EA031124B1 - Contrast medium based on amorphous or amorphous-crystalline nanoparticles of manganese oxides or hydroxides for brain mri - Google Patents

Contrast medium based on amorphous or amorphous-crystalline nanoparticles of manganese oxides or hydroxides for brain mri Download PDF

Info

Publication number
EA031124B1
EA031124B1 EA201790844A EA201790844A EA031124B1 EA 031124 B1 EA031124 B1 EA 031124B1 EA 201790844 A EA201790844 A EA 201790844A EA 201790844 A EA201790844 A EA 201790844A EA 031124 B1 EA031124 B1 EA 031124B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
nanoparticles
solution
composition
amorphous
carried out
Prior art date
Application number
EA201790844A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
EA201790844A1 (en
Inventor
Юрий Михайлович Мошкин
Дмитрий Валерианович Петровский
Александр Викторович Ромащенко
Original Assignee
Деркач, Олег Вадимович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Деркач, Олег Вадимович filed Critical Деркач, Олег Вадимович
Priority to EA201790844A priority Critical patent/EA031124B1/en
Publication of EA201790844A1 publication Critical patent/EA201790844A1/en
Publication of EA031124B1 publication Critical patent/EA031124B1/en

Links

Abstract

The invention relates to a contract medium for magnetic resonance imaging, comprising amorphous or amorphous-crystalline nanoparticles, including manganese oxide or hydroxide of formula MnOH, where x is 1 or 3, y is 2, 3 or 4, z is 0 or 2, wherein if is x is 1, then z is 2; and a nonionic surfactant. The invention also includes a method of producing said medium, a diagnostic composition and a method of diagnostics using the same. The technical result provides improvement of neuronal uptake of hydrophilic amorphous or amorphous-crystalline nanoparticles according to the invention, which permits to carry out diagnostics of affections and accurate localization of space-occupying lesions in the central nervous system by intranasal administration of the nanoparticles.

Description

Изобретение относится к контрастному средству для магнитно-резонансной томографии, содержащему аморфные или аморфно-кристаллические наночастицы, включающие оксид или гидроксид марганца формулы MnxOyHz, где х имеет значение 1 или 3, у имеет значение 2, 3 или 4, z имеет значение 0 или 2, причем если х имеет значение 1, то z имеет значение 2; и неионогенное поверхностно-активное вещество. Изобретение также включает способ получения данного средства, диагностическую композицию и способ диагностики с ее применением. Технический результат заключается в улучшенном нейрональном захвате гидрофильных аморфных или аморфно-кристаллических наночастиц согласно изобретению, что позволяет проводить диагностику поражений и точную локализацию объемных образований в центральной нервной системе путем интраназального введения наночастиц.

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к области медицины и нанотехнологии,и касается получения аморфных и аморфно-кристаллических наночастиц оксидов и гидроксидов марганца и их применения для МРТ исследований мозга.

Уровень техники

В арсенале современных диагностических средств присутствует магнитно-резонансная томография (МРТ) с контрастными средствами (контрастерами), в качестве которых на практике применяются органические хелатные комплексы гадолиния. Известные контрастные средства для МРТ вводятся внутривенно, что создает значительные неудобства для пациентов и повышает вероятность осложнений. Кроме того, контрастные средства, применяемые в настоящее время, не позволяют проводить точную топографическую диагностику объемных образований центральной нервной системы и функциональную диагностику состояния нервных путей.

Предпринимались попытки преодолеть недостатки, связанные с применением комплексов гадолиния. В частности, авторы публикации WO 2014035341 разработали двуслойные наночастицы, содержащие гадолиний, марганец(П) или железо(Ш) в виде оксидов или хлоридов, при этом частицы могут содержать лантаниды в качестве допантов. Из документа WO 2014035341 следует, что данный материал, состоящий из наночастиц, содержащих в качестве допантов лантаниды, может применяться в качестве контрастного средства, повышающего качество магнитно-резонансного сигнала.

В качестве ближайшего аналога рассматривается публикация WO 2008093999, в которой раскрыта возможность применения наночастиц оксида марганца (MnO) в МРТ диагностике опухолевых метастазов в головном мозге, при этом растворы указанных наночастиц вводят внутривенно, и накопление в раковых клетках происходит путем неспецифического захвата наночастиц из крови.

Однако до сих пор не были найдены низкотоксичные контрастные средства, которые могли бы эффективно использоваться для нейродиагностических МРТ исследований. Так, предшествующие технические решения в данной области не предоставляют возможности точной топографической диагностики патологических процессов центральной нервной системы, в частности, нейродегенеративных и травматических повреждений, ишемических и геморрагических поражений, а также объемных образований, включая опухолевые образования центральной нервной системы.

Таким образом, задачей данного изобретения является предоставление нового средства, обеспечивающего возможность решить эти проблемы, свойственные техническим решениям предшествующего уровня техники.

Для решения указанной задачи настоящее изобретение предоставляет контрастное средство, обладающее повышенным нейрональным захватом (в частности, оно захватывается рецепторами обонятельных нейронов при интраназальном введении) и обеспечивающее возможность количественной оценки захвата и прохождения методом МРТ.

Сущность изобретения

Авторами настоящего изобретения разработаны наночастицы, преодолевающие недостатки, связанные с применением контрастных средств предшествующего уровня техники. При этом показано, что при интраназальном введении гидрофильные аморфные и аморфно-кристаллические наночастицы в соответствии с изобретением захватываются обонятельными рецепторами более эффективно, чем кристаллические, и перемещаются по нервными путями в мозг. Более того, установлено, что траектория перемещения наночастиц в соответствии с изобретением строго локализована в пределах проводящих структур и ядер лимбической (обонятельной) системы. Основываясь на зависимости между количеством (концентрацией) частиц и величиной Т1-взвешенного МРТ-сигнала, авторы впервые дали количественное описание траектории и динамики прохождения наночастиц в мозг. Авторы показали, что способность наночастиц, содержащих MnxOyHz (также обозначаемых, как MnxOyHz - НЧ), перемещаться по нервным путям может быть использована для топографической диагностики патологических процессов центральной нервной системы, в частности, травматических повреждений, ишемических, геморрагических поражений и опухолевых образований центральной нервной системы относительно нервных путей методами МРТ.

Вышеприведенные технические результаты изобретения достигаются посредством объектов изобретения, приведенных в прилагаемой формуле.

В частности, изобретение представляет собой контрастное средство для магнитно-резонансной томографии, содержащее аморфные или аморфно-кристаллические наночастицы, включающие оксид или гидроксид марганца формулы MnxOyHz, где х имеет значение 1 или 3, у имеет значение 2, 3 или 4, z имеет значение 0 или 2, причем если х имеет значение 1, то z имеет значение 2; и неионогенное поверхностно-активное вещество.

В соответствии с изобретением оксид марганца имеет формулу Mn3O4, а гидроксид марганца имеет формулу Mn(OH)2 или MnO(OH)2.

Неионогенное поверхностно-активное вещество может быть выбрано из группы, включающей полисорбат, октилфеноксиполиэтоксиэтанол и этоксилат октилфенола. В одном из вариантов осуществления полисорбат представляет собой полисорбат-20, октилфеноксиполиэтоксиэтанол представляет собой

- 1 031124

Нонидет Р40, а этоксилат октилфенола представляет собой Тритон Х100.

Наночастицы в соответствии с изобретением имеют диаметр от 20 до 50 нм (по данным просвечивающей электронной микроскопии) и гидродинамический диаметр в пределах от 100 до 150 нм (по данным динамического светорассеяния).

В одном из вариантов осуществления состав наночастиц характеризуется формулой MnxOyHz · (полисорбат-20), при этом полисорбат-20 присутствует в количестве приблизительно 5-10 мас.% от массы наночастицы.

Далее изобретение относится к диагностической композиции для магнитно-резонансной томографии, содержащей вышеуказанное средство и по меньшей мере одну целевую добавку. Целевой добавкой может являться носитель, который предпочтительно представляет собой воду или физиологический раствор, содержащий 0,9% NaCl.

Конечная концентрация марганца [Mn], включенного в наночастицы. в композиции составляет 0,1-1 моль/л.

Количество наночастиц в композиции может составлять от 18,1±3 до 321±30,5 г/л.

В частности, количество наночастиц в композиции составляет от 32,1±3 до 321±30,5 г/л для наночастиц, приготовленных по протоколу А);

от 18,1±3 до 181±30,5 г/л для наночастиц, приготовленных по протоколу В) и от 19,7±3 до 197±30,5 г/л (для наночастиц, приготовленных по протоколам Г и Д).

Композиция по изобретению может представлять собой коллоидный раствор.

Предпочтительно дополнительной целевой добавкой является муколитическое средство в количестве от 0,1 до 10 мас.% включительно от массы композиции. При этом муколитическое средство может быть выбрано из ацетилцистеина, эрдостеина, карбоцистеина и амброксола.

Предпочтительно магнитно-резонансная томография представляет собой магнитно-резонансную томографию центральной нервной системы.

Изобретение также включает применение указанной диагностической композиции в качестве диагностического средства при проведении магнитно-резонансной томографии.

Кроме того, изобретение включает способ получения вышеуказанного средства, включающий приготовление первого раствора посредством добавления к исходному раствору неионогенного поверхностно-активного вещества исходного раствора MnCl2;

приготовление второго раствора посредством добавления к исходному раствору KOH раствора неионогенного поверхностно-активного вещества;

инкубирование первого раствора и инкубирование второго раствора;

смешивание первого раствора со вторым раствором;

гомогенизацию полученной смеси и осаждение наночастиц.

После осаждения может быть проведена отмывка полученных наночастиц от избытка неионогенного поверхностно-активного вещества и непрореагировавших компонентов.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения неионогенное поверхностно-активное вещество находится в исходном растворе в количестве 20 мас.%.

В одном из вариантов осуществления изобретения неионогенное поверхностно-активное вещество представляет собой полисорбат, который может представлять собой полисорбат-20.

Концентрация MnCl2 в исходном растворе может составлять 0,5 моль/л, а концентрация KOH может составлять 2 моль/л.

В одном варианте инкубирование первого раствора и инкубирование второго раствора проводят в течение 30-60 мин при комнатной температуре, причем комнатная температура может составлять 2025°С.

В одном варианте инкубирование первого раствора и инкубирование второго раствора проводят в течение 30-60 мин при нагревании, причем нагревание могут проводить до температуры 80°С.

В альтернативном варианте инкубирование первого раствора и инкубирование второго раствора проводят в течение 30-60 мин при охлаждении, причем охлаждение могут проводить до температуры 04°С.

Предпочтительно после перемешивания первого раствора со вторым раствором смесь делят на две части в отдельных емкостях, при этом указанные емкости представляют собой пробирки.

В частном варианте осуществления гомогенизацию смеси проводят при помощи ультразвукового гомогенизатора, а осаждение наночастиц проводят посредством центрифугирования.

Отмывку полученных наночастиц от избытка неионогенного поверхностно-активного вещества и непрореагировавших компонентов можно проводить водой, причем отмывку полученных наночастиц проводят 1-3 раза.

В конкретных вариантах осуществления изобретения отмывку полученных наночастиц проводят в ультрачистой воде, а центрифугирование проводят при 20000 г и температуре 4°С. Готовые частицы хранят при комнатной температуре.

- 2 031124

Далее изобретение относится к способу диагностики заболевания центральной нервной системы, включающему интраназальное введение указанной композиции и проведение магнитно-резонансной томографии. Изобретение также включает применение указанной композиции в качестве средства для диагностики заболевания центральной нервной системы посредством проведения магнитно-резонансной томографии. Согласно изобретению диагностируемое заболевание центральной нервной системы представляет собой травматическое повреждение, ишемическое поражение, геморрагическое поражение или опухоль.

В одном из вариантов осуществления дополнительно проводят внутривенное введение композиции по изобретению, а магнитно-резонансную томографию центральной нервной системы проводят после внутривенного введения указанной композиции.

Предпочтительно магнитно-резонансная томография центральной нервной системы представляет собой магнитно-резонансную томографию головного мозга.

Перечень фигур

На фиг. 1 приведены характеристики наночастиц в соответствии с изобретением (см. также табл. 1, приведенную далее).

На фиг. 1А приведено изображение, полученное просвечивающей электронной микроскопией, наночастиц (НЧ) оксидо-гидроксида марганца (MnO(OH)2), изготовленных по протоколу Г, приведенному далее. Масштаб (50 нм) указан в нижнем правом углу.

На фиг. 1Б приведены результаты EXAFS (Extended X-Ray absorption fine structure)-спектроскопии аморфных [ам.], аморфно-кристаллических [ам.-кр.] и кристаллических [кр.] наночастиц: Mn(OH)2 [ам.] (протокол В), MnO(OH)2 [ам.] (протокол Г), Mn3O4 [ам.-кр.] (протокол А) и Mn3O4 [кр.] (модифицированный протокол А без добавления полисорбата-20). Пики, отмеченные как Mn-O, соответствуют длине внутримолекулярных межатомных связей (<2,5 А). Пики, отмеченные как Mn-O-Mn, соответствуют межмолекулярным расстояниям (>2,5 А). Данная фигура подтверждает, что в отличие от кристаллических наночастиц для аморфных наночастиц отсутствуют четко выраженные пики (>2,5 А), соответствующие межмолекулярным связям в кристалле. В аморфно-кристаллических наночастицах длина межмолекулярных связей больше, чем для кристаллических, что предполагает более рыхлую укладку.

На фиг. 1В показано определение растворимости наночастиц, содержащих Mn3O4 (полученных в соответствии с протоколом А, приведенным далее), в воде при нейтральном рН и при кислом рН ~4,0. Характеристики параметров растворения выведены путем интерполяции логистической кривой

Е = а/(1+е‘^_с)) где X - квадратный корень от времени

Y - квадратный корень от % растворенных ионов Mn2+.

Наночастицы, полученные по протоколам В, Г и Д, приведенным далее, имеют схожие свойства растворимости.

На фиг. 1Г показана зависимость МРТ-сигнала от концентрации марганца [Mn] (в молярной концентрации, мкМ) в главных обонятельных луковицах (MOB). МРТ-сигнал выражен как двоичный логарифм (log2) отношения интенсивности МРТ-сигнала до (S0) и после (S[Mn]) интраназального введения наночастиц, содержащих Mn3O4. МРТ-анализ проводился через 24 ч после интраназального введения наночастиц, содержащих Mn3O4 (X: log2 (MPT: S[Mn]/S0)). После этого для определения концентрации марганца [Mn] в MOB использовали метод двухструнной дуговой атомно-эмиссионной спектроскопии. График построен на основе данных о концентрации марганца [Mn] и уровня МРТ-сигнала в MOB самцов линии мышей BALB/c (N=7). Собранные от каждой мыши обонятельные луковицы были объединены в одну пробу, и концентрация марганца [Mn] была определена в 7 пробах.

На фиг. 1Д показана перекалибровка МРТ-сигнала (X; Нд2(МРТ: S[Mn]/S0)) в зависимости от накопления наночастиц (НЧ), содержащих Mn3O4, в MOB, выраженного в количестве наночастиц, содержащих Mn3O4, на нейрон.

На фиг. 2 показан МРТ-анализ накопления в мозге наночастиц.

На фиг. 2А показано накопление аморфных наночастиц оксидо-гидроксида марганца (Mn(OH)2), аморфно-кристаллических наночастиц оксида марганца (Mn3O4), полученных в соответствии с нижеприведенными протоколами (Г и А соответственно), и коммерческих кристаллических наночастиц (Gd2O3) в обонятельных луковицах (MOB). МРТ-анализ накопления наночастиц проводился через 24 ч после интраназального введения наночастиц в правую ноздрю. Относительная интенсивность МРТ-сигнала отмечена на шкале. Видно, что гидрофильные аморфные наночастицы оксидо-гидроксида (Mn(OH)2) и аморфно-кристаллические оксида марганца (Mn3O4) эффективно захватываются обонятельными рецепторами с поверхности обонятельного эпителия и проходят в главную обонятельную луковицу (MOB) посредством аксонального транспорта.

Кристаллические наночастицы Gd2O3 не детектируются в MOB, несмотря на схожие параметры r1 релаксивности (см. табл. 1, приведенную далее), что указывает на преимущественный нейрональный

- 3 031124 захват аморфных и аморфно-кристаллических наночастиц в соответствии с изобретением, в противоположность отсутствию захвата коммерческих наночастиц Gd2O3.

На фиг. 2Б приведен МРТ-анализ накопления в мозге наночастиц, содержащих оксид марганца Mn3O4, при интраназальном введении. Наночастицы вводились в правую ноздрю, что приводило к их накоплению на ипсилатеральной (правой) стороне головного мозга. Показана временная развертка МРТизображений (24-48 ч, 48-96 ч, 168 ч и 672 ч после интраназального введения), снятых на разной глубине срезов (4, 6, 7 мм). Относительная интенсивность МРТ-сигнала отмечена на шкале. На срезах отмечены структуры обонятельного тракта и лимбической системы (см. схему на фиг. 2В), характеризующиеся наибольшей интенсивностью МРТ-сигнала благодаря накоплению наночастиц.

На фиг. 2В дано схематическое изображение ядер и проводящих путей лимбической системы головного мозга, начиная от обонятельного эпителия (ОЕ), в которых детектируются наночастицы, приготовленные по протоколам А, В, Г, Д, приведенным далее. На схеме отмечены следующие структуры: MOB - главная обонятельная луковица; AON - переднее обонятельное ядро; Pir - грушевидная кора; aPir миндалевидно-грушевидное переходное поле; AI - агранулярная область островковой коры; LEnt/MEnt латеральная энторинальная кора/медиальная энторинальная кора; DG - зубчатая извилина; AMYG - миндалевидное тело; GP - бледный шар; BNST - опорное ядро краевой полоски; Hip - гиппокамп; LSD - дорсолатеральная перегородка; CIC/InCo - центральное ядро нижнего холмика четверохолмия/интерколликулярное ядро; СР - каудальная часть скорлупы; SVZ - субвентрикулярная зона. Цифрами отмечено число синаптических передач, преодолеваемых наночастицами по изобретению, начиная от обонятельных рецепторов, расположенных в ОЕ.

На фиг. 3 показан пример построения математической модели, описывающей количественную динамику накопления наночастиц (на примере наночастиц, содержащих Mn3O4), измеренную методом МРТ в обонятельной луковице (MOB). Левая панель. За основу модели берутся две функции:

функция увеличения МРТ сигнала

и функция убывания МРТ сигнала S deceit) = ехР

Правая панель. Уравнение

5(1) — 5макс · · 5^eeey(t) описывает полную динамику накопления наночастиц, где

V макс отражает асимптотический максимум МРТ сигнала. Коэффициенты модели находятся методом нелинейных наименьших квадратов из экспериментальных значений МРТ-сигнала, измеренных после интраназального введения (0,25; 0,5; 1; 2; 4; 12; 24; 48; 96; 168; 336; 504; 672 ч). Расчетный максимум накопления отмечен точкой, полоса соответствует 95% доверительному интервалу предсказания модели. Коэффициенты моделей, описывающие накопления наночастиц в ядрах лимбической системы, указаны в табл. 2 (приведенной далее), рассчитанные для наночастиц, содержащих Mn3O4. Помимо этого из полученных моделей можно вычислить среднее время и максимальную скорость накопления и убывания количества наночастиц (см. табл. 3, приведенную далее).

На фиг. 4 приведены соотношения между различными параметрами накопления и выведения наночастиц, содержащих Mn3O4, и числом синаптических передач, преодолеваемых наночастицами. Полученные зависимости были определены на основе количественного анализа МРТ сигнала (см. пример 4 табл. 2 и 3) после интраназального введения 10 мкл наночастиц при молярной концентрации [Mn] в конечной композиции 0,2 моль/л.

На фиг. 4А приведена зависимость между числом синаптических передач, связывающих ядра лимбической системы, и характеристическим временем накопления ·

На фиг. 4Б приведена зависимость между числом синаптических передач, связывающих ядра лимбической системы, и максимальной скоростью накопления (ч-1).

На фиг. 4В приведена зависимость между числом синаптических передач, связывающих ядра лимбической системы, и максимальной величиной МРТ-сигнала < макс> ·

На фиг. 4Г приведена зависимость между числом синаптических передач, связывающих ядра лимбической системы, максимальной концентрацией марганца [Mn] (молярной концентрацией, мМ), а также числом наночастиц, содержащих Mn3O4, на клетку.

На фиг. 4Д приведена зависимость между числом синаптических передач, связывающих ядра лимбической системы, и характеристическим временем выведения (Tdecav) .

На фиг. 4Е приведена зависимость между числом синаптических передач, связывающих ядра лимбической системы, и максимальной скоростью выведения (ч-1).

- 4 031124

Все значения показаны в логарифмической шкале и указаны коэффициенты корреляции (r). Линии соответствуют регрессионным моделям, вычисленным в логарифмической шкале.

На фиг. 5 показана МРТ-топография опухоли головного мозга (ксенотрансплантированной глиобластомы человека) относительно нервных путей после интраназального введения наночастиц, содержащих Mn3O4, полученных в соответствии с данным изобретением. Раковые клетки глиобластомы человека U-87 трансплантировались мышам линии SCID в районе гиппокампа (левая панель). По достижении существенного развития глиобластомы (глиома, левая панель), мышам интраназально вводились наночастицы, содержащие Mn3O4. Рост и общая локализация опухоли были определены с помощью Т2взвешенной МРТ-томографии головного мозга (опухоль обведена серым овалом). Динамика прохождения и накопления наночастиц, содержащих Mn3O4, из обонятельной луковицы (MOB) была исследована с помощью Т1-взвешенной МРТ-томографии (участки накопления в пределах опухоли отмечены белым овалом). Через 96 ч обнаруживается существенное накопление наночастиц, содержащих Mn3O4, в тех частях опухоли, которые пересекаются с траекторией прохождения наночастиц по структурам лимбической системы, например в районах гиппокампа (Hip), дорсолатеральной перегородки (LSD) и субвентрикулярной зоны (SVZ). Относительная интенсивность МРТ-сигнала отмечена на шкале.

На фиг. 6 показана количественная динамика прохождения наночастиц, содержащих Mn3O4, по лимбической системе у мышей линии SCID с ксенотрансплантированной глиобластомой человека. Приведены блочные диаграммы накопления наночастиц, содержащих Mn3O4, в структурах лимбической системы: MOB, AON, Pir, Hip, a также в самой опухоли (глиома), после интраназального введения у мышей линии SCID с развитыми глиобластомами (ксенотрансплантантная группа) по отношению к референтным моделям, выраженные в величине МРТ-сигнала. Диаграммы (ящики) соответствуют 25-75% диапазону значений на выборке из 6 мышей, линии указывают медиану, усы -1,5xIRQ (интерквартильный диапазон).

На фиг. 7 показано неспецифическое накопление наночастиц, содержащих Mn3O4, в глиобластомах человека при введении наночастиц в кровь.

При внутривенном введении наблюдается быстрое накопление наночастиц, содержащих Mn3O4, в глиобластоме (глиома, белый овал) уже в течение 10 мин. МРТ-анализ после внутривенного введения указанных наночастиц позволяет выявлять развитие раковой опухоли на ранних стадиях, но не позволяет выявить топографическое расположение (картировать) опухоль относительно нервных путей. Рост и общая локализация опухоли были определены с помощью Т2-взвешенной МРТ-томографии головного мозга. Динамика прохождения и накопления наночастиц, содержащих Mn3O4, были исследованы с помощью Т1-взвешенной МРТ томографии. Относительная интенсивность МРТ-сигнала отмечена на шкале.

Осуществление изобретения

Далее изобретение проиллюстрировано экспериментальными примерами, подтверждающими возможность осуществления изобретения с достижением вышеприведенных технических результатов.

Пример 1. Получение и характеристика стабильных наночастиц оксидов и гидроксидов марганца.

Для синтеза наночастиц оксидов и гидроксидов марганца использовались следующие исходные растворы.

Реагент 1: хлорид марганца (MnCl2) в концентрации 0,5 моль/л;

Реагент 2: Полисорбат-20 (коммерческое название Tween® 20) в количестве 20 мас.%;

Реагент 3: гидроксид калия (KOH) в концентрации 2 моль/л;

Реагент 4: пероксид водорода (Н2О2) в количестве 10 мас.%.

Все растворы готовили в ультрачистой воде Mili-Q, соответствующей международному стандарту ИСО 3696.

Далее частицы получали в соответствии со следующими протоколами.

Протоколы А, Б, В.

1) Из исходных реагентов готовили 2 раствора в пластиковых пробирках Falcon™ 50 мл.

Раствор 1: К 15 мл раствора реагента 2 (20 мас.% Tween® 20) добавляли 10 мл раствора реагента 1 (MnCl2 в концентрации 0,5 моль/л),

Раствор 2: К 5 мл раствора реагента 3 (KOH в концентрации 2 моль/л) добавляли 20 мл раствора реагента 2 (Tween® 20 в количестве 20 мас.%).

Протокол А: раствор 1 и раствор 2 инкубировали 30-60 мин при комнатной температуре (20-25°С).

Протокол Б: раствор 1 и раствор 2 инкубировали 30-60 мин в термостате при 80°С.

Протокол В: раствор 1 и раствор 2 инкубировали 30-60 мин на льду (0-4°С).

2) После этого к раствору 2 добавляли раствор 1 и после перемешивания готовую смесь делили на две равные части (25 мл каждая) в пробирках Falcon™ 50 мл. Пробирки помещали в ванну ультразвукового гомогенизатора QSonica Q700 (QSonica, USA) и реакцию проводили в течении 60 мин при комнатной температуре (20-25°С) при следующих параметрах ультразвуковой гомогенизации: частота - 20 кГц, мощность - 300 Вт/л, 60 циклов (30 с при включенном приборе и 30 с при выключенном).

3) После завершения реакции полученные наночастицы отмывали от избытка полисорбата-20 и непрореагировавших компонентов. Для этого наночастицы осаждали центрифугированием: 10 мин при

- 5 031124

20000 g (относительная сила центрифугирования - RCF) и температуре 4°С. После центрифугирования отбирали надосадочную жидкость и разводили частицы в ультрачистой воде Mili-Q. Воду добавляли до 25 мл к каждой пробирке. Полученный раствор гомогенизировали в ультразвуковом гомогенизаторе QSonica Q700 (QSonica, USA) при комнатной температуре (20-25°С) при следующих параметрах ультразвуковой гомогенизации: частота - 20 кГц, мощность - 300 Вт/л, 60 циклов (30 с при включенном приборе и 30 с при выключенном).

4) Далее частицы промывали 3 раза водой, как описано выше на этапе 3, при этом частицы каждый раз осаждали центрифугированием в течении 40 мин при 20000 g и температуре 4°С. После последней ультразвуковой отмывки готовые частицы хранятся при комнатной температуре.

Наночастицы, полученные по протоколу (А), соответствуют Mn3O4.

Наночастицы, полученные по протоколу (Б), соответствуют Mn3O4 с неотделяемой примесью наночастиц Mn(OH)2.

Через 2-3 недели наночастицы, приготовленные по протоколу (В), разделяют на 2 примерно равные фазы путем центрифугирования при 20000 g в течение 40 мин при 4°С. Нижняя (темная) фаза представлена наночастицами Mn3O4, верхняя (белесая) наночастицами Mn(OH)2. Таким образом отделение верхней фазы от нижней после осуществления способа по протоколу (В) позволяет получать два типа наночастиц марганца, а именно наночастицы, содержащие Mn3O4, и наночастицы, содержащие Mn(OH)2.

Протокол Г.

1) Из исходных растворов готовили 2 раствора в пластиковых пробирках Falcon™ 50 мл.

Раствор 1: К 15 мл раствора реагента 2 (20% Tween® 20 в количестве 20 мас.%) добавляли 10 мл раствора реагента 1 (MnCl2 в концентрации 0,5 моль/л);

Раствор 2: К 5 мл раствора реагента 3 (KOH в концентрации 2 моль/л) добавляли 20 мл раствора реагента 2 (Tween® 20 в количестве 20 мас.%) и 2 мл реагента 4 (Н2О2 в количестве 10 мас.%).

Раствор 1 и раствор 2 инкубировали 10-20 мин при комнатной температуре (20-25°С). Далее реакция проводилась, как описано в протоколе (А).

Наночастицы, полученные по протоколу (Г), соответствуют MnO(OH)2.

Протокол Д.

1) Из исходных растворов готовили 2 раствора в пластиковых пробирках Falcon™ 50 мл.

Раствор 1: К 15 мл раствора реагента 2 (Tween® 20 в количестве 20 мас.%) добавляли 10 мл раствора реагента 1 (MnCl2 в концентрации 0,5 моль/л);

Раствор 2: К 5 мл раствора реагента 3 (KOH в концентрации 2 моль/л) добавляли 20 мл раствора реагента 2 (20% Tween® 20).

Раствор 1 и раствор 2 инкубировали 30-60 мин при комнатной температуре (20-25°С).

2) После этого пробирку с раствором 2 помещали в ванну ультразвукового гомогенизатора QSonica Q700 (QSonica, USA) и при включенном приборе (частота - 20 кГц, мощность - 300 Вт/л) добавляли раствор 1 и 2 мл раствора реагента 4 (Н2О2 в количестве 10 мас.%). После перемешивания путем переливания смеси из одной пробирки в другую (2 раза) готовую смесь делили на две равные части (25 мл каждая) в пробирках Falcon™ 50 мл и подвергали ультразвуковой обработке, как описано в протоколе (А).

Все последующие шаги проводились, как описано в протоколе (А).

Наночастицы, полученные по протоколу (Д), соответствуют MnO(OH)2 с примесью наночастиц Mn3O4.

Объем реакционной смеси можно уменьшить до 5 мл либо увеличить при наличии ультразвукового гомогенизатора на большие объемы.

Следует отметить, что полисорбат (в частности, полисорбат-20, который применялся в протоколах А-Г) может быть заменен на другие неионогенные поверхностно-активные вещества (Нонидет Р40 (Nonidet P40), Тритон Х100 (Triton X100) и т.д.).

Размеры наночастиц, содержащих вышеприведенные оксиды и гидроксиды марганца, могут варьировать в зависимости от концентрации неионогенного поверхностно-активного вещества, в частности полисорбата-20. Полисорбат-20 присутствует в наночастицах в концентрации от 5 до 10 мас.%. Концентрация включенного полисорбата-20 может быть оценена взвешиванием высушенных наночастиц.

Температуру и время инкубации растворов 1 и 2 можно варьировать для увеличения или уменьшения степени окисления марганца в наночастицах.

Пример 2. Получение диагностической композиции, содержащей наночастицы по изобретению.

Для получения диагностической композиции для интраназального введения после последней ультразвуковой отмывки готовые частицы растворяют либо

а) в воде с добавлением или без добавления муколитического средства; либо

б) в физиологическом растворе (0,9 мас.% NaCl) с добавлением или без добавления муколитического средства; либо

в) в любой другой буферной среде, совместимой с интраназальным введением, с добавлением или без добавления муколитического средства.

Объем растворителя согласно вышеприведенным вариантам а), б) и в) приготовления композиции

- 6 031124 может варьировать от 5 до 50 мл в зависимости от желаемой концентрации наночастиц и, в предпочтительном варианте осуществления составляет 25 мл. Молярная концентрация марганца [Mn], включенного в наночастицы, в конечной композиции предпочтительно составляет 0,2 моль/л, но в зависимости от конечного объема композиции может варьировать в диапазоне от 0,1 до 1 моль/л.

Для приготовления композиции, предназначенной для внутривенного введения, наночастицы растворяют в физиологическом растворе (0,9 мас.% NaCl) либо в любой другой буферной среде, пригодной для внутривенного введения, в объеме от 5 до 50 мл, без добавления муколитического средства. В предпочтительном варианте приготовления композиции, предназначенной для внутривенного введения, объем растворителя составляет 25 мл.

Полученный раствор гомогенизируют в ультразвуковом гомогенизаторе. Предпочтительно используют гомогенизатор QSonica Q700 (QSonica, USA), гомогенизацию проводят при комнатной температуре (20-25°С) при следующих параметрах ультразвуковой гомогенизации: частота - 20 кГц, мощность - 300 Вт/л, 60 циклов (30 с при включенном приборе и 30 с при выключенном).

Техническим результатом, достигаемым благодаря добавлению муколитического средства, является улучшение прохождения наночастиц согласно изобретению из обонятельного эпителия в мозг. В качестве муколитического средства предпочтительно используется ацетилцистеин (АЦЦ, или N-ацетил-Гцистеин); в других вариантах осуществления могут применяться карбоцистеин, эрдостеин, амброксол или любое другое средство, деполимеризующее и разжижающее мукопротеиновые и мукополисахаридные волокна. Количество муколитического средства может составлять от 0,1 до 10 мас.% включительно от массы композиции. В частности, количество муколитического средства может составлять 0,1, 0,5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 или 10 мас.%. Альтернативно, могут быть использованы любые количества в интервалах между указанными значениями. Таким образом, диагностическая композиция по изобретению представляет собой раствор, содержащий наночастицы, приготовленные в соответствии с любым из вышеприведенных протоколов А, В, Г и/или Д, воду или физиологический раствор и, необязательно, муколитическое средство.

Примеры получения диагностических композиций для интраназального введения.

А') Наночастицы, полученные по протоколу А (или В, Г, Д), после последней отмывки растворяют в 25 мл воды, содержащей количество ацетилцистеина, карбоцистеина, эрдостеина или амброксола, выбранное из следующих: 0,1, 0,5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 или 10 мас.%. При этом молярная концентрация марганца [Mn], входящего в состав наночастиц, в конечной композиции составляет 0,2 моль/л. Количество наночастиц в готовой композиции может составлять 64,2±6,1 г/л (для наночастиц, приготовленных по протоколу А); 36,2±6,1 г/л (для наночастиц, приготовленных по протоколу В) и 39,4±6,1 г/л (для наночастиц, приготовленных по протоколам Г и Д). Поправка к массе наночастиц±6,1 г/л зависит от количества полисорбата-20, включенного в состав наночастиц, которое может варьировать от 5 до 10% от массы наночастиц.

Б') Наночастицы, полученные по протоколу А (или В, Г, Д), после последней отмывки растворяют в 25 мл воды, содержащей 0,9 мас.% NaCl, с количеством ацетилцистеина, карбоцистеина, эрдостеина или амброксола, выбранным из следующих: 0,1, 0,5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 или 10 мас.%. При этом молярная концентрация марганца [Mn], входящего в состав наночастиц, в конечной композиции составляет 0,2 моль/л. Количество наночастиц в готовой композиции может составлять 64,2±6,1 г/л (для наночастиц, приготовленных по протоколу А); 36,2±6,1 г/л (для наночастиц, приготовленных по протоколу В) и 39,4± 6,1 г/л (для наночастиц, приготовленных по протоколам Г и Д).

В') Наночастицы, полученные по протоколу А (или В, Г, Д), после последней отмывки растворяют в 25 мл натрий-фосфатного буфера (8,00 г/л NaCl, 0,20 г/л KCl, 1,44 г/л Na2HPO4, 0,24 г/л KH2PO4, рН 7.4), с количеством ацетилцистеина, карбоцистеина, эрдостеина или амброксола, выбранным из следующих: 0,1, 0,5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 или 10 мас.%. При этом молярная концентрация марганца [Mn], входящего в состав наночастиц, в конечной композиции составляет 0,2 моль/л. Количество наночастиц в готовой композиции может составлять 64,2±6,1 г/л (для наночастиц, приготовленных по протоколу А); 36,2±6,1 г/л (для наночастиц, приготовленных по протоколу В) и 39,4±6,1 г/л (для наночастиц, приготовленных по протоколам Г и Д).

Полученную композицию гомогенизируют в ультразвуковом гомогенизаторе QSonica Q700 (QSonica, USA) при комнатной температуре (20-25°С) при следующих параметрах ультразвуковой гомогенизации: частота - 20 кГц, мощность - 300 Вт/л, 60 циклов (30 с при включенном приборе и 30 с при выключенном). Готовые композиции хранятся при комнатной температуре или при +4°С. Перед использованием, после долгого хранения (больше месяца) готовые композиции желательно повторно гомогенизировать в ультразвуковом гомогенизаторе при тех же параметрах: частота -20 кГц, мощность - 300 Вт/л, 60 циклов (30 с при включенном приборе и 30 с при выключенном).

Пример 3. Исследование физико-химических свойств полученных наночастиц.

Морфология и размеры наночастиц.

Морфологию и размеры (диаметр) наночастиц, содержащих оксиды марганца, оксидо-гидроксиды марганца и гидроксиды марганца в соответствии с изобретением (фиг. 1А), изучали с помощью просве

- 7 031124 чивающей электронной микроскопии (ПЭМ) на микроскопе JEM 1400 (JEOL, Япония) с цифровой камерой Veleta (SIS, Германия).

Гидродинамический диаметр и зета потенциал (Q наночастиц, содержащих оксиды, оксидогидроксиды и гидроксиды марганца в соответствии с изобретением, определяли в суспензии методом динамического светорассеяния при углах рассеяния 90° и температуре 22°С и электрофореза, соответственно, с помощью Zetasizer NanoZS (Malvern, Англия) в соответствии с протоколом производителя (табл. 1).

Помимо прочего, авторы определили структуру наночастиц, содержащих оксиды марганца и гидроксиды марганца в соответствии с изобретением, (табл. 1), методом EXAFS-спектроскопии, фиг. 1Б). В соответствии с изобретением наночастицы, приготовленные по протоколу А, имеют аморфнокристаллическую структуру; по протоколам В, Г, Д - аморфную структуру.

Таблица 1

Характеристики наночастиц

Наночастицы Структура*3* cUq (нм) **> ς (мв) <®> rl, (мМ1 . с-1) <=> г2, (мМ-1 с’1) <»> Накопление > M113O4 (Протокол А) аморфнокристаллическая 128,3± 11 -25,б±3 0,28 10,71 + Мп(ОН)2 (Протокол В) аморфная 115,2± 15 -22,7±7 0, 35 12,7 ++ МпО (ОН) г аморфная 128,6± -22,3±5 0,31 11,74 ++ (Протокол Г) 24 МпО(ОН)2 (Протокол Д) аморфная 132,5± 11 -19,8±4 0, 35 13, 88 ++ Gd2O4 (USNano) кристаллическая 152±22 -48±5,2 0,5 13,2 -

(а) Структура наночастиц (аморфная, аморфно-кристаллическая и кристаллическая) была определена методом EXAFS-спектроскопии. Наночастицы, приготовленные в соответствии с протоколами А, В, Г и Д, не имеют выраженной кристаллической решетки и имеют аморфную или аморфно-кристаллическую структуру.

(б) Г идродинамический диаметр (daq) и зета-потенциал были измерены с помощью Zetasizer Nano ZS™ (Malvern).

(в) r1 и r2 релаксации наночастиц были определены на сверхвысокопольном томографе BioSpec 117/16 USR (Bruker, Германия) -11,7 Тесла.

(г) Накопление наночастиц в обонятельных луковицах.

Данные дифракционного рентгеновского анализа (XRD, Х-ray powder diffraction) подтверждают, что наночастицы, приготовленные по протоколам А, В, Г, Д, соответствуют указанным формулам. XRD проводился на ускорительном комплексе ВЭПП-3 при следующих параметрах синхротронного излучения: длина волны монохроматического луча λ=0,1516 нм и диапазон углов 2Θ от 45 до 75°. Спектры сопоставлялись с дифракционной базой данной Match! (Crystal Impact, Германия).

Марганец является парамагнетиком, поэтому способен сокращать время спин-решетчатой релаксации Т1. Для всех использованных наночастиц марганца были получены характеристические времена релаксации на сверхвысокопольном томографе BioSpec 117/16 USR (Bruker, Германия) -11,7 Тесла (табл. 1). Обратная величина релаксации (Т1-1, мс-1) находилась в прямо пропорциональной зависимости от концентрации наночастиц, содержащих оксиды, оксидо-гидроксиды и гидроксиды марганца в соответствии с изобретением, и в обратно пропорциональной зависимости от размера. Все полученные авторами наночастицы обладают повышенной R1 релаксивностью, что делает их пригодными для МРТисследований в качестве контрастных агентов.

Растворимость наночастиц, содержащих оксиды марганца и гидроксиды марганца в соответствии с изобретением.

Одним из важных свойств указанных наночастиц является их низкая растворимость, что уменьшает токсичность, связанную с растворимыми ионами марганца. Для измерения растворимости наночастиц, содержащих Mn3O4, приготовленных по протоколу А, авторы воспользовались тем свойством, что добавление ионов Mn2+ к раствору наночастиц, содержащих Mn3O4, уменьшает время Т1 релаксации. Это позволяет напрямую оценить растворимость наночастиц, содержащих Mn3O4, исходя из калибровочной

- 8 031124 кривой. Таким образом, для оценки растворимости коллоидный раствор наночастиц, содержащих Mn3O4, разводили в 10 объемах цитратного буфера (лимонная кислота/цитрат натрия; рН ~7,0 или рН ~4,0) и инкубировали при 22°С в течение 240 ч с отбором образцов (400 мкл) для определения времени Т1 релаксации. При нейтральном рН время Т1 релаксации не меняется, что свидетельствует о нерастворимости наночастиц, содержащих Mn3O4. При кислом рН (~4,0), характерном для ряда клеточных органелл, таких как лизосомы, происходит уменьшение времени Т1 релаксации, что указывает на частичное растворение наночастиц, содержащих Mn3O4. Растворение наночастиц, содержащих Mn3O4 при рН ~4,0 описывается логистической кривой, анализ которой показывает, что максимальная высвобождаемая концентрация ионов Mn2+/3+ достигает ~8,7% от общего объема после 48 ч с выходом на плато (фиг. 1В). Наночастицы, приготовленные по протоколам В, Г и Д, имели сопоставимые характеристики растворимости.

Пример 4. Диагностические исследования с применением наночастиц, содержащих оксиды и гидроксиды марганца, в качестве контрастных средств для МРТ.

Линии мышей, условия содержания и протоколы исследований на мышах.

Исследования прохождения наночастиц из носовой полости в мозг были проведены на самцах линии BALB/c SPF (Specific Pathogen Free) статуса в возрасте 12-14 недель, массой 28-32 г.

После отсадки в 3-недельном возрасте и до начала экспериментов мышей содержали группами по 5 особей одного пола в индивидуально вентилируемых клетках системы OptiMice (Animal Care Systems, РФ) в контролируемых условиях, при температуре 22-26°С, относительной влажности 30-60% и световом режиме свет/темнота 14/10. Брикетированный корм (SSNIFF, Bio Service, Германия) и воду мыши получали ad libitum. В качестве подстилочного материала применяли обеспыленные древесные опилки.

Для исследований прохождения наночастиц из носа в мозг коллоидные растворы наночастиц, содержащих MnxOy (при молярной концентрации [Mn] 0,2 моль/л), вводились однократно в одну или обе ноздри (интраназально) по 10 мкл.

Исследования прохождения наночастиц, содержащих MnxOy, из носовой полости в мозг при развитии опухоли головного мозга были проведены на самцах линии SCID (SHO-PrkdcscidHrhr) (Charles River, США) SPF статуса в возрасте 8-12 недель. Для этого заранее до начала эксперимента культуру клеток глиобластомы U87 культивировали (5-7 пассажей) на среде DMEM-F12 (1:1), содержащей 10% фетальной сыворотки (FBS). Перед инъекцией клетки опухоли снимали с подложки раствором Трипсин-Версен, центрифугировали 5 мин при 1000 rpm (об/мин) и ресуспендировали в среде без сыворотки при концентрации 100 тысяч клеток в 1 мкл. Перед операцией животное наркотизировали газовой анестезией изофлюран (Baxter Healthcare Corp., США), используя Univentor 400 Anesthesia Unit (Univentor, Мальта) на подогреваемом операционном столике с температурой поверхности 37°С. Суспензию клеток вводили в подкорковые структуры мозга в районе гиппокампа в точку через отверстие в черепной коробке животного. Для этого на голове в каудально-краниальном направлении делали надрез кожи длиной 3-4 мм в районе брегмы и через отверстие в черепной коробке вводили 5 мкл суспензии клеток (500 тысяч клеток). Динамика роста опухолей и накопление в них наночастиц, содержащих Mn3O4, были исследованы с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ).

Магнитно-резонансная томография (МРТ).

Распределение наночастиц, содержащих MnxOy, по структурам головного мозга и в крови мыши было исследовано методом МРТ на основе Т1-взвешенных изображений с использованием метода FLASH (Fast Low Angle Shot) с использованием сверхвысокопольного томографа BioSpec 117/16 USR (Bruker, Германия) -11,7 Тесла. Параметры импульсной последовательности метода (ТЕ=2,5 мс, TR=200 мс); параметры изображения (размер 2,5x2,5 см; матрица 512x512 точек; толщина среза 0,5 мм; расстояние между срезами 0,5 мм; количество срезов 15; ориентация срезов - аксиальная) общее время сканирования 6 мин. Для получения численных значений МРТ-контраста по каждой исследуемой структуре изображения подвергались дополнительной обработке. Чтобы избавиться от неоднородностей, связанных с чувствительностью поверхностной катушки, к исходному изображению применяли Гауссиановский фильтр нижних частот с радиусом 10 пикселей. Величина МРТ-контраста (S(t)) рассчитывалась, как ло-[Мп] гарифм отношения МРТ-сигнала после введения наночастиц, содержащих MnxOy < >, к величине сигнала до введения наночастиц, содержащих MnxOy (SOj . S(t) = 1од2 (МРТ: S[W ]/S°) .

Для калибровки значений МРТ-сигнала с величиной накопления наночастиц, содержащих Mn3O4, в мозге использовали метод двухструнной дуговой атомно-эмиссионной спектроскопии. Для этого 6 самцам линии BALB/c интраназально вводили по 10 мкл коллоидного раствора Mn3O4 - НЧ (наночастиц, содержащих Mn3O4), приготовленных по протоколу А, в каждую ноздрю и через 24 ч определяли величину МРТ-сигнала

Сразу после МРТ у мышей были изъяты обонятельные луковицы для дальнейшего определения концентрации марганца с помощью двухструнного дугового атомно-эмиссионного плазматрона. Обе обонятельные луковицы от каждого животного были объединены в одну пробу, таким образом, всего

- 9 031124 было сформировано 6 проб. Данные по концентрации Mn в исследованных обонятельных луковицах высоко достоверно коррелировали со значениями МРТ-сигнала (фиг. 1Г).

Учитывая то, что средний диаметр наночастиц, содержащих Mn3O4, составляет ~30 нм; сферический объем (V) -1,414-10 нм (1,414-10- см ); плотность (ρ) Mn3O4 ~4,86 г/см ; масса наночастиц, содержащих Mn3O4 (m=V-p), составляет -0,1 фемтограмм (1,0-10-16 г), и число молекул Mn3O4 на частицу составляет -263,2-103. Отсюда можно сопоставить концентрацию марганца, накопленного в тканях, с количеством наночастиц. Так, принимая во внимание то, что наночастицы, содержащие MnxOy, преимущественно накапливаются в гломерулярном и митральном слоях обонятельной луковицы, где среднее число нейронов составляет -3,8-108/см3, что сопоставимо со средней плотностью нейронов в мозге, составляющей -108/см3 (или грамм), авторы соотнесли изменение МРТ-сигнала с количеством частиц на клетку (фиг. 1Д).

Улучшенное прохождение аморфных и аморфно-кристаллических наночастиц MnxOyHz - НЧ из носа в мозг.

При прямом введении растворов MnxOyHz - НЧ (наночастиц, содержащих MnxOyHz) в носовую полость происходит равномерное оседание наночастиц на поверхности обонятельного эпителия (ОЕ) и захват клетками обонятельных рецепторов. После этого MnxOyHz - НЧ перемещаются в ядра обонятельной луковицы (MOB) посредством аксонального транспорта, как показал количественный Т1-взвешенный МРТ-анализ (фиг. 2А). При этом прохождение аморфных наночастиц, приготовленных по протоколам В, Г, Д, и аморфно-кристаллических (протокол А), значительно улучшено по сравнению с кристаллическими наночастицами Gd2O3 (фиг. 2 А).

Нейрональный транспорт аморфных и аморфно-кристаллических наночастиц MnxOyHz - НЧ.

Из MOB наночастицы могут перемещаться вглубь головного мозга по обонятельному тракту и лимбической системе. Действительно, МРТ-анализ накопления Mn3O4 - НЧ выявил значимое увеличение МРТ-сигнала по сравнению с контролем (до введения частиц) в течение 168 ч в следующих структурах: переднее обонятельное ядро (Anterior Olfactory Nucleus - AON); грушевидная кора (Piriform Cortex - Pir); агранулярная область островковой коры (Agranular Insular Cortex - AI); латеральная энторинальная кора/медиальная энторинальная кора (Lateral и Medial Entorhinal Cortex - LEnt/MEnt); зубчатая извилина (Dentate Gyrus - DG); миндалевидное тело (Amygdala - AMYG); бледный шар (Globus Pallidus - GP); опорное ядро краевой полоски (Bed Nucleus of the Stria Terminalis - BNST); гиппокамп (Hippocampus Hip); дорсолатеральная перегородка (Dorsolateral Septum - LSD); ядра таламуса: центральное ядро нижнего холмика четверохолмия/интерколликулярное ядро (Central nucleus of the Inferior Colliculus и Intercollicular nucleus - CIC/InCo); каудальная часть скорлупы (Caudoputamen - CP); а также субвентрикулярная зона (Subventricular Zone - SVZ), и ряде других структур головного мозга (фиг. 2Б, 2В). Следует отметить, что в течение всего времени, вплоть до выведения, наночастицы MnxOyHz - НЧ остаются строго локализованы в пределах выше обозначенных структур головного мозга. Это указывает на то, что наночастицы распространяются по головному мозгу путем нейронального транспорта внутриклеточно, при этом преодолевая целый ряд синаптических передач. Так, для достижения наиболее глубоких отделов, представленных ядрами таламуса CIC/InCo, с поверхности ОЕ наночастицы должны преодолеть по меньшей мере 7 синаптических передач (фиг. 1В).

Статистический и математический анализ динамики накопления MnxOyHz - НЧ.

МРТ-изображения обрабатывались и обсчитывались с помощью ImageJ набором стандартных инструментов (Schneideretal., 2012). Статистический анализ данных, линейные и нелинейные регрессионные модели были выполнены в R (RCoreTeam, 2015). Для поиска коэффициентов нелинейных регрессионных моделей использовался алгоритм Левенберга-Марквардта, направленный на решение задач наименьших квадратов с ограничением на параметры.

Вкратце, динамика накопления и выведения наночастиц, содержащих MnxOyHz, по времени Й) различных отделах головного мозга, выраженная по величине МРТ-сигнала

S(t) = log2 (MRT: у1Мп1/5°) эмпирически может быть описана следующим образом:

где соответствует асимптотическому максимуму МРТ-сигнала;

тасс и τ<ΙεΓα? - характеристическому времени накопления и убывания соответственно;

= описывает экспоненциальное увеличение МРТ-сигнала в зависимости от

времени; и описывает экспоненциальное уменьшение МРТ-сигнала в зависимости от времени (фиг. 3).

- 10 031124

Далее беря производные от и можно определить изменения в скорости увеличения и уменьшения ( deca/ \ МРТ-сигнала в зависимости от времени. Так,

Помимо этого можно вычислить среднее время накопления/убывания ' а также меMnxOyHz-H4 τ τ ·Γ(1 + 1//?) (Г - гамма функция) и дисперсию диану (ίϊχ2) и моду Μο~τ ί1 4β) для времен накопления/убывания. Наконец, максимальная скорость накопления/убывания достигаемая при tl = Мо«^· и t2~ WOctecay, соответственно будет равна

Количественная динамика прохождения наночастиц MnxOYHz - НЧ из носа в мозг.

Таким образом, определение коэффициентов модели (1) из экспериментальных данных о накоплении MnxOyHz - НЧ в различных отделах головного мозга, выявленных методами МРТ, дает полное представление о динамике прохождения наночастиц по нервным путям (табл. 2, 3).

Таблица 2

Параметры модели 1 ! изменения MPT-сигнала в зависимости от времени после интраназального введения Mn3O4 - НЧ

Структура SwaKC ± SE ± SE pdeciy ± SE ± SE Tctacay ± SE МОВ 3,31 ± 0,12 0, 65 ± 0,04 1,24 ± 0, 11 3,63 ± 0,47 333,74 ± 16, 67 AON 1,79 ± 0, 12 1, 68 ± 0,14 1,23 ± 0,15 18,30 ± 1,23 239,13 ± 19, 12 PIR 2,23 ± 0, 07 1, 90 ± 0,15 1,58 ± 0,14 16,23 ± 0,73 332,38 ± 13, 19 AI 1, 58 ± 0, 13 1, 48 ± 0,15 1,43 ± 0,21 21,54 ± 2, 14 279,19 ± 23, 50 LEnt 1,29 ± 0, 06 2, 11 ± 0,39 1,43 ± 0,21 11,70 ± 0,78 392,73 ± 25, 59 MEnt 1, 17 + 0, 07 1,19 + 0,13 1,99 + 0,34 25,19 + 3,10 426,94 + 23,78 DG 0, 95 ± 0, 05 1, 63 ± 0,26 3,36 + 0,68 45,40 ± 4,83 463,11 ± 19, 05 SVZ 1,58 ± 0, 11 1,01 ± 0,09 2,41 ± 0,35 39,14 ± 5,61 457,69 ± 19, 64 СР 0, 81 ± 0,23 1,49 ± 0,15 1,17 ± 0,35 46,39 ± 9,69 274,15 ± 77,27 Amygdala 1, 85 ± 0,20 1,29 ± 0,11 2,33 ± 0,37 72,16 ± 11,11 435,15 ± 25, 92 GP 1, 86 + 0,46 1,41 + 0,14 2,24 + 0,53 95,23 + 25,12 370,01 + 44,81 BNST 1,29 ± 0, 12 1,13 ± 0,11 3,25 + 0,55 67,73 + 11,49 482,30 ± 19,24 Hip 1,36 ± 0, 10 1,00 ± 0,10 2,30 ± 0,39 33,28 ± 5,38 430,74 ± 22,30 LSD 0, 92 ± 0, 10 2,76 ± 0,63 1,63 ± 0,35 57,04 ± 5, 07 402,41 ± 37,48 CIC/InCo 1,24 ± 0, 38 1,40 ± 0, 17 1,56 ± 0,55 74,68 ± 21,92 394,04 ± 89, 61 SE - стандартная ошибка коэф( ициентов модели

- 11 031124

Таблица 3

Средние времена и максимальные скорости накопления и выведения Mn3O4 - НЧ

Среднее время Максимальная Среднее время Максимальная накопления скорость выведения скорость Структура ± накопления (час- выведения г часы) Ч <r(Tdee^)f чась1) (час-1)

мов 4,96 ± 7,91 NA 311,60 ± 253,36 -0,0022 AON 16,34 ± 10,02 0, 0424 223,56 ± 182,74 -0,0031 PIR 14,40 ± 7,37 0,0512 298,44 ± 193,73 -0,0023 AI 19,47 ± 13,35 0,0345 253,55 ± 179,49 -0, 0026 LEnt 10,37 ± 5,16 0,0761 356,80 ± 253,22 -0,0019 MEnt 23,76 ± 20,09 0,0301 378,39 ± 198,33 -0, 0020 DG 40,63 ± 25,54 0,0169 415, 78 ± 136, 63 -0, 0028 svz 36,91 ± 38,36 0,0241 405, 76 ± 179, 59 -0, 0021 СР 41,92 + 28,67 0,0160 259,35 ± 221,52 -0, 0028 Amygdala 66,79 ± 52,32 0,0102 385,56 ± 175,78 -0,0022 GP 86,68 ± 62,28 0,0077 327,72 ± 154,66 -0,0025 BNST 64,80 ± 57,47 0,0116 432,32 ± 146, 10 -0, 0026 Hip 33,28 ± 33,27 0,0300 381,60 1 175,88 -0,0022 LSD 50,77 ± 19,85 0,0192 360, 19 ± 226, 57 -0,0019 CIC/InCo 68,06 ± 49,20 0,0098 354,16 ± 231,94 -0,0019

Так, было отмечено, что с преодолением синаптических передач увеличивается характеристическое время накопления Mn3O4 - НЧ <Гпге) ·

При этом происходит снижение как максимальной величины MPT-сигнала ^макс и концентрации [Mn], так и максимальной скорости накопления наночастиц (табл. 2, 3; фиг. 4А, 4Б, 4В, 4Г). Так, максимальный МРТ-сигнал обнаруживается в MOB, и учитывая соотношение между величиной МРТ-сигнала и числом частиц в нейроне (фиг. 1Д) , клетки MOB накапливают ~20000 частиц на клетку при концентрации марганца больше 2 ммоль/л (фиг. 4Г). Однако в более глубоких ядрах, таких как, например, BNST, LSD, CIC, максимальное число наночастиц Mn3O4 - НЧ составляет ~500-1000 на клетку и общее содержание марганца, находящегося в составе частиц, составляет порядка 0,1 ммоль/л и меньше (фиг. 4Г). Известно, что концентрации ионов Mn2+ свыше 0,1 ммоль/л являются нейротоксическими, однако авторами установлено, что растворимость наночастиц по изобретению не превышает 10% даже при рН ~4,0 (фиг. 1В). Иными словами, концентрация ионов Mn2+ для большинства структур не превышает нейротоксическую.

В отличие от времени и скорости накопления время и скорость выведения наночастиц MnxOyHz НЧ существенно ниже (табл. 2, 3, фиг. 4Д, 4Е). Так, если время достижения максимальных значений МРТ-сигнала после интраназального введения Mn3O4 -НЧ находится в диапазоне от 24 до 168 ч, то полное выведение наблюдается в течение 672 ч (фиг. 2Б).

Характеристическое время выведения Ми3О4 - НЧ 'Тегау: варьирует от ~250 до ~500 ч и отчасти коррелировано с относительным расстоянием от ОЕ (фиг. 4Д). Более того, максимальная скорость уменьшения МРТ-сигнала на порядок меньше и не коррелирует с относительным расстоянием от ОЕ (фиг. 4Е). Отсюда следует вывод, что в отличие от накопления выведение наночастиц марганца никак не связано с аксональным транспортом. Одним из возможных механизмов выведения наночастиц из клеток может быть либо экзоцитоз, либо, что более вероятно, медленное растворение наночастиц с последующим выведением ионов Mn2+/3+.

В совокупности эти результаты показывают, что с поверхности обонятельного эпителия наночастицы MnxOyHz - НЧ захватываются клетками обонятельных рецепторов и перемещаются по нервным путям в строгом соответствии с траекторией обонятельного тракта и лимбической системы. Перемещение наночастиц вероятнее всего происходит посредством аксонального транспорта со скоростями, соответствующими нижнему пределу быстрого аксонального транспорта (~1-2,5 мм/ч). С преодолением синаптических передач падает максимальное число частиц на клетку и увеличивается характеристическое время накопления. Наночастицы по изобретению, содержащие Mn3O4, достигают относительно глубоких структур лимбической системы, представленных ядрами таламуса (CIC/InCo). Весь процесс накопления

- 12 031124 наночастиц по изобретению, содержащих Mn3O4, занимает порядка 168 ч, после чего наночастицы постепенно выводятся из мозга. Учитывая низкую растворимость наночастиц по изобретению, содержащих Mn3O4, полное выведение наблюдается после 28 дней после начала эксперимента. В то же время, низкая растворимость обеспечивает низкий уровень свободных ионов Mn2+, обладающих нейротоксичными эффектами. Действительно, в течение всего эксперимента мы не наблюдали каких-либо изменений в состоянии и поведении животных в экспериментальной группе. Остальные MnxOyHz - НЧ наночастицы, полученные протоколами В, Г и Д, обладают схожими характеристиками.

Пример 5. МРТ-диагностика поражений центральной нервной системы и топографическая диагностика опухолей мозга относительно нервных путей.

Способность наночастиц, полученных авторами изобретения, перемещаться строго по проводящим путям нервной системы, в совокупности с их парамагнитными свойствами и возможностью детекции методами Т1-взвешенной МРТ-томографии, открывает широкие перспективы для их диагностического применения. Для иллюстрации данного диагностического применения авторы изобретения провели ксенотрансплантацию клеток глиобластомы человека U87 мышам линии SCID (SHO-PrkdcscldHrhr) в районе гиппокампа (Hip). Динамика роста опухолей определялась посредством Т2-взвешенной МРТ и по достижению определенных размеров мышам с развитой глиобластомой интраназально вводили наночастицы по изобретению, содержащие Mn3O4 (фиг. 5). Прохождение наночастиц, содержащих Mn3O4, по обонятельному тракту и лимбической системе, и накопление наночастиц в этих структурах исследовали с помощью Т1-взвешенной МРТ в течении 12, 24, 48 и 96 ч после введения (фиг. 5, 6). Средняя интенсивность МРТ-сигнала, определенная для 6 мышей и характеризующая накопление наночастиц, содержащих Mn3O4, сопоставлялась с референтными моделями накопления наночастиц в MOB, AON, Pir и Hip (фиг. 6).

Из этого анализа видно, что, если в MOB величина МРТ-сигнала у мышей с ксенотрансплантированной глиобластомой сопоставима с контролем, то в других отделах AON и Pir происходит уменьшение накопления наночастиц, содержащих Mn3O4 (фиг. 6).

Анализ локализации наночастиц, содержащих Mn3O4 в пределах глиобластом, выявил специфическое накопление наночастиц только в тех отделах опухоли, которые пересекаются с траекторией движения наночастиц по лимбической системе (фиг. 5). Так, наночастицы, содержащие Mn3O4, преимущественно накапливаются в районах опухолей, граничащих с гиппокампом (Hip), LSD или SVZ и дальше не распространяются. Таким образом, эти результаты показывают, что введение магнитно-контрастных наночастиц MnxOyHz - НЧ через нос позволяет локализовать участки раковых опухолей, прилегающие к обонятельному тракту и лимбической системе.

В отличие от нейрональных путей наночастицы, введенные в кровь, свободно распространяются по кровяному руслу и накапливаются по всему объему ксенотрансплантированных опухолей (фиг. 7). Подобное накопление возможно в силу повреждения гематоэнцефалического барьера, вызванного ростом опухоли, т.к. у контрольных животных прохождение наночастиц MnxOyHz из крови в мозг либо невозможно, либо затруднено.

Основываясь на вышеописанных свойствах наночастиц авторы предлагают следующий подход к МРТ-топографии раковых образований головного мозга. Так, доставка гидрофильных аморфных или аморфно-кристаллических наночастиц, содержащих MnxOyHz к нервным окончаниям (через нос, либо другими способами, описанными выше), дает возможность выявлять те участки опухолей, которые находятся на пересечении с соответствующими нервными путями, методами Т1-взвешенной МРТтомографии. В это же время одновременная доставка наночастиц или других контрастеров, усиливающих Т2-взвешенные МРТ-изображения, через кровеносное русло (в частности, посредством внутривенного введения) позволяет детектировать опухоль целиком. В сочетании это позволяет проводить детальную локализацию раковых опухолей с их топографией относительно нервных путей.

Таким образом, авторами впервые получены магнитно-контрастные аморфные и аморфнокристаллические наночастицы на основе оксидов и гидроксидов марганца формулы MnxOyHz, где х имеет значение 1 или 3, у имеет значение 2, 3 или 4, z имеет значение 2 или отсутствует. Полученные наночастицы практически не агрегируют и обладают низкой растворимостью как при нейтральных, так и при кислых рН. Средний диаметр полученных наночастиц составляет ~30 нм при гидродинамическом диаметре от 100 до 150 нм. Наночастицы по изобретению, содержащие MnxOyHz, уменьшают время Т1 релаксации и обладают пониженной токсичностью, что делает их пригодными для различных диагностических исследований методами МРТ.

Кроме того, экспериментально подтверждено, что при интраназальном введении указанных наночастиц происходит их эффективный нейрональный захват и специфическое накопление только в тех областях опухолей центральной нервной системы, которые находятся на пересечении с траекторией нейронального транспорта указанных наночастиц. С учетом данной особенности, доставка наночастиц к нервным окончаниям и рецепторам нервных путей используется для визуализации нервных путей и для определения топографии поражений центральной нервной системы, в частности раковых опухолей, относительно нервных путей методами МРТ.

Далее установлено, что прохождение наночастиц по изобретению и их накопление в проводящих

- 13 031124 путях и других структурах центральной нервной системы зависит от целостности нервных путей, что используется для МРТ-диагностики изменений нервных функций, вызванных объемными образованиями, травмами, нейродегенеративными процессами и т.д. Так, микроповреждения мозга приводят к статистически значимому уменьшению накопления наночастиц по изобретению даже в тех отделах головного мозга, которые удалены от места повреждения. Авторы также отметили изменения в динамике прохождения наночастиц, содержащих MnxOyHz, по нервным путям, вызванные микроповреждениями головного мозга. Таким образом, любые отклонения в динамике прохождения наночастиц в соответствии с изобретением по нервным путям, определенные методами МРТ, могут использоваться как диагностический маркер для выявления нейродегенеративных процессов и повреждений нервного волокна.

При введении в кровь, что является дополнительным инструментом диагностики в соответствии с изобретением, наночастицы по изобретению эффективно проникают в опухоли головного мозга, обеспечивая контраст МРТ-изображений по всему объему опухоли. Отсюда следует, что сочетание Т1 и Т2 контрастных наночастиц с раздельным введением их через кровь и доставкой к нервам (где диагностическая композиция, содержащая наночастицы в соответствии с изобретением, вводятся интраназально, а Т2-контрастирующие средства вводятся внутривенно) используется согласно изобретению для комплексной топографической диагностики объемных образований, в частности опухолевых процессов.

Все перечисленные диагностические средства и способы повышают точность диагностики и, следовательно, обеспечивают лучшую возможность для проведения адекватного лечения травматических повреждений, ишемических, геморрагических поражений и объемных образований центральной нервной системы.

The invention relates to a contrast agent for magnetic resonance imaging, containing amorphous or amorphous-crystalline nanoparticles, including manganese oxide or hydroxide of the formula Mn x O y H z , where x is 1 or 3, y is 2, 3 or 4, z is 0 or 2, and if x is 1, then z is 2; and non-ionic surfactant. The invention also includes a method of obtaining this tool, a diagnostic composition and a method of diagnosis with its use. The technical result consists in an improved neuronal capture of hydrophilic amorphous or amorphous-crystalline nanoparticles according to the invention, which allows diagnostics of lesions and precise localization of bulky structures in the central nervous system by intranasal administration of nanoparticles.

The technical field to which the invention relates.

This invention relates to the field of medicine and nanotechnology, and relates to the preparation of amorphous and amorphous-crystalline nanoparticles of manganese oxides and hydroxides and their use for MRI studies of the brain.

The level of technology

In the arsenal of modern diagnostic tools there is magnetic resonance imaging (MRI) with contrast agents (contrasts), in which organic gadolinium chelate complexes are used in practice. Known contrast agents for MRI are administered intravenously, which creates significant inconvenience for patients and increases the likelihood of complications. In addition, the contrast agents currently used do not allow for accurate topographic diagnostics of the lesions of the central nervous system and functional diagnostics of the state of the nervous pathways.

Attempts have been made to overcome the disadvantages associated with the use of gadolinium complexes. In particular, the authors of WO 2014035341 have developed bilayer nanoparticles containing gadolinium, manganese (P) or iron (III) in the form of oxides or chlorides, and the particles may contain lanthanides as dopants. From document WO 2014035341 it follows that this material, consisting of nanoparticles containing lanthanides as dopants, can be used as a contrast agent that improves the quality of the magnetic resonance signal.

Publication WO 2008093999 is considered as the closest analogue. It discloses the possibility of using nanoparticles of manganese oxide (MnO) in MRI diagnostics of tumor metastases in the brain, while solutions of these nanoparticles are injected intravenously, and accumulation in cancer cells occurs by non-specific capture of nanoparticles from the blood.

However, to date no low toxicity contrast agents have been found that could be effectively used for neurodiagnostic MRI studies. Thus, previous technical solutions in this area do not provide opportunities for accurate topographic diagnosis of pathological processes of the central nervous system, in particular, neurodegenerative and traumatic injuries, ischemic and hemorrhagic lesions, as well as voluminous formations, including tumors of the central nervous system.

Thus, the objective of this invention is to provide a new tool that provides the ability to solve these problems inherent in the technical solutions of the prior art.

To solve this problem, the present invention provides a contrast agent with increased neuronal uptake (in particular, it is captured by olfactory neuron receptors upon intranasal administration) and providing the ability to quantify capture and transmission by MRI.

Summary of Invention

The authors of the present invention developed nanoparticles, overcoming the disadvantages associated with the use of contrast agents of the prior art. It has been shown that with intranasal administration, hydrophilic amorphous and amorphous-crystalline nanoparticles in accordance with the invention are captured by olfactory receptors more efficiently than crystalline, and are transported along the neural pathways to the brain. Moreover, it was found that the trajectory of movement of nanoparticles in accordance with the invention is strictly localized within the conducting structures and nuclei of the limbic (olfactory) system. Based on the relationship between the number (concentration) of particles and the value of the T1-weighted MRI signal, the authors for the first time gave a quantitative description of the trajectory and dynamics of the passage of nanoparticles into the brain. The authors showed that the ability of nanoparticles containing Mn x O y H z (also referred to as Mn x O y H z - LF) to move along the nerve paths can be used for topographic diagnosis of pathological processes of the central nervous system, in particular, traumatic injuries. , ischemic, hemorrhagic lesions and neoplasms of the central nervous system relative to the nervous pathways by MRI.

The above technical results of the invention are achieved by the objects of the invention, given in the attached claims.

In particular, the invention is a contrast agent for magnetic resonance imaging, containing amorphous or amorphous-crystalline nanoparticles comprising manganese oxide or hydroxide of the formula Mn x O y H z , where x is 1 or 3, y is 2, 3 or 4, z is 0 or 2, and if x is 1, then z is 2; and non-ionic surfactant.

In accordance with the invention, manganese oxide has the formula Mn 3 O 4 , and manganese hydroxide has the formula Mn (OH) 2 or MnO (OH) 2 .

The non-ionic surfactant may be selected from the group consisting of polysorbate, octylphenoxypolyethoxyethanol and octylphenol ethoxylate. In one of the embodiments of the implementation of the polysorbate is a polysorbate-20, octylphenoxypolyethoxyethanol is

- 1,031,124

Nonidet P40, and ethoxylate octylphenol is Triton X100.

The nanoparticles in accordance with the invention have a diameter of from 20 to 50 nm (according to transmission electron microscopy) and a hydrodynamic diameter in the range from 100 to 150 nm (according to dynamic light scattering).

In one of the embodiments, the composition of the nanoparticles is characterized by the formula Mn x O y H z · (polysorbate-20), while the polysorbate-20 is present in an amount of about 5-10 wt.% By weight of the nanoparticle.

The invention further relates to a diagnostic composition for magnetic resonance imaging, comprising the above agent and at least one targeted additive. The target additive may be a carrier, which is preferably water or saline containing 0.9% NaCl.

The final concentration of manganese [Mn] included in the nanoparticles. the composition is 0.1-1 mol / L.

The number of nanoparticles in the composition can range from 18.1 ± 3 to 321 ± 30.5 g / l.

In particular, the number of nanoparticles in the composition is from 32.1 ± 3 to 321 ± 30.5 g / l for nanoparticles prepared according to Protocol A);

from 18.1 ± 3 to 181 ± 30.5 g / l for nanoparticles prepared according to protocol B) and from 19.7 ± 3 to 197 ± 30.5 g / l (for nanoparticles prepared according to protocols D and D) .

The composition according to the invention may be a colloidal solution.

Preferably, the additional target additive is a mucolytic agent in an amount of from 0.1 to 10 wt.%, Inclusive of the weight of the composition. In this case, the mucolytic agent can be selected from acetylcysteine, erdostein, carbocysteine and ambroxol.

Preferably, magnetic resonance imaging is a magnetic resonance imaging of the central nervous system.

The invention also includes the use of said diagnostic composition as a diagnostic tool when conducting magnetic resonance imaging.

In addition, the invention includes a method for preparing the aforementioned agent, comprising preparing a first solution by adding to the initial solution of a non-ionic surfactant an initial solution of MnCl 2 ;

preparing a second solution by adding to the initial KOH solution a solution of a non-ionic surfactant;

incubating the first solution and incubating the second solution;

mixing the first solution with the second solution;

homogenization of the resulting mixture and the deposition of nanoparticles.

After deposition, the obtained nanoparticles can be washed out from an excess of non-ionic surfactant and unreacted components.

In a preferred embodiment of the invention, the non-ionic surfactant is in the initial solution in an amount of 20% by weight.

In one of the embodiments of the invention, the non-ionic surfactant is a polysorbate, which can be a polysorbate-20.

The concentration of MnCl2 in the initial solution can be 0.5 mol / l, and the concentration of KOH can be 2 mol / l.

In one embodiment, the incubation of the first solution and the incubation of the second solution is carried out for 30-60 minutes at room temperature, and the room temperature can be 2025 ° C.

In one embodiment, the incubation of the first solution and the incubation of the second solution is carried out for 30-60 minutes with heating, and the heating can be carried out to a temperature of 80 ° C.

In an alternative embodiment, the incubation of the first solution and the incubation of the second solution is carried out for 30-60 minutes while cooling, and cooling can be carried out to a temperature of 04 ° C.

Preferably, after mixing the first solution with the second solution, the mixture is divided into two parts in separate containers, wherein said containers are tubes.

In the private embodiment, the homogenization of the mixture is carried out using an ultrasonic homogenizer, and the deposition of nanoparticles is carried out by centrifugation.

Washing of the obtained nanoparticles from an excess of non-ionic surfactant and unreacted components can be carried out with water, and the obtained nanoparticles are washed 1-3 times.

In specific embodiments of the invention, the obtained nanoparticles are washed in ultrapure water, and centrifugation is carried out at 20,000 g and a temperature of 4 ° C. The finished particles are stored at room temperature.

- 2 031124

The invention further relates to a method for diagnosing a disease of the central nervous system, comprising intranasal administration of said composition and magnetic resonance imaging. The invention also includes the use of this composition as a means for diagnosing a disease of the central nervous system by conducting magnetic resonance imaging. According to the invention, the diagnosed disease of the central nervous system is a traumatic injury, ischemic damage, hemorrhagic damage or a tumor.

In one of the embodiments, the composition of the invention is further administered intravenously, and the magnetic resonance imaging of the central nervous system is carried out after the intravenous administration of said composition.

Preferably, magnetic resonance imaging of the central nervous system is magnetic resonance imaging of the brain.

List of figures

FIG. 1 shows the characteristics of the nanoparticles in accordance with the invention (see also Table 1, below).

FIG. 1A shows an image obtained by transmission electron microscopy of nanoparticles (NPs) of manganese oxide hydroxide (MnO (OH) 2 ), manufactured according to Protocol D, below. The scale (50 nm) is indicated in the lower right corner.

FIG. 1B shows the results of EXAFS (Extended X-Ray absorption fine structure) spectroscopy of amorphous [am], amorphous-crystalline [am.-cr.] And crystalline [cr.] Nanoparticles: Mn (OH) 2 [am] (protocol C), MnO (OH) 2 [am.] (Protocol D), Mn 3 O 4 [am.cr.] (Protocol A) and Mn 3 O 4 [cr.] (Modified protocol A without the addition of polysorbate-20 ). Peaks marked as Mn-O correspond to the length of intramolecular interatomic bonds (<2.5 A). Peaks marked as Mn-O-Mn correspond to intermolecular distances (> 2.5 A). This figure confirms that, in contrast to crystalline nanoparticles for amorphous nanoparticles, there are no distinct peaks (> 2.5 A) corresponding to intermolecular bonds in the crystal. In amorphous-crystalline nanoparticles, the length of intermolecular bonds is longer than for crystalline ones, which implies a more loose packing.

FIG. 1B shows the determination of the solubility of nanoparticles containing Mn 3 O 4 (obtained in accordance with Protocol A, below) in water at a neutral pH and at an acidic pH of ~ 4.0. Characteristics of the dissolution parameters are derived by interpolating the logistic curve

Е = а / (1 + е '^ _с) ) (g where X is the square root of time

Y is the square root of the% dissolved Mn 2+ ions .

Nanoparticles obtained according to protocols C, D and D, below, have similar solubility properties.

FIG. 1G shows the dependence of the MRI signal on the concentration of manganese [Mn] (in molar concentration, μM) in the main olfactory bulbs (MOB). The MRI signal is expressed as binary logarithm (log 2 ) of the intensity of the MRI signal before (S 0 ) and after (S [Mn] ) intranasal injection of nanoparticles containing Mn 3 O 4 . MRI analysis was performed 24 hours after the intranasal administration of nanoparticles containing Mn 3 O 4 (X: log 2 (MPT: S [Mn] / S 0 )). After that, to determine the concentration of manganese [Mn] in MOB used the method of two-string arc atomic emission spectroscopy. The graph is based on data on the concentration of manganese [Mn] and the level of the MRI signal in the MOB male line of BALB / c mice (N = 7). The olfactory bulbs collected from each mouse were combined into one sample, and the concentration of manganese [Mn] was determined in 7 samples.

FIG. 1D shows the recalibration of the MRI signal (X; Nd 2 (MRI: S [Mn] / S 0 )) depending on the accumulation of nanoparticles (NPs) containing Mn 3 O 4 in MOB, expressed in the number of nanoparticles containing Mn3O4, on neuron.

FIG. 2 shows an MRI analysis of nanoparticle accumulation in the brain.

FIG. 2A shows the accumulation of amorphous nanoparticles of manganese oxide-hydroxide (Mn (OH) 2), amorphous-crystalline nanoparticles of manganese oxide (Mn 3 O 4 ) obtained in accordance with the following protocols (G and A, respectively), and commercial crystalline nanoparticles (Gd 2 O 3 ) in the olfactory bulbs (MOB). MRI analysis of the accumulation of nanoparticles was carried out 24 hours after the intranasal introduction of nanoparticles into the right nostril. The relative intensity of the MRI signal is marked on the scale. It can be seen that hydrophilic amorphous oxide-hydroxide nanoparticles (Mn (OH) 2) and amorphous-crystalline manganese oxide (Mn3O4) are effectively captured by olfactory receptors from the surface of the olfactory epithelium and pass into the main olfactory bulb (MOB) by axonal transport.

Crystalline Gd 2 O 3 nanoparticles are not detected in the MOB, despite the similar parameters of r1 relaxivity (see Table 1 below), which indicates a predominant neuronal

- 3 031124 capture of amorphous and amorphous-crystalline nanoparticles in accordance with the invention, in contrast to the lack of capture of commercial Gd 2 O 3 nanoparticles.

FIG. 2B shows an MRI analysis of the accumulation in the brain of nanoparticles containing manganese oxide Mn 3 O 4 , with intranasal administration. Nanoparticles were injected into the right nostril, which led to their accumulation on the ipsilateral (right) side of the brain. The time scan of MRT images (24-48 hours, 48-96 hours, 168 hours, and 672 hours after intranasal administration) taken at different depth of sections (4, 6, 7 mm) is shown. The relative intensity of the MRI signal is marked on the scale. The sections show the structures of the olfactory tract and the limbic system (see diagram in Fig. 2B), characterized by the highest intensity of the MRI signal due to the accumulation of nanoparticles.

FIG. 2B is a schematic representation of the nuclei and pathways of the limbic system of the brain, starting from the olfactory epithelium (ОЕ), in which nanoparticles prepared according to protocols A, B, D, D are given below. The following structures are marked on the diagram: MOB is the main olfactory bulb; AON - front olfactory nucleus; Pir - pear bark; aPir almond-shaped pear-shaped transient field; AI is the agranular region of the insular cortex; LEnt / MEnt lateral entorhinal cortex / medial entorhinal cortex; DG - dentate gyrus; AMYG - amygdala; GP - pale ball; BNST is the core of the edge strip; Hip - hippocampus; LSD - dorsolateral septum; CIC / InCo - the central nucleus of the lower collic of the quadrilateral / intercollicular nucleus; SR — caudal part of the shell; SVZ - subventricular zone. Numbers indicate the number of synaptic transmissions overcome by the nanoparticles of the invention, ranging from olfactory receptors located in the OU.

FIG. 3 shows an example of constructing a mathematical model describing the quantitative dynamics of accumulation of nanoparticles (using as an example nanoparticles containing Mn3O4), as measured by MRI in the olfactory bulb (MOB). Left panel. The model is based on two functions:

MRI zoom function

and the function of decreasing MRI signal S deceit) = ex P

Right panel. The equation

5 (1) - 5 max · · 5 ^ eee y (t) describes the full dynamics of nanoparticle accumulation, where

V max reflects the asymptotic maximum of the MRI signal. The model coefficients are found by the method of nonlinear least squares of the experimental values of the MRI signal, measured after intranasal administration (0.25; 0.5; 1; 2; 4; 12; 24; 48; 96; 168; 336; 504; 672 h) . The calculated maximum accumulation is marked by a dot, the band corresponds to the 95% confidence interval of the model prediction. The coefficients of the models describing the accumulation of nanoparticles in the nuclei of the limbic system are shown in Table. 2 (given below), calculated for nanoparticles containing Mn3O4. In addition, the average time and the maximum rate of accumulation and decrease in the number of nanoparticles can be calculated from the models obtained (see Table 3 below).

FIG. 4 shows the relationship between the various parameters of the accumulation and elimination of nanoparticles containing Mn 3 O 4 and the number of synaptic gears overcome by nanoparticles. The obtained dependences were determined on the basis of quantitative analysis of the MRI signal (see Example 4, Tables 2 and 3) after intranasal administration of 10 μl of nanoparticles at a molar concentration of [Mn] in the final composition of 0.2 mol / L.

FIG. 4A shows the relationship between the number of synaptic transmissions connecting the nuclei of the limbic system and the characteristic accumulation time ·

FIG. 4B shows the relationship between the number of synaptic transmissions connecting the nuclei of the limbic system and the maximum accumulation rate (h -1 ).

FIG. 4B shows the relationship between the number of synaptic transmissions connecting the nuclei of the limbic system and the maximum magnitude of the MRI signal < max > ·

FIG. 4G shows the relationship between the number of synaptic transmissions connecting the nuclei of the limbic system, the maximum concentration of manganese [Mn] (molar concentration, mM), and the number of nanoparticles containing Mn 3 O 4 per cell.

FIG. 4D shows the relationship between the number of synaptic transmissions connecting the nuclei of the limbic system and the characteristic time of elimination ( Tdeca v).

FIG. 4E shows the relationship between the number of synaptic transmissions connecting the nuclei of the limbic system and the maximum rate of elimination (h -1 ).

- 4 031124

All values are shown on a logarithmic scale and correlation coefficients (r) are indicated. The lines correspond to regression models calculated on a logarithmic scale.

FIG. 5 shows the MRI topography of a brain tumor (xenotransplanted human glioblastoma) relative to the neural pathways after intranasal administration of nanoparticles containing Mn 3 O 4 prepared in accordance with this invention. Human U-87 glioblastoma cancer cells were transplanted into SCID mice in the hippocampal region (left panel). Upon reaching significant development of glioblastoma (glioma, left panel), nanoparticles containing Mn 3 O 4 were intranasally injected into mice. The growth and general localization of the tumor were determined using a T2-weighted MRI of the brain (the tumor is circled in a gray oval). The dynamics of passage and accumulation of nanoparticles containing Mn 3 O 4 from the olfactory bulb (MOB) was investigated using T1-weighted MRI tomography (accumulation areas within the tumor are marked with a white oval). After 96 h, substantial accumulation of nanoparticles containing Mn 3 O 4 is found in those parts of the tumor that intersect the path of nanoparticles through the structures of the limbic system, for example, in the areas of the hippocampus (Hip), dorsolateral partition (LSD) and subventricular zone (SVZ). The relative intensity of the MRI signal is marked on the scale.

FIG. 6 shows the quantitative dynamics of the passage of nanoparticles containing Mn 3 O 4 through the limbic system in SCID mice with human xenografts. The block diagrams of the accumulation of nanoparticles containing Mn 3 O 4 in the structures of the limbic system: MOB, AON, Pir, Hip, and also in the tumor itself (glioma), after intranasal administration in SCID mice with developed glioblastomas (xenotransplant group) with respect to to reference models, expressed in the magnitude of the MRI signal. The diagrams (boxes) correspond to a 25-75% range of values on a sample of 6 mice, the lines indicate the median, and the whiskers are -1.5xIRQ (interquartile range).

FIG. 7 shows nonspecific accumulation of nanoparticles containing Mn3O4 in human glioblastomas when nanoparticles are introduced into the blood.

When administered intravenously, there is a rapid accumulation of nanoparticles containing Mn 3 O 4 in the glioblastoma (glioma, white oval) for already 10 minutes. MRI analysis after the intravenous injection of these nanoparticles allows to detect the development of a cancer tumor at early stages, but does not allow to identify the topographic location (map) of the tumor relative to the nerve pathways. The growth and general localization of the tumor were determined using a T2-weighted MRI of the brain. The dynamics of passage and accumulation of nanoparticles containing Mn 3 O 4 were examined using T1-weighted MRI tomography. The relative intensity of the MRI signal is marked on the scale.

The implementation of the invention

The invention is further illustrated by experimental examples, confirming the possibility of carrying out the invention with the achievement of the above technical results.

Example 1. The preparation and characterization of stable nanoparticles of manganese oxides and hydroxides.

For the synthesis of nanoparticles of manganese oxides and hydroxides, the following initial solutions were used.

Reagent 1: manganese chloride (MnCl 2 ) at a concentration of 0.5 mol / l;

Reagent 2: Polysorbate-20 (commercial name Tween® 20) in an amount of 20% by weight;

Reagent 3: potassium hydroxide (KOH) at a concentration of 2 mol / l;

Reagent 4: hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) in an amount of 10 wt.%.

All solutions were prepared in ultrapure water Mili-Q, corresponding to the international standard ISO 3696.

Next, the particles were obtained in accordance with the following protocols.

Protocols A, B, V.

1) From the initial reagents, 2 solutions were prepared in 50 ml Falcon ™ plastic tubes.

Solution 1: To 15 ml of reagent 2 solution (20 wt.% Tween® 20) 10 ml of reagent 1 solution (MnCl 2 at a concentration of 0.5 mol / l) was added,

Solution 2: To 5 ml of reagent 3 solution (KOH at a concentration of 2 mol / l) was added 20 ml of reagent 2 solution (Tween® 20 in an amount of 20 wt.%).

Protocol A: solution 1 and solution 2 were incubated for 30-60 minutes at room temperature (20-25 ° C).

Protocol B: solution 1 and solution 2 were incubated for 30-60 minutes in a thermostat at 80 ° C.

Protocol B: solution 1 and solution 2 were incubated for 30-60 minutes on ice (0-4 ° C).

2) After this, solution 1 was added to solution 1 and, after stirring, the prepared mixture was divided into two equal parts (25 ml each) in Falcon ™ 50 ml tubes. The tubes were placed in a QSonica Q700 ultrasonic homogenizer bath (QSonica, USA) and the reaction was carried out for 60 minutes at room temperature (20-25 ° C) with the following ultrasonic homogenization parameters: frequency - 20 kHz, power - 300 W / l, 60 cycles (30 s with the device turned on and 30 s with the device turned off).

3) After completion of the reaction, the obtained nanoparticles were washed from an excess of polysorbate-20 and unreacted components. For this, nanoparticles were precipitated by centrifugation: 10 minutes at

- 5,031,124

20000 g (relative strength of centrifugation - RCF) and a temperature of 4 ° C. After centrifugation, the supernatant was collected and the particles were diluted in ultrapure Mili-Q water. Water was added to 25 ml to each tube. The resulting solution was homogenized in an ultrasonic homogenizer QSonica Q700 (QSonica, USA) at room temperature (20-25 ° C) with the following parameters of ultrasonic homogenization: frequency - 20 kHz, power - 300 W / l, 60 cycles (30 s with the device turned on and 30 seconds when turned off).

4) Next, the particles were washed 3 times with water, as described above in step 3, and the particles were besieged each time by centrifugation for 40 minutes at 20,000 g and 4 ° C. After the last ultrasonic washing, the finished particles are stored at room temperature.

Nanoparticles obtained according to protocol (A) correspond to Mn 3 O 4 .

Nanoparticles obtained according to protocol (B) correspond to Mn 3 O 4 with a non-separable impurity of Mn (OH) 2 nanoparticles.

After 2-3 weeks, the nanoparticles prepared according to protocol (B) are divided into 2 approximately equal phases by centrifuging at 20,000 g for 40 minutes at 4 ° C. The lower (dark) phase is represented by Mn 3 O 4 nanoparticles, the upper (whitish) Mn (OH) 2 nanoparticles. Thus, the separation of the upper phase from the bottom after the implementation of the method according to the protocol (B) allows to obtain two types of manganese nanoparticles, namely nanoparticles containing Mn3O4, and nanoparticles containing Mn (OH) 2.

Protocol G.

1) From the initial solutions were prepared 2 solutions in plastic tubes Falcon ™ 50 ml.

Solution 1: To 15 ml of reagent 2 solution (20% Tween® 20 in the amount of 20 wt.%) 10 ml of reagent 1 solution (MnCl 2 at a concentration of 0.5 mol / l) was added;

Solution 2: To 5 ml of reagent 3 solution (KOH at a concentration of 2 mol / l) were added 20 ml of reagent 2 solution (Tween® 20 in an amount of 20 wt.%) And 2 ml of reagent 4 (H 2 O 2 in an amount of 10 wt. %).

Solution 1 and solution 2 were incubated for 10-20 minutes at room temperature (20-25 ° C). Next, the reaction was carried out as described in Protocol (A).

The nanoparticles obtained by the protocol (G) correspond to MnO (OH) 2.

Protocol D.

1) From the initial solutions were prepared 2 solutions in plastic tubes Falcon ™ 50 ml.

Solution 1: To 15 ml of reagent 2 solution (Tween® 20 in the amount of 20 wt.%) 10 ml of reagent 1 solution (MnCl 2 at a concentration of 0.5 mol / l) was added;

Solution 2: To 5 ml of reagent 3 solution (KOH at a concentration of 2 mol / l) was added 20 ml of reagent 2 solution (20% Tween® 20).

Solution 1 and solution 2 were incubated for 30-60 minutes at room temperature (20-25 ° C).

2) After that, the tube with solution 2 was placed in a QSonica Q700 ultrasonic homogenizer bath (QSonica, USA) and with the device turned on (frequency - 20 kHz, power - 300 W / l) solution 1 and 2 ml of reagent 4 solution (H 2 O 2 in the amount of 10 wt.%). After mixing by transferring the mixture from one tube to another (2 times), the prepared mixture was divided into two equal parts (25 ml each) in Falcon ™ 50 ml tubes and subjected to ultrasound treatment as described in protocol (A).

All subsequent steps were carried out as described in protocol (A).

Nanoparticles obtained according to protocol (D) correspond to MnO (OH) 2 with an admixture of Mn3O4 nanoparticles.

The volume of the reaction mixture can be reduced to 5 ml or increased in the presence of an ultrasonic homogenizer for large volumes.

It should be noted that polysorbate (in particular, polysorbate-20, which was used in Protocols A to D) can be replaced by other non-ionic surfactants (Nonidet P40 (Nonidet P40), Triton X100 (Triton X100), etc. ).

The size of the nanoparticles containing the above oxides and hydroxides of manganese, can vary depending on the concentration of nonionic surfactants, in particular polysorbate-20. Polysorbate-20 is present in nanoparticles in a concentration of from 5 to 10 wt.%. The concentration of the incorporated polysorbate-20 can be estimated by weighing the dried nanoparticles.

The temperature and time of incubation of solutions 1 and 2 can be varied to increase or decrease the degree of oxidation of manganese in nanoparticles.

Example 2. Obtaining a diagnostic composition containing nanoparticles according to the invention.

To obtain a diagnostic composition for intranasal administration after the last ultrasonic washing, the prepared particles are dissolved or

a) in water with or without added mucolytic agent; or

b) in physiological solution (0.9 wt.% NaCl) with or without the addition of mucolytic agent; or

c) in any other buffer medium compatible with intranasal administration, with or without the addition of mucolytic agent.

The volume of solvent according to the above options a), b) and C) preparation of the composition

- 6 031124 can vary from 5 to 50 ml depending on the desired concentration of nanoparticles and, in a preferred embodiment, is 25 ml. The molar concentration of manganese [Mn] included in the nanoparticles in the final composition is preferably 0.2 mol / l, but depending on the final volume of the composition it can vary in the range from 0.1 to 1 mol / l.

For the preparation of a composition intended for intravenous administration, the nanoparticles are dissolved in physiological solution (0.9 wt.% NaCl) or in any other buffer medium suitable for intravenous administration in a volume from 5 to 50 ml, without the addition of a mucolytic agent. In a preferred embodiment, the preparation of a composition intended for intravenous administration, the volume of solvent is 25 ml.

The resulting solution is homogenized in an ultrasonic homogenizer. Preferably, a QSonica Q700 homogenizer (QSonica, USA) is used, the homogenization is carried out at room temperature (20-25 ° C) with the following parameters of ultrasonic homogenization: frequency - 20 kHz, power - 300 W / l, 60 cycles (30 s with the device turned on and 30 seconds when turned off).

The technical result achieved by the addition of mucolytic agents is to improve the passage of nanoparticles according to the invention from the olfactory epithelium to the brain. Acetylcysteine (ACC, or N-acetyl-Gcysteine) is preferably used as a mucolytic agent; in other embodiments, carbocysteine, erdostein, ambroxol, or any other agent that depolymerizes and liquefies the mucoprotein and mucopolysaccharide fibers can be used. The amount of mucolytic agent can be from 0.1 to 10 wt.%, Inclusive of the weight of the composition. In particular, the amount of mucolytic agent can be 0.1, 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10 wt.%. Alternatively, any amount may be used in the intervals between the indicated values. Thus, the diagnostic composition of the invention is a solution containing nanoparticles prepared in accordance with any of the above protocols A, B, D and / or D, water or saline and, optionally, a mucolytic agent.

Examples of obtaining diagnostic compositions for intranasal administration.

A ') Nanoparticles obtained according to Protocol A (or B, D, D), after the last wash, are dissolved in 25 ml of water containing an amount of acetylcysteine, carbocysteine, erdostein or ambroxol, selected from the following: 0.1, 0.5, 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10 wt.%. While the molar concentration of manganese [Mn], part of the nanoparticles in the final composition is 0.2 mol / L. The number of nanoparticles in the finished composition can be 64.2 ± 6.1 g / l (for nanoparticles prepared according to Protocol A); 36.2 ± 6.1 g / l (for nanoparticles prepared according to Protocol C) and 39.4 ± 6.1 g / l (for nanoparticles prepared according to Protocols D and D). The correction to the mass of nanoparticles ± 6.1 g / l depends on the amount of polysorbate-20 included in the composition of the nanoparticles, which can vary from 5 to 10% by weight of the nanoparticles.

B ') Nanoparticles obtained according to Protocol A (or B, D, D), after the last wash, are dissolved in 25 ml of water containing 0.9 wt.% NaCl, with an amount of acetylcysteine, carbocysteine, erdosteine or ambroxol selected from the following: 0.1, 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, or 10 wt.%. While the molar concentration of manganese [Mn], part of the nanoparticles in the final composition is 0.2 mol / L. The number of nanoparticles in the finished composition can be 64.2 ± 6.1 g / l (for nanoparticles prepared according to Protocol A); 36.2 ± 6.1 g / l (for nanoparticles prepared according to Protocol C) and 39.4 ± 6.1 g / l (for nanoparticles prepared according to Protocols D and D).

B ') Nanoparticles obtained according to Protocol A (or B, D, D), after the last wash, are dissolved in 25 ml of sodium phosphate buffer (8.00 g / l NaCl, 0.20 g / l KCl, 1.44 g / l Na 2 HPO 4 , 0.24 g / l KH 2 PO 4 , pH 7.4), with an amount of acetylcysteine, carbocysteine, erdosteine or ambroxol, selected from the following: 0.1, 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, or 10 wt.%. While the molar concentration of manganese [Mn], part of the nanoparticles in the final composition is 0.2 mol / L. The number of nanoparticles in the finished composition can be 64.2 ± 6.1 g / l (for nanoparticles prepared according to Protocol A); 36.2 ± 6.1 g / l (for nanoparticles prepared according to Protocol C) and 39.4 ± 6.1 g / l (for nanoparticles prepared according to Protocols D and D).

The resulting composition is homogenized in an ultrasonic homogenizer QSonica Q700 (QSonica, USA) at room temperature (20-25 ° C) with the following parameters of ultrasonic homogenization: frequency - 20 kHz, power - 300 W / l, 60 cycles (30 s with the device turned on and 30 seconds when turned off). The finished compositions are stored at room temperature or at + 4 ° C. Before use, after long storage (more than a month), it is desirable to rehomogenize the finished compositions in an ultrasonic homogenizer with the same parameters: frequency -20 kHz, power - 300 W / l, 60 cycles (30 s with the device turned on and 30 s with the device off).

Example 3. The study of the physico-chemical properties of the obtained nanoparticles.

The morphology and size of nanoparticles.

The morphology and dimensions (diameter) of nanoparticles containing manganese oxides, manganese oxide hydroxides and manganese hydroxides in accordance with the invention (Fig. 1A) were studied by means of

- 7 031124 scanning electron microscopy (TEM) on a JEM 1400 microscope (JEOL, Japan) with a Veleta digital camera (SIS, Germany).

Hydrodynamic diameter and zeta potential (Q nanoparticles containing oxides, oxides of hydroxides and manganese hydroxides in accordance with the invention, was determined in suspension by dynamic light scattering at 90 ° scattering angles and 22 ° C and electrophoresis, respectively, using Zetasizer NanoZS (Malvern, England ) in accordance with the manufacturer’s protocol (Table 1).

Among other things, the authors determined the structure of nanoparticles containing manganese oxides and manganese hydroxides in accordance with the invention (Table 1) using EXAFS spectroscopy, FIG. 1B). In accordance with the invention, nanoparticles prepared according to Protocol A have an amorphous-crystalline structure; according to protocols C, D, D - amorphous structure.

Table 1

Nanoparticle Characteristics

Nanoparticles Structure * 3 * cUq (nm) **> ς (mV) <®> rl, (mM1. s- 1 ) <=> r2, (mM -1 s' 1 ) <"> Accumulation | r > M113O4 (Protocol A) amorphous crystal 128.3 ± 11 -25, b ± 3 0.28 10.71 + MP (OH) 2 (Protocol B) amorphous 115.2 ± 15 -22.7 ± 7 0, 35 12.7 ++ MpO (OH) g amorphous 128.6 ± -22.3 ± 5 0.31 11.74 ++ (Protocol D) 24 MpO (OH) 2 (Protocol E) amorphous 132.5 ± 11 -19.8 ± 4 0, 35 13, 88 ++ Gd 2 O 4 (USNano) crystalline 152 ± 22 -48 ± 5.2 0.5 13.2 -

(a) The structure of the nanoparticles (amorphous, amorphous-crystalline and crystalline) was determined by EXAFS spectroscopy. Nanoparticles prepared in accordance with protocols A, B, D and D, do not have a pronounced crystal lattice and have an amorphous or amorphous-crystalline structure.

(b) The Idrodynamic diameter (d aq ) and zeta potential were measured using a Zetasizer Nano ZS ™ (Malvern).

(c) The r1 and r2 relaxation of nanoparticles were determined on a BioSpec 117/16 USR (11rub), 11.7 Tesla ultra-high-resolution tomograph.

(d) Accumulation of nanoparticles in olfactory bulbs.

X-ray diffraction data (XRD, X-ray powder diffraction) confirm that nanoparticles prepared according to protocols A, C, D, D correspond to the indicated formulas. XRD was carried out on the VEPP-3 accelerator complex with the following synchrotron radiation parameters: a monochromatic beam wavelength λ = 0.1516 nm and an angle range of 2Θ from 45 to 75 °. The spectra were compared with the diffraction base of this Match! (Crystal Impact, Germany).

Manganese is a paramagnetic, therefore, is able to reduce the time of spin-lattice relaxation T1. For all manganese nanoparticles used, characteristic relaxation times were obtained on a BioSpec 117/16 USR (Bruker, Germany) -11.7 ultra-high-resolution tomograph (Table 1). The reciprocal of the relaxation value (T1 -1 , ms -1 ) was directly proportional to the concentration of nanoparticles containing oxides, oxides, hydroxides and manganese hydroxides in accordance with the invention, and inversely proportional to size. All nanoparticles obtained by the authors have increased R1 relaxivity, which makes them suitable for MRI studies as contrast agents.

Solubility of nanoparticles containing manganese oxides and manganese hydroxides in accordance with the invention.

One of the important properties of these nanoparticles is their low solubility, which reduces the toxicity associated with soluble manganese ions. To measure the solubility of nanoparticles containing Mn 3 O 4 prepared according to Protocol A, the authors used the property that adding Mn 2+ ions to a solution of nanoparticles containing Mn 3 O 4 reduces T1 relaxation time. This allows you to directly evaluate the solubility of nanoparticles containing Mn 3 O 4 , based on the calibration

- 8,031,124 curve. Thus, to assess the solubility, a colloidal solution of nanoparticles containing Mn 3 O 4 was diluted in 10 volumes of citrate buffer (citric acid / sodium citrate; pH ~ 7.0 or pH ~ 4.0) and incubated at 22 ° C for 240 h with sampling (400 μl) to determine the T1 relaxation time. At neutral pH, the T1 relaxation time does not change, which indicates the insolubility of nanoparticles containing Mn 3 O 4 . At acidic pH (~ 4.0), characteristic of a number of cellular organelles, such as lysosomes, there is a decrease in T1 relaxation time, which indicates a partial dissolution of nanoparticles containing Mn 3 O 4 . The dissolution of nanoparticles containing Mn 3 O 4 at pH ~ 4.0 is described by a logistic curve, analysis of which shows that the maximum released concentration of Mn 2 + / 3 + ions reaches ~ 8.7% of the total volume after 48 hours with a plateau ( Fig. 1B). Nanoparticles prepared according to protocols C, D and D, had comparable solubility characteristics.

Example 4. Diagnostic studies using nanoparticles containing manganese oxides and hydroxides as contrast agents for MRI.

Lines of mice, conditions of detention and research protocols in mice.

Studies of the passage of nanoparticles from the nasal cavity into the brain were carried out on male BALB / c SPF (Specific Pathogen Free) male status of 12-14 weeks old, weighing 28-32 g.

After jigging at 3 weeks of age and prior to the beginning of the experiments, the mice were kept in groups of 5 individuals of the same sex in individually ventilated cells of the OptiMice system (Animal Care Systems, RF) under controlled conditions, at a temperature of 22-26 ° C, relative humidity of 30-60% and light mode light / dark 14/10. Briquetted feed (SSNIFF, Bio Service, Germany) and mouse water were given ad libitum. Dust free sawdust was used as a litter material.

For studies of the passage of nanoparticles from the nose to the brain, colloidal solutions of nanoparticles containing Mn x O y (at a molar concentration of [Mn] 0.2 mol / l) were administered once into one or both nostrils (intranasally) 10 μl each.

Studies of the passage of nanoparticles containing Mn x O y from the nasal cavity to the brain during the development of a brain tumor were conducted on SCID males (SHO-Prkdc scid Hr hr ) (Charles River, USA) with SPF status at the age of 8-12 weeks. For this purpose, before starting the experiment, U87 glioblastoma cell cultures were cultured (5-7 passages) in DMEM-F12 (1: 1) medium containing 10% fetal serum (FBS). Before injection, the tumor cells were removed from the substrate with Trypsin-Versen solution, centrifuged for 5 min at 1000 rpm (rpm) and resuspended in serum-free medium at a concentration of 100 thousand cells in 1 μl. Before the operation, the animal was anesthetized with isoflurane gas anesthesia (Baxter Healthcare Corp., USA) using the Univentor 400 Anesthesia Unit (Univentor, Malta) on a heated operating table with a surface temperature of 37 ° C. The cell suspension was introduced into the subcortical structures of the brain in the region of the hippocampus to a point through an opening in the cranium of the animal. To do this, a 3-4 mm long skin incision was made in the bregma area on the head in the caudal-cranial direction and 5 μl of cell suspension (500 thousand cells) was injected through the opening in the skull. The growth dynamics of tumors and the accumulation of nanoparticles containing Mn 3 O 4 in them were investigated using magnetic resonance imaging (MRI).

Magnetic resonance imaging (MRI).

The distribution of MnxOy-containing nanoparticles by brain structures and mouse blood was investigated by MRI based on T1-weighted images using the FLASH (Fast Low Angle Shot) method using the BioSpec 117/16 USR Ultra-High Tomography (Bruker, Germany) -11 , 7 Tesla. Parameters of the pulse sequence of the method (TE = 2.5 ms, TR = 200 ms); image parameters (size 2.5x2.5 cm; matrix 512x512 pixels; slice thickness 0.5 mm; distance between slices 0.5 mm; number of slices 15; orientation of the slices is axial) total scan time 6 min. To obtain the numerical values of the MRI contrast for each of the investigated image structure were subjected to additional processing. To get rid of irregularities associated with the sensitivity of the surface coil, a Gaussian low-pass filter with a radius of 10 pixels was applied to the original image. The magnitude of the MRI contrast (S (t)) was calculated as the ratio of the MRI signal after the introduction of nanoparticles containing Mn x O y <> to the magnitude of the signal before the introduction of nanoparticles containing Mn x O y ( S O j. S (t) = 1 2 (MRI: S [W ] / S °).

To calibrate the values of the MRI signal with the accumulation of nanoparticles containing Mn 3 O 4 in the brain, the method of two-stringed atomic emission spectroscopy was used in the brain. For this, 6 males of the BALB / c line were intranasally injected with 10 μl of a colloidal solution of Mn3O4 - NP (nanoparticles containing Mn3O4) prepared according to Protocol A into each nostril and after 24 hours the magnitude of the MRT signal

Immediately after MRI, olfactory bulbs were removed from mice to further determine the concentration of manganese using a two-stringed atomic-emitting plasmatron arc. Both olfactory bulbs from each animal were combined into one sample, thus, all

- 9 031124 6 samples were formed. Data on the concentration of Mn in the olfactory bulbs studied was highly reliably correlated with the MRI signal values (Fig. 1D).

Considering that the average diameter of nanoparticles containing Mn 3 O 4 is ~ 30 nm; spherical volume (V) -1,414-10 nm (1,414-10 - cm); density (ρ) Mn3O4 ~ 4.86 g / cm; mass nanoparticles containing Mn3O4 (m = Vp), is -0.1 femtogramm (1.0-10 -16 g) and the number of molecules per particle Mn3O 4 is -263,2-10 3. From here it is possible to compare the concentration of manganese accumulated in the tissues with the number of nanoparticles. So, taking into account the fact that nanoparticles containing Mn x O y predominantly accumulate in the glomerular and mitral layers of the olfactory bulb, where the average number of neurons is -3.8-10 8 / cm 3 , which is comparable to the average density of neurons in the brain component -10 8 / cm 3 (or gram), the authors attributed the change in MRI signal to the number of particles per cell (Fig. 1D).

Improved passage of amorphous and amorphous-crystalline Mn x O y H z nanoparticles - NP from the nose to the brain.

With the direct introduction of Mn x O y H z solutions - NPs (nanoparticles containing Mn x O y H z ) into the nasal cavity, there is a uniform sedimentation of nanoparticles on the surface of the olfactory epithelium (OE) and the capture of olfactory receptors by cells. After that, Mn x O y H z - LFs are transferred to the olfactory bulb nucleus (MOB) by axonal transport, as shown by quantitative T1-weighted MRI analysis (Fig. 2A). At the same time, the passage of amorphous nanoparticles prepared according to protocols C, D, D, and amorphous-crystalline (protocol A) is significantly improved compared to crystalline Gd 2 O 3 nanoparticles (Fig. 2 A).

Neuronal transport of amorphous and amorphous-crystalline Mn x O y H z nanoparticles - NP.

From MOB, nanoparticles can move deeper into the brain along the olfactory tract and the limbic system. Indeed, MRI analysis of the accumulation of Mn 3 O 4 - NP revealed a significant increase in the MRI signal compared to control (before the introduction of particles) for 168 h in the following structures: anterior olfactory nucleus (AON); pear-shaped bark (Piriform Cortex - Pir); Agranular region of the insular cortex (Agranular Insular Cortex - AI); Lateral entorhinal cortex / medial entorhinal cortex (Lateral and Medial Entorhinal Cortex - LEnt / MEnt); dentate gyrus (Dentate Gyrus - DG); the amygdala (Amygdala - AMYG); Pale Ball (Globus Pallidus - GP); the core core of the edge strip (Bed Nucleus of the Terminal Terminal - BNST); Hippocampus (Hippocampus Hip); dorsolateral septum (Dorsolateral Septum - LSD); nuclei of the thalamus: the central nucleus of the lower collar of the tetragonal / intercollicular nucleus (CIC / InCo); caudal shell (Caudoputamen - CP); as well as the subventricular Zone (SVZ), and a number of other brain structures (Fig. 2B, 2B). It should be noted that during the whole time, up to hatching, the Mn x O y H z nanoparticles remain strictly localized within the limits of the designated brain structures. This indicates that the nanoparticles spread through the brain by neuronal transport intracellularly, while overcoming a number of synaptic transmissions. Thus, in order to reach the deepest regions represented by the CIC / InCo thalamus nuclei, at least 7 synaptic transmissions must be overcome from the surface of the OE nanoparticles (Fig. 1B).

Statistical and mathematical analysis of the dynamics of the accumulation of MnxOyHz - LF.

MR images were processed and counted using ImageJ using a set of standard tools (Schneideretal., 2012). Statistical data analysis, linear and non-linear regression models were performed in R (RCoreTeam, 2015). To search for the coefficients of nonlinear regression models, the Levenberg-Marquardt algorithm was used, aimed at solving least-squares problems with a restriction on the parameters.

Briefly, the dynamics of accumulation and elimination of nanoparticles containing Mn x O y H z , according to time J) different brain regions, expressed by the magnitude of the MRI signal

S (t) = log 2 (MRT: y1 Mp 1/5 °) can be empirically described as follows:

where corresponds to the asymptotic maximum of the MRI signal;

t ass and τ <ΙεΓα ? - characteristic time of accumulation and decrease, respectively;

= describes an exponential increase in the MRI signal, depending on

time; and describes an exponential decrease in the MRI signal as a function of time (Fig. 3).

- 10 031124

Next, taking the derivatives of and you can determine the changes in the rate of increase and decrease (deca / \ MRI signal depending on time. So,

In addition, one can calculate the mean accumulation / decrease time 'as well as meMn x OyHz-H4 τ τ · Γ (1 + 1 //?) (G is the gamma function) and the variance of the diane ( ίϊχ2 ) and the mode Μο ~ τ 1 4β for times of accumulation / decrease. Finally, the maximum rate of accumulation / decrease achieved with tl = Mo “^ · and t2 ~ WOctecay , respectively, will be equal to

Quantitative dynamics of the passage of nanoparticles Mn x O Y H z - NP from the nose to the brain.

Thus, the determination of the coefficients of the model (1) from experimental data on the accumulation of Mn x O y H z - LF in different parts of the brain, detected by MRI, gives a complete picture of the dynamics of the passage of nanoparticles along the nerve paths (Tables 2, 3).

table 2

Model 1 parameters ! changes in the MPT signal as a function of time after intranasal administration of Mn 3 O 4 - LF

Structure S waKC ± SE ± SE pdeciy ± SE ± SE Tctacay ± SE MOV 3.31 ± 0.12 0, 65 ± 0.04 1.24 ± 0, 11 3.63 ± 0.47 333.74 ± 16, 67 AON 1.79 ± 0, 12 1, 68 ± 0.14 1.23 ± 0.15 18.30 ± 1.23 239.13 ± 19, 12 PIR 2.23 ± 0, 07 1, 90 ± 0.15 1.58 ± 0.14 16.23 ± 0.73 332.38 ± 13, 19 AI 1, 58 ± 0, 13 1, 48 ± 0.15 1.43 ± 0.21 21.54 ± 2, 14 279.19 ± 23, 50 LEnt 1.29 ± 0, 06 2, 11 ± 0,39 1.43 ± 0.21 11.70 ± 0.78 392.73 ± 25, 59 Ment 1, 17 + 0, 07 1.19 + 0.13 1.99 + 0.34 25.19 + 3.10 426.94 + 23.78 DG 0, 95 ± 0, 05 1, 63 ± 0.26 3.36 + 0.68 45.40 ± 4.83 463.11 ± 19, 05 Svz 1.58 ± 0, 11 1.01 ± 0.09 2.41 ± 0.35 39.14 ± 5.61 457.69 ± 19, 64 CP 0, 81 ± 0.23 1.49 ± 0.15 1.17 ± 0.35 46.39 ± 9.69 274.15 ± 77.27 Amygdala 1, 85 ± 0.20 1.29 ± 0.11 2.33 ± 0.37 72.16 ± 11.11 435.15 ± 25, 92 GP 1, 86 + 0.46 1.41 + 0.14 2.24 + 0.53 95.23 + 25.12 370.01 + 44.81 Bnst 1.29 ± 0, 12 1.13 ± 0.11 3.25 + 0.55 67.73 + 11.49 482.30 ± 19.24 Hip 1.36 ± 0, 10 1.00 ± 0.10 2.30 ± 0.39 33.28 ± 5.38 430.74 ± 22.30 LSD 0, 92 ± 0, 10 2.76 ± 0.63 1.63 ± 0.35 57.04 ± 5, 07 402.41 ± 37.48 CIC / InCo 1.24 ± 0, 38 1.40 ± 0, 17 1.56 ± 0.55 74.68 ± 21.92 394.04 ± 89, 61 SE - standard error coefficient ( model candidates

- 11 031124

Table 3

Average times and maximum rates of accumulation and elimination of Mn 3 O 4 - LF

The average time Maximum Average time Maximum accumulation speed deductions speed Structure ± accumulation (hour - deductions g clock) H < r ( T de e ^) f Part 1) (hour -1 )

mov 4.96 ± 7.91 NA 311.60 ± 253.36 -0,0022 AON 16.34 ± 10.02 0.0424 223.56 ± 182.74 -0,0031 PIR 14.40 ± 7.37 0.0512 298.44 ± 193.73 -0.0023 AI 19.47 ± 13.35 0.0345 253.55 ± 179.49 -0, 0026 LEnt 10.37 ± 5.16 0.0761 356.80 ± 253.22 -0,0019 Ment 23.76 ± 20.09 0.0301 378.39 ± 198.33 -0, 0020 DG 40.63 ± 25.54 0,0169 415, 78 ± 136, 63 -0, 0028 svz 36.91 ± 38.36 0.0241 405, 76 ± 179, 59 -0, 0021 CP 41.92 + 28.67 0,0160 259.35 ± 221.52 -0, 0028 Amygdala 66.79 ± 52.32 0,0102 385.56 ± 175.78 -0,0022 GP 86.68 ± 62.28 0,0077 327.72 ± 154.66 -0,0025 Bnst 64.80 ± 57.47 0,0116 432.32 ± 146, 10 -0, 0026 Hip 33.28 ± 33.27 0,0300 381.60 1 175.88 -0,0022 LSD 50.77 ± 19.85 0,0192 360, 19 ± 226, 57 -0,0019 CIC / InCo 68.06 ± 49.20 0,0098 354.16 ± 231.94 -0,0019

Thus, it was noted that with the overcoming of synaptic transmissions, the characteristic accumulation time of Mn 3 O 4 increases - LF < Gpge) ·

In this case, both the maximum magnitude of the MPT signal ^ max and the concentration [Mn], and the maximum rate of accumulation of nanoparticles (Tables 2, 3; Fig. 4A, 4B, 4B, 4G) decrease. Thus, the maximum MRI signal is detected in the MOB, and taking into account the ratio between the magnitude of the MRI signal and the number of particles in the neuron (Fig. 1D), MOB cells accumulate ~ 20,000 particles per cell at a manganese concentration greater than 2 mmol / L (Fig. 4D) . However, in deeper nuclei, such as, for example, BNST, LSD, CIC, the maximum number of Mn 3 O 4 - NP nanoparticles is ~ 500-1000 per cell and the total content of manganese contained in the particles is about 0.1 mmol / l and less (Fig. 4G). It is known that concentrations of Mn 2+ ions above 0.1 mmol / l are neurotoxic, however, the authors found that the solubility of the nanoparticles according to the invention does not exceed 10% even at pH ~ 4.0 (Fig. 1B). In other words, the concentration of Mn 2+ ions for most structures does not exceed the neurotoxic one.

In contrast to the time and rate of accumulation, the time and speed of removal of Mn x O y H z nanoparticles is significantly lower (Tables 2, 3, Fig. 4D, 4E). So, if the time to reach maximum values of the MRT signal after intranasal administration of Mn 3 O 4 -NP is in the range from 24 to 168 h, then complete elimination is observed within 672 h (Fig. 2B).

The characteristic time of removal of MI 3 O 4 - LF " T " egau : varies from ~ 250 to ~ 500 h and is partly correlated with the relative distance from the OE (Fig. 4D). Moreover, the maximum rate of reduction of the MRI signal is an order of magnitude smaller and does not correlate with the relative distance from the OE (Fig. 4E). Hence the conclusion that, in contrast to accumulation, the elimination of manganese nanoparticles is in no way connected with axonal transport. One of the possible mechanisms for removing nanoparticles from cells can be either exocytosis, or, more likely, the slow dissolution of nanoparticles with the subsequent elimination of Mn 2 + / 3 + ions.

Taken together, these results show that Mn x O y H z nanoparticles are captured from the surface of the olfactory epithelium by the olfactory receptor cells and moving along the nerve pathways in strict accordance with the trajectory of the olfactory tract and the limbic system. The movement of nanoparticles most likely occurs through axonal transport at speeds corresponding to the lower limit of fast axonal transport (~ 1-2.5 mm / h). With the overcoming of synaptic transmissions, the maximum number of particles per cell falls and the characteristic accumulation time increases. The nanoparticles according to the invention containing Mn3O4 reach relatively deep structures of the limbic system, represented by the thalamic nuclei (CIC / InCo). Whole accumulation process

- 12 031124 nanoparticles according to the invention, containing Mn 3 O 4 , takes about 168 h, after which the nanoparticles are gradually removed from the brain. Given the low solubility of the nanoparticles according to the invention containing Mn 3 O 4 , complete elimination is observed after 28 days after the start of the experiment. At the same time, low solubility provides a low level of free Mn 2+ ions with neurotoxic effects. Indeed, during the whole experiment, we did not observe any changes in the state and behavior of animals in the experimental group. The remaining Mn x O y H z - NP nanoparticles obtained by protocols C, D, and D have similar characteristics.

Example 5. MRI diagnostics of lesions of the central nervous system and topographic diagnosis of brain tumors relative to the nervous pathways.

The ability of nanoparticles obtained by the authors of the invention to move strictly along the pathways of the nervous system, together with their paramagnetic properties and the possibility of detection using T1-weighted MRI, opens up broad prospects for their diagnostic use. To illustrate this diagnostic application, the inventors performed xenotransplantation of U87 human glioblastoma cells to SCID mice (SHO-Prkdc scld Hr hr ) in the hippocampus region (Hip). The growth dynamics of tumors was determined by T2-weighted MRI and, upon reaching a certain size, nanoparticles of the invention containing Mn3O4 (Fig. 5) were intranasally injected into mice with developed glioblastoma. The passage of nanoparticles containing Mn3O4 through the olfactory tract and the limbic system, and the accumulation of nanoparticles in these structures were examined using T1-weighted MRI for 12, 24, 48, and 96 h after injection (Fig. 5, 6). The average intensity of the MRI signal, determined for 6 mice and characterizing the accumulation of nanoparticles containing Mn 3 O 4 , was compared with the reference models of nanoparticle accumulation in MOB, AON, Pir and Hip (Fig. 6).

This analysis shows that if in MOB the magnitude of the MRI signal in mice with xenograft glioblastoma is comparable to the control, in other sections of AON and Pir there is a decrease in the accumulation of nanoparticles containing Mn3O4 (Fig. 6).

Analysis of the localization of nanoparticles containing Mn 3 O 4 within the glioblast, revealed a specific accumulation of nanoparticles only in those parts of the tumor that intersect with the trajectory of the nanoparticles in the limbic system (Fig. 5). Thus, nanoparticles containing Mn 3 O 4 predominantly accumulate in the areas of tumors bordering the hippocampus (Hip), LSD or SVZ and do not spread further. Thus, these results show that the introduction of magnetic-contrast Mn x O y H z nanoparticles - NPs through the nose allows localizing the areas of cancer tumors adjacent to the olfactory tract and the limbic system.

In contrast to the neuronal pathways, nanoparticles injected into the blood freely spread along the bloodstream and accumulate throughout the entire volume of xenotransplanted tumors (Fig. 7). Such accumulation is possible due to damage to the blood-brain barrier caused by tumor growth, because in control animals, the passage of MnxOyHz nanoparticles from the blood to the brain is either impossible or difficult.

Based on the above properties of nanoparticles, the authors propose the following approach to MRI topography of brain cancers. Thus, the delivery of hydrophilic amorphous or amorphous-crystalline nanoparticles containing Mn x O y H z to the nerve endings (through the nose, or by other methods described above) makes it possible to identify those areas of tumors that are at the intersection with the corresponding nerve paths T1-weighted MRI scanner. At the same time, the simultaneous delivery of nanoparticles or other contrasts that enhance T2-weighted MRI images through the bloodstream (in particular, through intravenous administration) allows the entire tumor to be detected. In combination, this allows for the detailed localization of cancer tumors with their topography relative to the nervous pathways.

Thus, the authors first obtained magnetic-contrast amorphous and amorphous-crystalline nanoparticles based on manganese oxides and hydroxides of the formula MnxOyHz, where x is 1 or 3, y is 2, 3 or 4, z is 2 or absent. The obtained nanoparticles practically do not aggregate and have low solubility at both neutral and acidic pH. The average diameter of the obtained nanoparticles is ~ 30 nm with a hydrodynamic diameter of from 100 to 150 nm. Nanoparticles according to the invention, containing Mn x O y H z , reduce T1 relaxation time and have reduced toxicity, which makes them suitable for various diagnostic studies using MRI.

In addition, it has been experimentally confirmed that with the intranasal administration of these nanoparticles, their effective neuronal uptake and specific accumulation occurs only in those areas of central nervous system tumors that are at the intersection with the trajectory of neuronal transport of these nanoparticles. Given this feature, the delivery of nanoparticles to the nerve endings and receptors of the nerve paths is used to visualize the nerve pathways and to determine the topography of lesions of the central nervous system, in particular cancer tumors, relative to the nerve pathways by MRI.

It was further established that the passage of the nanoparticles according to the invention and their accumulation in the conductive

- 13,031,124 pathways and other structures of the central nervous system depends on the integrity of the nerve paths, which is used for MRI diagnostics of changes in the nervous functions caused by lesions, injuries, neurodegenerative processes, etc. Thus, microdamages of the brain lead to a statistically significant decrease in the accumulation of nanoparticles according to the invention, even in those brain regions that are remote from the site of damage. The authors also noted changes in the dynamics of the passage of nanoparticles containing Mn x O y H z along the nerve pathways caused by microdamages of the brain. Thus, any abnormalities in the dynamics of the passage of nanoparticles in accordance with the invention along the nerve pathways, determined by MRI methods, can be used as a diagnostic marker to identify neurodegenerative processes and damage to the nerve fiber.

When introduced into the bloodstream, which is an additional diagnostic tool in accordance with the invention, the nanoparticles of the invention effectively penetrate brain tumors, providing contrast MRI images throughout the entire tumor volume. It follows that the combination of T1 and T2 of contrasting nanoparticles with their separate introduction through the blood and delivery to the nerves (where the diagnostic composition containing the nanoparticles in accordance with the invention is administered intranasally, and T2 contrasting agents are administered intravenously) is used according to the invention for complex topographic diagnosis bulk formations, in particular tumor processes.

All of these diagnostic tools and methods improve the accuracy of diagnosis and, therefore, provide the best opportunity for adequate treatment of traumatic injuries, ischemic, hemorrhagic lesions and volume structures of the central nervous system.

Claims (18)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1---------------------1---------------------1---------------------1---------------------г1 --------------------- 1 --------------------- 1 ----- ---------------- 1 --------------------- g О 10 20About 10 20 X log2(MPT S^/S°) дX log 2 (MPT S ^ / S °) d О 10 20About 10 20 X log2(MPT S''^/S“)X log 2 (MPT S "^ / S") Фиг. 1 /27%-4 мм ’tEiSA - 6 ММFIG. 1/27% -4 mm 'tEiSA - 6 MM НИЗКИМLOW НИЗКИЙ * высокийLOW * high МРТ сигналMRI signal Фиг. 2FIG. 2 1. Контрастное средство для магнитно-резонансной томографии, содержащее аморфные или аморфно-кристаллические наночастицы, состоящие из оксида или гидроксида марганца формулы MnxOyHz, где х имеет значение 1 или 3, у имеет значение 2, 3 или 4, z имеет значение 0 или 2, причем если х имеет значение 1, то z имеет значение 2; и неионогенного поверхностно-активного вещества.1. Contrast agent for magnetic resonance imaging, containing amorphous or amorphous-crystalline nanoparticles consisting of manganese oxide or hydroxide of the formula Mn x O y H z , where x is 1 or 3, y is 2, 3 or 4, z is 0 or 2, and if x is 1, then z is 2; and nonionic surfactants. 2. Средство по п.1, где оксид марганца имеет формулу Mn3O4.2. The tool according to claim 1, where the manganese oxide has the formula Mn 3 O 4 . 3. Средство по п.1, где гидроксид марганца имеет формулу Mn(OH)2.3. The tool according to claim 1, where the manganese hydroxide has the formula Mn (OH) 2 . 4. Средство по п.1, где гидроксид марганца имеет формулу MnO(OH)2.4. The tool according to claim 1, where the manganese hydroxide has the formula MnO (OH) 2 . 5. Средство по любому из пп.1-4, где неионогенное поверхностно-активное вещество представляет собой полисорбат.5. A tool according to any one of claims 1 to 4, where the non-ionic surfactant is a polysorbate. 6 12 24 48 96 2406 12 24 48 96 240 20 40 6020 40 60 Ί------------'-----'-------1---------1--------------Ί------------------------Г- Ί ------------'-----'------- 1 --------- 1 ------------ --Ί ------------------------ G - О 50 100 150O 50 100 150 X (время, часы) X (time, hours) 1st R-δ, (А)R-δ, (A) 6. Средство по п.5, где полисорбат представляет собой полисорбат-20.6. The tool according to claim 5, where the polysorbate is a polysorbate-20. 7. Средство по п.1, где наночастицы имеют диаметр от 20 до 50 нм по данным просвечивающей электронной микроскопии.7. The tool according to claim 1, where the nanoparticles have a diameter of from 20 to 50 nm according to transmission electron microscopy. 8. Средство по п.1, где гидродинамический диаметр наночастиц находится в пределах от 100 до 150 нм.8. The tool according to claim 1, where the hydrodynamic diameter of the nanoparticles is in the range from 100 to 150 nm. 9. Средство по п.6, где состав наночастиц характеризуется формулой MnxOyHz · (полисорбат-20), при этом полисорбат-20 присутствует в количестве 5-10 мас.% от массы наночастицы.9. The tool according to claim 6, where the composition of the nanoparticles is characterized by the formula Mn x O y H z · (polysorbate-20), while the polysorbate-20 is present in an amount of 5-10 wt.% By weight of the nanoparticles. 10. Средство по п.1, где неионогенное поверхностно-активное вещество выбрано из группы, состоящей из октилфеноксиполиэтоксиэтанола и этоксилата октилфенола.10. The agent according to claim 1, wherein the non-ionic surfactant is selected from the group consisting of octylphenoxypolyethoxyethanol and octylphenol ethoxylate. 11. Средство по п.10, где октилфеноксиполиэтоксиэтанол представляет собой Нонидет Р40.11. The tool of claim 10, where octylphenoxypolyethoxyethanol is Nonidet R40. 12. Средство по п. 10, где этоксилат октилфенола представляет собой Тритон Х100.12. The agent according to claim 10, wherein the octylphenol ethoxylate is Triton X100. 13. Диагностическая композиция для магнитно-резонансной томографии, содержащая средство по любому из пп.1-12 и по меньшей мере одну целевую добавку.13. Diagnostic composition for magnetic resonance imaging, containing a tool according to any one of claims 1 to 12 and at least one targeted additive. - 14 031124 приготовление второго раствора посредством добавления к исходному раствору KOH раствора неионогенного поверхностно-активного вещества;- 14 031124 preparation of the second solution by adding to the initial solution of KOH solution of a non-ionic surfactant; инкубирование первого раствора и инкубирование второго раствора;incubating the first solution and incubating the second solution; смешивание первого раствора со вторым раствором;mixing the first solution with the second solution; гомогенизацию полученной смеси и осаждение наночастиц.homogenization of the resulting mixture and the deposition of nanoparticles. 23. Способ по п.22, где после осаждения проводят отмывку полученных наночастиц от избытка неионогенного поверхностно-активного вещества и непрореагировавших компонентов.23. The method according to p. 22, where, after deposition, the resulting nanoparticles are washed from an excess of non-ionic surfactant and unreacted components. 24. Способ по п.22, где неионогенное поверхностно-активное вещество находится в исходном растворе в количестве 20 мас.%.24. The method according to p. 22, where the non-ionic surfactant is in the initial solution in an amount of 20 wt.%. 25. Способ по п.22, где неионогенное поверхностно-активное вещество представляет собой полисорбат.25. The method according to claim 22, wherein the non-ionic surfactant is polysorbate. 26. Способ по п.25, где полисорбат представляет собой полисорбат-20.26. The method according to claim 25, wherein the polysorbate is polysorbate-20. 27. Способ по п.22, где концентрация MnCl2 в исходном растворе составляет 0,5 моль/л.27. The method according to p. 22, where the concentration of MnCl 2 in the initial solution is 0.5 mol / L. 28. Способ по п.22, где концентрация KOH составляет 2 моль/л.28. The method according to p. 22, where the concentration of KOH is 2 mol / L. 29. Способ по п.22, где инкубирование первого раствора и инкубирование второго раствора проводят в течение 30-60 мин при комнатной температуре.29. The method according to p. 22, where the incubation of the first solution and the incubation of the second solution is carried out for 30-60 minutes at room temperature. 30. Способ по п.29, где комнатная температура составляет 20-25°С.30. The method according to clause 29, where the room temperature is 20-25 ° C. 31. Способ по п.22, где инкубирование первого раствора и инкубирование второго раствора проводят в течение 30-60 мин при нагревании.31. The method according to p. 22, where the incubation of the first solution and the incubation of the second solution is carried out for 30-60 minutes when heated. 32. Способ по п.31, где нагревание проводят до температуры 80°С.32. The method according to p, where the heating is carried out to a temperature of 80 ° C. 33. Способ по п.22, где инкубирование первого раствора и инкубирование второго раствора проводят в течение 30-60 мин при охлаждении.33. The method according to p. 22, where the incubation of the first solution and the incubation of the second solution is carried out for 30-60 minutes with cooling. 34. Способ по п.33, где охлаждение проводят до температуры 0-4°С.34. The method according to p, where the cooling is carried out to a temperature of 0-4 ° C. 35. Способ по п.22, где после перемешивания первого раствора со вторым раствором смесь делят на две части в отдельных емкостях.35. The method according to p. 22, where after mixing the first solution with the second solution, the mixture is divided into two parts in separate containers. 36. Способ по п.34, где указанные емкости представляют собой пробирки.36. The method according to clause 34, where these containers are tubes. 37. Способ по п.22, где гомогенизацию смеси проводят при помощи ультразвукового гомогенизатора.37. The method according to p. 22, where the homogenization of the mixture is carried out using an ultrasonic homogenizer. 38. Способ по п.22, где осаждение наночастиц проводят посредством центрифугирования.38. The method according to p. 22, where the deposition of nanoparticles is carried out by centrifugation. 39. Способ по п.23, где отмывку полученных наночастиц от избытка неионогенного поверхностноактивного вещества и непрореагировавших компонентов проводят водой.39. The method according to item 23, where the washing of the obtained nanoparticles from an excess of non-ionic surfactants and unreacted components is carried out with water. 40. Способ по п.39, где отмывку полученных наночастиц проводят 1-3 раза.40. The method according to claim 39, where the washing of the obtained nanoparticles is carried out 1-3 times. 41. Способ по п.40, где отмывку полученных наночастиц проводят в ультрачистой воде.41. The method according to p, where the washing of the obtained nanoparticles is carried out in ultrapure water. 42. Способ по п.38, где центрифугирование проводят при 20000 g и температуре 4°С.42. The method according to claim 38, where centrifugation is carried out at 20,000 g and a temperature of 4 ° C. 43. Способ по п.22, где готовые частицы хранят при комнатной температуре.43. The method according to claim 22, where the finished particles are stored at room temperature. 44. Способ диагностики заболевания центральной нервной системы, включающий интраназальное введение композиции по любому из пп.13-21 и проведение магнитно-резонансной томографии.44. A method for diagnosing a disease of the central nervous system, comprising intranasal administration of a composition according to any one of claims 13 to 21, and conducting magnetic resonance imaging. 45. Способ по п.44, где заболевание центральной нервной системы представляет собой травматическое повреждение, ишемическое поражение, геморрагическое поражение или опухоль.45. The method of claim 44, wherein the disease of the central nervous system is a traumatic injury, ischemic injury, hemorrhagic damage, or a tumor. 46. Способ по п.45, в котором дополнительно проводят внутривенное введение композиции по п.16.46. The method of claim 45, further comprising intravenous administration of the composition of claim 16. 47. Способ по п.46, в котором магнитно-резонансную томографию центральной нервной системы проводят после внутривенного введения указанной композиции.47. The method according to claim 46, in which the magnetic resonance imaging of the central nervous system is carried out after intravenous administration of the specified composition. 48. Способ по любому из пп.44-47, в котором магнитно-резонансная томография центральной нервной системы представляет собой магнитно-резонансную томографию головного мозга.48. The method according to any of paragraphs.44-47, in which the magnetic resonance imaging of the central nervous system is a magnetic resonance imaging of the brain. 14. Композиция по п.13, где целевой добавкой является носитель.14. The composition according to item 13, where the target additive is a carrier. - 15 031124- 15 031124 В Бремя измерений, часыIn the burden of measurements, hours 15. Композиция по п.14, где носитель представляет собой воду.15. The composition according to claim 14, where the carrier is water. - 16 031124- 16 031124 Фиг. 3FIG. 3 Фиг. 4FIG. four (bit (bit An'' An '' Al Al MEnt ч. · MEANT h. · Hip • Hip • O’. O ’. x^DG x ^ DG LSD • LSD • Г = Ό.73 R = Ό.73 AMYG • AMYG • BNSWX. a-, oc* BNSWX. a-, oc *
16. Композиция по п.14, где носитель представляет собой физиологический раствор, содержащий 0,9% NaCl.16. The composition according to p. 14, where the carrier is a saline solution containing 0.9% NaCl.
- 17 031124- 17 031124 Т1-взвешенная MPTl Т1-взвешенная MPTT1-weighted MPTl T1-weighted MPT Т2-взвешенная MPT _i___________t.T2-weighted MPT _i___________t. /·, // ·, / Т2-взвешенная MPT льT2-weighted MPT or T1-взвешенная MPTT1-weighted MPT Т1-взвешенная MPT низкийT1-weighted MPT low T1-взвешенная MPT высокийT1-weighted MPT high MPT сигналMPT signal Фиг. 5 время измерений, часыFIG. 5 measurement time, hours Фиг. 6FIG. 6 17. Композиция по любому из пп.13-16, где конечная концентрация марганца [Mn], включенного в наночастицы, в композиции составляет 0,1-1 моль/л, а количество наночастиц в композиции составляет от 18,1±3 до 321±30,5 г/л.17. Composition according to any one of p-16, where the final concentration of manganese [Mn] included in the nanoparticles in the composition is 0.1-1 mol / l, and the number of nanoparticles in the composition ranges from 18.1 ± 3 to 321 ± 30.5 g / l. 18. Композиция по любому из пп.13-16, где дополнительной целевой добавкой является муколитическое средство в количестве от 0,1 до 10 мас.% включительно от массы композиции.18. Composition according to any one of p-16, where the additional target additive is a mucolytic agent in an amount of from 0.1 to 10 wt.% Inclusive by weight of the composition. 19. Композиция по п.18, где муколитическое средство выбрано из ацетилцистеина, эрдостеина, карбоцистеина и амброксола.19. The composition according to claim 18, wherein the mucolytic agent is selected from acetylcysteine, erdostein, carbocysteine and ambroxol. 20. Композиция по любому из пп.13-16, представляющая собой коллоидный раствор.20. Composition according to any one of p-16, which is a colloidal solution. 21. Композиция по любому из пп.13-16, где магнитно-резонансная томография представляет собой магнитно-резонансную томографию центральной нервной системы.21. Composition according to any one of paragraphs.13-16, where magnetic resonance imaging is a magnetic resonance imaging of the central nervous system. 22. Способ получения средства по любому из пп.1-12, включающий приготовление первого раствора посредством добавления к исходному раствору неионогенного поверхностно-активного вещества исходного раствора MnCl2;22. The method of obtaining an agent according to any one of claims 1-12, comprising preparing a first solution by adding to the initial solution of a non-ionic surfactant an initial solution of MnCl 2 ; - 18 031124- 18 031124 MPT сигналMPT signal Фиг. 7FIG. 7
EA201790844A 2017-05-15 2017-05-15 Contrast medium based on amorphous or amorphous-crystalline nanoparticles of manganese oxides or hydroxides for brain mri EA031124B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA201790844A EA031124B1 (en) 2017-05-15 2017-05-15 Contrast medium based on amorphous or amorphous-crystalline nanoparticles of manganese oxides or hydroxides for brain mri

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA201790844A EA031124B1 (en) 2017-05-15 2017-05-15 Contrast medium based on amorphous or amorphous-crystalline nanoparticles of manganese oxides or hydroxides for brain mri

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201790844A1 EA201790844A1 (en) 2018-11-30
EA031124B1 true EA031124B1 (en) 2018-11-30

Family

ID=64453242

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201790844A EA031124B1 (en) 2017-05-15 2017-05-15 Contrast medium based on amorphous or amorphous-crystalline nanoparticles of manganese oxides or hydroxides for brain mri

Country Status (1)

Country Link
EA (1) EA031124B1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5401492A (en) * 1992-12-17 1995-03-28 Sterling Winthrop, Inc. Water insoluble non-magnetic manganese particles as magnetic resonance contract enhancement agents
US20070196284A1 (en) * 2004-06-03 2007-08-23 Bracco Research S.A. Liposomal assembly for therapeutic and/or diagnostic use
WO2008093999A1 (en) * 2007-01-30 2008-08-07 Seoul National University Industry Foundation Mri t1 contrasting agent comprising manganese oxide nanoparticle
WO2010072419A2 (en) * 2008-12-23 2010-07-01 Photocure Asa Enema preparations and their use
RU2610170C1 (en) * 2016-02-12 2017-02-08 Общество с ограниченной ответственностью Научно-технический центр "БиоКлиникум" Nanomaterial for targeted delivery of anticancer agents and anticancer agents based on it

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5401492A (en) * 1992-12-17 1995-03-28 Sterling Winthrop, Inc. Water insoluble non-magnetic manganese particles as magnetic resonance contract enhancement agents
US20070196284A1 (en) * 2004-06-03 2007-08-23 Bracco Research S.A. Liposomal assembly for therapeutic and/or diagnostic use
WO2008093999A1 (en) * 2007-01-30 2008-08-07 Seoul National University Industry Foundation Mri t1 contrasting agent comprising manganese oxide nanoparticle
WO2010072419A2 (en) * 2008-12-23 2010-07-01 Photocure Asa Enema preparations and their use
RU2610170C1 (en) * 2016-02-12 2017-02-08 Общество с ограниченной ответственностью Научно-технический центр "БиоКлиникум" Nanomaterial for targeted delivery of anticancer agents and anticancer agents based on it

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
АЛЕКСЕЕВ А.А. и др. Разработка технологии получения наночастиц гетеромерного пептида. Научно-производственный журнал. Разработка и регистрация лекарственных средств. 2015, № 13, с. 2 *
Гадовист (Gadovist) 23.09.2015. РЛС. [он-лайн] [найдено 29.09.2017] Найдено из Интернет: <URL:https://www.rlsnet.ru/tn_index_id_25742.htm#usloviya-xraneniya-preparata-gadovist> *

Also Published As

Publication number Publication date
EA201790844A1 (en) 2018-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Huang et al. HSA coated MnO nanoparticles with prominent MRI contrast for tumor imaging
Chen et al. Highly crystallized iron oxide nanoparticles as effective and biodegradable mediators for photothermal cancer therapy
US9987378B2 (en) Prussian blue-inspired constructs for multimodal imaging and therapy
Lee et al. In vivo delineation of glioblastoma by targeting tumor-associated macrophages with near-infrared fluorescent silica coated iron oxide nanoparticles in orthotopic xenografts for surgical guidance
Xia et al. Enhanced dual contrast agent, Co2+-doped NaYF4: Yb3+, Tm3+ nanorods, for near infrared-to-near infrared upconversion luminescence and magnetic resonance imaging
BR112019023725A2 (en) BILIRUBIN DERIVATIVE PARTICLE, USE OF THE SAME, COMPOSITION, AND, METHOD FOR PREPARING A BILIRUBIN DERIVATIVE PARTICLE
CN109395101A (en) Target the preparation method of the mr contrast agent of blood-brain barrier and glioma
Xiang et al. One-pot synthesis of water-soluble and biocompatible superparamagnetic gadolinium-doped iron oxide nanoclusters
Song et al. A multifunctional nanoprobe based on europium (iii) complex–Fe 3 O 4 nanoparticles for bimodal time-gated luminescence/magnetic resonance imaging of cancer cells in vitro and in vivo
CN110799219B (en) Nanoparticles, nuclear magnetic resonance imaging contrast agent containing the same, and ligand compound
EA031124B1 (en) Contrast medium based on amorphous or amorphous-crystalline nanoparticles of manganese oxides or hydroxides for brain mri
JP7194453B2 (en) 19F-MR/fluorescence multimode molecular imaging and diagnostic integrated nanoprobe for drug loading, its production method and application
US20210315476A1 (en) Depth-independent method for in-vivo drug release monitoring and quantification based on magnetic particle imaging
US20220184236A1 (en) Nanoparticle, contrast agent for magnetic resonance imaging comprising same and zwitterionic ligand compound
WO2018127912A1 (en) Mri tracers comprising inorganic nanofluorides
RU2497546C1 (en) Magnetic resonant and x-ray contrast agent, and method for preparing it
KR101303567B1 (en) MRI contrast agent coated with carboxylated mannan and method for producing the same
CN114601938B (en) Fluorescence/nuclear magnetic probe for guiding breast cancer breast conservation cutting edge accurate assessment
Akhtar et al. Noninvasive/Minimally Invasive Nanodiagnostics
CN103415303B (en) By magnetic resonance imaging contrast of mannan coating introducing carboxyl and preparation method thereof
KR101589366B1 (en) Surface charge switching nanoparticles for magnetic resonance imaging and preparing method thereof
Ma et al. Hyaluronic acid-modified mesoporous silica nanoprobes for target identification of atherosclerosis
Yin et al. Fe3O4-Cy5. 5-trastuzumab magnetic nanoparticles for magnetic resonance/near-infrared imaging targeting HER2 in breast cancer
Yen et al. Biocompatible and bioactivable terpolymer-lipid-MnO2 Nanoparticle-based MRI contrast agent for improving tumor detection and delineation
Zhou et al. Highly Sensitive Early Diagnosis of Kidney Damage Using Renal Clearable Zwitterion‐Coated Ferrite Nanoprobe via Magnetic Resonance Imaging In Vivo

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG TJ TM