehrerer konzentrischer Schicht(en), wie z.B. Doppelschichten. Sie werden in dieser Beschreibung auch als Lipidvesikel bezeichnet. Die Liposomen können z.B. aus ionischen Lipiden und/oder nicht-ionischen Lipiden formuliert werden. Liposomen, die aus nicht-ionischen Lipiden formuliert werden, können auch als "Niosomen" bezeichnet werden.
Der Begriff "Micelle" bezieht sich auf kolloidale Einheiten, die aus Lipiden formuliert sind. In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen umfassen die Micellen eine Monoschicht oder eine hexagonale H II-Phasen-Konfiguration. In anderen bevorzugten Ausführungsformen können die Micellen eine Doppelschicht-Konfiguration umfassen.
Der Begriff "Aerogel" bezieht sich auf im Allgemeinen kugelförmige oder kugelähnliche Einheiten, die durch eine Mehrzahl von kleinen inneren Hohlräumen gekennzeichnet sind. Die Aerogele können aus synthetischen Materialien (z.B. ein Schaum, der durch Erhitzen von Resorcin und Formaldehyd hergestellt wird) sowie aus natürlichen Materialien, wie z.B. Polysacchariden oder Proteinen formuliert werden.
Der Begriff "Clathrat" bezieht sich auf ein festes, halbporöses oder poröses Teilchen, das mit Vesikeln assoziiert sein kann. In der bevorzugten Form können die Clathrate eine käfigartige Struktur bilden, die Hohlräume enthält, welche die Vesikel umfassen. An das Clathrat kann/können ein oder mehrere Vesikel gebunden sein. Ein Stabilisierungsmaterial kann gegebenenfalls mit dem Clathrat assoziiert sein, um die Assoziation des Vesikels mit dem Clathrat zu fördern. Geeignete Materialien, aus denen Clathrate formuliert werden können, umfassen z.B. poröse Apatite, wie z.B. Calciumhydroxyapatit, und Präzipitate von Polymeren und Metallionen, wie z.B. Alginsäurepräzipitate mit Calciumsalzen.
Der Begriff "Emulsion" bezieht sich auf ein Gemisch aus zwei oder mehr im Allgemeinen unmischbaren Flüssigkeiten, das im Allgemeinen in Form eines Kolloids vorliegt. Das Gemisch kann aus Lipiden bestehen, die in der Emulsion heterogen oder homogen dispergiert sein können. Alternativ können die Lipide in Form von z.B. Clustern oder Schichten aggregiert sein, einschließlich Mono- oder Doppelschichten.
Der Begriff "Suspension" oder "Dispersion" bezieht sich auf ein Gemisch, das vorzugsweise fein verteilt ist, aus zwei oder mehr Phasen (fest, flüssig oder gasförmig), wie z.B. Flüssigkeit-in-Flüssigkeit, Feststoff-in-Flüssigkeit, Gas-in-Flüssigkeit, usw., das vorzugsweise über einen längeren Zeitraum stabil bleiben kann.
Der Begriff "hexagonale H II-Phasen-Struktur" bezieht sich auf eine im Allgemeinen röhrenförmige Aggregation von Lipiden in flüssigen Medien, wie z.B. wässrigen Medien, in denen der/die hydrophile(n) Abschnitt(e) der Lipide im Allgemeinen nach innen zeigt/zeigen, in Assoziation mit einer wässrigen flüssigen Umgebung innerhalb der Röhre. Der/die hydrophoben Abschnitt(e) der Lipide zeigt/zeigen im Allgemeinen nach außen und der Komplex nimmt die Gestalt einer hexagonalen Röhre an. In der hexagonalen Phasenstruktur ist im Allgemeinen eine Mehrzahl von Röhren zusammengepackt.
Die in den erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Vesikel enthalten ein Gas oder eine gasförmige Vorstufe. Der Begriff "gasgefülltes Vesikel" bezieht sich auf Vesikel, in denen ein Gas eingekapselt ist. Der Begriff "mit einer gasförmigen Vorstufe gefülltes Vesikel" bezieht sich auf Vesikel, in denen eine gasförmige Vorstufe eingekapselt ist. In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen können die Vesikel im Wesentlichen (einschließlich vollständig) mit dem Gas und/oder der gasförmigen Vorstufe gefüllt sein. Der Begriff "im Wesentlichen", der bezüglich des Gases und/oder der gasförmigen Vorstufe verwendet wird, das/die in die Vesikel gefüllt ist, bedeutet, dass mehr als etwa 50% des inneren Hohlraumvolumens des Vesikels aus einem Gas und/oder einer gasförmigen Vorstufe bestehen. Vorzugsweise bestehen mehr als etwa 60% des inneren Hohlraums der im Wesentlichen gefüllten Vesikel aus einem Gas und/oder einer gasförmigen Vorstufe, wobei mehr als etwa 70% mehr bevor zugt sind. Noch mehr bevorzugt bestehen mehr als etwa 80% des inneren Hohlraums der im Wesentlichen gefüllten Vesikel aus einem Gas und/oder einer gasförmigen Vorstufe, wobei mehr als etwa 90% noch mehr bevorzugt sind. In besonders bevorzugten Ausführungsformen bestehen mehr als etwa 95% des inneren Hohlraums der gefüllten Vesikel aus einem Gas und/oder einer gasförmigen Vorstufe. Gegebenenfalls kann das im Wesentlichen gefüllte Vesikel vollständig gefüllt sein (d.h. mit etwa 100% Gas und/oder gasförmiger Vorstufe). Obwohl dies nicht als bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrachtet wird, können die Vesikel auch gegebenenfalls kein oder im Wesentlichen kein, d.h. weniger als etwa 50%, Gas und/oder gasförmige Vorstufe enthalten.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen und/oder Formulierungen können an einen Patienten verabreicht werden. Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff "Patient" auf Tiere, einschließlich Säuger, und vorzugsweise auf Menschen.
Die Ausdrücke "interne Region eines Patienten" und „interessierende Region" beziehen sich auf den gesamten Patienten oder einen bestimmten Bereich oder Abschnitt des Patienten. Interne Bereiche eines Patienten und interessierende Bereiche können z.B. Bereiche sein, die mit einer diagnostischen Bilderzeugung bilderzeugend verarbeitet werden und/oder Bereiche, die mit einem bioaktiven Mittel behandelt werden. Der Ausdruck „Nierenbereich eines Patienten" bezieht sich auf die Region des Patienten, die durch die Niere und das Gefäßsystem definiert ist, das direkt zur Niere hin und von dieser wegführt, und umfasst die Bauchschlagader. Der Begriff „Gefäßsystem", wie er hier verwendet wird, bezeichnet die Blutgefäße (einschließlich die Arterien, Venen und dergleichen) im Körper oder einem anderen Organ oder Teil des Körpers. Der Ausdruck „Kreislaufsystem" bezieht sich auf den kardiovaskulären Bereich und das gesamte Gefäßsystem.
"Bioaktives Mittel" bezieht sich auf eine Substanz, die im Zusammenhang mit einer Anwendung verwendet werden kann, die diagnostischer Natur ist, wie z.B. in Verfahren zur Diagnose der Gegenwart oder Abwesenheit einer Erkrankung in einem Patienten. Wie er hier verwendet wird, bezieht sich der Begriff "bioaktives Mittel" auch auf Substanzen, die einen biologischen Effekt in vitro und/oder in vivo ausüben können. Die bioaktiven Mittel können neutral sein oder positiv oder negativ geladen sein. Beispiele für geeignete bioaktive Mittel umfassen diagnostische Mittel (einschließlich Vasodilatoren, einschließlich Nieren-Vasodilatoren), synthetische oder natürliche organische oder anorganische Moleküle, einschließlich Proteine, Peptide, Vitamine, Steroide, Steroidanaloga, Antitumormittel, Hormone, entzündungshemmende Mittel, chemotherapeutische Mittel und genetisches Material, ein schließlich Nukleoside, Nukleotide und Polynukleotide. Vorzugsweise umfasst das bioaktive Mittel ein pharmazeutisches Mittel.
„Pharmazeutisches Mittel" oder „Arzneistoff" bezieht sich auf jedwedes therapeutische oder prophylaktische Mittel, das bei der Behandlung (einschließlich der Prävention, Diagnose, Linderung oder Heilung) einer Krankheit, von Beschwerden, einer Erkrankung oder Verletzung in einem Patienten verwendet werden kann. Therapeutisch nützliche Peptide, Polypeptide und Polynukleotide können von der Bedeutung des Begriffs Pharmazeutikum oder Arzneistoff umfasst sein. Bevorzugte Pharmazeutika und/oder Arzneistoffe sind Nieren-Vasodilatoren.
"Diagnostisches Mittel" bezieht sich auf ein beliebiges Mittel, das im Zusammenhang mit Verfahren zur Bilderzeugung eines inneren bzw. internen Bereichs eines Patienten, einschließlich des Nierenbereichs, und/oder in Verfahren zur Diagnose der Gegenwart oder Abwesenheit einer Erkrankung, insbesondere von Erkrankungen des Herzens, einschließlich z.B. einer Myokardischämie und eines Myokardinfarkts, in einem Patienten verwendet werden kann. Beispiele für diagnostische Mittel umfassen Kontrastmittel zur Verwendung im Zusammenhang mit Ultraschall, Magnetresonanzbilderzeugung oder Computertomographie eines Patienten, einschließlich z.B. die hier beschriebenen Lipid- und/oder Vesikelzusammensetzungen.
"Genetisches Material" bezieht sich allgemein auf Nucleotide und Polynukleotide, einschließlich Desoxyribonucleinsäure (DNA) und Ribonucleinsäure (RNA). Das genetische Material kann mit synthetischen chemischen Verfahren, die dem Fachmann bekannt sind, oder unter Verwendung rekombinanter Verfahren oder mit einer Kombination dieser Verfahren hergestellt werden. Die DNA und die RNA können gegebenenfalls nicht-natürliche Nucleotide umfassen und sie können einzelsträngig oder doppelsträngig sein. Der Begriff "genetisches Material" bezieht sich auch auf Sense- und Antisense-DNA und -RNA, das heißt, auf eine Nucleotidsequenz, die zu einer spezifischen Sequenz von Nucleotiden in DNA und/oder RNA komplementär ist.
"Verdickungsmittel" bezieht sich auf verschiedene, im Allgemeinen hydrophile Materialien, die dann, wenn sie in die hier beschriebenen Lipid- und/oder Vesikelzusammensetzungen eingebracht werden, als Viskositätsmodifiziermittel, Emulgator und/oder Lösungsvermittler, Suspendiermittel und tonussteigernde Mittel wirken. Es ist vorgesehen, dass die Verdickungsmittel bei der Aufrechterhaltung der Stabilität der Zusammensetzungen aufgrund dieser Eigenschaften unterstützen können.
"Dispergiermittel" bezieht sich auf ein oberflächenaktives Mittel, das dann, wenn es einem Suspendiermedium aus kolloidalen Teilchen zugesetzt wird, das z.B. bestimmte der hier beschriebenen Lipid- und/oder Vesikelzusammensetzungen umfasst, die einheitliche Trennung der Teilchen fördern kann. In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen kann das Dispergiermittel eine polymere Siloxanverbindung umfassen.
"Diagnostisches Artefakt" bezieht sich im Allgemeinen auf eine Unvollkommenheit, einen Defekt und/oder einen Fleck in einem diagnostischen Bild, beispielsweise einem Ultraschall-, Computertomographie- und Magnetresonanzbild, das die Visualisierung einer interessierenden Region erschweren und/oder verhindern kann. Diagnostische Artefakte können sich als unerwünschtes Verdunkeln und/oder Abschatten im diagnostischen Bild zeigen.
"Ultraschall-Artefakt", "Computertomographie-Artefakt" und "MRI-Artefakt" beziehen sich jeweils auf diagnostische Artefakte, die mit Ultraschall, Computertomographie und MRI einhergehen.
"Echogenes Vesikel" bezieht sich auf ein Vesikel, das Schallwellen reflektieren kann, einschließlich z.B. Ultraschallwellen. Echogene Vesikel können insbesondere als Kontrastmittel zur Veränderung beispielsweise der akustischen Eigenschaften einer internen Region eines Patienten geeignet sein, wodurch bei den diagnostischen Bilderzeugungstechniken, wie z.B. bei der Ultraschall-, Computertomographie- und Magnetresonanzbilderzeugung, ein verbesserter Kontrast erhalten wird. In der bevorzugten Form können die echogenen Vesikel gasgefüllte Vesikel umfassen. Alternativ können die echogenen Vesikel Vesikel umfassen, die kein(e) oder im Wesentlichen kein(e) Gas oder gasförmige Vorstufe enthalten, und die zusammen mit Blasen oder Kügelchen eines Gases oder einer gasförmigen Vorstufe in einem flüssigen Medium in verteilter Form suspendiert sind. In diesen letztgenannten Ausführungsformen ist es vorgesehen, dass die Echogenität und/oder eine Veränderung der akustischen Eigenschaften eines internen Bereichs eines Patienten zumindest teilweise aus der Gegenwart des verteilten Gases oder der gasförmigen Vorstufe resultiert.
"Videodichte" oder "Videodensitometrie" bezieht sich auf die Rückstreuungsintensität eines Ultraschallbilds und kann zur Abschätzung der Konzentration eines Kontrastmittels, insbesondere von Kontrastmitteln auf der Basis von Vesikeln in einem Gewebe, wie z.B. Nierengewebe, verwendet werden. Die videodensitometrische Analyse umfasst allgemein die Verwendung eines Computersystems, das einen vollständigen Bereich analoger Videodaten zu einem digitalen Bild digitalisieren kann, das 512×512 Pixel (Bildelemente) aufweist. Jedes Pixel kann durch eine von insgesamt 256 Graustufen dargestellt werden, die numerische Werte von 0 bis etwa 255 aufweisen, wobei 0 weiß (kein Kontrast) und 255 schwarz (vollständiger Kontrast) ist. Diese Graustufen können hier auch als Videodensitometrie-Einheiten (VDU) bezeichnet werden.
„Helligkeit" bezieht sich auf den Kontrastwert in einem diagnostischen Bild, das z.B. ein Ultraschall-, Computertomographie- und Magnetresonanzbild einer interessierenden Region umfasst. Folglich bezieht sich der Begriff „Helligkeit" im Zusammenhang mit einer diagnostischen Bilderzeugung von dem Nierenbereich auf den Kontrastwert eines diagnostischen Bilds des Nierenbereichs, einschließlich des Nierengewebes und dem damit einhergehenden Gefäßsystem.
„Verbessertes diagnostisches Bild" bezieht sich auf ein diagnostisches Bild, das bezüglich diagnostischer Bilder, die unter Verwendung eines oder mehrerer Verfahren des Standes der Technik erzeugt worden sind, verbessert sein kann, und das mit den erfindungsgemäßen Verfahren erhalten werden kann. Verbesserte diagnostische Bilder können sich durch eine Erhöhung der Helligkeit in dem diagnostischen Bild, einer wesentlichen Eliminierung diagnostischer Artefakte in dem diagnostischen Bild und/oder dergleichen zeigen. Folglich kann sich ein verbessertes diagnostisches Bild im Zusammenhang mit der diagnostischen Bilderzeugung von des Nierenbereichs, einschließlich des Nierengewebes und dem damit einhergehenden Gefäßsystem, durch eine erhöhte Helligkeit in dem diagnostischen Bild des Nierenbereichs und/oder durch eine wesentliche Eliminierung diagnostischer Artefakte in dem diagnostischen Bild des Nierenbereichs zeigen.
„Erhöhte Helligkeit" bezieht sich auf eine Erhöhung der Helligkeit eines diagnostischen Bilds, die durch die erfindungsgemäßen Verfahren erreicht werden kann. Vorzugsweise sind die Erhöhungen der Helligkeit, die mit den erfindungsgemäßen Verfahren bereitgestellt werden, mindestens mit dem bloßen Auge wahrnehmbar. Insbesondere unter Bezugnahme auf die Grauskala (etwa 0 bis etwa 255 VDU oder Graustufen), die vorstehend genannt worden ist, wird mit den erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise eine Erhöhung des Helligkeitswertes von mindestens etwa 10 VDU (Graustufen) bereitgestellt. Insbesondere stellen die erfindungsgemäßen Verfahren gemäß der hier beschriebenen Ausführungsform eine erhöhte Helligkeit von mehr als etwa 10 VDU bereit, z.B. etwa 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 oder 100 VDU. In bestimmten anderen Ausführungsformen können die vorliegenden Verfahren eine erhöhte Helligkeit von mehr als etwa 100 VDU bereitstellen, z.B. etwa 105, 110, 115, 120, 125, 130, 135, 140, 145 oder 150 VDU. In anderen Ausführungsformen können die erfindungsgemäßen Verfahren eine erhöhte Helligkeit von mehr als etwa 150 VDU bereitstellen, z.B. etwa 155, 160, 165, 170, 175, 180, 185, 190, 195 oder 200 VDU. In anderen Ausführungsformen können die vorliegenden Verfahren eine erhöhte Helligkeit von mehr als etwa 200 VDU bereitstellen, z.B. etwa 205, 210, 215, 220, 225, 230, 235, 240, 245, 250 oder 255 VDU.
„Wesentliche Eliminierung" bezieht sich auf die Verhinderung oder die wesentliche Verhinderung des Auftretens diagnostischer Artefakte in einem diagnostischen Bild. Der Begriff „wesentliche Verhinderung" bedeutet, dass verglichen mit mindestens einem diagnostischen Verfahren des Standes der Technik mindestens etwa 50% der Artefakte durch die erfindungsgemäßen Verfahren eliminiert werden können. Vorzugsweise können verglichen mit mindestens einem diagnostischen Verfahren des Standes der Technik mindestens etwa 60% der Artefakte durch die erfindungsgemäßen Verfahren eliminiert werden, wobei die Eliminierung von mindestens etwa 70% der Artefakte mehr bevorzugt ist. Noch mehr bevorzugt können verglichen mit mindestens einem diagnostischen Verfahren des Standes der Technik mindestens etwa 80% der Artefakte durch die erfindungsgemäßen Verfahren eliminiert werden, wobei die Eliminierung von mindestens etwa 90% der Artefakte noch mehr bevorzugt ist. Insbesondere können verglichen mit mindestens einem diagnostischen Verfahren des Standes der Technik mindestens etwa 95% der Artefakte durch die erfindungsgemäßen Verfahren eliminiert werden, wobei die Eliminierung von mindestens etwa 100% der Artefakte noch mehr bevorzugt ist.
Die Begriffe „verabreicht" und „Verabreichung" beziehen sich allgemein auf die Verabreichung eines biologisch verträglichen Materials, einschließlich z.B. eines Lipids, Polymers oder Proteins und/oder von Vesikelzusammensetzungen und/oder von Formulierungen, die hier beschrieben sind.
„Biologisch verträglich" bezieht sich auf Materialien, die für biologische Funktionen im Allgemeinen nicht schädlich sind und die nicht in einem beliebigen Grad einer nicht akzeptablen Toxizität resultieren, einschließlich allergischer Reaktionen und Krankheitszuständen. Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Zusammensetzungen und deren Komponenten (wie z.B. Lipide, Proteine, Polymere, Gase, gasförmige Vorstufen, Vasodilatoren, usw.) sind typischerweise biologisch verträglich.
„In Kombination mit" bezieht sich auf die gemeinsame Verabreichung eines bioaktiven Mittels, wie z.B. eines Nieren-Vasodilators, mit einem Lipid, Polymer oder Protein, und/oder einer Vesikelzusammensetzung. Der Ausdruck „gemeinsame Verabreichung" bedeutet, dass das bioaktive Mittel vor, während oder nach der Verabreichung der Zusammensetzung ver abreicht werden kann. In Ausführungsformen, in denen das bioaktive Mittel in der Zusammensetzung enthalten ist, wie z.B. in einer Formulierung, kann das bioaktive Mittel mit der Vesikelzusammensetzung in einer beliebigen Art und Weise kombiniert werden. Beispielsweise kann im Fall von Vesikelzusammensetzungen das bioaktive Mittel innerhalb des inneren Hohlraums des Vesikels eingeschlossen sein. Darüber hinaus kann das bioaktive Mittel innerhalb der Schicht(en) oder Wand/Wände des Vesikels integriert sein, z.B. dadurch, dass es in den Lipiden, Proteinen oder Polymeren, welche die Schicht(en) oder Wand/Wände des Vesikels bilden, verteilt ist. Im Fall von nicht-vesikelförmigen Lipid-, Polymer- und/oder Proteinzusammensetzungen kann das bioaktive Mittel zwischen oder in den Lipid-, Polymer- und/oder Proteinkomponenten eingeschlossen sein. Es ist auch vorgesehen, dass das bioaktive Mittel auf der Oberfläche des Vesikels oder des nicht-vesikelförmigen Lipids, Polymers und/oder Proteins angeordnet ist. In diesem Fall kann das bioaktive Mittel mit der inneren oder äußeren Oberfläche des Vesikels oder des nicht-vesikelförmigen Lipids, Polymers und/oder Proteins chemisch in Wechselwirkung treten und im Wesentlichen daran haften. Eine solche Wechselwirkung kann z.B. in Form von elektrostatischen Wechselwirkungen, Wasserstoffbrückenbindungen, Van-der-Waals-Kräften, kovalenten Bindungen oder anderen Wechselwirkungen vorliegen. Das bioaktive Mittel kann auch mit der inneren oder äußeren Fläche des Vesikels oder des nicht-vesikelförmigen Lipids, Polymers oder Proteins in einer begrenzten Art und Weise in Wechselwirkung treten. Eine solche begrenzte Wechselwirkung würde die Wanderung des bioaktiven Mittels z.B. von der Oberfläche eines ersten Vesikels zu der Oberfläche eines zweiten Vesikels erlauben, oder von der Oberfläche eines ersten nicht-vesikelförmigen Lipids, Polymers und/oder Proteins zu der Oberfläche eines zweiten nicht-vesikelförmigen Lipids, Polymers und/oder Proteins.
„Nieren-Vasodilator" bezieht sich auf ein bioaktives Mittel, das dann, wenn es an einen Patienten verabreicht wird, die Dilation des Gefäßsystems in dem Nierenbereich verursacht oder aufrechterhält. Der Begriff soll Mittel umfassen, die direkt auf das Nierengefäßsystem wirken, sowie Mittel, die indirekt durch Aktivieren oder Erzeugen oder durch Verursachen einer solchen Aktivierung oder Erzeugung eines anderen Mittels in vivo wirken, das die Dilation des Gefäßsystems in dem Nierenbereich verursacht oder aufrechterhält.
„Ischämisch" bezeichnet einen Mangel an Blut auf Grund einer funktionellen Verengung oder eines tatsächlichen Verschlusses eines Blutgefäßes.
Die vorliegende Erfindung betrifft zum Teil verbesserte Verfahren zur diagnostischen Bilderzeugung, einschließlich z.B. verbesserten Verfahren zur Bereitstellung eines Bilds eines inneren Bereichs eines Patienten, insbesondere des Nierenbereichs eines Patienten. Die ver besserten Verfahren der vorliegenden Erfindung können verbesserte diagnostische Bilder bereitstellen, was sich z.B. durch eine erhöhte Helligkeit in dem diagnostischen Bild und/oder eine wesentlichen Eliminierung diagnostischer Artefakte in dem diagnostischen Bild zeigt. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen die Verabreichung eines Kontrastmittels in der Form einer Lipid-, Polymer- oder Proteinzusammensetzung, die ein Lipid, Polymer oder Protein und ein Gas oder eine gasförmige Vorstufe umfasst, an den Patienten. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen die Verabreichung eines Kontrastmittels in der Form einer Vesikelzusammensetzung, die Vesikel und ein Gas oder eine gasförmige Vorstufe umfasst, an den Patienten. Der Patient wird unter Verwendung einer diagnostischen Bilderzeugung, vorzugsweise Ultraschall, abgetastet, um ein sichtbares Bild der Region zu erhalten. Ein wichtiges Merkmal der erfindungsgemäßen Verfahren liegt darin, dass zusätzlich zu einem Kontrastmittel ein Nieren-Vasodilator an den Patienten verabreicht wird. Es ist vorgesehen, dass der Nieren-Vasodilator im Zusammenhang mit Verfahren zur diagnostischen Bilderzeugung, insbesondere Ultraschall, bezüglich Verfahren zur diagnostischen Bilderzeugung, die bisher zur Verfügung standen, einzigartige Vorteile bereitstellt. Dabei sind Nieren-Vasodilatoren zur Erweiterung von Blutgefäßen in dem Nierenbereich eines Patienten fähig. Dies wiederum kann eine Änderung der Blutströmung des Patienten in dem Nierenbereich erzeugen. Es wurde überraschend und unerwartet gefunden, dass diese Änderung der Blutströmung in dem Nierenbereich wesentliche Änderungen in der Qualität diagnostischer Bilder des Nierenbereichs erzeugen kann. Die vorliegende Erfindung ist zumindest teilweise auf die Nutzung dieser überraschenden und unerwarteten Erkenntnisse gerichtet, um eine verbesserte diagnostische Bilderzeugung von dem Nierenbereich zu liefern. Die vorliegende Erfindung stellt ein einfaches und effektives Mittel zur Erzeugung verbesserter Bilder des Nierenbereichs eines Patienten bereit.
Die diagnostische Bilderzeugung, wie z.B. die Ultraschallbilderzeugung des Nierenbereichs, kann die Verwendung eines Kontrastmittels umfassen, z.B. eines Kontrastmittels, das gasgefüllte Vesikel umfasst, wobei das Kontrastmittel intravenös verabreicht wird. Nach der Injektion kann das Kontrastmittel im Blutstrom zu dem Nierenbereich befördert werden. Es sollte jedoch beachtet werden, dass im normalen Verlauf der Zirkulation von Blut durch das Kreislaufsystem Blut, welches das Kontrastmittel enthält, durch die Nieren und das dazugehörige Gefäßsystem fließen wird. Energie, wie z.B. Ultraschall, kann angewandt werden und ein diagnostisches Bild des Nierenbereichs kann erzeugt werden. Die Basis für die Fähigkeit zum Nachweis von Erkrankungen in der Niere unter Verwendung von Ultraschall liegt in der Differenz der akustischen Eigenschaften zwischen Blut und Geweben. Es wird erwartet, dass Kontrastmittel die akustische Differenz zwischen dem Blut und den umgebenden Geweben erhöhen, wodurch die Nachweisbarkeit der Blutströmung und als Folge davon der Nachweis von Erkrankungen, die eine Änderung der Blutströmung umfassen, verbessert wird. Im Gegensatz zur Nuklearmedizin, bei der Radionuklide bei der Bewertung der Nierenfunktion unterstützen, bewertet der Ultraschall die Blutströmung und die Struktur des Nierengefäßsystems.
Es wurde überraschend und unerwartet gefunden, dass im Zusammenhang mit Verfahren für die diagnostische Bilderzeugung von dem Nierenbereich, welche die Verabreichung eines Kontrastmittels, das Lipide, Polymere oder Proteine und ein Gas oder eine gasförmige Vorstufe umfasst, und insbesondere eines Kontrastmittels, das Lipid-, Polymer- oder Proteinvesikel und ein Gas oder eine gasförmige Vorstufe umfasst, an einen Patienten umfassen, die zusätzliche Verabreichung eines Nieren-Vasodilators das resultierende diagnostische Bild in erwünschter Weise verbessern kann. Obwohl eine Bindung durch eine beliebige Theorie oder Theorien von den Erfindern nicht gewünscht ist, wird angenommen, dass die verbesserten diagnostischen Bilder auf eine Änderung der Nierenblutströmung zurückzuführen sind, die vom Nieren-Vasodilator verursacht wird. Diese Änderung der Blutströmung kann verbesserte diagnostische Bilder bereitstellen, was sich z.B. durch eine erhöhte Helligkeit und/oder eine wesentliche Eliminierung diagnostischer Artefakte in dem diagnostischen Bild zeigen kann. Es wird angenommen, dass die Verabreichung eines Nieren-Vasodilators an einen Patienten die Blutströmung und daher die Konzentration des Kontrastmittels in dem Nierengewebe erhöhen kann. Diese Zunahme des Kontrastmittels in dem Nierengewebe kann eine erhöhte Helligkeit in diagnostischen Bildern des Nierenbereichs und des Nierengewebes bereitstellen, was zu einer verbesserten Visualisierung des Gewebes führen kann. Es wird auch angenommen, dass die Verabreichung eines Nieren-Vasodilators die Blutströmung (und die Konzentration des Kontrastmittels) im Nierengewebe relativ zu der Blutströmung (und der Konzentration des Kontrastmittels) in dem dazugehörigen Gefäßsystem erhöhen kann. Dies kann zu einer Verminderung oder einer wesentlichen Eliminierung diagnostischer Artefakte in Bildern des Nierenbereichs führen.
Die messbaren physikalischen Manifestationen der Blutströmung durch die Nierenarterie werden durch Faktoren beeinflusst, welche die Arterie erweitern oder verengen. Ferner wird erwartet, dass die Verzweigung einer Arterie in kleinere Arteriolen, wie es in manchen Patienten vorkommt, zu einem vermindertem arteriellen Volumen und einem damit zusammenhängenden Anstieg des Blutdrucks führt. Es wird angenommen, dass Nieren-Vasodilatoren diesen Effekt umkehren, wodurch das Blutvolumen erhöht wird. Wenn sich eine Nierenarterie verzweigt, dann kann/können ein oder mehrere Zweig(e) stenotisch und ein Segment einer Niere ischämisch sein. Die vorliegende Erfindung kann bei der Diagnose solcher Zustände verwendet werden.
Ein anderer Effekt eines Nieren-Vasodilators liegt in der Erhöhung der differenzellen Blutströmung zwischen einer ischämischen Niere und einer nicht-ischämischen Niere. Dies wiederum erhöht die Differenz in der Videodensimetrie zwischen der ischämischen Niere und der nicht-ischämischen Niere bei der diagnostischen Bilderzeugung. Wie es nachstehend diskutiert wird, wird das Dosierungsniveau eines Nieren-Vasodilators durch eine Anzahl von Faktoren bestimmt, einschließlich des Körpergewichts des Patienten. Das Dosierungsniveau ist jedoch vorzugsweise ein Niveau, das zur Erhöhung der Blutströmung in einer nicht-ischämischen Niere ausreichend ist.
In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein Kontrastmittel an einen Patienten verabreicht, eine Ultraschall-Bilderzeugung des Nierenbereichs wird durchgeführt, ein Nieren-Vasodilator wird verabreicht und die Ultraschall-Bilderzeugung wird wiederholt. Es wird erwartet, dass eine nicht-ischämische Niere auf Grund des Nieren-Vasodilators eine deutlich erhöhte Blutströmung aufweisen wird, als eine ischämische Niere. Als Folge erhöht die durch den Nieren-Vasodilator angestiegene Blutströmung die Differenz in der Videodensitometrie zwischen einer ischämischen Niere und einer nicht-ischämischen Niere. Der Effekt des Kontrastmittels wird daher durch die Verwendung des Nieren-Vasodilators verbessert. Die resultierenden Renogramme können durch Vergleichen der Intensitäten der Bilderzeugungssignale der Nieren und des Nierenbereichs vor und nach der Verabreichung des Nieren-Vasodilators analysiert werden.
Der Grad der Zunahme der Nierenblutströmung, der unter Verwendung der erfindungsgemäßen Verfahren bereitgestellt werden kann, kann variieren und hängt z.B. von der jeweiligen Lipid und/oder Vesikelzusammensetzung, die an den Patienten verabreicht wird, dem jeweiligen an den Patienten verabreichten Nieren-Vasodilator, den jeweiligen Dosierungen der an den Patienten verabreichten Lipid/Vesikelzusammensetzung und des an den Patienten verabreichten Nieren-Vasodilators und dergleichen ab. Allgemein kann jegliche Zunahme der Blutströmung, die unter Verwendung der erfindungsgemäßen Verfahren erhalten wird, eine Verbesserung der diagnostischen Bilder bereitstellen. Gemäß bevorzugter Verfahren können verbesserte diagnostische Bilder durch Erhöhen der Blutströmung um mehr als etwa 10%, z.B. etwa 20, 30, 40 oder 50% erhalten werden. Vorzugsweise können verbesserte diagnostische Bilder durch Erhöhen der Blutströmung um mehr als etwa 50%, z.B. etwa 60, 70, 80, 90 oder 100% erhalten werden, wobei eine erhöhte Blutströmung von mehr als etwa 100%, z.B. etwa 110, 120, 130, 140 oder 150% mehr bevorzugt ist. Noch mehr bevorzugt können verbesserte diagnostische Bilder durch Erhöhen der Blutströmung um mehr als etwa 150%, z.B. etwa 160, 170, 180 oder 190% erhalten werden, wobei eine erhöhte Blutströmung von mehr als etwa 200% noch mehr bevorzugt ist. In bestimmten besonders bevorzugten Ausführungsformen können verbesserte diagnostische Bilder durch Erhöhen der Blutströmung um mehr als etwa 200% erhalten werden.
Erfindungsgemäß können die vorstehend genannten Änderungen der Blutströmung durch die Verabreichung eines Nieren-Vasodilators an den Patienten erreicht werden. Folglich umfassen die Verfahren in der bevorzugten Form die Verabreichung eines Kontrastmittels in Kombination mit einem Nieren-Vasodilator an einen Patienten. Allgemein kann der in den Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendete Nieren-Vasodilator vor, während und/oder nach der Verabreichung eines Kontrastmittels verabreicht werden. Dem Fachmann ist es im Lichte der vorliegenden Beschreibung klar, dass die Reihenfolge der Verabreichung des Kontrastmittels und des Nieren-Vasodilators sowie die Art und Weise, wie diese verabreicht werden, gegebenenfalls als Mittel zur Modulierung des resultierenden diagnostischen Bilds variiert werden können. Folglich ermöglichen es die vorliegenden Verfahren dem Fachmann die gewünschte Information über den Patienten zu erhalten, einschließlich z.B. über den Zustand des Gewebes, von dem ein Bild erzeugt worden ist, insbesondere des Nierengewebes, und der Geschwindigkeit der Blutströmung in dem Nierenbereich, was Informationen bezüglich des Gesamt-Gesundheitszustands und des Wohlbefindens des Patienten liefern kann. Beispielsweise ist vorgesehen, dass die vorliegenden Verfahren anfänglich eine kontinuierliche Verabreichung oder Infusion eines Kontrastmittels an den Patienten umfassen können. Auf diese Weise kann in dem Nierenbereich des Patienten eine im Wesentlichen konstante Strömung oder Konzentration eines Kontrastmittels bereitgestellt werden. Die Verabreichung eines Nieren-Vasodilators kann eine erhöhte Blutströmung in dem Nierenbereich des Patienten bereitstellen, was wiederum eine erhöhte Helligkeit in dem diagnostischen Bild des Nierengewebes bereitstellen kann.
In Ausführungsformen, bei denen eine konstante Verabreichung oder Infusion eines Kontrastmittels durchgeführt wird, kann die Antwortgeschwindigkeit des Patienten auf den Nieren-Vasodilator auch Informationen bezüglich der Gegenwart oder Abwesenheit einer Erkrankung in dem Patienten liefern, einschließlich einer Nierenerkrankung. Insbesondere kann die Zeit, die der Patient benötigt, um auf den Nieren-Vasodilator zu reagieren, z.B. durch die Rate der Zunahme der Nieren-Blutströmung, Informationen bezüglich der Integrität der Nierenarterie des Patienten liefern. Folglich kann ein Patient, der im Wesentlichen keine Nierenarterienstenose aufweist, im Wesentlichen schnell auf den Nieren-Vasodilator reagieren, was durch eine Zunahme der Nieren-Blutströmung gemessen wird. Umgekehrt kann ein Patient, der eine schwere Nierenarterienstenose aufweist, auf den Nieren-Vasodilator mit einer Ge schwindigkeit reagieren, die geringer ist, als die Geschwindigkeit, mit der ein Patient reagiert, der keine Stenose aufweist.
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die Kontrastmittel eine Lipidzusammensetzung umfassen, die ein Lipid und ein Gas oder eine gasförmige Vorstufe umfasst.
Im Zusammenhang mit Lipidzusammensetzungen und insbesondere Lipidzusammensetzungen in Form von Vesikelzusammensetzungen, kann es vorteilhaft sein, die Lipidzusammensetzungen bei einer Temperatur unterhalb der Gel-Flüssigkristall-Phasenübergangstemperatur der beteiligten Lipide herzustellen. Diese Phasenübergangstemperatur ist die Temperatur, bei der sich eine Lipid-Doppelschicht von einem Gelzustand zu einem flüssigkristallinen Zustand umwandeln wird, vgl. z.B. Chapman et al., J. Biol. Chem. 1974, 249, 2512-2521.

Es wird allgemein angenommen, dass Vesikel, die aus Lipiden hergestellt werden, die höhere Gel-Flüssigkristall-Phasenübergangstemperaturen aufweisen, bei einer gegebenen Temperatur zu einer erhöhten Impermeabilität neigen, vgl. Derek Marsh, CRC Handbook of Lipid Bilayers (CRC Press, Boca Raton, FL 1990), Seite 139, bezüglich der Hauptketten-Schmelzübergänge gesättigter Diacyl-sn-glycero-3-phosphocholine. Die Gel-Flüssigkristall-Phasenübergangstemperaturen verschiedener Lipide sind dem Fachmann bekannt und z.B. in Gregoriadis, Hrsg., Liposome Technology, Band I, 1-18 (CRC Press, 1984) beschrieben. Die nachstehende Tabelle zeigt einige der repräsentativen Lipide und ihre Phasenübergangstemperaturen. Tabelle 1 Gesättigte Diacyl-sn-glycero-3-phosphocholine: Hauptketten-Schmelzübergangstemperaturen

Anzahl der Kohlenstoffatome in den Acylketten	Hauptphasenübergangstemperatur (°C)
1,2-(12:0)	–1,0
1,2-(13:0)	13,7
1,2-(14:0)	23,5
1,2-(15:0)	34,5
1,2-(16:0)	41,4
1,2-(17:0)	48,2
1,2-(18:0)	55,1
1,2-(19:0)	61,8
1,2-(20:0)	64,5
1,2-(21:0)	71,1
1,2-(22:0)	74,0
1,2-(23:0)	79,5
1,2-(24:0)	80,1

Vgl. z.B. Derek Marsh, CRC Handbook of Lipid Bilayers, Seite 139 (CRC Press, Boca Raton, FL 1990).

Es kann möglich sein, die Stabilität von Vesikeln, die aus Lipiden durch Einbringen zumindest einer geringen Menge von z.B. etwa 1 bis etwa 10 mol-% bezogen auf die Gesamtmenge des eingesetzten Lipids eines negativ geladenen Lipids formuliert werden, zu erhöhen. Geeignete negativ geladene Lipide umfassen z.B. Phosphatidylserine, Phosphatidsäure und Fettsäuren. Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, wird angenommen, dass solche negativ geladenen Lipide dadurch eine zusätzliche Stabilität bewirken können, dass sie der Tendenz der Vesikel zum Reißen durch Verschmelzen entgegenwirken. Folglich können die negativ geladenen Lipide dahingehend wirken, eine einheitliche negativ geladene Schicht auf der äußeren Fläche des Vesikels zu bilden, die von einer entsprechend geladenen äußeren Schicht auf anderen Vesikeln abgestoßen wird, die sich in der Nähe des Vesikels befinden. Auf diese Weise kann die Neigung der Vesikel, sich auf Berührungsdistanz anzunähern, was zu einem Reißen der Membran oder der Haut der jeweiligen Vesikel und zur Vereinigung oder Verschmelzung der kontaktierenden Vesikel zu einem einzelnen größeren Vesikel führen kann, vermindert werden. Eine Fortsetzung dieses Vorgangs der Vereinigung wird natürlich zu einem signifikanten Abbau der Vesikel führen.
Die Lipidmaterialien, die in bestimmten der hier beschriebenen Zusammensetzungen verwendet werden, insbesondere im Zusammenhang mit Vesikelzusammensetzungen auf Lipidbasis, sind auch vorzugsweise flexibel. Dies bedeutet, dass zum Beispiel im Fall von Vesikelzusammensetzungen auf Lipidbasis die Vesikel ihre Gestalt ändern können, so dass sie z.B. durch eine Öffnung hindurch treten können, die einen Durchmesser aufweist, der geringer ist, als der Durchmesser des Vesikels.
Es wird angenommen, dass viele verschiedene Lipide zum Einbringen in die Lipid- und/oder Vesikelzusammensetzungen geeignet sind. Insbesondere bezüglich Vesikelzusammensetzungen, wie z.B. Micellen und/oder Liposomen, können beliebige der Materialien oder Kombinationen davon, von denen dem Fachmann bekannt ist, dass sie für deren Herstellung ge eignet sind, verwendet werden. Die verwendeten Lipide können natürlicher, synthetischer oder halbsynthetischer Herkunft sein. Wie vorstehend angegebenen umfassen geeignete Lipide im Allgemeinen z.B. Fettsäuren, neutrale Fette, Phosphatide, Glycolipide, aliphatische Alkohole und Wachse, Terpene und Steroide.
Beispiele für Lipide, die zur Herstellung von Lipidzusammensetzungen verwendet werden können umfassen Fettsäuren, Lysolipide; Phosphocholine; Phosphatidylcholin mit sowohl gesättigten als auch ungesättigten Lipiden, einschließlich Dioleoylphosphatidylcholin; Dimyristoylphosphatidylcholin; Dipentadecanoylphosphatidylcholin; Dilauroylphosphatidylcholin; Dipalmitoylphosphatidylcholin (DPPC); Distearoylphosphatidylcholin (DSPC); und Diarachidonylphosphatidylcholin (DAPC); Phosphatidylethanolamine, wie z.B. Dioleoylphosphatidylethanolamin, Dipalmitoylphosphatidylethanolamin (DPPE) und Distearoylphosphatidylethanolamin (DSPE); Phosphatidylserin; Phosphatidylglycerine, einschließlich Distearoylphosphatidylglycerin (DSPG); Phosphatidylinositol; Sphingolipide, wie z.B. Sphingomyelin; Glycolipide, wie z.B. Gangliosid GM1 und GM2; Glucolipide; Sulfatide; Glycosphingolipide; Phosphatidsäuren, wie z.B. Dipalmitoylphosphatidsäure (DPPA) und Distearoylphosphatidsäure (DSPA); Palmitinsäure; Stearinsäure; Arachidonsäure; Ölsäure; Lipide, die biologisch verträgliche Polymere aufweisen, wie z.B. Chitin, Hyaluronsäure, Polyvinylpyrrolidon oder Polyethylenglycol (PEG), wobei die letztgenannten hier auch als "pegylierte Lipide" bezeichnet werden, wobei bevorzugte Lipide, die Polymere aufweisen, DPPE-PEG umfassen, was sich auf das Lipid DPPE bezieht, an das ein PEG-Polymer gebunden ist, einschließlich z.B. DPPE-PEG5000, was sich auf ein DPPE bezieht, an das ein PEG-Polymer mit einem mittleren durchschnittlichen Molekulargewicht von 5000 gebunden ist; Lipid-aufweisende sulfonierte Mono-, Di-, Oligo- oder Polysaccharide; Cholesterin, Cholesterinsulfat und Cholesterinhemisuccinat; Tocopherolhemisuccinat; Lipide mit Ether- und Ester-verbrückten Fettsäuren; polymerisierte Lipide (von denen eine Vielzahl bekannt ist); Diacetylphosphat; Dicetylphosphat; Stearylamin; Cardiolipin; Phospholipide mit kurzkettigen Fettsäuren mit einer Länge von etwa 6 bis etwa 8 Kohlenstoffatomen; synthetische Phospholipide mit asymmetrischen Acylketten, wie z.B. einer Acylkette mit etwa 6 Kohlenstoffatomen und einer anderen Acylkette mit etwa 12 Kohlenstoffatomen; Ceramide; nicht-ionische Liposome, einschließlich Niosome wie z.B. Polyoxyethylenfettsäureester, Polyoxyethylenfettalkohole, Polyoxyethylenfettalkohol-ether, polyoxyethylierte Sorbitanfettsäureester; Glycerinpolyethylenglycoloxystearat, Glycerinpolyethylenglycolricinoleat, ethoxylierte Soyabohnensterole, ethoxyliertes Rizinusöl, Polyoxyethylen-Polyoxypropylen-Polymere und Polyoxyethylen-Fettsäurestearate; Sterinester aliphatischer Säuren, einschließlich Cholesterinsulfat, Cholesterinbutyrat, Cholesteriniso-butyrat, Cholesterinpalmitat, Cholesterinstearat, Lanosterinacetat, Ergosterinpalmitat und Phytosterin-n-butyrat; Sterinester von Zuckersäuren, einschließlich Cholesteringlu curonid, Lanosteringlucuronid, 7-Dehydrocholesteringlucuronid, Ergosteringlucuronid, Cholesteringluconat, Lanosteringluconat und Ergosteringluconat; Ester von Zuckersäuren und Alkoholen, einschließlich Laurylglucuronid, Stearoylglucuronid, Myristoylglucuronid, Laurylgluconat, Myristoylgluconat und Stearoylgluconat; Ester von Zuckern und aliphatischen Säuren, einschließlich Saccharoselaurat, Fructoselaurat, Saccharosepalmitat, Saccharosestearat, Glucuronsäure, Gluconsäure und Polyuronsäure; Saponine, einschließlich Sarsasapogenin, Smilagenin, Hederagenin, Oleanolsäure und Digitoxigenin; Glycerine, einschließlich Glycerindilaurat, Glycerintrilaurat, Glycerindipalmitat, Glycerin und Glycerinester, wie z.B. Glycerintripalmitat, Glycerindistearat, Glycerintristearat, Glycerindimyristat und Glycerintrimyristat; langkettige Alkohole, einschließlich n-Decylalkohol, Laurylalkohol, Myristylalkohol, Cetylalkohol und n-Octadecylalkohol; 6-(5-Cholesten-3β-yloxy)-1-thio-β-D-galactopyranosid; Digalactosyldiglycerid; 6-(5-Cholesten-3β-yloxy)hexyl-6-amino-6-desoxy-1-thio-β-D-galactopyranosid; 6-(5-Cholesten-3β-yloxy)hexyl-6-amino-6-desoxy-1-thio-α-D-mannopyranosid; 12-(((7'-Diethylaminocumarin-3-yl)carbonyl)-methylamino)-octadecansäure; N-[12-((7'-Diethylamino-cumarin-3-yl)carbonyl)-methylamino)-octadecanoyl]-2-aminopalmitinsäure; Cholesteryl-4'-trimethylammonio)butanoat; N-Succinyldioleoylphosphatidylethanolamin; 1,2-Dioleoyl-sn-glycerin; 1,2-Dipalmitoyl-sn-3-succinylglycerin; 1,3-Dipalmitoyl-2-succinylglycerin; 1-Hexadecyl-2-palmitoyl-glycerophosphoethanolamin und Palmitoylhomocystein und/oder Kombinationen davon.
Gegebenenfalls kann ein kationisches Lipid verwendet werden, wie z.B. N-[1-(2,3-Dioleoyloxy)propyl]-N,N,N-trimethylammoniumchlorid (DOTMA), 1,2-Dioleoyloxy-3-(trimethylammonio)propan (DOTAP) und 1,2-Dioleoyl-3-(4'-trimethylammonio)-butanoyl-sn-glycerin (DOTB). Wenn in den Lipidzusammensetzungen ein kationisches Lipid verwendet wird, dann kann das Molverhältnis des kationischen Lipids zu dem nicht kationischen Lipid beispielsweise etwa 1:1000 bis etwa 1:100 betragen. Vorzugsweise beträgt das Molverhältnis des kationischen Lipids zu dem nicht kationischen Lipid etwa 1:2 bis etwa 1:10, wobei ein Verhältnis von etwa 1:1 bis etwa 1:2,5 bevorzugt ist. Noch mehr bevorzugt beträgt das Molverhältnis des kationischen Lipids zu dem nicht kationischen Lipid etwa 1:1.
Im Fall von Lipidzusammensetzungen, die sowohl kationische als auch nicht-kationische Lipide enthalten, können viele verschiedene Lipide als nicht-kationisches Lipid verwendet werden. Vorzugsweise umfasst dieses nicht-kationische Lipid eines oder mehrere von DPPC, DPPE und Dioleoylphosphatidylethanolamin. Anstelle der vorstehend angegebenen kationischen Lipide können in den Lipidzusammensetzungen auch Lipide verwendet werden, die kationische Polymere aufweisen, wie z.B. Polylysin oder Polyarginin, sowie Alkylphosphonate, Alkylphosphinate und Alkylphosphite.
In bevorzugten Ausführungsformen umfassen die Lipidzusammensetzungen Phospholipide, insbesondere eines oder mehrere von DPPC, DPPE, DPPA, DSPC, DSPE und DAPC (20 Kohlenstoffatome), wobei DPPC, DPPE und/oder DPPA besonders bevorzugt sind.
In den hier beschriebenen Lipidzusammensetzungen können auch gesättigte und ungesättigte Fettsäuren verwendet werden, die Moleküle umfassen können, die vorzugsweise etwa 12 Kohlenstoffatome bis etwa 22 Kohlenstoffatome in linearer oder verzweigter Form enthalten. Es können auch Kohlenwasserstoffgruppen verwendet werden, die aus Isoprenoideinheiten und/oder Prenylgruppen bestehen. Beispiele für geeignete gesättigte Fettsäuren umfassen Laurin-, Myristin-, Palmitin- und Stearinsäure. Geeignete ungesättigte Fettsäuren, die verwendet werden können, umfassen z.B. Laurolein-, Physeterin-, Myristolein-, Linol-, Linolen-, Palmitolein-, Petroselin- und Ölsäure. Beispiele für verzweigte Fettsäuren, die verwendet werden können, umfassen Isolaurin-, Isomyristin-, Isopalmitin- und Isostearinsäure.
Die vorliegende Erfindung kann auch Zusammensetzungen und Vesikel umfassen, die aus Proteinen oder Derivaten davon formuliert sind. Vesikel, die aus Proteinen formuliert sind und die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind z.B. in Feinstein, US-PSen 4,572,203 , 4,718,433 und 4,774,958 und in Cerny et al., US-PS 4,957,656 beschrieben. Andere Vesikel auf Proteinbasis zusätzlich zu den in den vorstehend genannten Patenten beschriebenen Vesikeln sind dem Fachmann im Lichte dieser Beschreibung bekannt.
Zusätzlich zu Lipidzusammensetzungen und/oder Vesikeln, die aus Lipiden und/oder Proteinen formuliert sind, können die Verfahren der vorliegenden Erfindung auch Zusammensetzungen und/oder Vesikel umfassen, die aus Polymeren formuliert sind, die natürlicher, halbsynthetischer (modifizierter natürlicher) oder synthetischer Herkunft sein können, wobei halbsynthetische und synthetische Polymere bevorzugt sind. Wie hier verwendet, bezeichnet der Begriff „Polymer" eine Verbindung, die zwei oder mehr sich wiederholende Monomereinheiten umfasst, und vorzugsweise 10 oder mehr sich wiederholende Monomereinheiten. Der Ausdruck „halbsynthetisches Polymer" (oder modifiziertes natürliches Polymer), wie er hier verwendet wird, bezeichnet ein natürliches Polymer, das in einer bestimmten Weise chemisch modifiziert worden ist. Beispiele für natürliche Polymere, die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, umfassen natürlich vorkommende Polysaccharide. Solche Polysaccharide umfassen z.B. Arabinane, Fructane, Fucane, Galactane, Galacturonane, Glucane, Mannane, Xylane (wie z.B. Inulin), Levan, Fucoidan, Carrageenan, Galatocarolose, Pektinsäure, Pektine, einschließlich Amylose, Pullulan, Glycogen, Amylopectin, Cellulose, Dextran, Dextrin, Dextrose, Polydextrose, Pustulan, Chitin, Agarose, Keratan, Chondroitan, Dermatan, Hyaluronsäure, Alginsäure, Xanthangummi, Stärke und verschiedene andere natürliche Homopolymere oder Heteropolymere, wie z.B. diejenigen, die eine oder mehrere der folgenden Aldosen, Ketosen, Säuren oder Amine enthalten: Erythrose, Threose, Ribose, Arabinose, Xylose, Lyxose, Allose, Altrose, Glucose, Mannose, Gulose, Idose, Galactose, Talose, Erythrulose, Ribulose, Xylulose, Psicose, Fructose, Sorbose, Tagatose, Mannit, Sorbit, Lactose, Saccharose, Trehalose, Maltose, Cellobiose, Glucuronsäure, Gluconsäure, Glucarsäure, Galacturonsäure, Mannuronsäure, Glucosamin, Galactosamin und Neuraminsäure, sowie natürlich vorkommende Derivate davon. Beispiele für halbsynthetische Polymere umfassen Carboxymethylcellulose, Hydroxymethylcellulose, Hydroxypropylmethylcellulose, Methylcellulose und Methoxycellulose. Beispiele für synthetische Polymere, die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, umfassen Polyethylene (wie z.B. Polyethylenglycol, Polyoxyethylen und Polyethylenterephthalat), Polypropylene (wie z.B. Polypropylenglycol), Polyurethane (wie z.B. Polyvinylalkohol (PVA), Polyvinylchlorid und Polyvinylpyrrolidon), Polyamide, einschließlich Nylon, Polystyrol, Polymilchsäuren, Fluorkohlenwasserstoffe, Fluorkohlenstoffe (wie z.B. Polytetrafluorethylen) und Polymethylmethacrylat und Derivate davon. Bevorzugt sind biologisch verträgliche synthetische Polymere oder Copolymere, die aus Monomeren wie z.B. Acrylsäure, Methacrylsäure, Ethylenimin, Crotonsäure, Acrylamid, Ethylacrylat, Methylmethacrylat, 2-Hydroxyethylmethacrylat (HEM), Milchsäure, Glycolsäure, ε-Caprolacton, Acrolein, Cyanacrylat, Cyanmethacrylat, Bisphenol A, Epichlorhydrin, Hydroxyalkylacrylaten, Siloxan, Dimethylsiloxan, Ethylenoxid, Ethylenglycol, Hydroxyalkyl-methacrylat, N-substitutierten Acrylamiden, N-substitutierten Methacrylamiden, N-Vinyl-2-pyrrolidon, 2,4-Pentadien-1-ol, Vinylacetat, Acrylnitril, Styrol, p-Aminostyrol, p-Aminobenzyl-styrol, Natriumstyrolsulfonat, Natrium-2-sulfoxyethylmethacrylat, Vinylpyridin, Aminoethylmethacrylaten, 2-Methacryloyloxytrimethylammoniumchlorid und Polyvinyliden, sowie polyfunktionelle vernetzende Monomere, wie z.B. N,N'-Methylenbisacrylamid, Ethylenglycoldimethacrylaten, 2,2'-(p-Phenylendioxy)diethyldimethacrylat, Divinylbenzol, Triallylamin und Methylenbis-(4-phenylisocyanat), einschließlich deren Kombinationen hergestellt sind. Bevorzugte Polymere umfassen Polyacrylsäure, Polyethylenimin, Polymethacrylsäure, Polymethylmethacrylat, Polysiloxan, Polydimethylsiloxan, Polymilchsäure, Poly(ε-caprolacton), Epoxidharze, Poly(ethylenoxid), Poly(ethylenglycol) und Polyamidpolymere (Nylonpolymere). Bevorzugte Copolymere umfassen Polyvinyliden-Polyacrylnitril, Polyvinyliden-Polyacrylnitril-Polymethyl-methacrylat, Polystyrol-Polyacrylnitril und Poly-d,l-lactid-co-glycolidpolymere. Ein bevorzugtes Copolymer ist Polyvinyliden-Polyacrylnitril. Andere geeignete biologisch verträgliche Monomere und Polymere sind dem Fachmann im Lichte der vorliegenden Beschreibung bekannt. Verfahren zur Herstellung von Vesikeln, die Polymere umfassen, sind dem Fachmann im Lichte der vorliegenden Beschreibung bekannt, wenn die vorliegende Offenbarung mit Informationen verbunden wird, die in dem Fachgebiet bekannt sind, wie z.B. mit Informationen, die in Unger, US-PS 5,205,290 beschrieben sind.
Vesikel zur Verwendung in den erfindungsgemäßen Verfahren, die von Lipiden, Proteinen oder Polymeren abgeleitet sind, weisen vorzugsweise eine niedrige Dichte auf. Der Begriff „niedrige Dichte" bezieht sich auf Vesikel, die ein inneres Hohlraumvolumen (Kavitätsvolumen) aufweisen, das mindestens etwa 75% des Gesamtvolumens des Vesikels einnimmt. Vorzugsweise haben die Vesikel ein Hohlraumvolumen von mindestens etwa 80%, mehr bevorzugt mindestens etwa 85%, noch mehr bevorzugt mindestens etwa 90%, noch mehr bevorzugt mindestens etwa 95% und insbesondere von etwa 100% des Gesamtvolumens des Vesikels.
Wie es vorstehend erwähnt worden ist, können die in den vorliegenden Verfahren verwendeten Lipid-, Protein- und Polymerzusammensetzungen und/oder Vesikel auch ein Gas umfassen, wie z.B. ein Inertgas. Das Gas kann den Lipid-, Protein- oder Polymerzusammensetzungen und/oder Vesikeln ein verbessertes Bilderzeugungsvermögen verleihen, wie z.B. Ultraschallreflektivität, insbesondere in Verbindung mit Vesikelzusammensetzungen, in denen das Gas innerhalb der Vesikel eingeschlossen ist. Dies kann die Effektivität der Vesikelzusammensetzungen als Kontrastmittel erhöhen.
Bevorzugte Gase sind Gase, die inert und biologisch verträglich sind, d. h. Gase, die für biologische Funktionen nicht schädlich sind. Bevorzugte Gase umfassen diejenigen Gase, die aus der Gruppe bestehend aus Luft, Edelgasen, wie z.B. Helium, Rubidiumhyperpolarisiertem Xenon, hyperpolarisiertem Argon, hyperpolarisiertem Helium, Neon, Argon, Xenon, Kohlendioxid, Stickstoff, Fluor, Sauerstoff, Gasen auf Schwefelbasis, wie z.B. Schwefelhexafluorid und Schwefeltetrafluorid, fluorierten Gasen, einschließlich z.B. partiell fluorierten Gasen oder vollständig fluorierten Gasen, ausgewählt sind. Beispiele für fluorierte Gase umfassen die Fluorkohlenstoffgase, wie z.B. die Perfluorkohlenstoffgase und deren Gemische. Es können auch paramagnetische Gase in den Lipid- und/oder Vesikelzusammensetzungen verwendet werden, wie z.B. ¹⁷O₂.
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Gas, das in den hier beschriebenen Zusammensetzungen verwendet wird, ein fluoriertes Gas. Solche fluorierte Gase umfassen Materialien, die mindestens ein oder mehr als ein Fluoratom enthalten. Bevorzugt sind Gase, die mehr als ein Fluoratom enthalten, wobei Perfluorkohlenstoffe (d.h. vollständig fluorierte Fluorkohlenstoffe, bei denen alle Wasserstoffatome in dem entsprechenden Kohlenwasserstoff durch Fluoratome ersetzt sind) mehr bevorzugt sind. Vorzugsweise ist das Perfluorkoh lenstoffgas aus der Gruppe bestehend aus Perfluormethan, Perfluorethan, Perfluorpropan, Perfluorbutan, Perfluorpentan, Perfluorethan, Perfluorpropan, Perfluorbutan, Perfluorpentan, Perfluorhexan, Perfluorcyclobutan und Gemischen davon ausgewählt. Mehr bevorzugt ist das Perfluorkohlenstoffgas Perfluorpropan oder Perfluorbutan, wobei Perfluorpropan besonders bevorzugt ist. Ein weiteres bevorzugtes Gas ist Schwefelhexafluorid. Ein weiteres bevorzugtes Gas ist Heptafluorpropan, einschließlich 1,1,1,2,3,3,3-Heptafluorpropan und dessen Isomer, 1,1,2,2,3,3,3-Heptafluorpropan. Es ist vorgesehen, dass Gemische verschiedener Arten von Gasen, wie z.B. Gemische eines Perfluorkohlenstoffgases und einer anderen Gasart, wie z.B. Luft, auch in den Zusammensetzungen verwendet werden können, die in den erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden. Andere Gase, einschließlich der vorstehend beispielhaft genannten Gase, sind dem Fachmann im Lichte der vorliegenden Beschreibung bekannt.
In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen wird ein Gas, wie z.B. Luft oder ein Perfluorkohlenstoffgas, mit einem flüssigen Perfluorkohlenstoff kombiniert, wie z.B. mit Perfluorpentan, Perfluorhexan, Perfluorheptan, Perfluoroctylbromid (PFOB), Perfluordecalin, Perfluordodecalin, Perfluoroctyliodid, Perfluortripropylamin und Perfluortributylamin.
Es kann auch erwünscht sein, in die Lipid- und/oder Vesikelzusammensetzungen eine Vorstufe einer gasförmigen Substanz einzubringen. Solche Vorstufen umfassen Materialien, die in vivo in ein Gas umgewandelt werden können. Vorzugsweise sind die gasförmige Vorstufe und das in vivo erzeugte Gas biologisch verträglich.
Von den gasförmigen Vorstufen, die zur Verwendung in den hier beschriebenen Lipid- und/oder Vesikelzusammensetzungen geeignet sind, befinden sich Mittel, die pH-empfindlich sind. Diese Mittel umfassen Materialien, die Gas entwickeln können, z.B. wenn sie einem pH-Wert ausgesetzt werden, der neutral oder sauer ist. Beispiele für solche pH-empfindlichen Mittel umfassen Salze einer Säure, die aus der Gruppe bestehend aus anorganischen Säuren, organischen Säuren und Gemischen davon ausgewählt sind. Kohlensäure (H₂CO₃) ist ein Beispiel einer geeigneten anorganischen Säure, und Aminomalonsäure ist ein Beispiel einer geeigneten organischen Säure. Andere Säuren, einschließlich anorganischer und organischer Säuren, sind dem Fachmann im Lichte der vorliegenden Beschreibung bekannt.
Gasförmige Vorstufen, die von Salzen abgeleitet sind, sind vorzugsweise aus der Gruppe bestehend aus Alkalimetalisalzen, Ammoniumsalzen und deren Gemischen ausgewählt. Insbesondere ist das Salz aus der Gruppe bestehend aus einem Carbonat, einem Hydrogencarbonat, einem Sesquicarbonat, einem Aminomalonat und Gemischen davon ausgewählt.
Beispiele für geeignete gasförmige Vorstufenmaterialien, die von Salzen abgeleitet sind, umfassen Lithiumcarbonat, Natriumcarbonat, Kaliumcarbonat, Lithiumhydrogencarbonat, Natriumhydrogencarbonat, Kaliumhydrogencarbonat, Magnesiumcarbonat, Calciumcarbonat, Magnesiumhydrogencarbonat, Ammoniumcarbonat, Ammoniumhydrogencarbonat, Ammoniumsesquicarbonat, Natriumsesquicarbonat, Natriumaminomalonat und Ammoniumaminomalonat. Aminomalonat ist bekannt und dessen Herstellung ist z.B. in Thanassi, Biochemistry, Band 9, Nr. 3, Seiten 525-532 (1970); Fitzpatrick et al., Inorganic Chemistry, Band 13, Nr. 3, Seiten 568-574 (1974) und Stelmashok et al., Koordinatsionnaya Khimiya, Band 3, Nr. 4, Seiten 524-527 (1977) beschrieben.
Zusätzlich zu oder anstelle einer Empfindlichkeit gegenüber Änderungen des pH-Werts können die gasförmigen Vorstufenmaterialien auch Verbindungen umfassen, die gegenüber Temperaturänderungen empfindlich sind. Beispiele für geeignete gasförmige Vorstufen, die gegenüber Änderungen der Temperatur empfindlich sind, sind Perfluorkohlenstoffe, Fluorkohlenwasserstoffe, Kohlenwasserstoffether, Fluorkohlenwasserstoffether und Perfluorkohlenstoffether. Beispiele für diese letztgenannte gasförmige Vorstufe sind anästhetische und Anästhetika-ähnliche Gase, wie z.B. Halothan, Enfluran, Isofluran, Desfluran und Sevofluran. Wie dem Fachmann bekannt ist, kann ein bestimmter Perfluorkohlenstoff im flüssigen Zustand vorliegen, wenn die Lipid- und oder Vesikelzusammensetzungen zuerst hergestellt werden, und kann somit als gasförmige Vorstufe verwendet werden. Alternativ kann der Perfluorkohlenstoff im gasförmigen Zustand vorliegen, wenn die Lipid- und oder Vesikelzusammensetzungen hergestellt werden, und kann somit direkt als Gas verwendet werden. Ob der Perfluorkohlenstoff als Flüssigkeit oder Gas eingesetzt wird, hängt im Allgemeinen von seiner Flüssigkeits/Gas-Phasenübergangstemperatur oder dem Siedepunkt ab. Beispielsweise weist ein bevorzugter Perfluorkohlenstoff, Perfluorpentan, eine Flüssigkeits/Gas-Phasenübergangs-temperatur (Siedepunkt) von 29,5°C auf. Dies bedeutet, dass Perfluorpentan bei Raumtemperatur (etwa 25°C) im Allgemeinen eine Flüssigkeit ist, jedoch innerhalb des menschlichen Körpers, dessen Normaltemperatur etwa 37°C beträgt, in ein Gas umgewandelt wird, wobei diese Temperatur von 37°C über der Übergangstemperatur von Perfluorpentan liegt. Folglich ist Perfluorpentan unter normalen Umständen eine gasförmige Vorstufe. Als weitere Beispiele werden die Homologen von Perfluorpentan, nämlich Perfluorpentan und Perfluorhexan genannt. Der Flüssigkeits/Gas-Übergang von Perfluorbutan liegt bei 4°C und der von Perfluorhexan liegt bei 57°C. Folglich kann Perfluorbutan als gasförmige Vorstufe geeignet sein, obwohl es mit größerer Wahrscheinlichkeit als Gas geeignet ist, wohingegen Perfluorhexan aufgrund seines relativ hohen Siedepunkts als gasförmige Vorstufe geeignet sein kann. Wie es dem Fachmann bekannt ist, kann der effektive Siedepunkt einer Substanz mit dem Druck zusammenhängen, dem die Substanz ausgesetzt ist. Diese Beziehung wird durch das ideale Gasgesetz PV = nRT ausgedrückt, wobei P der Druck, V das Volumen, n die Molzahl der Substanz, R die Gaskonstante und T die Temperatur ist. Das ideale Gasgesetz zeigt, das mit steigendem Druck auch der effektive Siedepunkt zunimmt. Umgekehrt nimmt mit abnehmendem Druck der effektive Siedepunkt ab.
In den hier beschriebenen Zusammensetzungen können viele verschiedene Materialien als temperaturempfindliche gasförmige Vorstufe verwendet werden. Es ist lediglich erforderlich, dass das Material einem Phasenübergang in die Gasphase unterliegen kann, wenn es die geeignete Temperatur überschreitet. Geeignete gasförmige Vorstufen umfassen z.B. Hexafluoroaceton, Isopropylacetylen, Allen, Tetrafluorallen, Bortrifluorid, 1,2-Butadien, 2,3-Butadien, 1,3-Butadien, 1,2,3-Trichlor-2-fluor-1,3-butadien, 2-Methyl-1,3-butadien, Hexafluor-1,3-butadien, Butadin, 1-Fluorbutan, 2-Methylbutan, Perfluorbutan, 1-Buten, 2-Buten, 2-Methyl-1-buten, 3-Methyl-1-buten, Perfluor-1-buten, Perfluor-2-buten, 4-Phenyl-3-buten-2-on, 2-Methyl-1-buten-3-in, Butylnitrat, 1-Butin, 2-Butin, 2-Chlor-1,1,1,4,4,4-hexafluorbutin, 3-Methyl-1-butin, Perfluor-2-butin, 2-Brombutyraldehyd, Carbonylsulfid, Crotonnitril, Cyclobutan, Methylcyclobutan, Octafluorcyclobutan, Perfluorcyclobuten, 3-Chlorcyclopenten, Perfluorcyclopentan, Octafluorcyclopenten, Cyclopropan, Perfluorcyclopropan, 1,2-Dimethylcyclopropan, 1,1-Dimethylcyclopropan, 1,2-Dimethylcyclopropan, Ethylcyclopropan, Methylcyclopropan, Diacetylen, 3-Ethyl-3-methyldiaziridin, 1,1,1-Trifluordiazoethan, Dimethylamin, Hexafluordimethylamin, Dimethylethylamin, Bis(dimethylphosphin)amin, Perfluorhexan, Perfluorheptan, Perfluoroctan, 2,3-Dimethyl-2-norbornan, Perfluordimethylamin, Dimethyloxoniumchlorid, 1,3-Dioxolan-2-on, 4-Methyl-1,1,1,2-tetrafluorethan, 1,1,1-Trifluorethan, 1,1,2,2-Tetrafluorethan, 1,1,2-Trichlor-1,2,2-trifluorethan, 1,1-Dichlorethan, 1,1-Dichlor-1,2,2,2-tetrafluorethan, 1,2-Difluorethan, 1-Chlor-1,1,2,2,2-pentafluorethan, 2-Chlor-1,1-difluorethan, 1,1-Dichlor-2-fluorethan, 1-Chlor-1,1,2,2-tetrafluorethan, 2-Chlor-1,1-difluorethan, Chlorethan, Chlorpentafluorethan, Dichlortrifluorethan, Fluorethan, Perfluorethan, Nitropentafluorethan, Nitrosopentafluorethan, Perfluorethylamin, Ethylvinylether, 1,1-Dichlorethan, 1,1-Dichlor-1,2-difluorethan, 1,2-Difluorethan, Methan, Trifluormethansulfonylchlorid, Trifluormethansulfonylfluorid, Bromdifluornitrosomethan, Bromfluormethan, Bromchlorfluormethan, Bromtrifluormethan, Chlordifluornitromethan, Chlordinitromethan, Chlorfluormethan, Chlortrifluormethan, Chlordifluormethan, Dibromdifluormethan, Dichlordifluormethan, Dichlorfluormethan, Difluormethan, Difluoriodmethan, Disilanmethan, Fluormethan, Iodmethan, Iodtrifluormethan, Nitrotrifluormethan, Nitrosotrifluormethan, Tetrafluormethan, Trichlorfluormethan, Trifluormethan, 2-Methylbutan, Methylether, Methylisopropylether, Methyllactat, Methylnitrit, Methylsulfid, Methylvinylether, Neopentan, Distickstoffoxid, 1,2,3-Nonadecantricarbonsäure-2-hydroxytrimethylester, 1-Nonen-3-in, 1,4-Pentadien, n-Pentan, Perfluorpentan, 4-Amino-4-methylpentan-2-on, 1-Penten, 2-Penten (cis und trans), 3-Brompent-1-en, Perfluorpent-1-en, Tetrachlorphthalsäure, 2,3,6-Trimethylpiperidin, Propan, 1,1,1,2,2, 3-Hexafluorpropan, 1,2-Epoxypropan, 2,2-Difluorpropan, 2-Aminopropan, 2-Chlorpropan, Heptafluor-1-nitropropan, Heptafluor-1-nitrosopropan, Perfluorpropan, Propen, Hexafluorpropan, 1,1,1,2,3,3-Hexafluor-2,3-dichlorpropan, 1-Chlorpropan, Chlorpropan-(trans), 2-Chlorpropan, 3-Fluorpropan, Propin, 3,3,3-Trifluorpropin, 3-Fluorstyrol, Schwefel(di)-decafluorid (S₂F₁₀), 2,4-Diaminotoluol, Trifluoracetonitril, Trifluormethylperoxid, Trifluormethylsulfid, Wolframhexafluorid, Vinylacetylen und Vinylether.
Perfluorkohlenstoffe sind sowohl bevorzugte Gase als auch bevorzugte gasförmige Vorstufen zur Verwendung im Zusammenhang mit den Zusammensetzungen, die in den erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden. Solche Perfluorkohlenstoffe umfassen gesättigte Perfluorkohlenstoffe, ungesättigte Perfluorkohlenstoffe und zyklische Perfluorkohlenstoffe. Die gesättigten Perfluorkohlenstoffe, die gewöhnlich bevorzugt sind, haben die Formel C_nF_2n+2, wobei n einen Wert von 1 bis etwa 12, vorzugsweise etwa 2 bis etwa 10, mehr bevorzugt etwa 3 bis etwa 8 und insbesondere etwa 3 bis etwa 6 hat. Geeignete Perfluorkohlenstoffe umfassen z.B. Perfluormethan, Perfluorethan, Perfluorpropan, Perfluorbutan, Perfluorcyclobutan, Perfluorpentan, Perfluorhexan, Perfluorheptan, Perfluoroctan und Perfluornonan. Vorzugsweise wird der Perfluorkohlenstoff aus der Gruppe bestehend aus Perfluorpropan, Perfluorbutan, Perfluorcyclobutan, Perfluorpentan, Perfluorhexan, Perfluorheptan und Perfluoroctan ausgewählt, wobei Perfluorpentan ganz besonders bevorzugt ist. Zyklische Perfluorkohlenstoffe, welche die Formel C_nF_2n aufweisen, wobei n einen Wert von 3 bis 8, vorzugsweise 3 bis 6 hat, können auch bevorzugt sein, und umfassen z.B. Hexafluorcyclopropan, Octafluorcyclobutan und Decafluorcyclopentan. Im Allgemeinen sind Perfluorkohlenstoffe, die etwa vier Kohlenstoffatome oder weniger enthalten, bei Raumtemperatur Gase, wohingegen Perfluorkohlenstoffe, die etwa 5 bis etwa 12 Kohlenstoffatome enthalten, bei Raumtemperatur Flüssigkeiten sind. In jedem Fall können flüssige und/oder gasförmige Perfluorkohlenstoffe in die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen einbezogen werden.
Zusätzlich zu den Perfluorkohlenstoffen kann es erwünscht sein, stabile Fluorkohlenstoffe zu verwenden, die nicht vollständig fluoriert sind. Solche Fluorkohlenstoffe umfassen Heptafluorpropan, wie z.B. 1,1,1,2,3,3,3-Heptafluorpropan und dessen Isomer 1,1,2,2,3,3,3-Heptafluorpropan.
Die gasförmigen Vorstufenmaterialien können auch photoaktivierte Materialien sein, wie z.B. Diazoniumionen und Aminomalonat. Bestimmte Lipid- und/oder Vesikelzusammensetzungen und insbesondere Vesikelzusammensetzungen können so formuliert werden, dass ein Gas am Zielgewebe oder durch die Einwirkung von Schall auf die Zusammensetzung gebildet werden kann. Beispiele für gasförmige Vorstufen sind z.B. in den US-PSen 5,088,499 und 5,149,319 beschrieben. Andere gasförmige Vorstufen, zusätzlich zu den vorstehend genannten Vorstufen, sind dem Fachmann im Lichte der vorliegenden Beschreibung bekannt.
Die gasförmigen Substanzen und/oder gasförmigen Vorstufen werden ungeachtet der physikalischen Natur der Zusammensetzung vorzugsweise in die Lipid- und/oder Vesikelzusammensetzungen eingebracht. Es ist folglich vorgesehen, dass die gasförmigen Substanzen und/oder deren Vorstufen z.B. in Lipidzusammensetzungen eingebracht werden können, in denen die Lipide statistisch aggregiert sind, sowie in Vesikelzusammensetzungen, einschließlich der Vesikelzusammensetzungen, die aus Lipiden formuliert sind, wie z.B. Micellen und Liposomen. Das Einbringen der gasförmigen Substanzen und/oder deren Vorstufen in die Lipid- und/oder Vesikelzusammensetzungen kann unter Verwendung einer Anzahl von Verfahren erreicht werden. Beispielsweise kann die Bildung gasgefüllter Vesikel im Fall von Vesikeln auf Lipidbasis durch Schütteln oder sonstiges Bewegen eines wässrigen Gemischs erreicht werden, das ein Gas oder eine gasförmige Vorstufe und ein oder mehrere Lipid(e) umfasst. Dies fördert die Bildung stabilisierter Vesikel, in denen das Gas oder die gasförmige Vorstufe eingekapselt ist.
Darüber hinaus kann ein Gas direkt in ein wässriges Gemisch eines Lipids und/oder Vesikelbildender Verbindungen eingeleitet werden. Alternativ kann ein Gasinstillationsverfahren verwendet werden, wie es z.B. in den US-PSen 5,352,435 und 5,228,446 beschrieben ist. Geeignete Verfahren zum Einbringen des Gases oder der gasförmigen Vorstufe in kationische Lipidzusammensetzungen sind auch in der US-PS 4,865,836 beschrieben. Andere Verfahren sind für den Fachmann im Lichte dieser Beschreibung offensichtlich. Vorzugsweise kann das Gas nach oder während der Zugabe des Stabilisierungsmaterials und/oder während der Bildung von Vesikeln in die Lipid- und/oder Vesikelzusammensetzungen instilliert werden.
In bevorzugten Ausführungsformen werden die gasförmigen Substanzen und/oder die gasförmigen Vorstufenmaterialien in Vesikelzusammensetzungen eingebracht, wobei Micellen und Liposomen bevorzugt sind. Wie es nachstehend detailliert diskutiert wird, sind Vesikel, in denen ein Gas oder eine gasförmige Vorstufe oder beide eingekapselt sind, vorteilhaft, da sie in vivo eine verbesserte Reflektivität bereitstellen.
Wie es nachstehend detaillierter diskutiert wird, ist es bevorzugt, dass die Lipidzusammensetzungen und insbesondere die Vesikelzusammensetzungen aus Lipiden und optionalen Stabilisierungsverbindungen formuliert werden, um die Bildung stabiler Vesikel zu fördern. Darüber hinaus ist es auch bevorzugt, dass die Lipid- und/oder Vesikelzusammensetzungen auch ein sehr stabiles Gas umfassen. Der Begriff „sehr stabiles Gas" bezieht sich auf ein Gas, das in wässrigen Medien eine begrenzte Löslichkeit und ein begrenztes Diffusionsvermögen aufweist. Beispiele für sehr stabile Gase umfassen Perfluorkohlenstoffe, da diese im Allgemeinen ein geringeres Diffusionsvermögen aufweisen und in wässrigen Medien relativ unlöslich sind. Demgemäß kann ihre Verwendung die Bildung sehr stabiler Vesikel fördern.
In bestimmten Ausführungsformen kann es erwünscht sein, eine fluorierte Verbindung zu verwenden, insbesondere eine Perfluorkohlenstoffverbindung, die sich bei der Gebrauchstemperatur der Lipid- und/oder Vesikelzusammensetzungen im flüssigen Zustand befinden kann, einschließlich z.B. bei der in vivo-Temperatur des menschlichen Körpers, um die Stabilität der Lipid- und/oder Vesikelzusammensetzungen und insbesondere der gasgefüllten Vesikel zu unterstützen oder zu fördern. Geeignete fluorierte Verbindungen umfassen z.B. fluorierte Tenside, wie z.B. fluorierte Tenside, die als ZONYL^®-Tenside (The DuPont Company, Wilmington, DE) käuflich sind, sowie flüssige Perfluorkohlenstoffe, wie z.B. Perfluoroctylbromid (PFOB), Perfluordecalin, Perfluordodecalin, Perfluoroctyliodid, Perfluortripropyl-amin und Perfluortributylamin. Im Allgemeinen werden Perfluorkohlenstoffe, die etwa 6 oder mehr Kohlenstoffatome umfassen, bei der normalen Temperatur des menschlichen Körpers Flüssigkeiten sein. Von diesen Perfluorkohlenstoffen sind Perfluoroctylbromid und Perfluorhexan, die bei Raumtemperatur Flüssigkeiten sind, bevorzugt. Das vorliegende Gas kann z.B. Stickstoff oder Perfluorpropan sein, oder es kann von einer gasförmigen Vorstufe abgeleitet sein, bei der es sich auch um einen Perfluorkohlenstoff handeln kann, wie z.B. Perfluorpentan. Im letztgenannten Fall können die Lipid- und/oder Vesikelzusammensetzungen aus einem Gemisch von Perfluorkohlenstoffen hergestellt werden, das für die angegebenen Beispiele Perfluorpropan (Gas) oder Perfluorpentan (gasförmige Vorstufe) und Perfluoroctylbromid (Flüssigkeit) sein würde. Obwohl eine Bindung durch eine Theorie nicht erwünscht ist, wird angenommen, dass sich im Fall von Vesikelzusammensetzungen die flüssige fluorierte Verbindung an der Grenzfläche zwischen dem Gas und der Membran oder der Wandfläche des Vesikels befinden kann. Es kann folglich eine weitere stabilisierende Schicht aus einer flüssigen fluorierten Verbindung auf der inneren Oberfläche der Stabilisierungsverbindung ausgebildet werden, wie z.B. einem biologisch verträglichen Lipid, das zur Bildung des Vesikels verwendet worden ist, und diese Perfluorkohlenstoffschicht kann auch verhindern, dass das Gas durch die Vesikelmembran diffundiert. Eine gasförmige Vorstufe im Kontext der vorliegenden Erfindung ist bei der Herstellungs- und/oder Lagertemperatur eine Flüssigkeit. Sie wird jedoch zumindest beim Gebrauch oder während des Gebrauchs ein Gas.
Es wurde folglich gefunden, dass eine flüssige fluorierte Verbindung, wie z.B. ein Perfluorkohlenstoff, wenn diese mit einem Gas oder einer gasförmigen Vorstufe kombiniert wird, die gewöhnlich zur Herstellung der hier beschriebenen Lipid- und/oder Vesikelzusammensetzungen verwendet wird, einen höheren Grad an Stabilität bewirken kann, der ansonsten mit dem Gas oder der gasförmigen Vorstufe allein nicht erhältlich ist. Folglich liegt es innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung, ein Gas oder eine gasförmige Vorstufe, wie z.B. eine gasförmige Perfluorkohlenstoff-Vorstufe, wie z.B. Perfluorpentan, zusammen mit einem Perfluorkohlenstoff zu verwenden, der nach der Verabreichung an einen Patienten flüssig bleibt, d.h., dessen Flüssigkeits/Gas-Phasenübergangstemperatur über der Körpertemperatur des Patienten liegt, wie z.B. Perfluoroctylbromid. Perfluorierte Tenside, wie z.B. fluorierte ZONYL^®-Tenside können verwendet werden, um die Lipid- und/oder Vesikelzusammensetzungen zu stabilisieren und z.B. als Beschichtung für Vesikel zu wirken. Bevorzugte perfluorierte Tenside sind die teilweise fluorierten Phosphocholin-Tenside. Bei diesen bevorzugten fluorierten Tensiden können die dualen Alkylverbindungen an den endständigen Alkylketten fluoriert sein und die proximalen Kohlenstoffatome können hydriert sein. Diese fluorierten Phosphocholin-Tenside können zur Herstellung der gewünschten Lipid- und/oder Vesikelzusammensetzungen verwendet werden, die in den erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden.
Im Zusammenhang mit Ausführungsformen, bei denen Vesikelzusammensetzungen beteiligt sind, kann die Größe der Vesikel für die jeweils beabsichtigte Endanwendung eingestellt werden, z.B. für eine diagnostische und/oder therapeutische Anwendung. Die Größe der Vesikel kann vorzugsweise in einem Durchmesserbereich von etwa 30 Nanometer (nm) bis etwa 100 Mikrometer (μm) liegen, sowie in allen Kombinationen und Unterkombinationen dieser Bereiche. Mehr bevorzugt haben die Vesikel Durchmesser von etwa 100 nm bis etwa 10 μm, wobei Durchmesser von etwa 200 nm bis etwa 7 μm noch mehr bevorzugt sind. Im Zusammenhang mit speziellen Anwendungen, z.B. einer intravaskulären Anwendung, einschließlich einer Magnetresonanzbilderzeugung vom Gefäßsystem, kann es bevorzugt sein, dass die Vesikel einen Durchmesser aufweisen, der nicht größer als etwa 30 μm ist, wobei kleinere Vesikel bevorzugt sind, z.B. Vesikel mit einem Durchmesser von nicht mehr als etwa 12 μm. In besonders bevorzugten Ausführungsformen kann der Durchmesser der Vesikel etwa 7 μm oder weniger betragen, wobei Vesikel mit einem mittleren Durchmesser von etwa 5 μm oder weniger mehr bevorzugt sind und Vesikel mit einem mittleren Durchmesser von etwa 3 μm oder weniger noch mehr bevorzugt sind. Es ist vorgesehen, das diese kleineren Vesikel kleine Gefäßkanäle durchdringen können, wie z.B. das Mikrogefäßsystem, während sie gleichzeitig genügend Abstand oder Raum innerhalb des Gefäßkanals bereitstellen, so dass rote Blutzellen an den Vesikeln vorbeigleiten können. Es ist auch vorgesehen, das sich diese kleineren Vesikel mit etwa der gleichen Strömungsgeschwindigkeit durch das Gefäßsystem bewegen können, wie das Blut, und somit die normale Blutströmung nicht oder nicht wesentlich behindern.
Die Größe der gasgefüllten Vesikel kann gegebenenfalls durch eine Vielzahl von Verfahren eingestellt werden, z.B. durch Schütteln, Mikroemulgieren, Vortexieren, Extrudieren, Filtrieren, Sonifizieren, Homogenisieren, wiederholte Einfrier- und Auftauzyklen, Extrusion unter Druck durch Poren mit einer definierten Größe und entsprechende Verfahren.

Wie es vorstehend erwähnt worden ist, können die hier verwendeten Zusammensetzungen bezüglich ihrer Herstellung, Bildung und Verwendung auch gasförmige Vorstufen umfassen, die aktiviert werden können, so dass sie sich von einem flüssigen oder festen Zustand durch Temperatur, pH-Wert, Licht und Energie (wie z.B. Ultraschall) in ein Gas umwandeln. Die gasförmigen Vorstufen können durch Lagern der Vorstufen bei vermindertem Druck in ein Gas umgewandelt werden. Beispielsweise kann ein Fläschchen, dass unter vermindertem Druck gelagert wird, einen Kopfraum aus Perfluorpentan- oder Perfluorhexangas ausbilden, der zur Erzeugung eines vorher ausgebildeten Gases vor der Injektion nützlich ist. Vorzugsweise können die gasförmigen Vorstufen durch Temperatur aktiviert werden. Nachstehend ist eine Tabelle angegeben, die eine Reihe von gasförmigen Vorstufen, die relativ nahe bei der normalen Körpertemperatur (37°C) oder darunter einer Phasenumwandlung vom flüssigen zum gasförmigen Zustand unterliegen, und die Größe der emulgierten Tröpfchen angibt, die erforderlich wäre, um ein Vesikel mit einer maximalen Größe von 10 μm auszubilden. Tabelle 2 Physikalische Eigenschaften gasförmiger Vorstufen und Durchmesser emulgierter Tröpfchen zur Bildung eines 10 μm-Vesikels*

Verbindung	Molekulargewicht	Siedepunkt (°C)	Dichte	Durchmesser (μm) emulgierter Tröpfchen zur Bildung von 10 μm-Vesikeln
Perfluorpentan	288,04	29,5	1,7326	2,9
1-Fluorbutan	76,11	32,5	0,67789	1,2
2-Methylbutan (Isopentan)	72,15	27,8	0,6201	2,6
2-Methyl-1-buten	70,13	31,2	0,6504	2,5
2-Methyl-2-buten	70,13	38,6	0,6623	2,5
1-Buten-3-in-2-methyl	66,10	34,0	0,6801	2,4
3-Methyl-1-butin	68,12	29,5	0,6660	2,5
Octafluorcyclobutan	200,04	–5,8	1,48	2,8
Decafluorbutan	238,04	–2	1,517	3,0
Hexafluorethan	138,01	–78,1	1,607	2,7

Quelle: Chemical Rubber Company Handbook of Chemistry and Physics, Robert C. Weast und David R. Lide, Hrsg., CRC Press, Inc., Boca Raton, Florida (1989-1990).

Wie bereits erwähnt sind die Perfluorkohlenstoffe zur Verwendung als Gas oder gasförmige Vorstufe sowie als zusätzliche Stabilisierungskomponenten bevorzugt.
Wie vorstehend erwähnt ist es bevorzugt, die Eignung der Lipid- und/oder Vesikelzusammensetzungen, insbesondere der aus Lipiden formulierten Vesikelzusammensetzungen durch die Verwendung von Gasen mit begrenzter Löslichkeit zu optimieren. Der Ausdruck „begrenzte Löslichkeit" bezieht sich auf die Fähigkeit des Gases, aufgrund dessen Löslichkeit in dem umgebenden wässrigen Medium aus den Vesikeln zu diffundieren. Eine größere Löslichkeit in dem wässrigen Medium führt dazu, dass das Gas in dem Vesikel einen Gradienten aufweist, der dazu führt, dass das Gas eine Neigung zur Diffusion aus dem Vesikel aufweisen kann. Eine geringere Löslichkeit in dem wässrigen Milieu kann andererseits den Gradienten zwischen dem Vesikel und der Grenzfläche senken oder eliminieren, so dass die Diffusion des Gases aus dem Vesikel behindert werden kann. Vorzugsweise hat das in dem Vesikel eingeschlossene Gas eine Löslichkeit, die geringer ist als die Löslichkeit von Sauerstoff, d.h., etwa 1 Teil Gas in etwa 32 Teilen Wasser, vgl. Matheson Gas Data Book, 1966, Matheson Company Inc. Mehr bevorzugt weist das Gas, das in dem Vesikel eingeschlossen ist, eine Löslichkeit in Wasser auf, die geringer ist als die Löslichkeit von Luft. Noch mehr bevorzugt weist das Gas, das in dem Vesikel eingeschlossen ist, eine Löslichkeit in Wasser auf, die geringer ist als die Löslichkeit von Stickstoff.
In manchen Ausführungsformen kann es erwünscht sein, Vesikel aus im Wesentlichen undurchlässigen polymeren Materialien zu formulieren. In diesen Ausführungsformen ist es im Allgemeinen nicht erforderlich, ein Gas zu verwenden, das auch stark unlöslich ist. Beispielsweise können stabile Vesikelzusammensetzungen, die im Wesentlichen undurchlässige polymere Materialien umfassen, mit Gasen formuliert werden, die höhere Löslichkeiten aufweisen, wie z.B. Luft oder Stickstoff.
Zusätzlich zu den oder anstelle der Lipid- und/oder Polymerverbindungen, die vorstehend diskutiert worden sind, können die hier beschriebenen Zusammensetzungen ein oder mehrere Stabilisierungsmaterialien umfassen. Beispiele für solche Stabilisierungsmaterialien sind biologisch verträgliche Polymere. Die Stabilisierungsmaterialien können verwendet werden, um vorzugsweise bei der Bildung von Vesikeln zu unterstützen und/oder die weitgehende Einkapselung der Gase oder der gasförmigen Vorstufen sicherzustellen. Selbst bei relativ unlöslichen, nicht-diffundierenden Gasen, wie z.B. Perfluorpropan oder Schwefelhexafluorid können verbesserte Vesikelzusammensetzungen erhalten werden, wenn ein oder mehrere Stabilisierungsmaterial(ien) bei der Bildung der mit dem Gas oder der gasförmigen Vorstufe gefüllten Vesikel verwendet werden. Diese Verbindungen können bei der Verbesserung der Stabilität und der Integrität der Vesikel bezüglich ihrer Größe, Gestalt und/oder anderen Eigenschaften unterstützen.
Der Begriff „stabil" oder „stabilisiert", wie er hier verwendet wird, bedeutet, dass die Vesikel gegenüber einem Abbau, einschließlich z.B. dem Verlust der Vesikelstruktur oder des eingekapselten Gases oder der eingekapselten gasförmigen Vorstufe, für einen geeigneten Zeitraum beständig sind. Typischerweise haben die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Vesikel eine Lagerdauer, bei der mindestens 90% ihrer ursprünglichen Struktur für einen Zeitraum von mindestens etwa zwei bis drei Wochen unter normalen Umgebungsbedingungen beibehalten werden. In der bevorzugten Form sind die Vesikel vorzugsweise für einen Zeitraum von mindestens etwa 1 Monat, mehr bevorzugt mindestens etwa 2 Monate, noch mehr bevorzugt mindestens etwa 6 Monate, noch mehr bevorzugt mindestens etwa 18 Monate und insbesondere bis zu etwa 3 Jahren stabil. Die hier beschriebenen Vesikel, die mit Gas und einer gasförmigen Vorstufe gefüllte Vesikel umfassen, können auch unter nachteiligen Bedingungen stabil sein, wie z.B. bei Temperaturen und Drücken, die über oder unter den normalen Umgebungsbedingungen liegen.
Die Stabilität der hier beschriebenen Vesikel kann zumindest teilweise auf die Materialien zurückgeführt werden, aus denen die Vesikel hergestellt sind, einschließlich z.B. den vorstehend beschriebenen Lipiden, Proteinen und/oder Polymeren, und es ist häufig nicht erforderlich, zusätzliche Stabilisierungsmaterialien zu verwenden, obwohl dies optional und gegebenenfalls bevorzugt sein kann. Solche zusätzlichen Stabilisierungsmaterialien und deren Eigenschaften werden nachstehend ausführlicher beschrieben.
Die Materialien, aus denen die Vesikel aufgebaut sind, sind vorzugsweise biologisch verträgliche Lipid-, Protein- und/oder Polymermaterialien und von diesen sind die biologisch verträglichen Lipide bevorzugt. Da die Vesikel einfach formuliert werden können, einschließlich der Herstellung von Vesikeln unmittelbar vor der Verabreichung, können diese Vesikel darüber hinaus an Ort und Stelle hergestellt werden.
Besonders bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen Vesikel, die drei Komponenten umfassen: (1) ein neutrales Lipid, wie z.B. ein nicht-ionisches oder zwitterionisches Lipid, (2) ein negativ geladenes Lipid und (3) ein Lipid, das ein Stabilisierungsmaterial aufweist, wie z.B. ein hydrophiles Polymer. Vorzugsweise beträgt die Menge des negativ geladenen Lipids mehr als etwa 1 mol-% des gesamten vorhandenen Lipids und die Menge des Lipids, das ein hydrophiles Polymer aufweist, beträgt mehr als etwa 1 mol-% des gesamten vorhandenen Lipids. Ein Beispiel für bevorzugte negative geladene Lipide sind Phosphatidsäuren. Das Lipid, das ein hydrophiles Polymer aufweist, ist vorzugsweise ein Lipid, das kovalent mit dem Polymer verbunden ist, und das Polymer weist vorzugsweise ein Gewichtsmittel des Molekulargewichts von 400 bis 100000 auf. Geeignete hydrophile Polymere werden vorzugsweise aus der Gruppe bestehend aus Polyethylenglycol (PEG), Polypropylenglycol, Polyvinylalkohol und Polyvinylpyrrolidon und Copolymeren davon ausgewählt, wobei PEG-Polymere bevorzugt sind. Vorzugsweise weist das PEG-Polymer ein Molekulargewicht von 1000 bis 7500 auf, wobei Molekulargewichte von 2000 bis 5000 mehr bevorzugt sind. Das PEG oder ein anderes Polymer kann an das Lipid, z.B. DPPE über eine kovalente Bindung gebunden sein, wie z.B. eine Amid-, Carbamat- oder Aminbindung. Darüber hinaus kann das PEG oder ein anderes Polymer an einen Zielsteuerungsliganden oder andere Phospholipide mit einer kovalenten Bindung gebunden sein, einschließlich z.B. einer Amid-, Ester-, Ether-, Thioester-, Thioamid- oder Disulfidbindung. Wenn das hydrophile Polymer PEG ist, dann wird ein Lipid, das ein solches Polymer aufweist, als „pegyliert" bezeichnet. In der bevorzugten Form ist das Lipid, das ein hydrophiles Polymer aufweist, ein DPPE-PEG, einschließlich z.B. DPPE-PEG5000, was sich auf ein DPPE bezieht, an das ein Polyethylenglycol-Polymer mit einem Gewichtsmittel des Molekulargewichts von etwa 5000 gebunden ist (DPPE-PEG5000). Ein weiteres geeignetes pegyliertes Lipid ist Distearoylphosphatidylethanolamin-Polyethylenglycol 5000 (DSPE-PEG5000).
In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die Lipidzusammensetzungen 77,5 mol-% DPPC, 12,5 mol-% DPPA und 10 mol-% DPPE-PEG5000 umfassen. Es sind auch Zusammensetzungen bevorzugt, die 80 bis 90 mol-% DPPC, 5 bis 15 mol-% DPPA und 5 bis 15 mol-% DPPE-PEG5000 umfassen. Besonders bevorzugt sind Zusammensetzungen, die DPPC, DPPA und DPPE-PEG5000 in einem mol-%-Verhältnis von 82:10:8 umfassen. DPPC ist im Wesentlichen neutral, da der Phosphatidylabschnitt negativ und der Cholinabschnitt positiv geladen ist. Folglich kann DPPA, das negativ geladen ist, zur Erhöhung der Stabilisierung gemäß dem vorstehend beschriebenen Mechanismus zugesetzt werden. DPPE-PEG stellt ein pegyliertes Material bereit, das an die Lipidmembran oder die Außenhaut des Vesikels durch den DPPE-Rest gebunden ist, wobei der PEG-Rest frei ist und die Vesikelmembran oder -außenhaut umgeben kann und dadurch eine physikalische Barriere für verschiedene enzymatische Mittel und andere endogene Mittel im Körper ausbildet, deren Funktion im Abbau solcher fremden Materialien besteht. Das DPPE-PEG kann mehr Vesikel mit einer geringeren Größe bereitstellen, die gegenüber Druck sicher und stabil sind, wenn sie mit anderen Lipiden in den angegebenen Verhältnissen kombiniert werden, wie z.B. mit DPPC und DPPA. Es wird auch angenommen, dass das pegylierte Material aufgrund seiner strukturellen Ähnlichkeit mit Wasser die Einwirkung der Makrophagen des menschlichen Immunsystems abwehren kann, das ansonsten zum Umgeben und Entfernen des fremden Objekts neigen würde. Das Ergebnis ist eine Zunahme des Zeitraums, in dem die stabilisierten Vesikel als Kontrastmittel bei der diagnostischen Bilderzeugung wirken können.
Die Vesikelzusammensetzungen können zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Materialien aus anderen Materialien hergestellt werden, mit der Maßgabe, dass die so hergestellten Vesikel die hier beschriebenen Stabilitätskriterien und andere Kriterien erfüllen. Diese Materialien können grundlegend sein und bilden die primäre Basis zur Erzeugung oder Herstellung der stabilisierten Vesikel, die mit Gas und einer gasförmigen Vorstufe gefüllt sind. Andererseits kann es sich um Hilfsmaterialien handeln, die als Unterstützungs- oder Ergän zungsmittel wirken, welche die Funktion des Basis-Stabilisierungsmaterials oder der Basis-Stabilisierungsmaterialien verstärken können oder die zusätzlich zu den Eigenschaften des Basis-Stabilisierungsmaterials gewünschte Eigenschaften liefern.
Es ist jedoch nicht immer möglich, zu bestimmen, ob ein gegebenes Material ein Basismittel oder ein Hilfsmittel ist, da die Funktion des jeweiligen Materials empirisch z.B. durch die Ergebnisse bestimmt wird, die sich bezüglich der Herstellung stabilisierter Vesikel ergeben. Als Beispiel dafür, wie diese Basismaterialien und Hilfsmaterialien wirken können, wurde beobachtet, dass die einfache Kombination eines biologisch verträglichen Lipids und Wasser oder Kochsalzlösung beim Schütteln nach dem Autoklavieren zur Sterilisierung häufig eine trübe Lösung ergibt. Eine solche trübe Lösung kann als Kontrastmittel wirken, ist jedoch ästhetisch zu beanstanden und kann eine Instabilität in Form von ungelösten oder nicht dispergierten Teilchen aufweisen. Trübe Lösungen können auch unerwünscht sein, wenn das ungelöste teilchenförmige Material einen Durchmesser von mehr als etwa 7 μm und insbesondere mehr als etwa 10 μm aufweist. Herstellungsschritte, wie z.B. eine Sterilfiltration, können auch problematisch sein mit Lösungen, die ungelöstes teilchenförmiges Material enthalten. Es kann Propylenglycol zugesetzt werden, um diese Trübung durch Erleichtern der Dispersion oder des Lösens der Lipidteilchen zu entfernen. Das Propylenglycol kann auch als Benetzungsmittel wirken, das die Vesikelbildung und -stabilisierung durch Erhöhung der Oberflächenspannung auf der Vesikelmembran oder der Vesikelaußenhaut verbessern kann. Es ist möglich, dass das Propylenglycol auch als zusätzliche Schicht wirken kann, welche die Membran oder Außenhaut des Vesikels beschichten kann, wodurch eine zusätzliche Stabilisierung bereitgestellt wird. Beispiele für solche weiteren Basis-Stabilisierungsmaterialien oder Hilfs-Stabilisierungsmaterialien sind herkömmliche Tenside, die verwendet werden können, vgl. z.B. D'Arrigo, US-PSen 4,684,479 und 5,215,680 .
Zusätzliche Hilfs-Stabilisierungsmaterialien und Basis-Stabilisierungsmaterialien umfassen Mittel wie Erdnussöl, Canolaöl, Olivenöl, Saffloröl, Maisöl oder ein beliebiges anderes Öl, von dem bekannt ist, dass es aufgenommen werden kann, und das zur Verwendung als Stabilisierungsverbindung gemäß den hier angegebenen Lehren verwendbar ist. Verschiedene Hilfs-Stabilisierungsmaterialien und Basis-Stabilisierungsmaterialien sind z.B. in der US-Anmeldung mit der Seriennummer 08/444,574 , angemeldet am 19. Mai 1995, beschrieben.
Darüber hinaus können Verbindungen, die zur Herstellung gemischter Micellensysteme verwendet werden, zur Verwendung als Basis-Stabilisierungsmaterialien oder Hilfs-Stabilisierungsmaterialien geeignet sein, und diese umfassen z.B. Lauryltrimethylammoniumbromid (Dodecyl-), Cetyltrimethylammoniumbromid (Hexadecyl-), Myristyltrimethylammo niumbromid (Tetradecyl-), Alkyldimethylbenzylammoniumchlorid (wobei Alkyl C₁₂, C₁₄ oder C₁₆ ist), Benzyldimethyldodecylammoniumbromid/chlorid, Benzyldimethylhexadecylammoniumbromid/chlorid, Benzyldimethyltetradecylammoniumbromid/chlorid, Cetyldimethylethylammoniumbromid/chlorid oder Cetylpyridiniumbromid/chlorid.
Es wurde auch gefunden, dass die mit Gas und einer gasförmigen Vorstufe gefüllten Vesikel, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, bezüglich der Größe, der Löslichkeit und der Wärmestabilität gesteuert werden können, und zwar durch Auswählen der verschiedenen zusätzlichen Stabilisierungsmaterialien oder Hilfs-Stabilisierungsmaterialien, die hier beschrieben sind. Diese Materialien können diese Parameter der Vesikel, insbesondere der aus Lipiden formulierten Vesikel, nicht nur durch ihre physikalische Wechselwirkung mit den Membranen beeinflussen, sondern auch durch ihre Fähigkeit zur Modifizierung der Viskosität und der Oberflächenspannung der Oberfläche der mit Gas und einer gasförmigen Vorstufe gefüllten Vesikel. Demgemäß können die mit Gas und einer gasförmigen Vorstufe gefüllten Vesikel, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, vorteilhaft modifiziert und weiter stabilisiert werden, z.B. durch die Zugabe eines oder mehrerer einer Vielzahl von (a) Viskositätsmodifiziermitteln, einschließlich z.B. Kohlenhydraten und deren phosphorylierte und sulfonierte Derivate; Polyethern, vorzugsweise mit Molekulargewichtsbereichen zwischen 400 und 100000; und den Di- und Trihydroxyalkanen und deren Polymeren vorzugsweise mit Molekulargewichtsbereichen zwischen 200 und 50000; (b) Emulgatoren und/oder Lösungsvermittlern, einschließlich z.B. Akaziengummi, Cholesterin, Diethanolamin, Glycerinmonostearat, Lanolinalkohole, Lecithin, Mono- und Diglyceride, Monoethanolamin, Ölsäure, Oleylalkohol, Poloxamer, wie z.B. Poloxamer 188, Poloxamer 184 und Poloxamer 181, Polyoxyethylen-50-stearat, Polyoxyl-35-Rizinusöl, Polyoxyl-10-oleylether, Polyoxyl-20-cetostearylether, Polyoxyl-40-stearat, Polysorbat 20, Polysorbat 40, Polysorbat 60, Polysorbat 80, Propylenglycoldiacetat, Propylenglycolmonostearat, Natriumlaurylsulfat, Natriumstearat, Sorbitanmonolaurat, Sorbitanmonooleat, Sorbitanmonopalmitat, Sorbitanmonostearat, Stearinsäure, Trolamin und emulgierendes Wachs, (c) Suspendierungs- und/oder Viskositäts-erhöhenden Mitteln, einschließlich z.B. Akaziengummi, Agar, Alginsäure, Aluminiummonostearat, Bentonit, Magma, Carbomer 934P, Carboxymethylcellulose, Calcium- und Natrium- und Natrium-12-, Carrageenan, Cellulose, Dextran, Gelatine, Guar-Gummi, Johannesbrotgummi, Veegum, Hydroxyethylcellulose, Hydroxypropylmethylcellulose, Magnesium-Aluminium-Silikat, Zeolite^®, Methylcellulose, Pektin, Polyethylenoxid, Povidon, Propylenglycolalginat, Siliciumdioxid, Natriumalginat, Tragantgummi, Xanthangummi, α-d-Gluconolacton, Glycerin und Mannit; (d) synthetischen Suspendiermitteln, wie z.B. Polyethylenglycol (PEG), Polyvinylpyrrolidon (PVP), Polyvinylalkohol (PVA), Polypropylenglycol (PPG) und Polysorbat; und (e) tonussteigernden Mitteln, die stabilisierend wirken und den Tonus steigern, einschließlich z.B. Sorbit, Mannit, Trehalose, Saccharose, Propylenglycol und Glycerin.
Wie es vorstehend diskutiert worden ist, sind die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen, einschließlich der mit Gas und/oder mit einer gasförmigen Vorstufe gefüllten Vesikel, als Kontrastmittel für die diagnostische Bilderzeugung geeignet, einschließlich z.B. Ultraschall-Bilderzeugung (US-Bilderzeugung), Computertomographie-Bilderzeugung (CT-Bilderzeugung), einschließlich CT-Angiographie-Bilderzeugung (CTA-Bilderzeugung), Magnetresonanz-Bilderzeugung (MR-Bilderzeugung), Magnetresonanz-Angiographie (MRA), für die Nuklearmedizin, die optische Bilderzeugung und die Elastographie.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Magnetresonanz-Bilderzeugungsverfahrens kann das Kontrastmittel allein oder in Kombination mit anderen diagnostischen, therapeutischen oder anderen Mitteln eingesetzt werden. Solche anderen Mittel umfassen Zusätze wie z.B. Geschmacksstoffe oder Farbmittel. Bei den Magnetresonanz-Bilderzeugungsverfahren handelt es sich um herkömmliche Verfahren, die z.B. in D. M. Kean und M. A. Smith, Magnetic Resonance Imaging: Principles and Applications (William and Wilkins, Baltimore 1986) beschrieben sind. Die vorgesehenen MRI-Techniken umfassen unter anderem kernmagnetische Resonanz (NMR) und Elektronenspinresonanz (ESR). Der bevorzugte Bilderzeugungsmodus ist NMR.
Beispiele für paramagnetische Kontrastmittel, die zur Verwendung in den vorliegenden Zusammensetzungen geeignet sind, umfassen stabile freie Radikale, wie z.B. stabile Nitroxide, sowie Verbindungen, die Übergangselemente, Lanthaniden- und Aktinidenelemente umfassen, die gegebenenfalls in Form eines Salzes vorliegen können oder die kovalent oder nicht-kovalent an Komplexierungsmittel gebunden sein können, einschließlich lipophilen Derivaten davon, oder an proteinartige Makromoleküle.
Bevorzugte Übergangselemente, Lanthaniden- und Aktinidenelemente umfassen z.B. Gd(III), Mn(II), Cu(II), Cr(III), Fe(II), Fe(III), Co(II), Er(II), Ni(II), Eu(III) und Dy(III). Insbesondere kann es sich bei den Elementen um Gd(III), Mn(II), Cu(II), Cr(III), Fe(II), Fe(III), Eu(III) und Dy(III) handeln, besonders bevorzugt um Mn(II) und Gd(III).
Die vorstehenden Elemente können gegebenenfalls in der Form eines Salzes vorliegen, einschließlich anorganischer Salze, wie z.B. eines Mangansalzes wie Manganchlorid, Mangancarbonat, Manganacetat, und organischer Salze, wie z.B. Mangangluconat und Mangan hydroxylapatit. Andere Beispiele für Salze umfassen Eisensalze, wie z.B. Eisensulfide und Eisen(III)-Salze, wie z.B. Eisen(III)-chlorid.
Diese Elemente können auch gegebenenfalls direkt durch kovalente oder nicht-kovalente Assoziierung an Komplexierungsmittel, einschließlich lipophiler Derivate davon, oder an proteinartige Makromoleküle gebunden sein. Bevorzugte Komplexierungsmittel umfassen z.B. Diethylentriaminpentaessigsäure (DTPA), Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA), 1,4,7,10-Tetraazacyclododecan-N,N',N'',N'''-tetraessigsäure (DOTA), 1,4,7,10-Tetraazacyclododecan-N,N',N''-triessigsäure (DOTA), 3,6,9-Triaza-12-oxa-3,6,9-tricarboxymethylen-10-carboxy-13-phenyltridecansäure (B-19036), Hydroxybenzylethylendiamindiessigsäure (HBED), N,N'-Bis(pyridoxyl-5-phosphat)ethylendiamin, N,N'-Diacetat (DPDP), 1,4,7-Triazacyclononan-N,N',N''-triessigsäure (NOTA), 1,4,8,11-Tetraazacyclotetradecan-N,N',N'',N'''-tetraessigsäure (TETA), Kryptanden (makrocyclische Komplexe) und Desferrioxamin. Mehr bevorzugt handelt es sich bei den Komplexierungsmitteln um EDTA, DTPA, DOTA, DO3A und Kryptanden, insbesondere um DTPA. Bevorzugte lipophile Komplexe umfassen alkylierte Derivate der Komplexierungsmittel EDTA, DOTA, z.B. N,N'-Bis(carboxydecylamidomethyl-N-2,3-dihydroxypropyl)ethylendiamin-N,N'-diacetat (EDTA-DDP); N,N'-Bis(carboxyoctadecylamidomethyl-N-2,3-dihydroxypropyl)ethylendiamin-N,N'-di-acetat (EDTA-ODP); N,N'-Bis(carboxylaurylamidomethyl-N-2,3-dihydroxypropyl)ethylendiamin-N,N'-diacetat (EDTA-LDP) und dergleichen, einschließlich der Komplexe, die in der US-PS 5,312,617 beschrieben sind, deren vollständige Offenbarung in diese Beschreibung unter Bezugnahme einbezogen ist. Bevorzugte proteinartige Makromoleküle umfassen z.B. Albumin, Kollagen, Polyarginin, Polylysin, Polyhistidin, γ-Globulin und β-Globulin, wobei Albumin, Polyarginin, Polylysin und Polyhistidin mehr bevorzugt sind.
Geeignete Komplexe umfassen daher Mn(II)-DTPA, Mn(II)-EDTA, Mn(II)-DOTA, Mn(II)-DO3A, Mn(II)-Kryptanden, Gd(III)-DTPA, Gd(III)-DOTA, Gd(III)-DO3A, Gd(III)-Kryptanden, Cr(III)-EDTA, Cu(II)-EDTA oder Eisen-Desferrioxamin, insbesondere Mn(II)-DTPA oder Gd(III)-DTPA.
Nitroxide sind paramagnetische Kontrastmittel, die sowohl T1- als auch T2-Relaxationsraten bei der MRI durch die Gegenwart eines ungepaarten Elektrons im Nitroxidmolekül erhöhen. Wie es dem Fachmann bekannt ist, kann die paramagnetische Effektivität einer gegebenen Verbindung als MRI-Kontrastmittel zumindest teilweise der Anzahl der ungepaarten Elektronen in dem paramagnetischen Kern oder Molekül zugewiesen werden, und insbesondere dem Quadrat der Anzahl der ungepaarten Elektronen. Beispielsweise hat Gadolinium sieben ungepaarte Elektronen, wohingegen ein Nitroxidmolekül ein ungepaartes Elektron hat. Folg lich ist Gadolinium im Allgemeinen ein wesentlich stärkeres MRI-Kontrastmittel als ein Nitroxid. Die effektive Korrelationszeit, ein weiterer wichtiger Parameter zur Bewertung der Effektivität von Kontrastmitteln verleiht den Nitroxiden jedoch potenziell eine höhere Relaxivität. Wenn die Taumelrate erniedrigt wird, z.B. durch Binden des paramagnetischen Kontrastmittels an ein großes Molekül, dann wird es langsamer taumeln und daher Energie effektiver übertragen, wodurch die Relaxation der Protonen des Wassers beschleunigt wird. In Gadolinium ist jedoch die Elektronenspinrelaxationszeit hoch und wird das Ausmaß übersteigen, in dem geringe Rotationskorrelationszeiten die Relaxivität steigern kann. Für Nitroxide sind die Elektronenspinrelaxationszeiten jedoch günstiger und ein sehr starker Anstieg der Relaxivität kann durch Verlangsamen der Rotationskorrelationszeit dieser Moleküle erreicht werden. Die erfindungsgemäßen gasgefüllten Vesikel sind ideal dafür, um verlangsamte Rotationskorrelationszeiten und eine resultierende Verbesserung der Relaxivität zu erreichen. Obwohl eine Bindung an eine bestimmte Theorie nicht erwünscht ist, ist vorgesehen, dass, da die Nitroxide so gestaltet werden können, dass sie den Umfang der Vesikel umgeben, z.B. durch Herstellung von Alkylderivaten derselben, die resultierenden Korrelationszeiten optimiert werden können. Darüber hinaus kann das resultierende erfindungsgemäße Kontrastmittel als magnetische Kugel gesehen werden, d.h. mit einer geometrischen Konfiguration, welche die Relaxivität maximiert.
Gegebenenfalls können die Nitroxide alkyliert oder auf andere Weise derivatisiert werden, wie z.B. die Nitroxide 2,2,5,5-Tetramethyl-1-pyrrolidinyloxy, freies Radikal, und 2,2,6,6-Tetramethyl-1-piperidinyloxy, freies Radikal (TMPO).
Beispiele für superparamagnetische Kontrastmittel, die zur Verwendung in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen geeignet sind, umfassen Metalloxide und -sulfide, die eine magnetische Domäne aufweisen, ferro- oder ferrimagnetische Verbindungen, wie z.B. reines Eisen, magnetisches Eisenoxid, wie z.B. Magnetit, γ-Fe₂O₃, Fe₃O₄, Manganferrit, Cobaltferrit und Nickelferrit. In den vorliegenden Zusammensetzungen können auch paramagnetische Gase eingesetzt werden, wie z.B. Sauerstoff-17-Gas (¹⁷O₂). Darüber hinaus kann hyperpolarisiertes Xenon-, Neon- oder Heliumgas verwendet werden. Eine MR-Ganzkörper-Bilderzeugung kann dann zum schnellen Screenen des Körpers, zum Beispiel im Hinblick auf eine Thrombose eingesetzt werden, und Ultraschall kann dann gegebenenfalls zur Unterstützung bei der Thrombolyse eingesetzt werden.
Die Kontrastmittel, wie z.B. die vorstehend beschriebenen paramagnetischen und superparamagnetischen Kontrastmittel können als Komponente innerhalb der Lipid-, Protein-, Polymer- und/oder Vesikelzusammensetzungen verwendet werden. Im Fall von Vesikelzusam mensetzungen können die vorstehend genannten Kontrastmittel innerhalb des inneren Hohlraums der Vesikel eingeschlossen sein, als Lösung mit den Vesikeln verabreicht werden, mit beliebigen zusätzlichen Stabilisierungsmaterialien versetzt werden, oder auf die Oberfläche oder Membran der Vesikel aufgebracht werden.
Gegebenenfalls können die paramagnetischen oder superparamagnetischen Mittel als alkylierte Derivate oder sonstige Derivate in die Zusammensetzungen eingebracht werden, insbesondere in die Lipidwände der Vesikel. Insbesondere können die Nitroxide 2,2,5,5-Tetramethyl-1-pyrrolidinyloxy, freies Radikal, und 2,2,6,6-Tetramethyl-1-piperidinyloxy, freies Radikal, Addukte mit langkettigen Fettsäuren über verschiedene Bindungen an den Positionen des Rings bilden, die nicht durch die Methylgruppen besetzt sind, z.B. über eine Acetyloxybindung. Solche Addukte können sehr gut in die erfindungsgemäßen Lipid- und/oder Vesikelzusammensetzungen eingebracht werden.
In den vorliegenden Zusammensetzungen können Gemische eines oder mehrerer der paramagnetischen Mittel und/oder der superparamagnetischen Mittel verwendet werden. Die paramagnetischen und superparamagnetischen Mittel können gegebenenfalls auch separat zusammen verabreicht werden.
Die erfindungsgemäßen Lipid-, Protein-, Polymer- und/oder Vesikelzusammensetzungen und insbesondere die Vesikelzusammensetzungen können nicht nur als effektive Träger der vorstehend genannten superparamagnetischen Mittel dienen, sondern auch den Effekt der Suszeptibilitätskontrastmittel verbessern. Superparamagnetische Kontrastmittel umfassen Metalloxide, insbesondere Eisenoxide, die Manganoxide umfassen, und Eisenoxide, die variierende Mengen an Mangan, Cobalt und Nickel umfassen, die eine magnetische Domäne aufweisen. Diese Mittel sind Nanoteilchen oder Mikroteilchen und weisen sehr hohe Bulk-Suszeptibilitäten und transversale Relaxationsraten auf. Die größeren Teilchen, z.B. Teilchen mit Durchmessern von etwa 100 nm, weisen verglichen mit der R1-Relaxation eine sehr viel höhere R2-Relaxation auf. Die kleineren Teilchen, z.B. Teilchen mit Durchmessern von etwa 10 bis etwa 15 nm weisen etwas geringere R2-Relaxationen auf, jedoch sehr viel ausgewogenere R1- und R2-Werte. Viel kleinere Teilchen, z.B. monokristalline Eisenoxidteilchen mit Durchmessern von etwa 3 bis etwa 5 nm weisen geringere R2-Relaxationen auf, jedoch möglicherweise die am besten ausgewogenen R1- und R2-Relaxationsraten. Ferritin kann auch so formuliert werden, dass es einen Kern aus superparamagnetischem Eisen mit einer sehr hohen Relaxationsrate einschließt. Es wurde gefunden, dass die Lipid- und/oder Vesikelzusammensetzungen, insbesondere Vesikelzusammensetzungen, einschließlich gasge füllter Vesikel, die Effizienz und Sicherheit dieser herkömmlichen MRI-Kontrastmittel auf Eisenbasis erhöhen können.
Die Eisenoxide können einfach in die Lipid- und/oder Vesikelzusammensetzungen eingebracht werden. Im Fall von Vesikeln, die aus Lipiden formuliert sind, können die Eisenoxide in die Wände der Vesikel z.B. durch Absorption auf den Oberflächen der Vesikel eingebracht werden, oder sie können im Inneren der Vesikel eingeschlossen werden, wie es in der US-PS 5,088,499 beschrieben ist.
Ohne dass eine Bindung an eine bestimmte Theorie erwünscht ist, wird angenommen, dass die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen und insbesondere die Vesikelzusammensetzungen die Wirksamkeit der superparamagnetischen Kontrastmittel durch mehrere Mechanismen erhöhen. Erstens wird angenommen, dass die Vesikel dahingehend wirken, die scheinbare magnetische Konzentration der Eisenoxidteilchen zu erhöhen. Es wird auch angenommen, dass die Vesikel die scheinbare Rotationskorrelationszeit der MRI-Kontrastmittel, einschließlich paramagnetischer und superparamagnetischer Mittel, erhöhen, so dass die Relaxationsraten erhöht werden. Darüber hinaus scheinen die Vesikel die scheinbare magnetische Domäne des Kontrastmittels gemäß der nachstehend beschriebenen Weise zu erhöhen.
Bestimmte Vesikel der vorliegenden Erfindung und insbesondere Vesikel, die aus Lipiden formuliert sind, können als flexible kugelförmige Domänen mit sich vom Suspendierungsmedium, einschließlich z.B. der wässrigen Suspension des Kontrastmittels oder des Bluts oder anderen Körperfluiden, unterscheidender Suszeptibilität, z.B. im Fall einer intravaskulären Injektion oder einer Injektion in andere Körperstellen, visualisiert werden. Im Fall von Ferriten oder Eisenoxidteilchen sollte beachtet werden, dass der durch diese Mittel bereitgestellte Kontrast von der Teilchengröße abhängig ist. Dieses Phänomen ist sehr verbreitet und wird häufig als die „säkulare" Relaxation der Wassermoleküle bezeichnet. Physikalischer ausgedrückt bedeutet dies, dass dieser Relaxationsmechanismus von der effektiven Größe des molekularen Komplexes abhängt, in dem sich ein paramagnetisches Atom oder ein paramagnetisches Molekül oder paramagnetische Moleküle befindet/befinden. Eine physikalische Erklärung kann mit den vorliegenden Solomon-Bloembergen-Gleichungen gegeben werden, welche die paramagnetischen Beiträge als Funktion der T₁- und T₂-Relaxationszeiten eines Kerns mit dem Spin ½ definieren, wobei das gyromagnetische Verhältnis g durch ein paramagnetisches Ion gestört wird: 1/T1M = (2/15)S(S + 1)γ2g2β2/r6[3τc(1 + ω2 lτc 2) + 7τc/(1 + ωs 2τc 2)] + (2/3)S(S + 1)A2/h2[τe/(1 + ωs2τe 2)] und 1/T2M = (1/15)S(S + 1)γ2g2β2/r6[4τc + 3τc/(1 + ωl 2τc 2) + 13τc/(1 + ws 2τc 2)] + (1/3)S(S + 1)A2/h2[τe/(1 + ωs2τe 2)]wobei:

S: die Spinquantenzahl des Elektrons ist;
G: der g-Faktor des Elektrons ist;
β: das Bohr'sche Magneton ist;
ω_l und ω_s (657 w₁): die Winkelpräzessions-Larmorfrequenz für die Kernspins und die Elektronenspins ist;
r: der Ion-Kern-Abstand ist;
A: die Hyperfein-Kopplungskonstante ist;
τ_c und τ_e: die dipolaren bzw. skalaren Wechselwirkungen sind; und
h: die Planck'sche Konstante ist.

Vergleiche z.B. I. Solomon, Phys. Rev., Band 99, Seite 559 (1955) und N. Bloembergen, J. Chem. Phys., Band 27, Seiten 572, 595 (1957).

Eine geringe Anzahl großer Teilchen kann einen sehr viel größeren Effekt haben als eine große Anzahl viel kleinerer Teilchen, und zwar in erster Linie auf Grund einer größeren Korrelationszeit. Wenn jedoch die Eisenoxidteilchen sehr groß gemacht würden, könnte sich eine erhöhte Toxizität ergeben und die Lungen können embolisiert werden oder das Komplemen-Kaskadensystem kann aktiviert werden. Ferner wird angenommen, dass die Gesamtgröße des Teilchens nicht so wichtig ist wie der Durchmesser des Teilchens an seiner Kante oder seiner äußeren Oberfläche. Die Domäne der Magnetisierung oder der Suszeptibilitätseffekt fällt von der Oberfläche des Teilchens exponentiell ab. Das heißt, dass im Fall eines dipolaren (durch den Raum) Relaxationsmechanismus dieser exponentielle Abfall eine r⁶-Abhängigkeit einer paramagnetischen Dipol-Dipol-Wechselwirkung zeigt. Wörtlich genommen heißt dies, dass ein Wassermolekül, das 4 Angstrom von einer paramagnetischen Oberfläche entfernt ist, 64-mal weniger beeinflusst wird, als ein Wassermolekül, das 2 Angstrom von der gleichen paramagnetischen Oberfläche entfernt ist. Die ideale Situation bezüglich der Maximierung des Kontrasteffekts würde darin bestehen, die Eisenoxidteilchen hohl, flexibel und so groß wie möglich zu machen. Bisher war es nicht möglich, dies zu erreichen, und es wird angenommen, dass auch der Nutzen bisher nicht erkannt worden ist. Durch Beschichten der inneren oder äußeren Oberflächen der Vesikel mit den Kontrastmitteln kann die Effektivität der Kontrastmittel stark erhöht werden, obwohl die einzelnen Kontrastmittel, z.B. Eisenoxidnanoteilchen oder paramagnetische Ionen relativ kleine Strukturen sind. Wenn dies durchgeführt wird, können die Kontrastmittel als effektiv sehr viel größere Kugel wirken, wobei die effektive Domäne der Magnetisierung durch den Durchmesser des Vesikels bestimmt wird und an der Oberfläche des Vesikels maximal ist. Diese Mittel haben den Vorteil der Flexibilität, insbesondere der Nachgiebigkeit. Während sich steife Vesikel in den Lungen oder anderen Organen ablagern und toxische Reaktionen hervorrufen könnten, gleiten diese flexiblen Vesikel viel einfacher durch die Kapillaren.
Im Gegensatz zu den vorstehend beschriebenen flexiblen Vesikeln kann es erwünscht sein, unter bestimmten Umständen Vesikel aus im Wesentlichen undurchlässigen Materialien zu formulieren, z.B. aus polymeren Materialien, einschließlich z.B. Polymethylmethacrylat. Dies würde im Allgemeinen zur Bildung von Vesikeln führen, die im Wesentlichen undurchlässig und relativ und elastisch und spröde sind. In Ausführungsformen, bei denen eine diagnostische Bilderzeugung, wie z.B. Ultraschall beteiligt ist, würden Kontrastmittel, die solche brüchigen Vesikel umfassen, im Allgemeinen nicht die gewünschte Reflektivität liefern, die flexible Vesikel bereitstellen können. Durch Erhöhen der Ausgangsleistung des Ultraschalls können die spröden Vesikel jedoch zerrissen werden, wodurch akustische Emissionen verursacht werden, die durch einen Ultraschallwandler nachgewiesen werden können.
In Verbindung mit den diagnostischen und therapeutischen Verfahrensaspekten der vorliegenden Erfindung kann auch eine nuklearmedizinische Bilderzeugung (NMI) eingesetzt werden. Beispielsweise kann NMI zum Nachweis radioaktiver Gase, wie z.B. Xe¹³³ verwendet werden, die in die vorliegenden Zusammensetzungen zusätzlich zu den oder an Stelle der vorstehend diskutierten Gase eingebracht werden können. Solche radioaktiven Gase können zur Verwendung beim Nachweis von beispielsweise Thrombose innerhalb von Vesikeln eingeschlossen werden. Vorzugsweise werden bifunktionelle Chelatderivate in die Wände der Vesikel eingebracht und die resultierenden Vesikel können sowohl bei der NMI als auch bei Ultraschall verwendet werden. In diesem Fall können in die Wände der Vesikel hochenergetische und hochqualitative nuklearmedizinische Bilderzeugungsisotope eingebracht werden, wie z.B. Technetium^99m oder Indium¹¹¹. Dann können Ganzkörper-Gammaabtastkameras verwendet werden, um Regionen mit einer Vesikelaufnahme schnell in vivo zu lokalisieren. Gegebenenfalls kann Ultraschall auch zur Bestätigung der Gegenwart von beispielsweise eines Pfropfens innerhalb der Blutgefäße verwendet werden, da Ultraschall im Vergleich zu nuklearmedizinischen Techniken im Allgemeinen eine verbesserte Auflösungen liefert. NMI kann auch zum Screening des gesamten Körpers des Patienten verwendet werden, um Bereiche mit Gefäßthrombose zu detektieren und Ultraschall kann auf diese Bereiche lokal an gewandt werden, um ein Zerreißen der Vesikel und eine Behandlung des Pfropfens zu fördern.
Wie vorstehend angemerkt können die vorliegenden Zusammensetzungen auch in Verbindung mit der Computertomographie-Bilderzeugung (CT-Bilderzeugung) verwendet werden. Die CT weist jedoch verschiedene Nachteile auf und ist verglichen mit den vorstehend diskutierten diagnostischen Techniken im Allgemeinen weniger effektiv. Trotzdem wird dann, wenn eine genügend hohe Konzentration der vorliegenden Kontrastmittel, und insbesondere der gasgefüllten Vesikelzusammensetzungen an die interessierende Region gebracht wird, z.B. zu einem Blutpfropfen, dann kann der Pfropfen auf den CT-Bildern mittels einer Abnahme der Gesamtdichte des Pfropfens detektiert werden. Im Allgemeinen kann es erforderlich sein, eine Konzentration der gasgefüllten Vesikel von etwa 1/10 von 1% gasgefüllter Vesikel oder mehr (bezogen auf das Volumen) zu der interessierenden Region zu bringen, einschließlich dem vorstehend genannten Blutpfropfen, der durch CT detektiert werden soll.
Zur optischen Bilderzeugung können optisch aktive Gase, wie z.B. Argon oder Neon, in die vorliegenden Zusammensetzungen eingebracht werden. Darüber hinaus können auch optisch aktive Materialien, wie z.B. fluoreszierende Materialien, einschließlich Porphyrinderivate, verwendet werden. Die Elastographie ist eine Bilderzeugungstechnik, bei der verglichen mit Ultraschall, bei dem Frequenzen über 1 MHz eingesetzt werden können, im Allgemeinen Schall mit viel niedrigerer Frequenz, wie z.B. etwa 60 kHz, eingesetzt wird. Bei der Elastographie wird die Schallenergie im Allgemeinen auf das Gewebe angewandt und die Elastizität des Gewebes kann dann bestimmt werden. Die hier beschriebenen Vesikel auf Lipidbasis sind vorzugsweise sehr elastisch und können die lokale Elastizität des Gewebes, zu dem sie gebracht werden, erhöhen. Diese erhöhte Elastizität kann dann mit Elastographie nachgewiesen werden. Gegebenenfalls kann die Elastographie im Zusammenhang mit anderen Bilderzeugungstechniken verwendet werden, wie z.B. mit MRI und Ultraschall.
Zur Herstellung von Lipid-, Protein-, Polymer- und/oder Vesikelzusammensetzungen, wie z.B. Micellen und/oder Liposomen, sind viele verschiedene Verfahren verfügbar. Beispiele für diese Verfahren sind Schütteln, Trocknen, Gasinstillation, Sprühtrocknen und dergleichen. Geeignete Verfahren zur Herstellung von Vesikelzusammensetzungen aus Lipiden sind z.B. in Unger et al., US-PS 5,469,854 beschrieben. Wie vorstehend angemerkt werden die Vesikel vorzugsweise aus Lipiden hergestellt, die im Gelzustand verbleiben.
Die nachstehende Diskussion wird unter spezieller Bezugnahme auf die Herstellung von Micellenzusammensetzungen angegeben. Micellen können unter Verwendung eines von vielen verschiedenen herkömmlichen Micellenherstellungsverfahren hergestellt werden, die dem Fachmann bekannt sind. Diese Verfahren umfassen typischerweise das Suspendieren einer oder mehrerer Lipidverbindung(en) in einem organischen Lösungsmittel, das Verdampfen des Lösungsmittels, das Resuspendieren in einem wässrigen Medium, das Sonifizieren und das Zentrifugieren. Die vorstehend genannten Verfahren sowie andere Verfahren sind z.B. in Canfield et al., Methods in Enzymology, Band 189, Seiten 418-422 (1990); EI-Gorab et al., Biochem. Biophys. Acta, Band 306, Seiten 58-66 (1973); Colloidal Surfactant, K. Shinoda, Nakagana, Tamamushi und Isejura, Academic Press, NY (1963) (insbesondere „The Formation of Micelles", Shinoda, Kapitel 1, Seiten 1 bis 88); Catalysis in Micellar and Macromolecular Systems, Fendler und Fendler, Academic Press, NY (1975) diskutiert.
Wie vorstehend angemerkt können die Vesikelzusammensetzungen Liposomen umfassen. Im Zusammenhang mit der Herstellung von Liposomenzusammensetzungen sind viele verschiedene Verfahren verfügbar. Demgemäß können die Liposomen unter Verwendung einer von vielen verschiedenen herkömmlichen Liposomenherstellungstechniken hergestellt werden, die dem Fachmann bekannt sind. Diese Techniken umfassen z.B. die Lösungsmitteldialyse, eine French-Presse, Extrusion (mit oder ohne Gefrieren-Auftauen), Umkehrphasen-Verdampfung, einfaches Gefrieren-Auftauen, Sonifizieren, Chelat-Dialyse, Homogenisierung, Lösungsmittel-Infusion, Mikroemulgierung, spontane Bildung, Lösungsmittelverdampfung, Lösungsmittel-Dialyse, French-Druck-Zelltechniken, gesteuerte Detergenz-Dialyse, und andere Techniken, die jeweils die Herstellung der Vesikel in verschiedener Weise umfassen, vgl. z.B. Madden et al., Chemistry and Physics of Lipids, 1990, 53, 37-46. Geeignete Gefrier-Auftau-Techniken sind z.B. in der Internationalen Anmeldung mit der Seriennummer PCT/US89/05040 , angemeldet am 8. November 1989, beschrieben. Verfahren, die Gefrier-Auftau-Techniken umfassen, sind im Zusammenhang mit der Herstellung von Liposomen bevorzugt. Die Herstellung der Liposomen kann in Lösung, wie z.B. einer wässrigen Kochsalzlösung, einer wässrigen Phosphatpufferlösung oder in sterilem Wasser durchgeführt werden. Die Liposomen können auch mit verschiedenen Verfahren hergestellt werden, die Schütteln oder Vortexieren umfassen. Dies kann z.B. durch die Verwendung einer mechanischen Schüttelvorrichtung erreicht werden, wie z.B. eines Wig-L-Bug^TM (Crescent Dental, Lyons, IL), eines Mixomat (Degussa AG, Frankfurt, Deutschland), eines Capmix (Espe Fabrik Pharmazeutischer Präparate GmbH & Co., Seefeld, Deutschland), eines Silamat Plus (Vivadent, Liechtenstein) oder eines Vibros (Quayle Dental, Sussex, England). Es können auch herkömmliche Mikroemulgierungsgeräte verwendet werden, wie z.B. ein Microfluidizer^TM (Microfluidics, Woburn, MA).
Es können auch Sprühtrocknungsverfahren zur Herstellung der gasgefüllten Vesikel angepasst werden. Unter Verwendung dieser Verfahren können die Lipide in einer wässrigen Umgebung vorgemischt und dann zur Erzeugung gasgefüllter Vesikel sprühgetrocknet werden. Die Vesikel können unter einem Kopfraum eines gewünschten Gases gelagert werden.
Viele Liposomen-Herstellungstechniken, die zur Verwendung bei der Herstellung von Vesikelzusammensetzungen angepasst werden können, sind z.B. in der US-PS 4,728,578 ; der GB-Patentanmeldung GB 2193095 A ; der US-PS 4,728,575 ; der US-PS 4,737,323 ; der internationalen Anmeldung mit der Seriennummer PCT/US85/01161 ; in Mayer et al., Biochimica et Biophysica Acta, Band 858, Seiten 161-168 (1986); Hope et al., Biochimica et Biophysica Acta, Band 812, Seiten 55-65 (1985); der US-PS 4,533,254 ; Mayhew et al., Methods in Enzymology, Band 149, Seiten 64-77 (1987); Mayhew et al., Biochimica et Biophysica Acta, Band 755, Seiten 169-174 (1984); Cheng et al, Investigative Radiology, Band 22, Seiten 47-55 (1987); in der internationalen Anmeldung mit der Seriennummer PCT/US89/05040 ; der US-PS 4,162,282 ; der US-PS 4,310,505 ; der US-PS 4,921,706 ; und in Liposome Technology, G. Gregoriadis, Hrsg., Band I, Seiten 29-31, 51-67 und 79-108 (CRC Press Inc., Boca Raton, FL 1984) beschrieben.
Lipidzusammensetzungen, die ein Gas umfassen, können durch Bewegen einer wässrigen Lösung, die gegebenenfalls ein Stabilisierungsmaterial umfasst, in Gegenwart eines Gases hergestellt werden. Der Begriff „Bewegen", wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf eine beliebige Schüttelbewegung einer wässrigen Lösung, und zwar derart, dass Gas von der örtlichen Umgebung in die wässrige Lösung eingebracht werden kann. Dieses Bewegen wird vorzugsweise bei einer Temperatur unterhalb der Gel-Flüssigkristall-Phasenübergangstemperatur des Lipids durchgeführt. Das beim Bewegen der Lösungen durchgeführte Schütteln wird vorzugsweise mit einer Kraft durchgeführt, die zur Bildung einer Lipidzusammensetzung, einschließlich Vesikelzusammensetzungen und insbesondere Vesikelzusammensetzungen, die gasgefüllte Vesikel umfassen, ausreichend ist. Das Schütteln kann auch durch Verwirbeln, wie z.B. durch Vortexieren, durch eine seitliche Bewegung oder eine Auf-und-Ab-Bewegung durchgeführt werden. Es können verschiedene Bewegungsarten kombiniert werden. Das Schütteln kann auch durch Schütteln des Behälters durchgeführt werden, der die wässrige Lipidlösung enthält, oder durch Schütteln der wässrigen Lösung innerhalb des Behälters ohne Schütteln des Behälters selbst.
Das Schütteln kann manuell oder mittels einer Maschine durchgeführt werden. Mechanische Schüttler, die verwendet werden können, umfassen z.B. einen Schütteltisch wie den VWR Scientific-Schütteltisch (Cerritos, CA), sowie eine beliebige der vorstehend beschriebenen Schüttelvorrichtungen, wobei der Capmix (Espe Fabrik Pharmazeutischer Präparate GmbH & Co., Seefeld, Deutschland) bevorzugt ist. Es wurde gefunden, dass bestimmte Arten des Schütteins oder Vortexierens eingesetzt werden können, um Vesikel innerhalb eines bevorzugten Größenbereichs herzustellen. Schütteln ist bevorzugt und es ist bevorzugt, dass das Schütteln unter Verwendung des mechanischen Capmix-Schüttlers von Espe durchgeführt wird. Gemäß diesem bevorzugten Verfahren ist es bevorzugt, dass zur Erzeugung der Lipidzusammensetzungen und insbesondere von Vesikelzusammensetzungen ein Hin- und Herbewegen eingesetzt wird. Es ist noch mehr bevorzugt, dass es sich bei der Bewegung um ein bogenförmiges Hin- und Herbewegen handelt. Es sollte beachtet werden, dass die Geschwindigkeit des Hin- und Herbewegens sowie der entsprechende Bogen im Zusammenhang mit der Bildung von Vesikeln besonders wichtig ist. Vorzugsweise beträgt die Anzahl der Hin- und Herbewegungen oder der Vollschwingungen etwa 1000 bis etwa 20000 pro Minute. Mehr bevorzugt beträgt die Anzahl der Hin- und Herbewegungen oder der Schwingungen etwa 2500 bis etwa 8000 pro Minute, wobei etwa 3300 bis etwa 5000 Hin- und Herbewegungen oder Schwingungen pro Minute noch mehr bevorzugt sind. Natürlich kann die Anzahl der Schwingungen von der Masse der bewegten Bestandteile abhängen. Im Allgemeinen erfordert eine größere Masse weniger Schwingungen. Ein anderes Mittel zum Schütteln umfasst die Einwirkung von Gas, das mit hoher Geschwindigkeit oder hohem Druck abgegeben wird.
Es sollte beachtet werden, dass bei einem größeren Volumen der wässrigen Lösung die Gesamtkraft entsprechend erhöht werden kann. Ein heftiges Schütteln wird mit mehr als etwa 60 Schüttelbewegungen pro Minute definiert und ist bevorzugt. Ein Vortexieren mit etwa 60 bis etwa 300 Umdrehungen pro Minute ist mehr bevorzugt. Ein Vortexieren mit etwa 300 bis etwa 1800 Umdrehungen pro Minute ist noch mehr bevorzugt.
Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen einfachen Schüttelverfahren können auch kompliziertere Verfahren eingesetzt werden. Solche komplizierteren Verfahren umfassen z.B. Flüssigkristallin-Schüttel-Gasinstillationsverfahren und Vakuumtrocknungs-Gasinstillationsverfahren, wie z.B. diejenigen, die in der parallel anhängigen US-Anmeldung mit der Seriennummer 08/076,250 , angemeldet am 11. Juni 1993, beschrieben sind. Obwohl eine beliebige Technik aus einer Anzahl verschiedener Techniken angewandt werden kann, werden die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Vesikelzusammensetzungen vorzugsweise unter Verwendung einer Schütteltechnik hergestellt. Vorzugsweise umfasst die Schütteltechnik ein Bewegen mit einer mechanischen Schüttelvorrichtung, wie z.B. einem Capmix von Espe (Seefeld, Deutschland), unter Verwendung der Techniken, die in der parallel anhängigen US-Anmeldung mit der Seriennummer 160,232 , angemeldet am 30. November 1993, beschrieben sind.
Die Größe der gasgefüllten Vesikel kann gegebenenfalls mit verschiedenen Verfahren eingestellt werden, einschließlich z.B. Mikroemulgieren, Vortexieren, Extrudieren, Filtrieren, Sonifizieren, Homogenisieren, wiederholten Gefrier- und Auftauzyklen, Extrusion unter Druck durch Poren mit einer definierten Größe und entsprechenden Verfahren. Gasgefüllte Vesikel, die gemäß den hier beschriebenen Verfahren hergestellt worden sind, können eine Größe im Bereich von weniger als etwa 1 μm bis größer als etwa 100 μm aufweisen. Darüber hinaus kann nach dem Extrusionsverfahren und dem Sterilisationsverfahren, die nachstehend detailliert beschrieben sind, ein Bewegen oder Schütteln Vesikelzusammensetzungen bereitstellen, die im Wesentlichen keine restliche wasserfreie Lipidphase oder nur eine minimale restliche wasserfreie Lipidphase im Rest der Lösung aufweisen (A. D. Bangham, M. M. Standish und J. C. Watkins, J. Mol. Biol., Band 13, Seiten 238-252 (1965)). Gegebenenfalls können die Vesikel so verwendet werden, wie sie gebildet worden sind, und zwar ohne einen Versuch der weiteren Modifizierung ihrer Größe. Für eine intravaskuläre Verwendung haben die Vesikel vorzugsweise Durchmesser von weniger als etwa 30 μm und mehr bevorzugt weniger als etwa 12 μm. Für eine zielgesteuerte intravaskuläre Verwendung, einschließlich beispielsweise für eine Bindung an ein bestimmtes Gewebe, wie LB. Krebsgewebe, können die Vesikel signifikant kleiner sein, z.B. können sie einen Durchmesser von weniger als etwa 100 nm aufweisen. Für eine Verwendung im Darm oder eine gastrointestinale Verwendung können die Vesikel signifikant größer sein, z.B. können sie eine Größe bis zu 1 mm aufweisen. Vorzugsweise kann die Größe der Vesikel so gestaltet werden, dass sie Durchmesser von etwa 2 μm bis etwa 100 μm aufweisen.
Die Größe der gasgefüllten Vesikel kann durch ein einfaches Extrusionsverfahren durch Filter eingestellt werden, wobei die Porengröße des Filters die Größenverteilung der resultierenden gasgefüllten Vesikel steuert. Durch die Verwendung von zwei oder mehr aufeinanderfolgenden oder gestapelten Filtersätzen, z.B. ein 10 μm-Filter gefolgt von einem 8 μm-Filter, können gasgefüllte Vesikel so ausgewählt werden, dass sie eine sehr enge Größenverteilung von etwa 7 bis 9 μm aufweisen. Nach der Filtration können diese gasgefüllten Vesikel mehr als 24 Stunden stabil bleiben.
Der Größeneinstellungs- oder Filtrationsschritt kann z.B. unter Verwendung einer Filteranordnung erreicht werden, wenn die Zusammensetzung vor der Verwendung aus einem sterilen Fläschchen entfernt wird, oder mehr bevorzugt kann die Filteranordnung während des Gebrauchs in eine Spritze eingebracht werden. Das Verfahren zur Einstellung der Größe der Vesikel wird dann die Verwendung einer Spritze umfassen, die einen Zylinder, mindestens einen Filter und eine Nadel umfasst, und kann dann durch einen Extraktionsschritt durchgeführt werden, der das Extrudieren der Vesikel von dem Zylinder durch den Filter umfasst, der zwischen dem Zylinder und der Nadel an der Spritze angebracht ist, wodurch die Größe der Vesikel eingestellt wird, bevor sie an einen Patienten verabreicht werden. Der Extraktionsschritt kann auch das Ziehen der Vesikel in die Spritze umfassen, wobei der Filter in der gleichen Weise zur Einstellung der Vesikelgröße beim Eintreten in die Spritze wirken kann. Eine weitere Alternative besteht darin, eine solche Spritze mit Vesikeln zu füllen, deren Größe bereits mit einem anderen Mittel eingestellt worden ist, wobei in diesem Fall der Filter dahingehend wirken kann, sicherzustellen, dass nur Vesikel innerhalb des gewünschten Größenbereichs oder mit der gewünschten Maximalgröße nachfolgend durch Extrusion aus der Spritze verabreicht werden.
In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen können die Vesikelzusammensetzungen wärmesterilisiert oder filtersterilisiert und vor dem Schütteln durch einen Filter extrudiert werden. Im Allgemeinen können Vesikelzusammensetzungen, die ein Gas umfassen, wärmesterilisiert werden, und Vesikelzusammensetzungen, die eine gasförmige Vorstufe umfassen, können filtersterilisiert werden. Sobald gasgefüllte Vesikel gebildet worden sind, können sie wie vorstehend beschrieben zur Einstellung der Größe filtriert werden. Die Durchführung dieser Schritte vor der Bildung von Vesikeln, die mit Gas und einer gasförmigen Vorstufe gefüllt sind, stellt sterile, mit Gas gefüllte Vesikel bereit, die an einen Patienten verabreicht werden können. Beispielsweise kann ein Mischgefäß wie ein Fläschchen oder eine Spritze mit einer filtrierten Lipid- und/oder Vesikelzusammensetzung gefüllt werden und die Zusammensetzung kann innerhalb des Mischgefäßes z.B. doch Autoklavieren sterilisiert werden. Durch Schütteln des sterilen Gefäßes kann Gas zur Bildung gasgefüllter Vesikel in die Zusammensetzung eingebracht werden. Vorzugsweise ist das sterile Gefäß mit einem Filter ausgestattet, der so positioniert ist, dass die gasgefüllten Vesikel vor dem Kontakt mit einem Patienten durch den Filter hindurchtreten.
Der Schritt des Extrudierens der Lösung der Lipidverbindung durch einen Filter vermindert die Menge an unhydratisiertem Material durch Aufbrechen jeglicher getrockneter Materialien und Freilegen einer größeren Oberfläche zur Hydratisierung. Vorzugsweise weist der Filter eine Porengröße von etwa 0,1 bis etwa 5 μm, mehr bevorzugt etwa 0,1 bis etwa 4 μm, noch mehr bevorzugt etwa 0,1 bis etwa 2 μm und insbesondere etwa 1 μm auf. Eine unhydratisierte Verbindung, die im Allgemeinen unerwünscht ist, erscheint als amorpher Klumpen mit einer uneinheitlichen Größe.
Der Sterilisationsschritt stellt eine Zusammensetzung bereit, die einfach an einen Patienten zur diagnostischen Bilderzeugung verabreicht werden kann, z.B. für Ultraschall, MRI oder CT. In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen kann die Sterilisation durch Wärmesterilisation erreicht werden, vorzugsweise durch Autoklavieren der Lösung bei einer Temperatur von mindestens etwa 100°C, und mehr bevorzugt durch Autoklavieren bei etwa 100°C bis etwa 130°C, mehr bevorzugt etwa 110°C bis etwa 130°C, noch mehr bevorzugt etwa 120°C bis etwa 130°C und insbesondere etwa 130°C. Vorzugsweise findet das Erwärmen mindestens etwa eine Minute, mehr bevorzugt etwa 1 bis etwa 30 Minuten, noch mehr bevorzugt etwa 10 bis etwa 20 Minuten und insbesondere etwa 15 Minuten statt.
Gegebenenfalls können die Extrusions- und Erwärmungsschritte wie vorstehend beschrieben umgekehrt werden oder es kann nur einer der beiden Schritte eingesetzt werden. Es können auch andere Sterilisationsarten verwendet werden, einschließlich z.B. Aussetzen gegenüber Gammastrahlung.
Zusätzlich zu den vorstehend genannten Ausführungsformen können gasförmige Vorläufer, die in Vesikeln enthalten sind, formuliert werden, die bei der Aktivierung z.B. durch Aussetzen gegenüber einer erhöhten Temperatur, durch Variieren des pH-Werts, oder durch Aussetzen gegenüber Licht, einer Phasenumwandlung z.B. von einer Flüssigkeit, einschließlich einer Flüssigkeit, die in einem Vesikel eingeschlossen ist, zu einem Gas unterliegen können, das sich zur Erzeugung der hier beschriebenen gasgefüllten Vesikel ausdehnt. Diese Technik ist detailliert in den parallel anhängigen Patentanmeldungen mit den Seriennummern 08/160,232 , angemeldet am 30. November 1993, und 08/159,687 , angemeldet am 30. November 1993, beschrieben.
Das bevorzugte Verfahren zur Aktivierung der gasförmigen Vorstufe ist das Aussetzen gegenüber einer erhöhten Temperatur. Die Begriffe Aktivierungs- oder Übergangstemperatur und dergleichen beziehen sich auf den Siedepunkt der gasförmigen Vorstufe und bezeichnen die Temperatur, bei welcher der Phasenübergang der gasförmigen Vorstufe von der flüssigen Phase zur Gasphase stattfindet. Geeignete gasförmige Vorstufen sind diejenigen Materialien, die Siedepunkte im Bereich von etwa –100°C bis etwa 70°C aufweisen. Die Aktivierungstemperatur ist für jede gasförmige Vorstufe charakteristisch. Eine Aktivierungstemperatur von etwa 37°C oder etwa die Temperatur des menschlichen Körpers ist für gasförmige Vorstufen im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bevorzugt. Folglich wird in der bevorzugten Form eine flüssige gasförmige Vorstufe so aktiviert, dass sie bei etwa 37°C oder darunter zu einem Gas wird. Die gasförmige Vorstufe kann zur Verwendung in den Verfahren der vorliegenden Erfindung in flüssiger oder gasförmiger Phase vorliegen.
Die Verfahren zur Herstellung der mit einer gasförmigen Vorstufe gefüllten Vesikel können unterhalb des Siedepunkts der gasförmigen Vorstufe derart durchgeführt werden, dass eine Flüssigkeit z.B. in ein Vesikel eingebracht wird. Darüber hinaus können die Verfahren am Siedepunkt der gasförmigen Vorstufe so durchgeführt werden, dass ein Gas z.B. in ein Vesikel eingebracht wird. Bei gasförmigen Vorstufen mit Siedepunkten bei niedriger Temperatur können flüssige Vorstufen unter Verwendung einer Mikrofluidisierungsvorrichtung emulgiert werden, die auf eine niedrige Temperatur gekühlt ist. Zur Verwendung einer Vorstufe in flüssiger Form können die Siedepunkte auch unter Verwendung von Lösungsmitteln in flüssigen Medien erniedrigt werden. Ferner können die Verfahren durchgeführt werden, wenn die Temperatur während des Verfahrens erhöht wird, wodurch das Verfahren mit einer gasförmigen Vorstufe als Flüssigkeit beginnt und mit einem Gas endet.
Die gasförmige Vorstufe kann so ausgewählt werden, dass das Gas in situ in dem Ziel-Gewebe oder Ziel-Fluid, in vivo beim Eintritt in den Patienten oder das Tier, vor der Anwendung, während der Lagerung oder während der Herstellung gebildet wird. Die Verfahren zur Herstellung der mit einer Temperatur-aktivierten gasförmigen Vorstufe gefüllten Vesikel können bei einer Temperatur unterhalb des Siedepunkts der gasförmigen Vorstufe durchgeführt werden. In dieser Ausführungsform kann die gasförmige Vorstufe innerhalb eines Vesikels derart eingeschlossen werden, dass der Phasenübergang nicht während der Herstellung stattfindet. Stattdessen werden die mit einer gasförmigen Vorstufe gefüllten Vesikel in der flüssigen Phase der gasförmigen Vorstufe hergestellt. Die Aktivierung des Phasenübergangs kann zu einer beliebigen Zeit stattfinden, wenn die Temperatur den Siedepunkt der Vorstufe übersteigen gelassen wird. Bei bekannter Flüssigkeitsmenge in einem Tröpfchen der flüssigen gasförmigen Vorstufe kann die Größe der Vesikel beim Erreichen des gasförmigen Zustands bestimmt werden.
Alternativ kann die gasförmige Vorstufe zur Erzeugung stabiler gasgefüllter Vesikel eingesetzt werden, die vor der Verwendung ausgebildet werden. In dieser Ausführungsform kann die gasförmige Vorstufe einem Behälter zugesetzt werden, der eine Lipidzusammensetzung bei einer Temperatur unterhalb der Flüssigkeit-Gas-Phasenübergangstemperatur der jeweiligen gasförmigen Vorstufe enthält. Bei der Erhöhung der Temperatur und der Bildung einer Emulsion zwischen der gasförmigen Vorstufe und der Flüssigkeitslösung unterliegt die gasförmige Vorstufe einem Übergang vom flüssigen in den gasförmigen Zustand. Als Ergebnis dieses Erhitzens und dieser Gasbildung ersetzt das Gas die Luft in dem Kopfraum über dem Flüssigkeitsgemisch, so dass gasgefüllte Vesikel gebildet werden, die das Gas der gasförmigen Vorstufe, Gas aus der Umgebung (z.B. Luft) oder gleichzeitig die gasförmige Vorstufe im gasförmigen Zustand und Umgebungsluft einschließen können. Dieser Phasenübergang kann zum optimalen Mischen und zur optimalen Bildung des Kontrastmittels verwendet werden. Beispielsweise kann die gasförmige Vorstufe Perfluorbutan in den Lipidvesikein eingeschlossen werden und beim Anheben der Temperatur über den Siedepunkt von Perfluorbutan (4°C) wird Perfluorbutangas in den Vesikeln eingeschlossen.
Demgemäß können die gasförmigen Vorstufen so ausgewählt werden, dass sie in vivo gasgefüllte Vesikel bilden, oder so, dass die gasgefüllten Vesikel in situ, während des Herstellungsverfahrens, bei der Lagerung oder eine gewisse Zeit vor der Verwendung gebildet werden.
Als weitere Ausführungsform dieser Erfindung kann durch vorheriges Ausbilden der gasförmigen Vorstufe im flüssigen Zustand zu einer wässrigen Emulsion die maximale Größe des Vesikels unter Verwendung des idealen Gasgesetzes abgeschätzt werden, sobald der Übergang in den gasförmigen Zustand bewirkt wird. Zur Herstellung gasgefüllter Vesikel aus gasförmigen Vorstufen kann angenommen werden, dass sich die Gasphase sofort bildet und dass in dem neu gebildeten Vesikel im Wesentlichen kein Gas aufgrund der Diffusion in die Flüssigkeit verlorengegangen ist, die im Allgemeinen wässrig ist. Somit kann von einem bekannten Flüssigkeitsvolumen in der Emulsion auf eine Obergrenze der Größe der gasgefüllten Vesikel geschlossen werden.
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann ein Gemisch aus einer Lipidverbindung und einer gasförmigen Vorstufe, das Flüssigkeitströpfchen mit einer definierten Größe enthält, derart formuliert werden, dass sich beim Erreichen einer spezifischen Temperatur, wie z.B. dem Siedepunkt der gasförmigen Vorstufe, die Tröpfchen zu gasgefüllten Vesikeln mit definierter Größe ausdehnen können. Die definierte Größe kann eine Obergrenze bezüglich der tatsächlichen Größe darstellen, da das ideale Gasgesetz im Allgemeinen Faktoren wie eine Gasdiffusion in eine Lösung, einen Gasverlust an die Atmosphäre und die Effekte eines erhöhten Drucks nicht berücksichtigen kann.
Das ideale Gasgesetz, das zur Berechnung der Zunahme des Volumens der Gasblasen beim Übergang vom flüssigen in den gasförmigen Zustand verwendet werden kann, lautet wie folgt: PV = nRTworin P der Druck in Atmosphären (atm);
V das Volumen in Liter (I);
n die Molzahl des Gases;
T die Temperatur in °K (K); und
R die ideale Gaskonstante (22,4 l atm/K·mol) ist.
Bei bekanntem Volumen, bekannter Dichte und Temperatur der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsgemisch kann die Menge, z.B. in Mol, und das Volumen der flüssigen Vorstufe berechnet werden, die sich, wenn sie in ein Gas umgewandelt wird, zu einem Vesikel mit bekanntem Volumen ausdehnen kann. Das berechnete Volumen kann eine Obergrenze für die Größe der gasgefüllten Vesikel darstellen, und zwar unter der Annahme einer sofortigen Ausdehnung zu einem gasgefüllten Vesikel und einer vernachlässigbaren Diffusion des Gases während der Zeit der Ausdehnung.
Folglich kann zur Stabilisierung der Vorstufe im flüssigen Zustand in einem Gemisch, in dem das Vorstufentröpfchen kugelförmig ist, das Volumen des Vorstufentröpfchens durch die Gleichung Volumen (kugelförmiges Vesikel) = 4/3πr3 berechnet werden, wobei r der Radius der Kugel ist.
Sobald das Volumen bestimmt worden ist und die Dichte der Flüssigkeit bei der gewünschten Temperatur bekannt ist, kann die Menge der flüssigen gasförmigen Vorstufe in dem Tröpfchen bestimmt werden. Insbesondere kann die folgende Gleichung angewandt werden: VGas = 4/3π(rGas)3,wobei das Einsetzen des idealen Gasgesetzes PV = nRTzu der Gleichung VGas = nRT/PGas führt, oder n = 4/3[πrGas 3]P/RT (A)wird zu n = 4/3[πr_Gas ³P/RT]·MW_n.
Umwandeln in ein Flüssigkeitsvolumen führt zu VFlüssigk. = [4/3[πrGas 3]P/RT]·MWn/D], (B)worin D die Dichte der Vorstufe ist.
Das Auflösen nach dem Durchmesser des Flüssigkeitströpfchens führt zu Durchmesser/2 = [3/4π[4/3[πrGas 3]P/RT]·MWn/D]1/3, (C)was sich zu Durchmesser = 2[[rGas 3]P/RT[MWn/D]]1/3 vereinfachen lässt.
Als weiteres Mittel zur Herstellung von Vesikeln mit der gewünschten Größe zur Verwendung in den Verfahren der vorliegenden Erfindung bei bekanntem Volumen und insbesondere bei bekanntem Radius der Flüssigkeitströpfchen können Filter mit geeigneter Größe verwendet werden, um die Größe der Tröpfchen der gasförmigen Vorstufe auf den geeigneten Kugeldurchmesser einzustellen.
Eine repräsentative gasförmige Vorstufe kann zur Bildung eines Vesikels mit definierter Größe, wie z.B. einem Durchmesser von 10 μm, verwendet werden. In diesem Beispiel kann das Vesikel in einem Blutstrom eines Menschen gebildet werden. Folglich wäre die typische Temperatur 37°C oder 310 K. Bei einem Druck von 1 Atmosphäre und unter Verwendung der Gleichung (A) wären 7,54 × 10^–17 mol der gasförmigen Vorstufe erforderlich, um das Volumen eines Vesikels mit einem Durchmesser von 10 μm zu füllen.
Unter Verwendung der vorstehend berechneten Menge an gasförmiger Vorstufe und 1-Fluorbutan, das ein Molekulargewicht von 76,11, einen Siedepunkt von 32,5°C und eine Dichte von 0,7789 g/ml bei 20°C aufweist, ergeben weitere Berechnungen, dass 5,74 × 10^–15 g dieser Vorstufe für ein 10 μm-Vesikel erforderlich wären. Bei einer weiteren Extrapolation bei bekannter Dichte ergibt die Gleichung (B) ferner, dass 8,47 × 10^–16 ml der flüssigen Vorstufe notwendig wären, um ein Vesikel mit einer Obergrenze von 10 μm zu bilden.
Schließlich kann gemäß Gleichung (C) ein Gemisch, z.B. eine Emulsion, die Tröpfchen mit einem Radius von 0,0272 μm oder einem entsprechenden Durchmesser von 0,0544 μm auf weist, ausgebildet werden, um ein mit einer gasförmigen Vorstufe gefülltes Vesikel mit einer Obergrenze eines 10 μm-Vesikels herzustellen.
Eine Emulsion mit dieser bestimmten Teilchengröße könnte einfach durch die Verwendung eines Filters mit geeigneter Größe erhalten werden. Darüber hinaus, wie es durch die Größe des Filters ersichtlich ist, der zur Ausbildung der Tröpfchen der gasförmigen Vorstufe mit definierter Größe erforderlich ist, kann die Größe des Filters auch ausreichend sein, alle möglichen bakteriellen Verunreinigungen zu entfernen und somit kann auch eine Sterilfiltration durchgeführt werden.
Diese Ausführungsform zur Herstellung gasgefüllter Vesikel kann auf alle durch die Temperatur aktivierten gasförmigen Vorstufen angewandt werden. Tatsächlich erlaubt die Erniedrigung des Gefrierpunkts des Lösungsmittelsystems die Verwendung gasförmiger Vorstufen, die Flüssigkeit-Gas-Phasenumwandlungen bei Temperaturen unter 0°C unterliegen können. Das Lösungsmittelsystem kann so ausgewählt werden, dass ein Medium zur Suspendierung der gasförmigen Vorstufe bereitgestellt wird. Beispielsweise weist 20%iges Propylenglycol, das mit gepufferter Kochsalzlösung mischbar ist, eine Gefrierpunktserniedrigung auf, die weit unterhalb des Gefrierpunkts von Wasser allein liegt. Durch Erhöhen der Menge des Propylenglycols oder Hinzufügen von Materialien wie z.B. Natriumchlorid kann der Gefrierpunkt noch weiter erniedrigt werden.
Die Auswahl geeigneter Lösungsmittelsysteme kann auch mit physikalischen Verfahren getroffen werden. Wenn Substanzen, die fest oder flüssig sind und hier als gelöste Substanzen bezeichnet werden, in einem Lösungsmittel, wie z.B. Puffern auf Wasserbasis, gelöst werden, dann kann der Gefrierpunkt in einem Maß abgesenkt werden, das von der Zusammensetzung der Lösung abhängt. Folglich kann gemäß Wall die Gefrierpunktserniedrigung des Lösungsmittels durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden: Inxa = In(1 – xb) = ΔHfus/R(1/T0– 1/T),worin x_a der Molenbruch des Lösungsmittels;
x_b der Molenbruch der gelösten Substanz;
ΔH_fus die Schmelzwärme des Lösungsmittels; und
T₀ der normale Gefrierpunkt des Lösungsmittels ist.
Der normale Gefrierpunkt des Lösungsmittels kann durch Auflösen der Gleichung erhalten werden. Wenn x_b gegenüber x_a relativ klein ist, dann kann die vorstehende Gleichung wie folgt umgeformt werden: xb = ΔHfus/R[T – T0/T0T] ≈ ΔHfusΔT/RT0 2.
Die vorstehende Gleichung beruht auf der Annahme, dass die Änderung der Temperatur ΔT im Vergleich zu T₂ gering ist. Diese Gleichung kann durch Ausdrücken der Konzentration der gelösten Substanz als Molalität m (Mol der gelösten Substanz pro 1000 g des Lösungsmittels) weiter vereinfacht werden. Folglich kann die Gleichung wie folgt umgeformt werden: Xb = m/[m + 1000/ma] ≈ mMa/1000,worin Ma das Molekulargewicht des Lösungsmittels ist.
Durch Einsetzen des Molenbruchs x_b wird somit ΔT = [Mardi/1000ΔHfus]moder ΔT = Kfm,wobei Kf = Mardi/1000ΔHfus.
K_f ist die kryoskopische Konstante und beträgt 1,86 Grad pro Einheit der molalen Konzentration für Wasser bei einem Druck von einer Atmosphäre. Die vorstehende Gleichung kann zur genauen Bestimmung der kryoskopische Konstante von Lösungen von Vesikeln verwendet werden, die mit einer gasförmigen Vorstufe gefüllt sind. Demgemäß kann die vorstehende Gleichung zur Abschätzung von Gefrierpunktserniedrigungen und zur Bestimmung der geeigneten Konzentrationen an flüssiger oder fester gelöster Substanz angewandt werden, die erforderlich sind, um die Gefriertemperatur des Lösungsmittels auf einen geeigneten Wert abzusenken.
Verfahren zur Herstellung der mit einer temperaturaktivierten gasförmigen Vorstufe gefüllten Vesikel umfassen:

(a) Vortexieren und/oder Schütteln eines wässrigen Gemischs aus einer gasförmigen Vorstufe und gegebenenfalls zusätzlichen Materialien, einschließlich z.B. Stabilisierungsma terialien, Verdickungsmitteln und/oder Dispergiermitteln. Optionale Variationen dieses Verfahrens umfassen das Autoklavieren vor dem Vortexieren oder Schütteln; das Erhitzen eines wässrigen Gemischs einer gasförmigen Vorstufe; Belüften des Gefäßes, welches das Gemisch/die Suspension enthält; Schütteln oder spontanes Bildenlassen eines mit einer gasförmigen Vorstufe gefüllten Vesikels und Abkühlen der Suspension der mit einer gasförmigen Vorstufe gefüllten Vesikel; und Extrudieren einer wässrigen Suspension einer gasförmigen Vorstufe durch einen Filter mit etwa 0,22 μm. Alternativ kann das Filtrieren während der in-vivo-Verabreichung der Vesikel durchgeführt werden, wobei ein Filter mit etwa 0,22 μm verwendet wird;
(b) Mikroemulgieren, wodurch ein wässriges Gemisch einer gasförmigen Vorstufe durch Bewegen emulgiert und unter Bildung von z.B. Vesikeln vor der Verabreichung an einen Patienten erwärmt wird;
(c) Erwärmen einer gasförmigen Vorstufe in einem Gemisch, mit oder ohne Bewegen, wodurch die mit einer gasförmigen Vorstufe gefüllten Vesikel, die eine geringere Dichte aufweisen, auf der Oberfläche der Lösung durch Ausdehnen und Ersetzen anderer Vesikel in dem Gefäß schwimmen können, und Belüften des Gefäßes zur Freisetzung von Luft; und
(d) Verwendung eines abgeschlossenen Gefäßes in einem der vorstehenden Verfahren zum Halten der wässrigen Suspension aus einer gasförmigen Vorstufe und Halten der Suspension bei einer Temperatur unterhalb der Phasenübergangstemperatur der gasförmigen Vorstufe, gefolgt von einem Autoklavieren zur Erhöhung der Temperatur über die Phasenübergangstemperatur, gegebenenfalls mit Schütteln oder spontanem Bildenlassen des mit einer gasförmigen Vorstufe gefüllten Vesikels, wodurch die ausgedehnte gasförmige Vorstufe in dem abgeschlossenen Gefäß den Druck im Gefäß erhöht, und Abkühlen der Suspension aus gasgefüllten Vesikeln, worauf auch geschüttelt werden kann.

Ein Gefriertrocknen kann zur Entfernung von Wasser und organischen Materialien vor dem Schüttelinstillationsverfahren geeignet sein. Trocknungsinstillationsverfahren können zur Entfernung von Wasser aus Vesikeln eingesetzt werden. Durch vorheriges Einschließen der gasförmigen Vorstufe in den getrockneten Vesikeln (d.h. vor dem Trocknen) nach dem Erwärmen kann die gasförmige Vorstufe zum Füllen des Vesikels ausgedehnt werden. Die gasförmigen Vorstufen können auch zum Füllen getrockneter Vesikel verwendet werden, nachdem sie einem Vakuum ausgesetzt worden sind. Da die getrockneten Vesikel bei Raumtemperatur unterhalb ihrer Gel-Flüssigkristall-Temperatur gehalten werden, kann die Trocknungskammer langsam mit der gasförmigen Vorstufe in ihrem gasförmigen Zustand gefüllt werden. Beispielsweise kann Perfluorbutan zum Füllen getrockneter Vesikel bei Temperaturen über 4°C (dem Siedepunkt von Perfluorbutan) verwendet werden.
Bevorzugte Verfahren zur Herstellung der mit einer temperaturaktivierten gasförmigen Vorstufe gefüllten Vesikel umfassen das Schütteln einer wässrigen Lösung mit einer Lipidverbindung in Gegenwart einer gasförmigen Vorstufe bei einer Temperatur unterhalb der Flüssigkeit-Gas-Phasenübergangstemperatur der gasförmigen Vorstufe. Dies wird vorzugsweise bei einer Temperatur unterhalb der Gel-Flüssigkristall-Phasenübergangstemperatur des Lipids durchgeführt. Das Gemisch kann dann auf eine Temperatur über der Flüssigkeit-Gas-Phasenübergangstemperatur der gasförmigen Vorstufe erwärmt werden, was dazu führt, dass sich die Vorstufe verflüchtigt und ausdehnt. Das Erwärmen kann dann unterbrochen werden und die Temperatur des Gemisches kann unter die Flüssigkeit-Gas-Phasenübergangstemperatur der gasförmigen Vorstufe absinken gelassen werden. Das Schütteln des Gemischs kann während des Schritts des Erwärmens oder nach dem Abkühlenlassen des Gemischs erfolgen.
Andere Verfahren zur Herstellung von Vesikeln, die mit einer gasförmigen Vorstufe gefüllt sind, können das Schütteln einer wässrigen Lösung beispielsweise eines Lipids und einer gasförmigen Vorstufe und das Trennen der resultierenden, mit einer gasförmigen Vorstufe gefüllten Vesikel umfassen.
Herkömmlich werden wässrig-gefüllte Liposomen des Standes der Technik routinemäßig bei einer Temperatur über der Phasenübergangstemperatur der Lipide gebildet, die zu deren Herstellung verwendet werden, da sie flexibler und folglich in biologischen Systemen im flüssigkristallinen Zustand geeignet sind, vgl. z.B. Szoka und Papahadjopoulos, Proc. Natl. Acad. Sci 1978, 75, 4194-4198. Im Gegensatz dazu sind die Vesikel, die gemäß hier beschriebener bestimmter bevorzugter Ausführungsformen hergestellt worden sind, mit einer gasförmigen Vorstufe gefüllt, die eine größere Flexibilität verleiht, da die gasförmigen Vorstufen nach der Gasbildung besser komprimierbar und nachgiebiger sind als eine wässrige Lösung.
Die Herstellungsverfahren können das Schütteln einer wässrigen Lösung, die ein Lipid umfasst, in Gegenwart einer temperaturaktivierbaren gasförmigen Vorstufe umfassen. Vorzugsweise wird so kräftig geschüttelt, dass sich innerhalb kurzer Zeit, wie z.B. etwa 30 min und vorzugsweise innerhalb von etwa 20 min, und insbesondere innerhalb von etwa 10 min ein Schaum bildet. Das Schütteln kann ein Mikroemulgieren, Mikrofluidisieren, Verwirbeln (wie z.B. durch Vortexieren), eine seitliche Bewegung oder eine Auf- und Abbewegung umfassen. Im Fall der Zugabe einer gasförmigen Vorstufe im flüssigen Zustand kann zusätzlich zu den vorstehend angegebenen Schüttelverfahren auch eine Sonifizierung eingesetzt werden. Ferner können verschiedene Arten der Bewegung kombiniert werden. Das Schütteln kann auch durch Schütteln des Behälters durchgeführt werden, in dem sich die wässrige Lipidlösung befindet, oder durch Schütteln der wässrigen Lösung innerhalb des Behälters, ohne dass der Behälter selbst geschüttelt wird. Ferner kann das Schütteln per Hand oder maschinell durchgeführt werden. Mechanische Schüttler, die verwendet werden können, umfassen z.B. die vorstehend beschriebenen mechanischen Schüttler, wobei ein Capmix von Espe (Seefeld, Oberbayern, Deutschland) bevorzugt ist. Ein weiteres Mittel zum Schütteln umfasst die Einwirkung einer gasförmigen Vorstufe, die mit hoher Geschwindigkeit oder hohem Druck abgegeben wird.
Gemäß den hier beschriebenen Verfahren kann ein Gas, wie z.B. Luft, auch von der örtlichen Umgebungsatmosphäre bereitgestellt werden. Die örtliche Umgebungsatmosphäre kann die Atmosphäre innerhalb eines abgeschlossenen Behälters sowie der externen Umgebung umfassen. Alternativ kann z.B. ein Gas in den Behälter injiziert oder auf eine andere Weise dem Behälter, der die wässrige Lipidlösung enthält, oder der wässrigen Lipidlösung selbst zugesetzt werden, um ein von Luft verschiedenes Gas bereitzustellen. Gase, die leichter sind als Luft, werden im Allgemeinen einem abgeschlossenen Behälter zugesetzt, wohingegen Gase, die schwerer sind als Luft, einem abgeschlossenen oder nicht abgeschlossenen Behälter zugesetzt werden können. Demgemäß umfasst die vorliegende Erfindung das gleichzeitige Einschließen von Luft und/oder anderen Gasen zusammen mit gasförmigen Vorstufen.
Somit können die mit einer gasförmigen Vorstufe gefüllten Vesikel in im Wesentlichen der gleichen Weise verwendet werden, wie die hier beschriebenen gasgefüllten Vesikel, sobald sie durch die Anwendung auf die Gewebe eines Wirts aktiviert worden sind, wobei zur Erzeugung des Gases Faktoren wie die Temperatur oder der pH-Wert verwendet werden können. Es ist bevorzugt, dass die gasförmigen Vorstufen einer Phasenumwandlung vom flüssigen in den gasförmigen Zustand nahe bei der normalen Körpertemperatur des Wirts unterliegen und dadurch z.B. durch die in vivo-Temperatur des Wirts aktiviert werden, so dass sie einer Umwandlung in die Gasphase unterliegen. Dies kann stattfinden, wenn z.B. das Wirtsgewebe menschliches Gewebe ist, das eine normale Temperatur von etwa 37°C aufweist und die gasförmige Vorstufe einer Phasenumwandlung vom flüssigen in den gasförmigen Zustand nahe bei 37°C unterliegt.
Wie vorstehend angemerkt können die Lipid-, Protein-, Polymer- und/oder Vesikelzusammensetzungen durch einen Autoklaven oder durch Sterilfiltration sterilisiert werden, wenn diese Verfahren vor der Instillationsstufe oder vor der temperaturvermittelten Umwandlung der temperaturempfindlichen gasförmigen Vorstufen innerhalb der Zusammensetzung durchgeführt werden. Alternativ kann/können ein oder mehrere antibakterizide Mittel und/oder Konservierungsstoffe in die Formulierung der Zusammensetzungen eingebracht werden, wie z.B. Natriumbenzoat, quaternäre Ammoniumsalze, Natriumazid, Methylparaben, Propylparaben, Sorbinsäure, Ascorbylpalmitat, butyliertes Hydroxyanisol, butyliertes Hydroxytoluol, Chlorbutanol, Dehydroessigsäure, Ethylendiamin, Monothioglycerin, Kaliumbenzoat, Kaliummeta-hydrogensulfit, Kaliumsorbat, Natriumhydrogensulfit, Schwefeldioxid und organische Quecksilbersalze. Eine solche Sterilisierung, die auch mit anderen herkömmlichen Mitteln erreicht werden kann, wie z.B. durch Bestrahlung, kann erforderlich sein, wenn die stabilisierten Vesikel zur Bilderzeugung unter invasiven Umständen verwendet werden, z.B. intravaskulär oder intraperitoneal. Das geeignete Mittel zur Sterilisierung ist dem Fachmann im Lichte der vorliegenden Beschreibung bekannt.
Vesikelzusammensetzungen, die Vesikel umfassen, die aus Proteinen oder Polymeren formuliert sind, können mit verschiedenen Verfahren hergestellt werden, die dem Fachmann im Lichte der vorliegenden Beschreibung bekannt sind. Beispiele für Verfahren umfassen Grenzflächenpolymerisation, Phasentrennung und Koazervation, Mehrfachöffnungs-Zentrifugalherstellung und Lösungsmittelverdampfung. Geeignete Verfahren, die zur Herstellung von Vesikeln aus Polymeren verwendet werden können oder gemäß der vorliegenden Offenbarung zur Herstellung von Vesikeln aus Polymeren modifiziert werden können, umfassen diejenigen Verfahren, die in Garner et al., US-PS 4,179,546 , Garner, US-PS 3,945,956 , Cohrs et al., US-PS 4,108,806 , Japan Kokai Tokyo Koho 62-286534 , GB-PS 1,044,680 , Kenaga et al., US-PS 3,293,114 , Morehouse et al., US-PS 3,401,475 , Walters, US-PS 3,479,811 , Walters et al., US-PS 3,488,714 , Morehouse et al., US-PS 3,615,972 , Baker et al., US-PS 4,549,892 , Sands et al., US-PS 4,540,629 , Sands et al., US-PS 4,421,562 , Sands, US-PS 4,420,442 , Mathiowitz et al., US-PS 4,898,734 , Lencki et al., US-PS 4,822,534 , Herbig et al., US-PS 3,732,172 , Himmel et al., US-PS 3,594,326 , Sommerville et al., US-PS 3,015,128 , Deasy, Microencapsulation and Related Drug Processes, Band 20, Kap. 9 und 10, Seiten 195-240 (Marcel Dekker, Inc., N.Y., 1984), Chang et al., Canadian J. of Physiology and Pharmacology, Band 44, Seiten 115-129 (1966), und Chang, Science, Band 146, Seiten 524-525 (1964) beschrieben sind.
Gemäß einem bevorzugten Syntheseprotokoll können die Polymervesikel unter Verwendung eines Wärmeausdehnungsverfahrens hergestellt werden, wie z.B. des Verfahrens, das in Garner et al., US-PS 4,179,546 , Garner, US-PS 3,945,956 , Cohrs et al., US-PS 4,108,806 , der GB-PS 1,044,680 und in der japanischen Kokkai Tokkyo Koho 62-286534 beschrieben ist. Allgemein kann das Wärmeausdehnungsverfahren durch Herstellen von Vesikeln aus einem schäumbaren Polymer oder Copolymer durchgeführt werden, das in seinem Hohlraum (Kavität) eine flüchtige Flüssigkeit (gasförmige Vorstufe) enthalten kann. Das Vesikel wird dann erwärmt, wobei das Vesikel erweicht und die flüchtige Flüssigkeit in ein Gas umgewandelt wird, wodurch das Vesikel auf das Mehrfache seiner ursprünglichen Größe aufgeschäumt wird. Wenn die Wärmezufuhr unterbrochen wird, behält das thermoplastische Polymer zumindest einen Teil seiner aufgeschäumten Form bei. Die mit diesem Verfahren hergestellten Vesikel neigen zu einer besonders niedrigen Dichte und sind daher bevorzugt. Das vorstehend beschriebene Verfahren ist bekannt und kann als Wärmeausdehnungsverfahren zur Herstellung von Vesikeln mit niedriger Dichte bezeichnet werden.
Polymere, die in dem Wärmeausdehnungsverfahren geeignet sind, sind dem Fachmann bekannt und umfassen thermoplastische Polymere oder Copolymere, einschließlich Polymere oder Copolymere vieler der vorstehend beschriebenen Monomere. Von den vorstehend beschriebenen Polymeren und Copolymeren sind die folgenden Copolymere bevorzugt: Polyvinyliden-Polyacrylnitril, Polyvinyliden-Polyacrylnitril-Polymethylmethacrylat und Polystyrol-Polyacrylnitril. Ein ganz besonders bevorzugtes Copolymer ist Polyvinyliden-Polyacrylnitril.
Flüchtige Flüssigkeiten, die in dem Wärmeausdehnungsverfahren geeignet sind, sind dem Fachmann ebenso bekannt und umfassen: aliphatische Kohlenwasserstoffe wie Ethan, Ethylen, Propan, Propen, Butan, Isobutan, Neopentan, Acetylen, Hexan, Heptan; Chlorfluorkohlenstoffe wie CCl₃F, CCl₂F₂, CClF₃, CClF₂-CCl₂F₂, Chlorheptafluorcyclobutan und 1,2-Dichlorhexafluorcyclobutan; Tetraalkylsilane wie Tetramethylsilan, Trimethylethylsilan, Trimethylisopropylsilan und Trimethyl-n-propylsilan; sowie Perfluorkohlenstoffe, einschließlich der vorstehend beschriebenen Perfluorkohlenstoffe. Im Allgemeinen ist es wichtig, dass die flüchtige Flüssigkeit nicht ein Lösungsmittel für das verwendete Polymer oder Copolymer ist. Es ist auch bevorzugt, dass die flüchtige Flüssigkeit einen Siedepunkt aufweist, der unter dem Erweichungspunkt des beteiligten Polymers oder Copolymers liegt. Die Siedepunkte der verschiedenen flüchtigen Flüssigkeiten und die Erweichungspunkte der verschiedenen Polymere und Copolymere sind für den Fachmann einfach feststellbar und geeignete Kombinationen von Polymeren oder Copolymeren und flüchtigen Flüssigkeiten sind dem Fachmann bekannt. Wie es dem Fachmann bekannt ist, nimmt im Allgemeinen mit zunehmender Länge der Kohlenstoffkette der flüchtigen Flüssigkeit der Siedepunkt dieser Flüssigkeit ebenso zu. Auch ein schwaches Vorerwärmen der Vesikel in Wasser in Gegenwart von Wasserstoffperoxid vor dem endgültigen Erwärmen kann das Vesikel vorerweichen, so dass die Ausdehnung leichter erfolgen kann.
Um beispielsweise Vesikel aus synthetischen Polymeren herzustellen, können Vinyliden und Acrylnitril in einem Medium aus flüssigem Isobutan unter Verwendung eines oder mehrerer der vorstehend genannten modifizierten oder unmodifizierten Literaturverfahren copolymeri siert werden, so dass Isobutan innerhalb der Vesikel eingeschlossen wird. Wenn solche Vesikel dann auf eine Temperatur von etwa 80°C bis etwa 120°C erhitzt werden, dehnt sich das Isobutangas aus, was wiederum die Vesikel ausdehnt. Nach dem Beenden der Wärmezufuhr verbleiben die ausgedehnten bzw. geschäumten Polyvinyliden- und Acrylnitrilcopolymervesikel im Wesentlichen in ihrer ausgedehnten Position. Die resultierenden Vesikel mit niedriger Dichte sind sowohl trocken als auch in einem wässrigen Medium suspendiert extrem stabil. Isobutan wird hier nur als Beispiel für eine Flüssigkeit eingesetzt, wobei beachtet werden sollte, dass auch andere Flüssigkeiten, die einem Flüssigkeits/Gas-Übergang bei Temperaturen unterliegen, die zur Synthese dieser Vesikel und zur Bildung der Vesikel mit sehr niedriger Dichte beim Erwärmen geeignet sind, anstelle von Isobutan verwendet werden können. Entsprechend können von Vinyliden und Acrylnitril verschiedene Monomere zur Herstellung der Vesikel verwendet werden.
In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen können die Vesikel, die aus synthetischen Polymeren formuliert sind und die in den Verfahren der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können, von Expancel, Nobel Industries (Sundsvall, Schweden) erworben werden, einschließlich EXPANCEL 551 DE^TM-Mikrokügelchen. Die EXPANCEL 551 DE^TM-Mikrokügelchen sind aus einem Copolymer aus Vinyliden und Acrylnitril zusammengesetzt, in denen eine Isobutan-Flüssigkeit eingekapselt ist. Solche Mikrokügelchen werden als trockene Zusammensetzung verkauft und weisen eine Größe von etwa 50 μm auf. Die EXPANCEL 551 DE^TM-Mikrokügelchen weisen eine relative Dichte von nur 0,02 bis 0,05 auf, die zwischen 1/50 und 1/20 der Dichte von Wasser liegt.
Unter den Verfahren, die in den vorstehend genannten Patenten zur Herstellung von Vesikeln auf Proteinbasis beschrieben sind, befinden sich Verfahren, welche die Sonifizierung der Lösung eines Proteins umfassen. In der bevorzugten Form kann das Ausgangsmaterial eine wässrige Lösung eines durch Wärme denaturierbaren, wasserlöslichen biologisch verträglichen Proteins sein. Das Einkapselungsprotein ist vorzugsweise wärmeempfindlich, so dass es durch Erwärmen während der Sonifizierung teilweise unlöslich gemacht werden kann. Geeignete wärmeempfindliche Proteine umfassen z.B. Albumin, Hämoglobin, Kollagen und dergleichen. Vorzugsweise ist das Protein ein menschliches Protein, wobei menschliches Serumalbumin (HSA) mehr bevorzugt ist. HSA ist als sterile 5%ige wässrige Lösung käuflich, die zur Verwendung bei der Herstellung von Vesikeln auf Proteinbasis geeignet ist. Wie es dem Fachmann bekannt ist, können natürlich auch andere Albuminkonzentrationen sowie andere Proteine, die durch Wärme denaturiert werden können, zur Herstellung der Vesikel verwendet werden. Im Allgemeinen kann die Konzentration des HSA variieren und in einem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 25 Gew.-% und allen Kombinationen und Unterkombi nationen davon liegen. Im Zusammenhang mit bestimmten Verfahren zur Herstellung von Vesikeln auf Proteinbasis kann es bevorzugt sein, das Protein in Form einer verdünnten wässrigen Lösung zu verwenden. Bei Albumin kann es bevorzugt sein, eine wässrige Lösung zu verwenden, die etwa 0,5 bis etwa 7,5 Gew.-% Albumin enthält, wobei Konzentrationen von weniger als etwa 5 Gew.-% bevorzugt sind, wie beispielsweise etwa 0,5 bis etwa 3 Gew.-%.
Die Vesikel auf Proteinbasis können unter Verwendung von käuflichen Geräten hergestellt werden. Beispielsweise können im Zusammenhang mit Beschickungsherstellungsvorgängen, wie es z.B. in Cerny et al., US-PS 4,957,656 beschrieben ist, Edelstahltanks, die von Walker Steinless Equipment Co. (New Lisbon, WI) erhältlich sind, und Prozessfilter, die von Millipore (Bedford, MA) erhältlich sind, verwendet werden.
Bei dem Sonifizierungsvorgang kann sowohl ein Wärmetauscher als auch ein Durchfluss-Sonifizierungsgefäß in Reihe angeordnet verwendet werden. Wärmetauschergeräte dieses Typs sind von ITT Standard (Buffalo, NY) erhältlich. Der Wärmetauscher hält die Betriebstemperatur für das Sonifizierungsverfahren aufrecht, wobei die Temperatursteuerung abhängig von der Zusammensetzung der Medien von etwa 65°C bis etwa 80°C reicht. Die Schwingungsfrequenz des Sonifizierungsgeräts kann über einen weiten Bereich variieren, wie z.B. von etwa 5 bis etwa 40 Kilohertz (kHz), wobei die Mehrheit der käuflichen Sonifiziergeräte bei etwa 10 oder 20 kHz arbeitet. Geeignete Sonifizierungsgeräte umfassen z.B. ein Vibra-Cell von Sonics & Materials, das mit einem Reschallungstrichter mit flacher Spitze ausgestattet ist und von Sonics & Materials, Inc. (Danbury, CT) erhältlich ist. Die Leistung, mit welcher der Beschallungstrichter versorgt wird, kann mit vom Hersteller angegebenen Leistungseinstellungen von 1 bis 10 variiert werden, wie z.B. bei dem Vibra-Cell Modell VL1500 von Sonics & Materials. Eine Leistungs-Zwischeneinstellung, beispielsweise von 5 bis 9, kann verwendet werden. Es ist bevorzugt, dass die Schwingungsfrequenz und die zugeführte Leistung ausreichend sind, um in der sonifizierten Flüssigkeit eine Kavitation zu erzeugen. Die Zuführungsströmungsraten können im Bereich von etwa 50 ml/min bis etwa 1000 ml/min und allen Kombinationen und Unterkombinationen von Bereichen dazwischen liegen. Die Verweilzeiten in dem Sonfizierungsgefäß können bei etwa 1 s bis etwa 4 min liegen und die Zuführungsgeschwindigkeiten gasförmiger Fluide können im Bereich von etwa 10 Kubikzentimeter (cm³) pro Minute bis etwa 100 cm³/min oder 5% bis 25% der Zuführungsströmungsrate und allen Kombinationen und Unterkombinationen von Bereichen dazwischen liegen.
Es kann bevorzugt sein, die Sonifizierung in einer Weise durchzuführen, dass ein Schäumen und insbesondere ein intensives Schäumen der Lösung hervorgerufen wird. Im Allgemeinen sind ein intensives Schäumen und eine Aerosolisierung wichtig, um ein Kontrastmittel zu erhalten, das eine erhöhte Konzentration und eine erhöhte Stabilität aufweist. Um das Schäumen zu fördern, kann die Leistungszufuhr zu dem Beschallungstrichter erhöht werden und das Verfahren kann unter einem niedrigen Druck, wie z.B. etwa 1 bis etwa 5 psi durchgeführt werden. Das Schäumen kann einfach durch das trübe Aussehen der Lösung und den erzeugten Schaum nachgewiesen werden.
Geeignete Verfahren zur Herstellung von Vesikeln auf Proteinbasis können das physikalische oder chemische Verändern des Proteins oder Proteinderivats in wässriger Lösung umfassen, um das Material zu denaturieren oder zu fixieren. Beispielsweise können Vesikel auf Proteinbasis aus einer 5%igen wässrigen Lösung von HSA durch Erwärmen nach der Bildung oder während der Bildung des Kontrastmittels mittels Sonifizieren hergestellt werden. Die chemische Veränderung umfasst das chemische Denaturieren oder Fixieren durch Binden des Proteins mit einem difunktionellen Aldehyd, wie z.B. Glutaraldehyd. Beispielsweise können die Vesikel mit 0,25 g 50%igem wässrigen Glutaraldehyd pro Gramm des Proteins bei pH 4,5 sechs Stunden umgesetzt werden. Der nicht umgesetzte Glutaraldehyd kann dann von dem Protein weggewaschen werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur diagnostischen Bilderzeugung, welche die Verabreichung eines Kontrastmittels in Kombination mit einem Nieren-Vasodilator an einen Patienten umfassen. Der Nieren-Vasodilator kann dem Patienten vor, während und/oder nach der Verabreichung des Kontrastmittels verabreicht werden. Zur Herstellung der Lipid- und/oder Vesikelzusammensetzungen, die ein bioaktives Mittel, einschließlich Nieren-Vasodilatoren umfassen, stehen viele verschiedene Techniken zur Verfügung. Beispielsweise können Lipid- und/oder Vesikelzusammensetzungen aus einem Gemisch von Lipidverbindungen, bioaktivem Mittel und Gas oder gasförmiger Vorstufe hergestellt werden. In diesem Fall können die Lipid- und/oder Vesikelzusammensetzungen wie vorstehend beschrieben hergestellt werden, wo die Zusammensetzungen auch ein bioaktives Mittel umfassen. Folglich können z.B. Micellen in Gegenwart eines bioaktiven Mittels hergestellt werden. Im Zusammenhang mit Lipid- und/oder Vesikelzusammensetzungen, die ein Gas umfassen, kann die Herstellung z.B. das direkte Einleiten eines Gases in ein Gemisch von Lipidverbindungen und einem oder mehrerer zusätzlicher Materialien umfassen. Alternativ können die Lipid- und/oder Vesikelzusammensetzungen aus Lipidverbindungen und einem Gas oder einer gasförmigen Vorstufe im Vorhinein ausgebildet werden. Im letztgenannten Fall kann das bioaktive Mittel dann vor der Anwendung der Lipid- und/oder Vesikelzusammensetzung zugesetzt werden. Beispielsweise kann ein wässriges Gemisch aus Liposomen und Gas hergestellt werden, dem das bioaktive Mittel zugesetzt werden kann und das zur Bereitstellung der Liposomenzusammensetzung gerührt wird. Die Liposomenzusammensetzung, die ferner ein bioaktives Mittel umfasst, kann einfach isoliert werden, da die mit Gas und/oder einem bioaktiven Mittel gefüllten Liposomenvesikel im Allgemeinen auf der Oberfläche der wässrigen Lösung schwimmen. Überschüssiges bioaktives Mittel kann aus der verbleibenden wässrigen Lösung zurückgewonnen werden.
Wie es dem Fachmann bekannt ist, können beliebige der hier beschriebenen Lipid- und/oder Vesikelzusammensetzungen zur Lagerung lyophilisiert und beispielsweise mit einem wässrigen Medium (wie z.B. sterilem Wasser, phosphatgepufferter Lösung oder wässriger Kochsalzlösung) unter heftigem Rühren rekonstituiert werden. Um ein Agglutinieren oder Verschmelzen der Lipide als Folge der Lyophilisierung zu verhindern, kann es nützlich sein, Additive mit einzubeziehen, die ein solches Verschmelzen oder ein solches Agglutinieren verhindern können. Additive, die geeignet sein können, umfassen Sorbit, Mannit, Natriumchlorid, Glucose, Trehalose, Polyvinylpyrrolidon und Polyethylenglycol (PEG), wie z.B. PEG-Polymere mit einem Molekulargewicht von etwa 400 bis etwa 10000, wobei PEG-Polymere mit Molekulargewichten von etwa 1000, 3000 (wie z.B. PEG3350) und 5000 bevorzugt sind. Diese und andere Additive sind in der Literatur beschrieben, wie z.B. in der US-Pharmakopöe, USP XXII, NF XVII, The United States Pharmacopeia, The National Formulary, United States Pharmacopeial Convention Inc., 12601 Twinbrook Parkway, Rockville, MD 20852. Lyophilisierte Zubereitungen haben im Allgemeinen den Vorteil einer größeren Lagerfähigkeit.
Wie es vorstehend diskutiert worden ist, sind die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen, einschließlich mit Gas und/oder einer gasförmigen Vorstufe gefüllte Vesikel, als Kontrastmittel zur diagnostischen Bilderzeugung geeignet, einschließlich z.B. zur Ultraschall-Bilderzeugung (US-Bilderzeugung), zur Computertomographie-Bilderzeugung (CT-Bilderzeugung), einschließlich CT-Angiographie (CTA), Magnetresonanz-Bilderzeugung (MR-Bilderzeugung), einschließlich Magnetresonanz-Angiographie (MRA), in der Nuklearmedizin, der optischen Bilderzeugung und der Elastographie.
Erfindungsgemäß werden Verfahren zur Bilderzeugung von einer oder mehreren Region(en) eines Patienten bereitgestellt, insbesondere des Nierenbereichs eines Patienten. Die vorliegende Erfindung stellt auch Verfahren zur Diagnose der Gegenwart oder Abwesenheit eines erkrankten Gewebes in einem Patienten bereit, insbesondere der Gegenwart oder Abwesenheit eines erkrankten Nierengewebes. Die erfindungsgemäßen Verfahren umfassen die Verabreichung eines Kontrastmittels in Form z.B. einer Lipid- und/oder Vesikelzusammensetzung an einen Patienten. Dem Patienten wird auch ein Nieren-Vasodilator verabreicht. Der Patient wird unter Verwendung einer diagnostischen Bilderzeugung, einschließlich z.B. Ultraschall-Bilderzeugung, abgetastet bzw. gescannt, um sichtbare Bilder einer inneren Region, vorzugsweise des Nierenbereichs eines Patienten zu erhalten. Die Verfahren können auch zur Bilderzeugung von anderen inneren Regionen des Patienten verwendet werden, einschließlich z.B. des Gefäßsystems. Beim Scannen des Nierenbereichs kann die Bauchschlagader mit einbezogen werden. Die vorliegenden Verfahren können auch im Zusammenhang mit der Abgabe eines bioaktiven Mittels an eine innere Region eines Patienten verwendet werden.
Bezüglich des Nieren-Vasodilators, der in den erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird, stehen viele verschiedene Materialien zur Verfügung, die zur Verwendung in den erfindungsgemäßen Verfahren geeignet sein können, und die, wenn sie einem Patienten verabreicht werden, einen Nierenvasodilationseffekt erbringen können, d. h. eine Dilation von Blutgefäßen in dem Nierenbereich und insbesondere eine Dilation einer Nierenarterie. Vorzugsweise kann das Material die gesamte Blutströmung der Niere erhöhen. Das Material kann direkt zur Erhöhung der Nierenblutströmung wirken oder es kann an biochemischen Wegen beteiligt sein, wodurch eine Erhöhung der Nierenblutströmung erzeugt wird. Insbesondere wirkt das Material dahingehend, ein Angiotensin-umwandelndes Enzym (ACE) zu inhibieren.
ACE katalysiert die Umwandlung des relativ inaktiven Decapeptids Angiotensin I zu Angiotensin II, einem potenten endogenen Vasokonstriktor und die Zerstörung von Bradykinin, einem potenten Vasodilator, vgl. The Pharmacological Basis of Therapeutics, Joel G. Hardman und Lee E. Limbird, Hrsg., 1996, McGraw-Hill, New York, N.Y., Seiten 743-751. In Patienten mit Nierenarterienstenose ist die Blutströmung in die Niere vermindert. Die Niere mit verminderter Blutströmung erzeugt Renin, das den Blutdruck erhöht, um die Blutströmung in die Niere zu verbessern. Der erhöhte Blutdruck ergibt sich aus der Wirkung von Renin auf ein Plasmaglobulinsubstrat im Gefäßkreislauf. Angiotensin I wird bei dieser Wechselwirkung erzeugt und durch ACEE zu Angiotensin II hydrolysiert. Die Verabreichung von ACE-Inhibitoren führt zu einem Vasodilatoreffekt insbesondere in der Niere, da die Nierengefäße gegenüber den vasokonstriktorischen Effekten von Angiotensin II besonders empfindlich sind.
ACE-Inhibitoren können gemäß ihrer chemischen Strukturen in Gruppen eingeteilt werden. Sulfhydryl-enthaltende ACE-Inhibitoren umfassen Captopril (1-(3-Mercapto-2-methyl-1-oxopropyl)-L-prolin), Fentiapril (2-(2-Hydroxyphenyl)-3-(mercapto-1-oxopropyl)-4-thiazolidincarbonsäure), Pivalopril (N-Cyclopentyl-N-[3-[2,2-dimethyl-1-oxopropyl)thio]-2-methyl-1-oxopropyl]-(S)-glycin), Zofenopril (1-[3-(Benzoylthio)-2-methyl-1-oxopropyl]-4- phenylthio)-hydroxy-2,2-dimethyl-4-(2-oxo-1-(pyrrolidinyl)-2H-1-benzopyran-6-carbonitril-L-prolin) und Alacepril ((S)-N-[1-[3-(Acetylthio)-2-methyl-1-oxopropyl]-L-prolyl]-L-phenylalanin). Dicarboxyl-enthaltende ACE-Inhibitoren umfassen Enalapril (1-[N-[1-(Ethoxycarbonyl)-3-phenylpropyl]-L-alanyl]-L-prolin, Enalaprilat (die Stamm-Dicarbonsäure von Enalapril), Lisinopril ((S)-1-[N²-(1-Carboxy-3-phenylpropyl)-L-lysyl]-L-prolin-dihydrat), Benazepril (3-[[1-ethoxycarbonyl)-3-phenyl-(1S)propyl]amino]-2,3,4,5-tetrahydro-2-oxo-1H-1-(3S)benzazepin-1-essigsäure), Quinapril (3S-[2[R*(R*)],3R*]]-2-[2-[[1-Ethoxycarbonyl)-3-phenylpropyl]amino]-1-oxopropyl]-1,2,3,4-tetrahydro-3-isochinolincarbonsäure), Moexipril (2-[[1-Ethoxycarbonyl]-3-phenylpropyl]amino]-1-oxopropyl]-1,2,3,4-tetrahydro-6,7-dimethoxy-3-isochinolincarbonsäure [3S-[2R^*(R^*)],3R*]]-), Ramipril (2S-[1[R^*(R*)],2α,3αβ,6αβ]]-1-[2-[[1-(Ethoxycarbonyl)-3-phenylpropyl]amino]-1-oxopropyl]octahydrocyclopenta[b]pyrrol-2-carbonsäure), Spirapril (Gemisch aus 7-[2-[[1-Ethoxycarbonyl)-3-phenylpropyl]amino]-1-oxopropyl]-1H-indol-2-carbonsäure, [8S-[7[R*(R*),8R*]]-1H-indol-2-carbonsäure, mit 3-[2-4-(4-Fluorbenzoyl)-1-piperidinyl]ethyl]-2,4(1H,3H)-chinazolindion), Perindopril (2S-[1-[R*,(R^*)],2α,3αβ,7αβ]]-1-[2-[[1-(Ethoxycarbonyl)butyl]amino]-1-oxopropyl]octahydro-1H-indol-2-carbonsäure), Indolapril (1-[2-[[1-(Ethoxycarbonyl)-3-phenylpropyl]amino]-1-oxopropyl]octahydro-1H-indol-2-carbonsäure, [2S-[1[R*(R*)],2α,3αβ,7αβ]], Indalapril ((S)-N-(2,3-Dihydro-1H-inden-2-yl)-N-[N-{1-ethoxycarbonyl)-3-phenylpropyl]-L-alanyl]glycin und Cilazapril (1S-[[1α,9α(R^*)]]-9-[[1-Ethoxycarbonyl)-3-phenylpropyl]amino]octahydro-10-oxo-6H-pyridazino[1,2-α][1,2]diazepin-1-carbonsäure-monohydrat). Phosphor-enthaltende ACE-Inhibitoren umfassen Fosinopril ((2α,4β)4-Cyclohexyl-1-[[[2-methyl-1-(1-oxopropoxy)propoxyl](4-phenylbutyl)phosphinyl]acetyl]-L-prolin). Solche Verbindungen sind z.B. in The Pharmacological Basis of Therapeutics, Joel G. Hardman und Lee E. Limbird, Hrsg., 1996, McGraw-Hill, New York, N.Y., Seiten 743-751, und in The Merck Index, 11. Auflage, 1989, Merck & Co., beschrieben. Diese sowie andere geeignete Vasodilatorverbindungen sind dem Fachmann im Lichte dieser Beschreibung bekannt. Pharmazeutisch verträgliche Salze eines beliebigen der ACE-Inhibitoren können verwendet werden, mit der Maßgabe, dass die Abgabe, die Wirksamkeit und die Bioverfügbarkeit des Inhibitors nicht übermäßig beeinträchtigt wird. Captopril und Enalapril sind zur Verwendung im erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt. Captopril ist für die orale Verabreichung bevorzugt und die bevorzugte orale Dosis liegt bei etwa 25 bis etwa 50 mg, abhängig vom Körpergewicht des Patienten, etwa 0,5 bis etwa 5 Stunden, vorzugsweise etwa 1 bis etwa 2 Stunden vor dem Scannen des Patienten. Enalapril ist für eine intravenöse Verabreichung bevorzugt. Im Allgemeinen wird Enalapril etwa 15 min bis etwa 2 Stunden vor dem Scannen des Patienten verabreicht.
Gegebenenfalls können die hier beschriebenen Lipid-, Protein-, Polymer- und/oder Vesikelzusammensetzungen ferner ein Zielsteuerungsmittel zur Beschleunigung des gezielten An steuerns von Geweben und/oder Rezeptoren in vivo, einschließlich z.B. dem Nierengewebe, umfassen. Geeignete Zielsteuerungsmittel, Verfahren zum Einbringen der Zielsteuerungsmittel in Lipid- und/oder Vesikelzusammensetzungen und Verfahren zur Verwendung solcher Zielsteuerungszusammensetzungen sind z.B. in der parallel anhängigen US-Anmeldung mit der Seriennummer 08/640,464 , angemeldet am 1. Mai 1996 und der US-Anmeldung mit der Seriennummer 08/660,032 , angemeldet am 6. Juni 1996, beschrieben.
Wie es dem Fachmann bekannt ist, kann die Verabreichung der hier beschriebenen Lipid- und/oder Vesikelzusammensetzungen, sowie der Nieren-Vasodilatoren, auf verschiedene Weise durchgeführt werden, einschließlich parenteral, oral oder intraperitoneal. Die parenterale Verabreichung, die bevorzugt ist, umfasst die Verabreichung über die folgenden Wege: intravenös, intramuskulär, interstitiell, intraarteriell, subkutan, intraokular, intrasynovial, transepithelial, einschließlich transdermal, pulmonal mittels Inhalation, ophthalmisch, sublingual und bukkal, topisch, einschließlich ophthalmisch, dermal, Okular, rektal, und nasale Inhalation mittels Insufflation. Von den Wegen zur parenteralen Verabreichung ist eine intravenöse Verabreichung bevorzugt. Es können verschiedene Kombinationen der Lipid- und/oder Vesikelzusammensetzungen und der Nieren-Vasodilatoren gegebenenfalls zur Veränderung von Eigenschaften verwendet werden, einschließlich der Viskosität, der Osmolarität oder der Schmackhaftigkeit. Bei der Durchführung der Bilderzeugungsverfahren der vorliegenden Erfindung kann das Kontrastmittel, einschließlich des Nieren-Vasodilators, allein oder in Kombination mit zusätzlichen diagnostischen Mitteln, therapeutischen Mitteln oder anderen Mitteln verwendet werden. Solche anderen Mittel umfassen Zusätze wie z.B. Geschmacksstoffe oder Farbmittel.
Bei den eingesetzten CT-Bilderzeugungstechniken handelt es sich um herkömmliche Techniken, die z.B. in Computed Body Tomography, J. K. T. Lee, S. S. Sagel und R. J. Stanley, Hrsg., 1983, Ravens Press, New York, N.Y., insbesondere in den ersten beiden Kapiteln mit den Titeln "Physical Principles and Instrumentation", M. M. Ter-Pogossian und "Techniques", D. J. Aronberg beschrieben sind.
Magnetresonanz-Bilderzeugungstechniken, die insbesondere auf die Bilderzeugung des Nierenbereichs gerichtet sind, sind z.B. in Brown et al., "Magnetic Resonance Imaging of the Adrenal Gland and Kidney", Topics in Magnetic Resonance Imaging, Band 7(2), Seiten 90-101 (1995); Krestin, "Magnetic Resonance Imaging of the Kidneys: Current Status", Magnetic Resonance Quaterly, Band 10(1) Seiten 2-21 (März 1994); Lee, "Recent Advances in Magnetic Resonance Imaging of Renal Masses", Canadian Association of Radiologists Journal, Band 42(3), Seiten 185-189 (Juni 1991); Lubat et al., "Magnetic Resonance Imaging of the Kidneys and Adrenals", Band 2(3), Seiten 17-36 (Juni 1990); Baumgartner et al., "Magnetic Resonance Imaging of the Kidneys and Adrenal Glands", Seminars in Ultrasound, CT and MR, Band 10(1), Seiten 43-62 (Februar 1989); Choyke et al., "The Role of MRI in Dieseases of the Kidney", Radiologic Clinics of North America, Band 26(3), Seiten 617-631 (Mai 1988); und Papanicolaou et al., "Magnetic Resonance Imaging of the Kidney", Urologic Radiology, Band 8(3), Seiten 139-150 (1986) beschrieben.
Bezüglich Ultraschall sind Ultraschall-Bilderzeugungstechniken, einschließlich Second Harmonic Imaging und Gated Imaging, bekannt und z.B. in Uhlendorf, "Physics of Ultrasound Contrast Imaging: Scattering in the Linear Range", IEEE Transactions an Ultrasonics, Ferroelektrics, and Frequency Control, Band 14(1), Seiten 70-79 (1994) und Sutherland et al., "Color Doppler Myocardial Imaging: A New Technique for the Assessment of Myocardial Function", Journal of the American Society of Echocardiography, Band 7(5), Seiten 441-458 (1994) beschrieben.
Im Fall von diagnostischen Anwendungen, wie z.B. Ultraschall, CT und MRI kann Energie, wie z.B. Ultraschallenergie, auf mindestens einen Abschnitt des Patienten zur Bilderzeugung vom Zielgewebe angewandt werden. Ein sichtbares Bild einer inneren Region des Patienten, vorzugsweise des Nierenbereichs, kann dann erhalten werden, so dass die Gegenwart oder Abwesenheit von erkranktem Gewebe ermittelt werden kann.
Ultraschall kann sowohl für diagnostische als auch für therapeutische Zwecke verwendet werden. Bei diagnostischem Ultraschall können Ultraschallwellen oder Ultraschall-Pulsfolgen mit einem Wandler angewandt werden. Der Ultraschall wird im Allgemeinen gepulst (diskontinuierlich) und nicht kontinuierlich angewandt, obwohl der Ultraschall gegebenenfalls kontinuierlich sein kann. Folglich umfasst diagnostischer Ultraschall im Allgemeinen die Anwendung eines Pulses von Echos, nachdem während eines Abtastzeitraums der Ultraschallwandler reflektierte Signale empfängt. Es können Harmonics, Ultraharmonics oder Subharmonics verwendet werden. Der Second Harmonics-Modus kann vorteilhaft angewandt werden, wobei die 2x-Frequenz empfangen werden kann, wobei x die einfallende Frequenz ist. Dies kann dazu dienen, das Signal von dem Hintergrundmaterial zu vermindern und das Signal vom Wandler unter Verwendung der erfindungsgemäßen Kontrastmittel zu verstärken, die gezielt an die gewünschte Stelle gebracht werden können. Andere harmonische Signale, wie z.B. die ungeraden Harmonics-Signale, z.B. 3x oder 5x, können unter Verwendung dieses Verfahrens in entsprechender Weise empfangen werden. Subharmonische Signale, wie z.B. x/2 und x/3, können auch zur Ausbildung eines Bilds empfangen und verarbeitet werden.
Zusätzlich zu dem Pulsverfahren kann auch Continuous Wave-Ultraschall, wie z.B. Power-Doppler angewandt werden. Dies kann besonders nützlich sein, wenn starre Vesikel, wie z.B. Vesikel verwendet werden, die aus Polymethylmethacrylat oder -cyanomethacrylat formuliert sind. In diesem Fall kann die relativ höhere Energie des Power-Doppler dazu gebracht werden, die Vesikel in Resonanz zu versetzen und dadurch ihr Reißen zu fördern. Dies kann akustische Emissionen erzeugen, die im subharmonischen oder ultraharmonischen Bereich oder in manchen Fällen in der gleichen Frequenz wie der angewandte Ultraschall liegen können. Es ist vorgesehen, dass in diesem Verfahren ein Spektrum von akustischen Signaturen freigesetzt wird und der so eingesetzte Wandler kann die akustischen Emissionen zum Nachweis z.B. eines Pfropfens empfangen. Darüber hinaus kann der Prozess des Reißens von Vesikeln zur Übertragung kinetischer Energie zur Oberfläche z.B. eines Pfropfens zur Förderung der Lyse des Pfropfens eingesetzt werden. Folglich kann während einer Kombination von diagnostischem und therapeutischem Ultraschall eine therapeutische Thrombolyse erreicht werden. Es kann auch ein Spektral-Doppler eingesetzt werden. Im Allgemeinen sind die Energieniveaus von diagnostischem Ultraschall nicht ausreichend, um das Reißen von Vesikeln zu fördern und die Freisetzung und zelluläre Aufnahme bioaktiver Mittel zu erleichtern. Wie vorstehend angemerkt kann diagnostischer Ultraschall die Anwendung eines oder mehrerer Schallpulse umfassen. Pausen zwischen Pulsen ermöglichen den Empfang und die Analyse der reflektierten Schallsignale. Die bei diagnostischem Ultraschall eingesetzte begrenzte Anzahl von Pulsen begrenzt die effektive Energie, die an das untersuchte Gewebe abgegeben wird.
Ultraschall mit höherer Energie, wie z.B. Ultraschall, der durch therapeutische Ultraschallgeräte erzeugt wird, kann im Allgemeinen das Reißen der Vesikelspezies bewirken. Im Allgemeinen werden in Vorrichtungen für therapeutischen Ultraschall abhängig von der Fläche des mit dem Ultraschall zu behandelnden Gewebes Tastverhältnisse von etwa 10 bis etwa 100% eingesetzt. Körperflächen, die im Allgemeinen durch größere Mengen von Muskelmasse gekennzeichnet sind, z.B. der Rücken und die Oberschenkel, sowie stark vaskularisiertes Gewebe, wie z.B. kardiovaskuläres Gewebe, können ein höheres Tastverhältnis erfordern, wie z.B. etwa 100%.
Bei therapeutischem Ultraschall wird Continuous Wave-Ultraschall zur Abgabe höherer Energieniveaus verwendet. Zum Zerreißen der Vesikel ist Continuous Wave-Ultraschall bevorzugt, obwohl die Schallenergie auch gepulst werden kann. Wenn gepulste Schallenergie verwendet wird, dann wird der Schall im Allgemeinen in Echofolgelängen von etwa 8 oder etwa 20 oder mehr Pulsen auf einmal gepulst. Vorzugsweise betragen die Echofolgelängen etwa 20 Pulse auf einmal. Darüber hinaus kann die Frequenz des verwendeten Schalls von etwa 0,025 bis etwa 100 Megahertz (MHz) variieren. Im Allgemeinen liegt die Frequenz für therapeutischen Ultraschall zwischen etwa 0,75 und etwa 3 MHz, wobei etwa 1 und etwa 2 MHz mehr bevorzugt sind. Darüber hinaus können die Energieniveaus von etwa 0,5 Watt (W) pro Quadratzentimeter (cm²) bis etwa 5,0 W/cm² variieren, wobei Energieniveaus von etwa 0,5 bis etwa 2,5 W/cm² bevorzugt sind. Energieniveaus für therapeutischen Ultraschall, der eine Hyperthermie umfasst, liegen im Allgemeinen bei etwa 5 W/cm² bis etwa 50 W/cm². Für sehr kleine Vesikel, wie z.B. Vesikel mit einem Durchmesser von weniger als etwa 0,5 μm, sind höhere Schallfrequenzen im Allgemeinen bevorzugt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass kleinere Vesikel Schallenergie bei höheren Schallfrequenzen effektiver absorbieren können. Wenn sehr hohe Frequenzen verwendet werden, z.B. von mehr als etwa 10 MHz, dann kann die Schallenergie Fluide und Gewebe nur bis zu einer begrenzten Tiefe durchdringen. Folglich kann die externe Anwendung von Schallenergie für die Haut und andere unter der Oberfläche liegende Gewebe geeignet sein. Für tiefe Strukturen ist es jedoch im Allgemeinen erforderlich, die Ultraschallenergie so zu fokussieren, dass sie vorzugsweise innerhalb einer Fokuszone gerichtet ist. Alternativ kann die Ultraschallenergie über Interstitialsonden, intravaskuläre Ultraschallkatheter oder Endoluminalkatheter angewandt werden. Solche Sonden oder Katheter können z.B. in der Speiseröhre zur Diagnose und/oder Behandlung eines Speiseröhrenkarzinoms verwendet werden. Zusätzlich zu den vorstehend diskutierten therapeutischen Anwendungen können die hier beschriebenen Zusammensetzungen im Zusammenhang mit Speiseröhrenkarzinom oder in den Koronararterien zur Behandlung von Atherosklerose verwendet werden, sowie für die therapeutischen Anwendungen, die z.B. in der US-PS 5,149,319 beschrieben sind.
Es kann eine therapeutische Ultraschallvorrichtung verwendet werden, bei der zwei Ultraschallfrequenzen verwendet werden. Die erste Frequenz kann als x und die zweite Frequenz als 2x definiert werden. In der bevorzugten Form würde die Vorrichtung so gestaltet werden, dass die Fokuszonen der ersten und der zweiten Frequenz auf eine einzige Fokuszone konvergieren. Die Fokuszone der Vorrichtung kann dann innerhalb des Gewebes in der interessierenden Region auf die Zusammensetzungen, wie z.B. Vesikelzusammensetzungen, gerichtet werden. Diese Ultraschallvorrichtung kann eine Second Harmonic-Therapie mit gleichzeitiger Anwendung der x- und 2x-Frequenzen der Ultraschallenergie bereitstellen. Es ist vorgesehen, dass im Fall von Ultraschall, bei dem Vesikel beteiligt sind, diese Second Harmonic-Therapie verglichen mit Ultraschallenergie, bei der eine einzelne Frequenz beteiligt ist, ein verbessertes Zerreißen von Vesikeln bereitstellen kann. Es ist auch vorgesehen, dass der bevorzugte Frequenzbereich innerhalb der harmonischen Grundfrequenzen der Vesikel bleibt. Mit dieser Vorrichtung kann auch eine niedrigere Energie verwendet werden. Eine Ultraschallvorrichtung, die im Zusammenhang mit der vorstehend genannten Second Har monic-Therapie verwendet werden kann, ist z.B. in K. Kawabata et al., Ultrasonics Sonochemistry, Band 3, Seiten 1-5 (1996) beschrieben.
Im Fall von Vesikelzusammensetzungen, die aus Lipiden formuliert sind, kann die Konzentration des Lipids, die zur Bildung eines gewünschten stabilisierten Vesikelniveaus erforderlich ist, z.B. von der Art des verwendeten Lipids abhängen und einfach durch Routineexperimente ermittelt werden. Beispielsweise kann in bevorzugten Ausführungsformen die Konzentration von 1,2-Dipalmitoylphosphatidylcholin (DPPC), die zur Bildung stabilisierter Vesikel gemäß den Verfahren der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, 0,1 mg/ml bis 30 mg/ml Kochsalzlösung, mehr bevorzugt 0,5 mg/ml bis 20 mg/ml Kochsalzlösung und insbesondere 1 mg/ml bis 10 mg/ml Kochsalzlösung betragen. Die Konzentration von Distearoylphosphatidylcholin (DSPC), das in bevorzugten Ausführungsformen verwendet wird, kann 0,1 mg/ml bis 30 mg/ml Kochsalzlösung, mehr bevorzugt 0,5 mg/ml bis 20 mg/ml Kochsalzlösung und insbesondere 1 mg/ml bis 10 mg/ml Kochsalzlösung betragen.
Die geeignete Dosierung des Kontrastmittels und des Nieren-Vasodilators, die verabreicht werden soll, und der jeweilige Verabreichungsweg können abhängig vom Alter, dem Gewicht und dem jeweiligen Säuger und der Region des Säugers abhängen, die gescannt werden soll, und vom jeweils einzusetzenden Kontrastmittel und/oder Nieren-Vasodilator. Typischerweise kann die Dosierung bei niedrigeren Niveaus begonnen und dann erhöht werden, bis die gewünschte Kontrasterhöhung oder ein anderer Effekt erreicht wird. Bezüglich des Kontrastmittels kann die intravenöse-Dosis (i.v.-Dosis) für einen 70 kg-Patienten weniger als 10 ml betragen, wobei niedrigere Dosen bevorzugt sind. Die Dosierung des Nieren-Vasodilators kann z.B. von 0,01 bis 100 mg/kg oder von 0,4 bis 10 g oder höher variieren. In bevorzugten Ausführungsformen, welche die Verabreichung von Zusammensetzungen umfassen, die DPPC, DPPE und DPPE PEG-5000 in Kombination mit einem Nieren-Vasodilator umfassen, wird der Nieren-Vasodilator an den Patienten vorzugsweise in einer Dosierung von 0,01 bis 30 mg/ml, mehr bevorzugt von 0,01 mg/ml bis 1 mg/ml und insbesondere von 0,01 mg/ml bis 0,1 mg/ml verabreicht.
Die hier beschriebenen Zusammensetzungen und insbesondere die Vesikelzusammensetzungen sind als Kontrastmittel bei der diagnostischen Bilderzeugung geeignet und können auch zur Verwendung in allen Bereichen geeignet sein, bei denen eine diagnostische Bilderzeugung eingesetzt wird. Die stabilisierten Vesikel sind jedoch zur Perfusions-Bilderzeugung besonders geeignet.
Erfindungsgemäß werden Verfahren zur allgemeinen Bilderzeugung bei einem Patienten, vorzugsweise im Nierenbereich und/oder zur spezifischen Diagnose der Gegenwart von erkranktem Gewebe in einem Patienten, insbesondere im Nierenbereich, bereitgestellt. Das erfindungsgemäße Bilderzeugungsverfahren kann durch Verabreichen eines Kontrastmittels und eines Nieren-Vasodilators an einen Patienten und dann Scannen des Patienten unter Verwendung von z.B. Ultraschall-, Computertomographie- und/oder Magnetresonanz-Bilderzeugung durchgeführt werden, um sichtbare Bilder einer inneren Region eines Patienten und/oder eines beliebigen erkrankten Gewebes in dieser Region zu erhalten. Die Verfahren können bei der Bereitstellung von Bildern des Nierenbereichs besonders nützlich sein, können jedoch auch breiter eingesetzt werden, wie z.B. bei der Bilderzeugung des Gefäßsystems oder des Gastrointestinalbereichs, oder in anderer Weise, wie es dem Fachmann bekannt ist. Der Patient kann ein beliebiger Säuger sein, ist jedoch vorzugsweise ein Mensch.
Die vorliegende Erfindung stellt auch Verfahren zur Diagnose der Gegenwart von erkranktem Gewebe in einem Patienten bereit, insbesondere von erkranktem Gewebe im Herz-Kreislauf-System. Erkranktes Gewebe umfasst z.B. Endothelgewebe, das aus der Vaskulatur resultiert, die erkranktes Gewebe unterstützt. Als Ergebnis zeigt die Lokalisierung und Visualisierung von Endothelgewebe in einem Bereich des Patienten, der unter normalen Umständen nicht mit dem Endothelgewebe assoziiert ist, erkranktes Gewebe in dem Bereich. Darüber hinaus können die erfindungsgemäßen Verfahren zur Diagnose der Gegenwart oder Abwesenheit einer Nierenarterienerkrankung, einschließlich z.B. einer Nierenarterienstenose, verwendet werden. Andere Erkrankungen des Herz-Kreislauf-Systems, die mit den Verfahren der vorliegenden Erfindung bilderzeugend dargestellt und/oder diagnostiziert werden können, sind für den Fachmann unter Berücksichtigung der vorliegenden Offenbarung offensichtlich.
Wie vorstehend angemerkt kann die Verabreichung der hier beschriebenen Zusammensetzungen unter Verwendung verschiedener Dosierungsformen auf verschiedene Weise durchgeführt werden, wie z.B. intravaskulär, oral, rektal und dergleichen. Wenn der zu scannende Bereich der kardiovaskuläre Bereich ist, wird die Verabreichung des Kontrastmediums vorzugsweise intravaskulär durchgeführt, einschließlich z.B. intravenös. Wenn der zu scannende Bereich der Nierenbereich ist, wird die Verabreichung des Kontrastmittels vorzugsweise oral oder intravaskulär durchgeführt. Wenn der zu scannende Bereich der Gastrointestinalbereich ist, wird die Verabreichung des Kontrastmittels vorzugsweise oral oder rektal durchgeführt. Die Verabreichung des Nieren-Vasodilators kann auch auf verschiedene Weise durchgeführt werden, wie z.B. intravaskulär oder oral, und zwar abhängig von dem jeweils verwendeten Nieren-Vasodilator. Beispielsweise können Nitro-Vasodilatoren wie Nitroglycerin i.v. sowie transdermal verabreicht werden. Die geeignete(n) Art oder Arten der Verabrei chung des Nieren-Vasodilators ist/sind dem Fachmann im Lichte der vorliegenden Beschreibung klar. Die Verabreichung kann gegebenenfalls kontinuierlich (konstant) oder diskontinuierlich (z.B. gepulst) erfolgen, z.B. durch kontinuierliche intravenöse Infusion oder durch diskontinuierliche intravenöse Infusion.
Zur Modifizierung des Relaxationsverhaltens des Mediums oder zur Veränderung der Eigenschaften wie der Viskosität, der Osmolarität oder der Schmackhaftigkeit (im Fall von oral verabreichten Materialien) können verschiedene Kombinationen der Lipid-, Protein-, Polymer- und/oder Vesikelzusammensetzungen verwendet werden.
Die Echogenität von Vesikeln und insbesondere von gasgefüllten Vesikeln und die Fähigkeit zum Zerreißen der Vesikel bei der Peak-Resonanzfrequenz unter Verwendung von Ultraschall ermöglicht die gesteuerte Abgabe bioaktiver Mittel an eine innere Region eines Patienten. Insbesondere können die Vesikel nach ihrer Verabreichung an einen Patienten überwacht werden, um die Rate zu bestimmen, mit der die Vesikel z.B. in einer gewünschten Region eintreffen. Ferner können die Vesikel unter Verwendung von Ultraschall zerrissen werden, um das bioaktive Mittel in der Region freizusetzen.
Erfindungsgemäß werden auch Verfahren zur Messung der Blutströmung in dem Nierenbereich eines Patienten bereitgestellt. Gemäß dieses Aspekts der Erfindung werden bestimmte Ausführungsformen bereitgestellt, die zuerst das Ausüben eines wesentlichen Pulses von Ultraschallenergie auf eine interessierende Region, wie z.B. eines Ultraschallenergiepulses von bis zu etwa 0,5 W/cm², vorzugsweise etwa 0,1 W/cm², zur Bereitstellung einer Energie-"Rechteckwelle". Diese Rechteckwellen-Energie kann eine wesentliche Reflektivität bereitstellen und daher eine wesentliche Helligkeit in dem Ultraschallbild. Wenn die Rechteckwellen-Energie im Blutstrom abgeschwächt wird, dann nimmt die Helligkeit des entsprechenden Ultraschallbilds entsprechend ab. Die Beobachtung und Analyse der Geschwindigkeit, mit der die Rechteckwellen-Energie abgeschwächt wird, kann einen Hinweis auf die Geschwindigkeit der Nieren-Blutströmung geben.
In einer anderen Ausführungsform eines Verfahrens zur Messung der Blutströmung in dem Nierenbereich eines Patienten werden hier Verfahren bereitgestellt, die im Allgemeinen die Verabreichung eines Kontrastmittels an einen Patienten in einer Weise umfassen, dass die Konzentration des Kontrastmittels in dem Nierenbereich bei einem etwa konstanten Niveau gehalten wird. Dies kann durch die Verwendung eines von vielen verschiedenen Verfahren erreicht werden, einschließlich z.B. einer konstanten intravenösen Injektion eines Kontrastmittels.
In bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformen können die Lipid- und/oder Vesikelzusammensetzungen mit einer Spritze verabreicht werden, d.h. durch intravenöse (i.v.) Injektion. Demgemäß entsprechen hier die Gas- und/oder Vesikel-Verabreichungsgeschwindigkeiten im Allgemeinen den Injektionsgeschwindigkeiten. Dem Fachmann ist im Lichte der vorliegenden Beschreibung klar, dass die Stelle auf dem Körper des Patienten, bei der die Lipid- und/oder Vesikelzusammensetzungen injiziert werden, variieren kann und von verschiedenen Faktoren abhängt, einschließlich z.B. der jeweils verwendeten Lipid- und/oder Vesikelzusammensetzung, der vorgesehenen Anwendung, wie z.B. einer diagnostischen oder therapeutischen Anwendung, und der jeweils interessierenden Region. Beispielsweise können im Fall von diagnostischem Ultraschall des Myokardgewebes die Lipid- und/oder Vesikelzusammensetzungen intravenös (i.v.) z.B. in den Arm eines Patienten injiziert werden.
Die i.v.-Verabreichung der hier beschriebenen Kontrastmittel, die z.B. die Vesikelzusammensetzungen enthalten, kann die Verabreichung mittels einer Spritze umfassen. Dies kann z.B. durch einen geeigneten Medizintechniker durchgeführt werden, der die Spritze oder die Spritzen manuell handhabt. Alternativ kann die Verabreichung mechanisch durchgeführt werden, z.B. unter Verwendung einer Vorrichtung zur konstanten Infusion, wie z.B. eines mechanischen Injektors, der unter Verwendung von pneumatischem oder hydraulischem Druck arbeitet. Geeignete mechanische Injektoren, die in den erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden können, umfassen eine Spritzenpumpe Modell 351, die von Sage Instruments (eine Abteilung von Orion Research Inc., Boston, MA) erhältlich ist, einen MedRad^TM-Powerinjektor, der von Medrad, Inc. (Pittsburgh, PA) erhältlich ist, oder einen Liebel Flarsheim, der von Liebet Flarsheim Co. (Cincinnati, OH) erhältlich ist. Vorzugsweise wird das Kontrastmittel für einen Zeitraum von mindestens etwa 1 s, mehr bevorzugt von etwa 5 s bis zu etwa 30 s oder länger verabreicht, abhängig z.B. von dem jeweils verwendeten Kontrastmittel, dem Injektionsvolumen und dergleichen. Im Fall von Kontrastmitteln auf der Basis von Vesikeln kann der Verabreichungszeitraum auch beispielsweise von der Konzentration der Vesikel in dem Kontrastmittel, der Größe der Vesikel und der Verteilung der Vesikelgröße in dem Kontrastmittel abhängen. Das Scannen des Nierenbereichs mit diagnostischer Bilderzeugung wie z.B. einer Ultraschall-Bilderzeugung liefert ein diagnostisches Bild des Nierenbereichs. Durch im Wesentlichen Konstanthalten der Konzentration des Kontrastmittels in dem Nierenbereich kann vorzugsweise ein im Wesentlichen konstantes Helligkeitsniveau in diesem diagnostischen Bild bereitgestellt werden. Die nachfolgende Verabreichung eines Nieren-Vasodilators an den Patienten kann dann die Nieren-Blutströmung erhöhen, was wie vorstehend diskutiert auch die Konzentration des Kontrastmittels in dem Nierengewebe erhöhen kann.
Die mittels Bilderzeugung, wie z.B. Ultraschall-Bilderzeugung, erhaltenen Bilder können qualitativ analysiert werden. Vorzugsweise werden jedoch quantitative Techniken eingesetzt. Das Videodensitometriesignal kann digitalisiert und analysiert werden, um Änderungen der Signalintensität zu bestimmen. Es können verschiedene Vergleichsmessungen durchgeführt werden. Beispielsweise kann ein Vergleich der Videodensitometrie von zwei Nieren verglichen werden, um zu bestimmen, ob eine Niere eine relativ niedrigere videodensitometrische Antwort zeigt, was die wahrscheinliche Gegenwart einer Nierenarterienhypertonie in einer Niere anzeigt. Alternativ kann die Videodensitometrie einer oder beider Nieren mit der Videodensitometrie der Bauchschlagader verglichen werden. Unter Verwendung der Videodensitometrie von der Schlagader als Grundwert ist es möglich, die relative Verbesserung in den Nieren eines Patienten, von dem angenommen wird, dass er eine Nierenhypertonie aufweist, mit einer altersangepassten Standardverbesserung für einen normalen Patienten zu vergleichen, was einen Hinweis auf das Ausmaß einer Nierenstenose liefern kann. Es können subtraktive Verfahren verwendet werden, z.B. zum Vergleich von zwei Nieren in dem gleichen Patienten oder zum Vergleich der Videodensitometrie vor der Kontrastverbesserung durch die Verabreichung eines Kontrastmittels mit der Videodensitometrie nach der Kontrastverbesserung.
Für die Zwecke der Verfahren, die gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben worden sind, sollte beachtet werden, dass die Konzentration von Vesikeln etwa proportional zur Helligkeit eines diagnostischen Bilds ist, insbesondere eines Ultraschall-Bilds, die wiederum proportional zur Blutströmungsgeschwindigkeit in dem Nierenbereich ist. Ebenso sollte für die Zwecke der Verfahren, die in der vorliegenden Erfindung beschrieben sind, beachtet werden, dass die Vesikel vorzugsweise einer Eliminierung mit einer Geschwindigkeit erster Ordnung unterliegen. Auf diese Verfahren können jedoch auch andere Geschwindigkeiten, wie z.B. nullter, zweiter oder dritter Ordnung angewandt werden. Unter diesen Voraussetzungen kann ein Hinweis auf die prozentuale Zunahme der Nierenströmung, die durch den Nieren-Vasodilator bereitgestellt wird, unter Verwendung einer einfachen Ableitung erhalten werden: –d[Vesikel]/dT = k[Vesikel],wobei [Vesikel] = Konzentration der Vesikel;
k = Geschwindigkeitskonstante als Prozess erster Ordnung (s^–1); und
T = Zeit (Sekunden) ist.
Unter der Voraussetzung, dass auch vorzugsweise eine Korrelation zwischen der Vesikelkonzentration, der Videodensimetrie und der Nieren-Blutströmung besteht, wobei diese Korrelation z.B. durch eine Korrelationskonstante k definiert werden kann, ergibt sich: –d[Vesikel]/dT = k[Vesikel] ≈ d[Videodensitometrie]/dT = k[Videodensitometrie],wobei [Videodensitometrie] = Videohelligkeit in Videodensitometrieeinheiten (VDU).
Umformen der vorstehenden Gleichung ergibt: –d[Videodensitometrie]/[Videodensitometrie] = kdT.
Folglich ergibt sich –∫d[Videodensitometrie]/[Videodensitometrie] = ∫kdToder In[Videodensitometriet=0 –Videodensitometriet] = kT.
Die Entwicklung der vorstehenden Gleichung ergibt: [Videodensitometriet] = [Videodensitometriet=0] = e–kT
Durch die Messung der Grundwert-Videodensitometrie zum Zeitpunkt t = 0, der sich in der vorliegenden Ausführungsform auf die Videodichte eines diagnostischen Bilds des Nierenbereichs mit einer konstanten Infusion eines Kontrastmittels bezieht, und der End-Videodensitometrie zum Zeitpunkt T = t, der sich in der vorliegenden Ausführungsform auf die Videodichte eines diagnostischen Bilds des Nierenbereichs nach der Verabreichung eines Nieren-Vasodilators bezieht, kann eine Geschwindigkeitskonstante für die Zunahme der Nierenströmung bei einer gegebenen Dosierung eines Nieren-Vasodilators bestimmt werden.
Unter der Voraussetzung, dass die Blutströmung in dem Nierenbereich zur Videodensitometrie etwa proportional ist, ergibt eine Substitution: [Strömung] = [Strömungt=0] = e–kT
Folglich kann die relative Zunahme (%) der Nieren-Blutströmung durch eine konstante Verabreichung eines Kontrastmittels und mit dem Wissen um die Änderung der Helligkeit von Nierengewebe bei der Ultraschall-Bilderzeugung nach der Verabreichung eines Nieren-Vasodilators bestimmt werden. Variationen bei der Korrelation zwischen der Strömung, der Videodensitometrie und der Mikroblasenkonzentration pro Zeiteinheit, die auftreten können, können die Genauigkeit der Bestimmungen der Zunahmen der Nieren-Blutströmung beeinflussen. In die Berechnungen können jedoch Korrekturen für eine beliebige nicht-Linearität oder nicht-Proportionalität einbezogen werden. Beispielsweise können Korrekturen von Variationen zwischen der Vesikelkonzentration und der Bildquantifizierung durch Anwenden der Techniken bereitgestellt werden, die in M. Eriksen, "Tissue Echo Intensity and Blood Attenuation Changes – The Pitfalls of Video Densitometry", The Second Annual International Symposium an Contrast Agents in Diagnostic Ultrasound, Atlantic City, NJ (7. Mai 1996) beschrieben sind.
Zur Verbesserung der Genauigkeit der Korrelation von Densitometriedaten mit der Blutströmung können Kalibriertechniken verwendet werden. Beispielsweise kann ein internes Kalibrierverfahren, wie das in V. Mor-Avi et al., Ultrasound in Medicine and Biology 19(8), Seiten 619-633 (1993) beschriebene Verfahren zur Verwendung bei der Berechnung der myokardialen Blutströmung, zur Verwendung in dem Nierenbereich angepasst werden. Aufgrund einer nicht-Linearität bei relativ hohen Kontrastmittelkonzentrationen können Ungenauigkeiten verbleiben. Alternativ kann ein externes Kalibrierverfahren zur Bestimmung der Beziehung zwischen der Videodichte und des Volumens des Kontrastmittels in einem Modellsystem verwendet werden. Die durch Scannen eines Patienten unter Verwendung des kalibrierten Kontrastmittels erhaltenen Bilder können verarbeitet werden, um die Blutströmungsgeschwindigkeiten auf der Basis des Modellsystems zu berechnen. Mit einer externen Kalibrierungstechnik können Korrekturen durchgeführt werden, um nicht-Linearitäten bei der akustischen Antwort bei höheren Konzentrationen eines Kontrastmittels und Unterschiede bei den rheologischen Eigenschaften zwischen dem Kontrastmittel und den roten Blutzellen in dem Patienten zu kompensieren.
Die Beispiele 1 und 2 sind praktische Beispiele und die Beispiele 3 und 4 sind hypothetisch.
Beispiele
Beispiel 1
Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung einer Lipid-Vesikelzusammensetzung zur Verwendung in den erfindungsgemäßen Verfahren. "DPPC" bezieht sich auf Dipalmitoylphosphatidylcholin, "DPPE" bezieht sich auf Dipalmitoylphosphatidylethanolamin und "DPPA" bezieht sich auf Dipalmitoylphosphatidsäure. "PEG5000" bezieht sich auf ein Polyethylenglycolpolymer mit einem Molekulargewicht von etwa 5000. "DPPE-PEG5000" bezieht sich auf DPPE, das kovalent an PEG5000 gebunden ist, wobei DPPE und PEG in einem Gewichtsverhältnis von etwa 20:80 vorliegen. "PFP" bezieht sich auf Perfluorpropangas.
Einer Lösung aus Kochsalzlösung, Propylenglycol und Glycerin (8:1:1) wurde DPPC, DPPE-PEG5000 und DPPA in einem Molverhältnis von 82:8:10 zugesetzt. Das resultierende Gemisch wurde auf etwa 45°C erwärmt und filtriert (0,22 μm). Das filtrierte Gemisch wurde in ein Fläschchen eingebracht und auf Raumtemperatur abkühlen gelassen. Das Fläschchen wurde unter Vakuum gesetzt, um jegliches Gas zu evakuieren, worauf das Fläschchen mit PFP unter Druck beaufschlagt wurde. Das Fläschchen wurde dann verschlossen, auf eine Schüttelvorrichtung gestellt und bei Raumtemperatur bewegt, um eine Lösung von PFP-gefüllten Vesikeln mit einem mittleren Durchmesser von etwa 2,5 μm bereitzustellen. Die Konzentration der Vesikel in der Lösung betrug etwa 1,5 × 10⁹ Vesikel/ml.
Beispiel 2
Dieses Beispiel beschreibt die Verwendung von Vesikeln, die gemäß Beispiel 1 hergestellt worden sind, bei der Bilderzeugung von Nieren in einem Säuger zum Nachweis einer verschlossenen Niere.
Ein weiblicher Mischlingshund mit einem Gewicht von 18 kg wurde unter Verwendung von Halothan (C₂HBrClF₃) anaesthetisiert. Die Nierenarterie, die zu der linken Niere führt, wurde einem pneumatischen 2 mm-Okkluder ausgesetzt (Invivometric, Healdsburg, CA) und eine Doppler-Strömungssonde (Transonic, Ithaca, NY) wurde angebracht.
Das Abdomen wurde mit Nähten verschlossen und die Ultraschall-Bilderzeugung wurde transabdominal unter Verwendung eines Acoustic Imaging 5200S-Ultraschallgeräts mit einem eng gebogenen 7,5 MHz-Linear-Array-Wandler (Acoustic Imaging, Phoenix, AZ) durchgeführt. Der pneumatische Okkluder wurde aufgeblasen, bis die Strömungsgeschwindigkeit von 44 ml/min auf 22 ml/min vermindert worden war. Gemäß Beispiel 1 hergestellte Vesikel wurden in einer Dosis von 0,02 cm³/kg (3,0 × 10⁷ Vesikel/kg) durch einen Katheter in der V. cephalica injiziert und die Bilderzeugung von der linken (verschlossenen) Niere wurde durchgeführt. Dieses Verfahren wurde dann an der rechten (nicht verschlossenen) Niere wieder holt. Die linke Nierenarterie blieb während der Bilderzeugung von der nicht verschlossenen Niere verschlossen. Eine Dosis von 330 Mikroliter (μl) Enalapril (1,25 mg/ml) (Vasotec, Merck, Sharp und Dohme, West Point, PA) wurde durch den Cephalica-Katheter verabreicht. Das Enaiapril wurde 30 min einwirken gelassen und dann wurde der pneumatische Okkluder wieder aufgeblasen, um die Strömung auf 22 ml/min zu vermindern. Eine zusätzliche Dosis von 0,02 cm³/kg (3,0 × 10⁷ Vesikel/kg) Vesikel wurde für jede Niere verabreicht und die Bilderzeugung wurde durchgeführt. Eine kontinuierliche fundamentale Ultraschall-Bilderzeugung wurde während eines Zeitraums von 4 min nach jeder Vesikelinjektion durchgeführt. Zwischen jeder Injektion wurde ein Zeitraum von 10 min eingehalten, um die Entfernung der Vesikel aus dem Nierenbereich zu ermöglichen.

Die Bilder wurden dann unter Verwendung eines SV 3350 SVHS-Videorecorders von Panasonic (Japan) und eines Macintosh Centris 660AV-Computers (Apple Computer, Cupertino, CA) aufgenommen. Die aufgenommenen Bilder wurden unter Verwendung von Image 1.55 analysiert, eines Bildanalysesoftwarepakets, das von der NIH (Bethesda, MD) vertrieben wird. Interessierende Regionen wurden aus der verschlossenen Niere vor der Verabreichung von Enaiapril ("Prä-Enalapril") und nach der Verabreichung von Enalapril ("Post-Enalapril") und aus der nicht verschlossenen Niere Prä-Enalapril und Post-Enalapril ausgewählt. Die Daten sind in der nachstehenden Tabelle gezeigt. Eine Abnahme der Videodichte (durch eine negative Zahl angezeigt) bedeutet, dass das Bild dunkler wurde, und eine Zunahme zeigt eine Zunahme der Helligkeit. Der Begriff "Präkontrast" zeigt eine Videodensitometriemessung, die vor der Verabreichung der Vesikel durchgeführt worden ist. Der Begriff "Postkontrast" zeigt eine Videodensitometriemessung, die nach der Verabreichung der Vesikel durchgeführt worden ist. Die Daten werden als Ergebnis der genannten Subtraktionen präsentiert. Beispielsweise repräsentiert [Präkontrast – Postkontrast] die Subtraktion der Videodensitometriemessung nach der Verabreichung der Vesikel von der Videodensitometriemessung vor der Verabreichung der Vesikel. "Prä-Enalapril" bedeutet vor der Verabreichung von Enaiapril. "Post-Enalapril" bedeutet nach der Verabreichung von Enalapril.

Behandlung	Änderung bei der Videodensitometriemessung
[Präkontrast – Postkontrast],	11,84
Prä-Enalapril, verschlossene Niere
[Präkontrast – Postkontrast],	8,59
Post-Enalapril, verschlossene Niere
verschlossene Niere,	–3,25
[Prä-Enalapril – Post-Enalapril]
[Präkontrast – Postkontrast],	31,74
Prä-Enalapril, nicht verschlossene Niere
[Präkontrast – Postkontrast],	49,20
Post-Enalapril, nicht verschlossene Niere
[Prä-Enalapril – Post-Enalapril],	17,46
nicht verschlossene Niere

Wie es aus den vorstehenden Daten ersichtlich ist, gibt es eine messbare Zunahme der Helligkeit bei der nicht verschlossenen Niere nach der Verabreichung von Enalapril. In der verschlossenen Niere blieben die Messungen jedoch ziemlich konstant.
Beispiel 3
Dieses Beispiel beschreibt die Verwendung von Vesikeln, die gemäß Beispiel 1 hergestellt worden sind, bei der Ultraschall-Bilderzeugung zur Messung der renalen Blutströmung in einem Säuger.
Ein Hund mit einem Gewicht von 20 kg wird unter Verwendung von Halothan anaesthetisiert. Die Nierenarterie wird wie in Beispiel 2 einem pneumatischen 2 mm-Okkluder ausgesetzt und in der gleichen Weise wie in Beispiel 2 wird eine Doppler-Strömungssonde an der Nierenarterie angebracht. Gemäß Beispiel 1 hergestellte Vesikel (6 × 10⁷ Vesikel/cm³ in Kochsalzlösung) werden auf 37°C vorgewärmt und anschließend kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit von 1 cm³/min durch einen Katheter in die V. cephalica injiziert.
Mit der Niere wird eine gepulste Ultraschall-Bilderzeugung unter Verwendung eines Ultraschallgeräts von Hewlett-Packard (Hewlett Packard, Boston, MA) durchgeführt. Es wird eine kontinuierliche Second-Harmonic-Bilderzeugung mit einer Übertragung bei 2 MHz und einem Empfang bei 5 MHz durchgeführt. Ein Puls mit einer Energie von 1,0 Watt/cm² wird dann diskontinuierlich zum Zerreißen der Vesikel angewandt. Das Beispiel wird fünfmal wiederholt, wobei zwischen jedem Zerreiß-Puls variierende Zeitintervalle (1, 2, 3, 4 bzw. 5 s) eingesetzt werden.
Mit dem Lebewesen wird eine Videodensitometrie durchgeführt. Das erneute Auftreten des Videodichtesignals nach einem Zerreiß-Puls, das mit "B" bezeichnet wird, wird erfasst. Das Signal korreliert direkt mit der Nieren-Blutströmung (Korrelationskonstante r = 0,88 bis 0,98). Normalisierte Videodensitometriesignale (y) werden unter Verwendung der Formel y = A(1-10^–B/At) berechnet, wobei A die Peak-Videodichte ist und direkt mit der Blutmenge im Nierengewebe korreliert, und t das Zeitintervall zwischen einem Bilderzeugungspuls und einem Zerreißpuls ist.
Die Daten sind in 1 aufgetragen. "A" steht für die Peak-Videodichte oder die maximale Videodichte, die auftritt, wenn die Blutströmung die maximale Menge an Vesikeln zum Nierengewebe transportiert hat, wodurch das maximale Videodichtesignal erzeugt wird. Nach einem Zerreißpuls zerreißt das Vesikel und das Signal fällt ab. Wenn die Blutströmung erneut Vesikel liefert, erscheint das Videodichtesignal wieder. "B" repräsentiert das erneute Auftreten des Videodichtesignals. Je höher das Signal ist, desto mehr Vesikel befinden sich in der Region und desto höher ist entsprechend die Blutströmungsgeschwindigkeit. Wenn mehr Vesikel in die Region transportiert werden, nimmt das Signal B zu.
Das Signal ist in der Figur als Verhältnis des erneuten Erscheinens des Videodichtesignals B zu dem Peak-Videodichtesignal A dargestellt, d.h. als (B/A). Je höher die Blutströmungsgeschwindigkeit ist, desto höher ist das Verhältnis (B/A) für eine gegebene normalisierte Videodichte. Daher wird erwartet, dass (B/A) beim Fehlen eines Verschlusses schneller zunehmen wird.
Die normalisierten Videodichtewerte (y) sind auf der y-Achse aufgetragen und das Verhältnis des erneuten Erscheinens des Videodichtesignals B zu dem Peak-Videodichtesignal A (B/A) ist auf der x-Achse aufgetragen. Jede Auftragung repräsentiert ein unterschiedliches Zeitintervall (1 bis 5 s) nach dem Zerreiß-Puls. Die Daten veranschaulichen die Fähigkeit zur quantitativen Messung der Blutströmung unter Verwendung einer gepulsten Ultraschall-Bilderzeugung und einer kontinuierlichen Verabreichung eines Nieren-Vasodilators.
Beispiel 4
Dieses Beispiel veranschaulicht die Verwendung einer diskontinuierlichen Ultraschall-Bilderzeugung mit einem Nieren-Vasodilator zur Messung der Blutströmung durch die Niere eines Säugers mit einer stenotischen Nierenarterie.
Es wird das gleiche Verfahren wie in Beispiel 3 durchgeführt, jedoch wird ein Hund mit einem Gewicht von 20 kg verwendet, der eine stenotische Nierenarterie aufweist. Die Ultraschall-Bilderzeugung wird wie in Beispiel 3 durchgeführt. Es wird die Entfernung der Vesikel von dem Nierenbereich 1 Stunde durch den Blutkreislauf ermöglicht.
Es wird Captopril (10 mg) verabreicht, worauf Vesikel verabreicht werden. Die Ultraschall-Bilderzeugung wird dann erneut wie in Beispiel 3 durchgeführt.

Claims

Verfahren zum Bereitstellen eines Bildes des Nierenbereichs eines Patienten, umfassend (i) das Verabreichen einer Zusammensetzung, umfassend ein Lipid, Protein oder Polymer und ein Gas oder gasförmiger Vorläufer in Kombination mit einem Nierenvasodilatator einem Patienten und (ii) das Scannen des Patienten unter Verwendung von diagnostischer Abbildung, unter Erhalten eines sichtbaren Bildes des Nierenbereichs.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Zusammensetzung Lipid-, Protein- oder Polymervesikel umfaßt.
Verfahren gemäß anspruch 1 oder 2, wobei die Zusammensetzung ein Lipid umfaßt.
Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei das Lipid ein Phospholipid umfaßt.
Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei das Phospholipid aus der Gruppe, bestehend aus Phosphatidylcholin, Phosphatidylethanolamin und Phosphatidsäure, ausgewählt ist.
Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei das Phosphatidylcholin aus der Gruppe, bestehend aus Dioleoylphosphatidylcholin, Dimyristoylphosphatidylcholin, Dipalmitoylphosphatidylcholin und Distearoylphosphatidylcholin, ausgewählt ist.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei das Phosphatidylcholin Dipalmitoylphos phatidylcholin umfaßt.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei das Phosphatidylethanolamin aus der Gruppe, bestehend aus Dipalmitoylphosphatidylethanolamin, Dioleoylphosphatidylethanolamin, N-Succinyldioleoylphosphatidylethanolamin und 1-Hexadecyl-2-palmitoylglycerophosphoethanolamin, ausgewählt ist.
Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei das Phosphatidylethanolamin Dipalmitoylphosphatidylethanolamin umfaßt.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei die Phosphatidsäure Dipalmitoylphosphatidinsäure umfaßt.
Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei die Zusammensetzung Lipidvesikel umfaßt.
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei die Vesikel aus der Gruppe, bestehend aus Micellen und Liposomen, ausgewählt sind.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Zusammensetzung eine Lipidemulsion, -suspension oder -dispersion umfaßt.
Verfahren gemäß einem vorhergehenden Anspruch, wobei das Lipid weiter ein Polymer umfaßt.
Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei das Polymer ein hydrophiles Polymer umfaßt.
Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei das hydrophile Polymer Polyethylenglykol umfaßt.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Zusammensetzung ein Pro tein umfaßt.
Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei das Protein Albumin umfaßt.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Polymer ein synthetisches Polymer oder Copolymer umfaßt, welches aus Monomeren, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Acrylsäure, Methacrylsäure, Ethylenimin, Crotonsäure, Acrylamid, Ethylacrylat, Methylmethacrylat, 2-Hydroxyethylmethacrylat, Milchsäure, Glykolsäure, ε-Caprolacton, Acrolein, Cyanoacrylat, Cyanmethacrylat, Bisphenol A, Epichlorhydrin, Hydroxyalkylacrylate, Siloxan, Dimethylsiloxan, Ethylenoxid, Ethylenglykol, Hydroxyalkylmethacrylate, N-substituierte Acrylamide, N-substituierte Methacrylamide, N-Vinyl-2-pyrrolidon, 2,4-Pentadien-1-ol, Vinylacetat, Acrylnitril, Styrol, p-Aminostyrol, p-Aminobenzylstyrol, Natriumstyrolsulfonat, Natrium-2-sulfoxyethylmethacrylat, Vinylpyridin, Aminoethylmethacrylate und 2-Methacryloyloxytrimethylammoniumchlorid, hergestellt ist.
Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei das Polymer ein synthetisches Polymer oder Copolymer umfaßt, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Polyacrylsäure, Polyethylenimin, Polymethacrylsäure, Polymethylmethacrylat, Polycyanmethacrylat, Polysiloxan, Polydimethylsiloxan, Polymilchsäure, Poly(ε-caprolacton), Epoxyharz, Poly(ethylenoxid), Poly(ethylenglykol), Polyamid, Polyvinyliden-polyacrylnitril, Polyvinyliden-polyacrylnitril-polymethylmethacrylat und Polystyrol-polyacrylnitril.
Verfahren gemäß Anspruch 20, wobei das Polymer Polyvinyliden-polyacrylnitril-Copolymer umfaßt.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Zusammensetzung ein Gas umfaßt, und wobei das Gas ein fluoriertes Gas umfaßt.
Verfahren gemäß Anspruch 22, wobei das fluorierte Gas ein Perfluorkohlen stoffgas ist.
Verfahren gemäß Anspruch 23, wobei das Perfluorkohlenstoffgas aus der Gruppe, bestehend aus Perfluormethan, Perfluorethan, Perfluorpropan, Perfluorbutan und Perfluorcyclobutan, ausgewählt ist.
Verfahren gemäß Anspruch 24, wobei das fluorierte Gas aus der Gruppe, bestehend aus Schwefelhexafluorid und Heptafluorpropan, ausgewählt ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Zusammensetzung einen gasförmigen Vorläufer umfaßt, und der gasförmige Vorläufer einen Siedepunkt von höher als etwa 37°C aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 26, wobei der gasförmige Vorläufer einen fluorierten gasförmigen Vorläufer umfaßt.
Verfahren gemäß Anspruch 27, wobei der fluorierte gasförmige Vorläufer einen gasförmigen Perfluorkohlenstoffvorläufer umfaßt.
Verfahren gemäß Anspruch 28, wobei der gasförmige Perfluorkohlenstoffvorläufer aus der Gruppe, bestehend aus Perfluorpentan, Perfluorhexan und Perfluorheptan, ausgewählt ist.
Verfahren gemäß einem vorhergehenden Anspruch, wobei die diagnostische Abbildung Computertomographieabbildung umfaßt.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 29, wobei die diagnostische Abbildung Ultraschallabbildung umfaßt.
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei die Vesikel unilamellare Vesikel umfassen.
Verfahren gemäß Anspruch 32, wobei die Vesikel eine Monoschicht umfassen.
Verfahren gemäß Anspruch 33, wobei die Lipide Phospholipide umfassen.
Verfahren gemäß Anspruch 32, wobei die Vesikel eine Bischicht umfassen.
Verfahren gemäß Anspruch 35, wobei die Lipide Phospholipide umfassen.
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei die Vesikel aus der Gruppe, bestehend aus oligolamellaren und multilamellaren Vesikeln, ausgewählt sind.
Verfahren gemäß Anspruch 37, wobei die Lipide Phospholipide umfassen.
Verfahren gemäß einem vorhergehenden Anspruch, wobei der Nierenvasodilatator die Helligkeit in dem diagnostischen Bild erhöht.
Verfahren gemäß einem vorhergehenden Anspruch, wobei der Nierenvasodilatator im wesentlichen diagnostische Artefakte in dem diagnostischen Bild eliminiert.
Verfahren gemäß einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Vesikelzusammensetzung weiter ein zusätzliches bioaktives Mittel umfaßt.