FI85442C

FI85442C - Anvaendning av ferromagnetiska materialpartiklar foer framstaellning av ett nmr-kontrastmedel.

Info

Publication number: FI85442C
Application number: FI854488A
Authority: FI
Inventors: Jo Klaveness; Trond Jacobsen
Original assignee: Nyegaard & Co As
Priority date: 1984-03-29
Filing date: 1985-11-14
Publication date: 1992-04-27
Also published as: DE3581871D1; EP0177545A1; FI854488A0; AU4215185A; FI854488A; NL960016I2; GB8408127D0; DK171526B1; NO173429C; DK528385D0; HK18094A; NO1994016I1; NO854765L; EP0177545B1; NO173429B; DK528385A; WO1985004330A1; JPS61501633A; ATE61001T1; JPH066538B2

Description

1 85442

Ferromagneettisten ainehiukkasten käyttö NMR-varjoaineen valmistamiseksi Tämä keksintö koskee ferromagneettisten ainehiuk-5 kasten käyttöä NMR-varjoaineen valmistamiseen.

NMR:n käyttö lääketieteellisenä diagnostisena keinona, erityisesti kuvausmenetelmänä, on lisääntynyt 1970-luvun alkupuolelta lähtien. Tämä menetelmä tekee mahdolliseksi pehmeiden kudosten hyvän resoluution ja erottumi-10 sen ilman mahdollisesti haitallisen säteilyn käyttöä.

Useita vuosia radiologit uskoivat, että pehmeiden kudosten NMR-kuvauksessa saavutettavan hyvän kontrastin takia ei varjoaineiden käyttö olisi välttämätöntä.

Viime aikoina on kuitenkin havaittu, että paramag-15 neettisia komplekseja voidaan edullisesti käyttää tehostuneen kontrastin saavuttamiseen NMR-kuvauksessa ja siten laajentaa tämän menetelmän diagnostista käyttökelpoisuutta.

Monien atomien ytimillä on spiniksi kutsuttu omi-20 naisuus, joka liittyy pieneen magneettiseen momenttiin.

Ulkoisen magneettikentän poissa ollessa on magneettisten momenttien orientaatioiden jakautuma sattumanvarainen. Staattisen magneettikentän läsnä ollessa ydinmagneettiset momentit kääntyvät kentän suunnan mukaan, ja kentässä : 25 vallitsee nettosuuntautuminen.

Kuten R.S. First kuvaa teoksessa "Nmr on medicine in the 1980’s" (1983), NMR-kuvauksessa potilas asetetaan staattiseen kenttään ja annetaan lyhyt radiotaajuuspulssi potilasta ympäröivän käämin kautta. Radiotaajuus eli RF- 30 signaali valitaan niiden nimenomaisten ytimien (esimer- • 1 19 kiksi H, F) mukaan, jotka on määrä saattaa resonoimaan. RF-pulssi saa magneettiset momentit suuntautumaan uuden kentän mukaisesti ja suuntautumaan faasissa, ja pulssin loppuessa momentit palaavat alkuperäiseen suunta-____: 35 jakautumaan staattisen kentän suhteen ja presessiofaasien 2 B 5 4 42 sattumanvaraiseen jakautumaan, jolloin ne antavat ydin-magneettisen resonanssisignaalin, joka voidaan ottaa vastaan vastaanottokäämillä. NMR-signaali on tavallisesti peräisin ^Hzsta ja se edustaa tutkittavan kudoksen proto-5 nitiheyskarttaa.

Kaksi muutakin arvoa voidaan määrittää, kun RF-pulssi kytketään pois ja ydinmagneettiset momentit relak-soituvat eli palaavat tasapaino-orientaatioihin ja -faaseihin. Nämä ovat ja T^f spin-hilarelaksaatioaika ja 10 spinspinrelaksaatioaika. edustaa aikaa, joka on karak teristinen palaamiselle tasapainojakautumaan, ts. ydin-magneettisten momenttien tasapainosuuntautumiseen kentässä. T£ edustaa puolestaan aikaa, joka on karakteristinen palaamiselle ydinmagneettisten momenttien sattumanvarai-15 seen presessiofaasijakautumaan.

Muodostuva NMR-signaali sisältää siten informaatiota protonitiheydestä, T^rstä ja T2:sta, ja muodostettavat kuvat ovat yleensä tulosta mainittuun informaatioon perustuvasta monimutkaisesta tietokoneella tehtävästä da-20 tarekonstruktiosta.

Varjoaineiden mahdollista käyttöä NMR-kuvauksen diagnostisen käyttökelpoisuuden laajentamiseen käsittelee R. C. Brasch julkaisussa Radiology 147 (1983) 781. Vaikka käytettävissä on lukuisia menetelmiä NMR-kontrastin pa-:: 25 rantamiseksi, eivät monet, kuten kudoksen lämpötilan, viskositeetin tai vesipitoisuuden manipulointi, selvästikään ole kliinisesti toteutettavissa ja edullisin tunnettu menetelmä näyttää olevan paramagneettisten varjoaineiden käyttö spinhilarelaksaatioajan lyhentämiseksi.

30 Paramagneettinen aine on aine, joka sisältää yhden tai useampia perushiukkasia (elektroneja, protoneja tai neutroneja), joilla on spin, jonka vaikutusta ei kumoa toinen hiukkanen, jolla on samanlainen spin. Nämä hiukkaset muodostavat pienen magneettikentän, joka pystyy ole-35 maan vuorovaikutuksessa sen lähellä olevien ydinmagneet- 3 85442 tisten dipolien kanssa ja aiheuttamaan dipolin reorien-taation, ts. ydinspinin ja presessiofaasin muutoksen.

Koska elektronin muodostama magneettikenttä on paljon suurempi kuin protonin tai neutronin muodostama, 5 käytetään paramagneettisina NMR-varjoaineina käytännössä vain ioneja, molekyylejä, radikaaleja tai komplekseja, jotka ovat paramagneettisia sen ansiosta, että ne sisältävät yhden tai useamman parittoman elektronin.

Paramagneettisten ionien ja kompleksien kontrasti-10 vaikutus on pääasiassa T^:n lyhenemisen seurausta (vertaa DE-hakemusjulkaisu 3 129 906). Kuten R. C. Brasch [Radiology 147 (1983) 781] kuvaa, aiheuttavat paramagneettiset stabiilit radikaalit myös hieman T2:n lyhenemistä. T^:n suhteellinen lyheneminen on kuitenkin suurempi kuin T2:n. 15 Paramagneettisten varjoaineiden käyttöä NMR-ku- vauksessa on tutkittu laajasti, ja on ehdotettu tällaisten aineiden liuosten ja kolloidisten dispersioiden oraalista ja parenteraalista antoa diagnostisen kuvauksen yhteydessä .

20 NMR-kuvauksessa käytettäväksi ei tähän asti ole kuitenkaan ollut saatavissa varjoaineita, joilla on kyky selektiivisesti parantaa erilaisten kudostyyppien välistä kontrastia T2-kuvassa.

Nyt on yllättävästi havaittu, että ferromagneetti-: 25 siä hiukkasia sisältäviä dispersioita voidaan käyttää varjoaineina NMR-kuvauksessa, jolloin kontrastin saa aikaan T2:n merkittävä lyheneminen (joihin liittyy yleensä pienempi T^:n suhteellinen lyheneminen).

Ferromagneettiset hiukkaset sisältävät atomeja, 30 joiden magneettiset momentit (seurausta atomien parittomista elektroneista) ovat Weissin alueiksi kutsutuissa tiloissa yhdensuuntaisia. Ferromagnetismi on siten yh-teisvaikutusilmiö toisin kuin paramagnetismi ja sitä voi esiintyä vain atomien yhteenliittymissä ts. hiukkasissa. 35 Ferromagneettisilla hiukkasilla on kyky magnetoi tua, ts. hiukkanen, joka sisältää suuren määrän atomeja, 4 85442 voi muodostaa nettomagneettikentän jopa ulkoisen kentän poissa ollessa. Sen sijaan paramagneettisissa hiukkasissa, jotka sisältävät suuria atomimääriä, yksittäisten pa-ramagneettisten atomien magneettiset dipolit asettuvat 5 sattumanvaraisesti ulkoisen kentän poissa ollessa eivätkä siten muodosta nettokenttää.

Tämä kyky magnetoitua ja muodostaa suhteellisen voimakas magneettikenttä on tärkein syy sille, miksi ferromagneettisten hiukkasten käyttöä varjoaineina NMR-ku-10 vauksessa oltaisiin voitu pitää kontraindikoituna, erityisesti diagnostisessa kuvauksessa in vivo.

Niinpä NMR-spektroskopiassa, josta teknisen alueen NMR-kuvaus on kehitetty, ferromagneettisten hiukkasten läsnäolo on tunnettu epätarkkuuslähde, eikä ole epätaval-15 lista käyttää magneettia pienten ferromagneettisten hiukkasten poistamiseen näytteistä, jotta vältettäisiin se mitatun spektrin resoluution huononeminen, joka on seurausta hiukkasten aiheuttamien paikallisten kenttäepäho-mogeenisuuksien läsnäolosta näytteessä.

20 Samoin, jos ferromagneettiset hiukkaset magnetoi tuvat, voidaan niiden odottaa kerääntyvän yhteen. Niinpä vaikka paramagneettiset varjoaineet voivat saavuttaa suurin piirtein yhtenäisen paramagneettisten keskusten jakautumisen olivatpa ne sitten liuoksessa tai kolloidises-25 sa dispersiossa, voitaisiin pitää todennäköisenä, että ferromagneettisten hiukkasten dispersio voisi muodostaa yhteenliittymiä eikä siten jakautuisi tasaisesti. Paren-teraalisesti annettavien dispersioiden ollessa kyseessä olisi tällaisen kerääntymisen ilmenemistä pidetty vaaral-30 lisena potilaalle, eikä ferromagneettisten hiukkasten käyttöä olisi siten pidetty soveltuvana.

Ferromagneettisen hiukkasen muodostaman kentän voimakkuus on lisäksi niin paljon suurempi kuin paramagneettisten hiukkasten muodostaman, että olisi odotettu, 35 että kontrastivaikutus, jonka saa NMR-kuvassa aikaan 5 B5442 näytteessä tutkimuksen aikana olevien ferromagneettisten hiukkasten läsnäolo, ulottuisi niin kauas, että se todennäköisesti hämärtäisi kuvassa ferromagneettisia hiukkasia sisältävän ja tällaisia hiukkasia sisältämättömän kudok-5 sen rajan, esimerkiksi verisuonien tai ruoansulatuskanavan seinämät laskimonsisäisesti ja vastaavasti suun kautta annettujen hiukkasten ollessa kyseessä.

P. Mansfield ja P. G. Morris ovat teoksessa "Advances on Magnetic Resonance - Supplement 2", toim. J. S. 10 Waugh, Academic Press 1982, s. 234 ehdottaneet kolloidisten, puhtaasta raudasta koostuvien hiukkasten antamista suun kautta rauta-aterian muodossa, niin että sen etenemistä voitaisiin seurata syntyneen voimakkaan paikallisen epähomogeenisuuden avulla. Julkaisussa ei kuitenkaan ole 15 viitteitä siitä, että Τχ tai T2 tulisi määrittää tai että rautahiukkaset kyllästäisivät kudokset verrattuna muihin ferromagneettisesta materiaalista muodostuvan tulpan kulkiessa ruoansulatusjärjestelmän läpi.

Suun kautta annettavissa olevia hiukkasmaisia fer-20 romagneettisia koostumuksia ehdotetaan myös GB-patentti-julkaisussa 1 339 537, vaikkakin niiden ehdotettu käyttötarkoitus on röntgenvarjoaineena tavanomaisten bariumate-rioiden sijasta.

Tiettyjen ferromagneettisten polymeerihiukkasten 25 käyttöä diagnostisiin ja terapeuttisiin tarkoituksiin ehdotetaan laajasti kansainvälisessä hakemusjulkaisussa W0 83/03920, jossa kuvataan monodispergoitujen ferromagneettisten polymeerihiukkasten valmistusta. Tämä julkaisu viittaa tällaisten hiukkasten käyttöön solujen erotukseen 30 (in vitro), jolloin sentrifugoimalla tehtävä erotus voi daan korvata paljon yksinkertaisemmalla magneettisella uutolla. Ehdotetaan myös, että tällaisia hiukkasia voidaan käyttää kantajina lääkeaineille, jotka voidaan sitten kuljettaa haluttuun kohtaan magneettikenttää käyttä-35 mällä.

6 85442 R.S. Newbower [IEEE Transactions on magnetics Mag 9 (1973) 447] ja M.P. Perry [Proceedings Int. Adv. Course Worshop (1977)] ovat kuvanneet terapeuttisia ja diagnostisia sovellutuksia, joissa ferromagneettisten hiukkas-5 ten muodostama stabiili kolloidinen dispersio johdetaan verenkiertoon. Hiukkaset voidaan ohjata magneettisesti verisuonen toimintahäiriöön, esimerkiksi aivovaltimon pullistumaan, ja pitää ne siellä magneettisen kentän avulla vaurion korjaamiseksi. Vaihtoehtoisesti voidaan 10 asettamalla pysyvä magneetti valtimon ympärille aiheuttaa ferromagneettisten hiukkasten muodostama tulppa, joka pysäyttää veren virtaamisen valtimossa; tämä saattaa olla edullista leikkauksen aikana, jossa valtimo voisi vaurioitua suljettaessa se puristamalla. Injektoidun disper-15 sion käyttötarkoituksena on lisäksi veren virtauksen seu raaminen, koska dispersio voidaan havaita pelkän magneettisen suskeptibiliteettinsä avulla.

Aiemmin ei kuitenkaan ole ehdotettu sitä, että ferromagneettisia hiukkasia voitaisiin käyttää T2~varjo-20 aineina NMR-kuvauksessa.

Tämä keksintö koskee ferromagneettisten ainehiuk-kasten käyttöä NMR-varjoaineen valmistamiseen käytettäväksi ihmisen tai muun eläimen elimistölle käytettävässä diagnoosimenetelmässä, jossa muodostetaan T2:sta riippu-25 va kuva ja tehdään diagnoosi mainitun kuvan avulla.

Keksinnön mukaisesti käytettävien ferromagneettisten hiukkasten T2:a lyhentävä vaikutus on erityisen kiinnostava ja vaikka NMR-kuvausta voidaan käyttää erillisten intensiteetti-, T2- ja T^-kuvien muodostukseen, on saavu-30 tettavissa huomattava säästö tarvittavassa tietokoneajäs sä ja -kapasiteetissa tuottamalla pelkkä T2~kuva tai Tj-kuva ja joko T^- tai intensiteettikuva.

Kontrastivaikutuksen suhteellinen suuruus riippuu useista näytteeseen liittymättömistä tekijöistä, kuten 35 hiukkastiheydestä, hiukkasten ferromagneettisuussisällös- 7 «5442 tä ja keskimääräisestä hiukkaskoosta. Yleissääntönä on, että sekä T^:n että T£:n lyheneminen, joka saavutetaan käyttämällä varjoainetta, kasvaa näiden tekijöiden mukana. T2tn ja T^:n suhteellinen lyheneminen saattaa kuiten-5 kin olla erityisen herkkä ferromagneettisuussisällölle ja hiukkaskoolle kasvavan ferromagneettisuussisällön aiheuttaessa suhteellisesti suuremman T2:n lyhenemisen ja T2:n suhteellisen lyhenemisen ollessa pienempi hiukkaskoon pienetessä.

10 Ferromagneettisten hiukkasten keskimääräinen koko on mielellään alle 50 pm, edullisesti 0,002 - 50 pm ja edullisemmin noin 0,1 - 20 pm. Parenteraalista antamista varten ferromagneettisten hiukkasten keskimääräinen koko on edullisesti 0,1 - 10 pm, kun taas suoraan ruoansula-15 tuskanavaan (esimerkiksi oraalisesti) tai virtsarakkoon, kohtuun, sappitiehyeeseen tai korvasylkirauhasen tiehyee-seen antamista varten on erityisen edullinen alue 5-20 pm. Hiukkasten ferromagneettisen aineen pitoisuus on sopivasti 0,1 - 100 paino-%, edullisesti 0,5 - 50 paino-%. 20 Ferromagneettiset hiukkaset voivat olla mitä ta hansa ferromagneettista materiaalia, kuten puhdasta rautaa, tai magneettista rautaoksidia, kuten magnetiittia, YFe20g:a mangaani-, koboltti- tai nikkeliferriittiä, ja niillä voi haluttaessa olla ei-ferromagneettinen päällys-25 te tai matriisi, esimerkiksi polymeeripäällyste, esimerkiksi näytteen ja hiukkasten välisen kemiallisen reaktion välttämiseksi dispergoitumisen edistämiseksi. Kun halutaan käyttää hiukkasia, joilla on polymeeripäällyste tai matriisi, johon ferromagneettinen materiaali on jakautet-30 tu, valmistetaan hiukkaset edullisesti J. Ugelstadin et ai. [katso esimerkiksi kansainvälinen hakemusjulkaisu W0/03920] menetelmän mukaisesti. Ollakseen soveltuvia rutiini kuvaamiseen in vivo, hiukkaset eivät saisi olla radioaktiivisia.

35 8 85442 NMR-kuvaus on erityisen arvokas diagnostisena välineenä, koska se tekee mahdolliseksi kuvata kudoksia ja elimiä in vivo. Erilaisilla elimillä ja erilaisilla kudoksilla, esimerkiksi samassa elimessä olevilla syöpä- ja 5 normaalikudoksella, on erilaiset karakteristiset protoni-intensiteetit ja T1~ ja T2-relaksaatioajat. Siten ferromagneettiset varjoaineet ovat erityisen käyttökelpoisia NMR-kuvausdiagnoosissa.

Ferromagneettisen varjoaineen anto voi tapahtua 10 parenteraalisesti soveltuvasti injektoimalla (esimerkiksi laskimonsisäisesti), oraalisesti (esimerkiksi nielemäl-lä), rektaalisesti tai viemällä katetrin kautta virtsarakkoon, kohtuun, sappitiehyeeseen tai korvasylkirauhasen tiehyeeseen. Antaminen sellaisiin elimistön kohtiin, 15 joista varjoaine voi poistua elimistöstä kulkematta elimistön kudoksen läpi, esimerkiksi antaminen suoleen, virtsarakkoon, kohtuun, jne., on kuitenkin edullista. Kun kuvattava elin on maksa, perna, luuydin jne., on laski-monsisäinen antaminen edullista. Eläinkokeissa on havait-20 tu, että laskimonsisäisesti annettujen ferromagneettisten hiukkasten eliminoituminen verestä on äärimmäisen nopeaa.

Ferromagneettiset hiukkaset voivat olla vapaita ferromagneettisia hiukkasia tai ei-ferromagneettiseen matriisiin sijoitettua tai sellaisella päällysteellä pei-25 tettyä ferromagneettista materiaalia. Parenteraalista antoa varten päällyste- tai matriisimateriaali on edullisesti biologisesti hajoava polymeeri, kun taas suoraan ruoansulatuskanavaan tai virtsarakkoon, kohtuun jne. tapahtuvaa antamista varten materiaali on edullisesti bio-30 logisesti siedettävissä oleva polymeeri ja erityisen edullisesti biologisesti hajoamaton polymeeri, esimerkiksi selluloosajohdannainen.

Keksinnön mukaisesti valmistettu varjoaine, jos se tarkoitettu parenteraalisesti annettavaksi, on edullises-35 ti dispersio steriilissä, fysiologisesti hyväksyttävässä 9 b 5 4 4 2 väliaineessa, esimerkiksi isotoonisessa vesiliuoksessa, joka voi sisältää pinta-aktiivisia aineita, kuten esimerkiksi polysorbaatti 80:ä. Parenteraalista antoa varten ferromagneettiset hiukkaset ovat edullisesti sisällytät-5 tyinä biologisesti hajoavaan polymeeriin, jonka hajoamistuotteet ovat fysiologisesti hyväksyttäviä, tai päällystettyinä sellaisella polymeerillä.

Keksinnön mukaisesti valmistettu varjoaine, jos se on tarkoitettu annettavaksi suoraan ruoansulatuskanavaan 10 (esimerkiksi suun kautta) tai virtsarakkoon, kohtuun jne., on edullisesti dispergoituna fysiologisesti hyväksyttävään väliaineeseen, esimerkiksi vesiliuokseen, joka sisältää pinta-aktiivisia aineita ja/tai viskositeettia nostavia aineita, kuten esimerkiksi selluloosajohdannai-15 siä.

Käyttämällä tällaista viskositeettia nostavaa ainetta voidaan varjoaine saada peittämään ruoansulatuskanavan seinämät ja tehdä siten mahdolliseksi suolista otettujen kuvien kontrastin parantaminen. Käytettäessä 20 suun kautta annettavia, paramagneettisia varjoaineita ei ole helppo saada aikaan kontrastin paranemista ruoansulatuskanavan mahalaukun jälkeisissä osissa.

Kun varjoaine on tarkoitettu annettavaksi suoraan ruoansulatuskanavaan (esimerkiksi suun käutta) tai virt-25 sarakkoon, kohtuun jne., on erityisen edullista, että ferromagneettisten hiukkasten ominaispaino on suunnilleen sama kuin ympäröivän nesteen (maha- ja suolistonesteen tai virtsan), ja hiukkaset, joiden ominaispaino on noin 1,07, ovat edullisia.

30 Ruoansulatuskanavaan tai virtsarakkoon annettavik si tarkoitetut ferromagneettiset hiukkaset on edullisesti sisällytetty biologisesti siedettävissä olevaan polymeeriin, ts. polymeeriin, joka on fysiologisesti hyväksyttävä Ja joko biologisesti hajoamaton tai biologisesti fy-35 siologisesti hyväksyttäviksi hajoamistuotteiksi hajoava.

ίο 8 5 4 4 2 tai päällystetty sellaisella polymeerillä. Biologisesti hajoamattomat polymeerit ovat erityisen edullisia, koska polymeerin hajoamisen seurauksena vapautuva ferromagneettinen materiaali saattaa olla ruoansulatusnesteeseen liu-5 keneva tai ollessaan hyvin hienojakoista saattaa imeytyä elimistöön. Ferromagneettisen materiaalin liukeneminen saattaa saada aikaan paramagneettisten ionien vapautumisen ja siten heikentää kontrastivaikutusta protoni-inten-siteettikuvassa, koska paramagneettisen materiaalin T^:ä 10 lyhentävä vaikutus pyrkii kohottamaan protöni-intensiteettiä, kun taas ferromagneettisen materiaalin ^2:a ly-hentävä vaikutus pyrkii alentamaan protoni-intensiteettiä (protoni-intensiteetin I riippuvuutta Teistä ja T2:sta käsitellään jäljempänä).

15 Erityisen edullisesti varjoaineet muodostuvat fer romagneettisista hiukkasista, jotka on sisällytetty adsorboiduista tai absorboiduista lääkeaineista vapaaseen polymeeriin tai päällystetty sellaisella. Ferromagneettisten hiukkasten koko ja ferromagneettisen aineen pitoi-20 suus niissä ovat edullisesti edellä määritellyissä rajoissa.

Keksinnön mukaisesti valmistettujen NMR-varjoai-neiden sisältämät ferromagneettiset hiukkaset annetaan dispergoituina dispergointiväliaineeseen. Niinpä yhtenäi-25 nen hiukkasdispersio saavutetaan ennen antamista edullisesti ravistamalla ja äänikäsittelyllä. Yksinkertaisuuden vuoksi termiä "dispersio" käytetään tässä todellisista dispersioista, suspensioista ja kolloideista.

Ferromagneettisen materiaalin pitoisuus varjoai- 30 neesta riippuu antomuodosta ja kulloinkin tutkittavista elimistä tai kudoksista. Annoksen tulisi edullisesti olla riittävä antamaan ferromagneettisen metallin (esimerkiksi

Fe) pitoisuus noin 0,1 mmol/kg tutkittavaa elintä kysees- -4-1 sä olevaan elimeen. Kokonaisannos on yleensä 10 - 10 35 mmol ferromagneettista metallia (esimerkiksi Fe) painoki- 11 «5 4 42 -3 -1 loa kohti, edullisesti noin 10 - 10 mmol/kg. Itse dispersiot sisältävät mielellään kaikkiaan noin 0,1 - 10 paino-% ferromagneettista materiaalia.

5 Keksinnön mukaisesti valmistettujen, parenteraali- sesti annettavien varjoaineiden sisältämillä ferromagneettisilla hiukkasilla on edullisesti suurin piirtein yhtenäinen hiukkaskoko, jotta saavutettaisiin yhtenäinen kontrasti vastaavilla kudosalueilla. Hiukkasläpimitta on 10 yleensä 0,002 - 50 pm parenteraalista antoa varten, ja läpimitan keskihajonta alle 10 % on erityisen edullinen. Suoraan ruoansulatuskanavaan tapahtuvaa antoa varten hiukkaskoko ei saisi olla niin pieni, että se mahdollisesti johtaisi hiukkasten imeytymiseen kanavasta.

15 Diagnoosissa, jossa käytetään NMR-kuvia, voi muo dostettava NMR-kuva perustua vierekkäisten kudosten erilaisiin T2~arvoihin. Lyhentämällä T^:a kudoksessa on mahdollista saada aikaan kontrastin parantuminen.

Varjoaineessa olevan ferromagneettisen materiaalin 20 hiukkasmuoto tekee mahdolliseksi aineen kudosspesifisyy-den. Erityisen hyvin soveltuvia laskimonsisäisesti annettavien hiukkasten kohde-elimiä ovat maksa ja perna reti-kuloendoteelijärjestelmän ansiosta. Parenteraalisesti annettavien hiukkasten eräs mahdollinen käyttökohde on pri-25 maarisen syövän ja metastaasien diagnostisointi maksasta.

Maksalla on vatsa-alueen elimistä lyhimmät relak-saatioajat (ja todennäköisesti myös T2). Kasvainten relaksaatioajat (T^ ja T2) ovat yleensä pitempiä kuin normaalikudosten. Maksasoluista on 40 % retikuloendotee-30 lisoluja. Laskimonsisäisesti ruiskutetut hiukkaset jakautuvat makroskooppisesti tarkasteltuina yhtenäisesti normaaliin maksaan. Sekä hepatoomissa että metastaaseissa hiukkasten vastaanottokyky on alentunut tai sitä ei ole ollenkaan. Laskimonsisäisesti annetut ferromagneettiset 35 hiukkaset voivat siten selektiivisesti lyhentää T2ta nor- 12 8 5 442 maalissa maksakudoksessa. T2 on normaalissa maksakudoksessa lyhyempi kuin T2 maksasyöpäkudoksessa ja ympäröivissä kudoksissa, ja siten lyhentäminen edelleen normaalissa maksakudoksessa käyttämällä ferromagneettisia 5 varjoaineita parantaa kontrastia normaalin maksakudoksen ja maksasyöpäkudoksen välillä tehden diagnostisoinnin yksinkertaisemmaksi. Kyky diagnostisoida maksassa olevia etäispesäkkeitä varhaisessa vaiheessa on hyvin tärkeää, koska yli 30 % kaikista syöpämuodoista johtaa maksaetäis-10 pesäkkeisiin ja on usein mahdollista diagnostisoida maksassa olevat metastaasit, ennen kuin primaarikasvain pystytään havaitsemaan.

Ferromagneettisten varjoaineiden käytön vaikutusta maksasyöpien diagnostisoinnissa NMR-kuvauksella valais-15 taan kaavamaisesti liitteenä olevissa kuvissa, joista:

Kuvio 1 on kaavamainen esitys T2:sta riippuvasta kuvasta, joka on otettu metastaasin sisältämän maksan läpi kulkevasta elimistön poikittaisleikkauksesta;

Kuvio 2 on kaavamainen esitys T2:sta riippuvasta 20 kuvasta, joka on otettu kuvan 1 mukaisesta poikittaisleikkauksesta sen jälkeen, kun maksaan on viety ferromagneettista varjoainetta;

Kuvio 3 on kaavamainen esitys T2:sta riippuvasta kuvasta, joka on otettu virtsarakon läpi kulkevasta eli-25 mistön poikkileikkauksesta sen jälkeen, kun virtsarakkoon on viety katetrin kautta ferromagneettista varjoainetta; ja

Kuvio 4 on kaavamainen esitys T2:sta riippuvasta kuvasta, joka on otettu kaniinin vatsan poikittaisleik-30 kauksesta.

Kuviot 1 ja 2 esittävät vatsan 1, käsivarsien 4 ja maksan 2 kautta kulkevaa poikkileikkausta. Kuviosta näkyy, että maksa sisältää etäispesäkkeen 3. Elimistön alueiden varjostus vastaa paikallista T2~arvoa, jolloin 35 kevyt varjostus tarkoittaa T2:a noin 70 ms, keskinkertai- 13 85442 nen varjostus noin 40 ms:a ja voimakas varjostus noin 10 ms: a.

Kuviossa 3 ferromagneettisia hiukkasia sisältämä virtsa 5 tekee mahdolliseksi virtsarakon seinämän ääri-5 viivojen 6 visualisoinnin ja kasvaimen 7 läsnäolon havaitsemisen.

Kuvio 4 on kaavamainen esitys NMR-kuvasta, joka on tuotettu pyyhkäisemällä kaniinin vatsan läpi käyttämällä spinkaikutekniikkaa (toistoaika 500 ms (TR), kaikuaika 50 10 ms (TE)), kun kaniinille on annettu suun kautta 100 μπιοί Fe/kg jäljempänä olevan esimerkin 6 mukaista suspensiota. Pyyhkäisykuva tekee mahdolliseksi vasta-ainetta sisältävien suurten suolien 9 ja pienten suolien 10 selvän erottumisen lihaksesta 8.

15 Ferromagneettisten hiukkasten avulla saavutettava kontrastin parantuminen riippuu kyseessä olevan NMR-kuvan mittauksessa käytettävistä pulssisekvensseistä ja pulssi-parametreista. T2-kuvaan kohdistuvan vaikutuksensa lisäksi voivat ferromagneettiset hiukkaset muuttaa protoni-in-20 tensiteettikuvaa. Protoni-intensiteetti on sekä T^n että T2:n funktio: I Hf(v)exp(-a/T2)(l-exp(-b/T1)) jossa H on paikallinen vetypitoisuus, a ja b ovat NMR-laitteen parametreja ja f(v) on funktio nopeudesta, jolla 25 vety-ytimet liikkuvat kuvattavan alueen läpi, sekä liikkuvien ytimien osuudesta ytimien kokonaismäärästä. Siten T^tn piteneminen alentaa Intensiteettiä, kun taas T2:n piteneminen lisää intensiteettiä. Selektiivinen T2~aine muuttaa siis protoni-intensiteettiä.

30 Keksintöä kuvataan tarkemmin seuraavien esimerk kien avulla:

Esimerkit 1-6

Ferromagneettisten dispersioiden valmistus

Varjoaineiden valmistuksessa käytettiin ferromag-____: 35 neettisia polymeerihiukkasia, jotka valmistettiin J.

14 H 5 442

Ugelstadin et ai. (W0 83/03920) menetelmän mukaisesti ja joilla on jäljempänä taulukossa I esitettävät ominaisuudet.

Yleinen menettelytapa esimerkkejä 1-3 varten 5 Ferromagneettiset hiukkaset suspendoitlln 8 ml:aan steriiliä vettä (0,5 % polysorbaatti 80:ä). Suspensio äänikäsiteltiin ja sitä ravisteltiin 30 min, sentrifugoi-tiin ja hiukkaset suspendoitlln uudelleen liuokseen, joka sisälsi naudan seerumialbumiinia (200 mg) steriilissä ve-10 dessä (8 ml). Kun suspensiota oli ravisteltu 3 tuntia, se sentrifugoitiin, hiukkaset pestiin 0,9-%:isella NaCl-liuoksella (0,1 % polysorbaatti 80:ä) (2 x 8 ml) ja sus-pendoitiin takaisin samaan suspensioväliaineeseen siten, että lopputilavuudeksi saatiin 10 ml.

15 Esimerkki 1 57,7 mg hiukkasia (tyyppi 1) (19,4 % Fe) 10 mg polysorbaatti 80:ä täyt. 10 ml:ksi 0,9-%:isella NaCl:n vesiliuoksella Esimerkki 2 20 1 000 mg hiukkasia (tyyppi 2) (30,2 % Fe) 20 mg polysorbaatti 80:ä täyt. 20 ml:ksi 0,9-%:isella NaCl:n vesiliuoksella

Esimerkki 3 1000 mg hiukkasia (tyyppi 3) (29,2 % Fe) 25 20 mg polysorbaatti 80:ä täyt. 20 ml:ksi 0,9-%:isella NaClrn vesiliuoksella.

Yleinen menettelytapa esimerkkejä 4 ja 5 varten Ferromagneettiset hiukkaset suspendoitlln 0,9-%:iseen NaCl-liuokseen (0,3 % polysorbaatti 80:ä) 30 lopputilavuudeksi 10 ml. Suspensiot äänikäsiteltiin ja niitä ravisteltiin 10 min.

Esimerkki 4 765 mg hiukkasia (tyyppi 3) (29,2 % Fe) 30 mg polysorbaatti 80:ä 35 täyt. 10 ml:ksi 0,9-%-isella NaCl:n vesiliuoksella is «5 442

Esimerkki 5 740 mg hiukkasia (tyyppi 2) (30,2 % Fe) 30 mg polysorbaatti 80:ä täyt. 10 ml:ksi 0,9-%:isella NaClrn vesiliuoksella 5 Esimerkki 6 (Suspensio annettavaksi suoraan ruoansulatuskanavaan tai virtsarakkoon.)

Karboksimetyyliselluloosa (92 mg) ja polysorbaatti 80 (4 mg) lisättiin veteen (3,5 ml). Seos lämmitettiin 10 sekoittaen 80 °C:seen.

Jäähdytyksen jälkeen lisättiin 1187 mg hiukkasia (tyyppi 3), ja suspensio homogenisoitiin ravistamalla voimakkaasti ja äänikäsittelemällä 15 min.

Taulukko I

ie 8 54 42

Hiukkastyyppi % Fe ^um Hiukkasten pinta __läpimitta_ 51 19 4 3 huokoinen 2 30,2 1,5 huokoinen 3 29,2 3 huokoinen 4 5,0 0,8 hydrofiilinen 5 2.0 0,8 hydrofiilinen 10 6 0,5 0,8 hydrofiilinen 7 0,5 0,8 hydrofiilinen 8 0,5 0,8 hydrofiilinen 9 32,9 1,5 huokoinen 10 18,2 1,5 huokoinen 15 11 9,4 1,5 huokoinen 12 12,0 2,5 hydrofiilinen 13 30,0 3,0 hydrofiilinen 14 7,2 15,0 PFA + 15 9,8* 3,0 huokoinen 20 16 6,8++ 3,0 huokoinen * 9,8 % Fe, 4,3 % Mn ++ 6,8 % Fe, 1,7 % Mn + polyfurfuryylialkoholikerros

Koetulokset 25 - T^:n ja T2:n mittaukset NMR-mittaukset tehtiin protoneille taajuudella 10,7 MHz pulssisekvensseillä :: (90°-τ- 90°) ja (90 -τ - 180° - τ) T^:n ja vastaavasti T2:n 30 ollessa kyseessä.

Lämpötila oli 37 °C.

Ferromagneettiset suspensiot homogenisoitiin äänikä-sittelyllä ja voimakkaalla ravistelulla.

Kokeet in vitro tehtiin seuraavissa liuoksissa: i7 8 5 442 1) Tislattu ja ionivaihdettu vesi 68,76 til-%

Glyseroli 31,75 til-% 2) Tislattu ja ionivaihdettu vesi 53 paino-%

Glyseroli 31,4 paino-% 5 Gelatiini 15,0 paino-% 3) Ihmisen plasma 4) Heparinisoitu veri (kaniini) 67,0 til-%

Homogenisoitu maksa (kaniini) 33,3 til-% 5) 1 % metyyliselluloosaa vedessä.

10 Kokeet in vivo tehtiin seuraavasti:

Hiukkassuspensioita injektoitiin laskimonsisäisesti rottiin ja kaniineihin. Verinäytteitä otettiin eri ajanhet-killä. Eläimet tapettiin ja mitattiin relaksaatioajat (T^ ja T2) sekä verinäytteissä että eri elimissä.

15 Mittaukset in vitro

Relaksaatioajat (T^ ja T2) on mitattu erilaisissa näytteissä käyttäen erilaisia ferromagneettisia monodisper-goituja polymeerihiukkasia ja erilaisia kaupallisesti saatavissa olevia ferromagneettisia hiukkasia, ja tulokset on 20 koottu seuraaviin taulukoihin II, III ja IV. Hiukkasten sisältämiin ferromagneettisiin materiaaleihin kuuluu erilaisia magneettisia rautaoksideja ja muita ferriittejä. Hiukkaskoko vaihteli 0,01 ^umrstä 100 ^um:iin ja hiukkasten ferromagneettisen aineen pitoisuus 0,5:stä 100 %:iin.

is 85442

Taulukko II

Esimerk- Hiukkas- Hiukkasen Fe-määrä Fe-pitoisuus 5 ki nro tyyppi läpimitta hiukkasessa näytteessä ( /u)__(mmol/kg)_„ 7 4 0 ,8 5;0 0,1 8 4 0; 8 5,0 0,2 9 5 0,8 2.0 0,1 10 10 5 0,8 2,0 0,2 11 6 0,8 0,5 0,1 12 7 0,8 0,5 0,1 13 8 0,8 0,5 0,1 14 9 1,5 32,9 0,1 15 15 2 1,5 30,2 0,1 16 10 1,5 18,2 0,1 17 11 1,5 9,4 0,1 18 12 2,5 12 0,1 19 13 3 30,0 0,1 20 20 3 3 29,2 0,1 21 1 3 19,4 0,1 22 14* 15 4,7 0,1 23 16 0,8 0 0 25 ___ * Polyfurfuryylialkoholikerros 85442

Taulukko II (jatkuu) Näytteet 5 Esi- Tislattu Ihmisen Homogenisoitu tislattu merkki vesi/ plasma maksa ja alSeroli/ rr-urcornii veri glyseroli/ nro glyserou. gelatiini ~ ’l *2 *1 *2 *1 *2 Tj *7 (ms) (ms) (ms) (ms) (ms) (ms) (ms) (ms) 7 10 3 3 77 881 7 7 T4I 37 ’ 10 8 178 23 9 1054 128 942 92 407 56 10 318 38 11 602 50 481 42 187 30 12 651 56 499 55 15 13 774 69 573 68 14 1685 169 1646 180 15 812 46 16 1631 187 1507 139 17 1679 548 1727 387 20 18 835 60 19 866 49 20 1687 176 1618 173 21 870 60 22 680 182 25 - 23 1706 658 1693 325

Ver" 1710 800 1660 430 474 106 890 300 tailu

Taulukko III

20 85442

Esimerkki Hiukkas- % Fe % Mn [Pe] [Mn] nro tyyppi mmol/kg mmol/kg 24 15 9,8 4,3 0,1 0,045 25 16 6,8 1,7 0,1 0,025 26 Magnetiitti* 72,4 0 0,1 0,0 ^ Taulukko III (jatkuu) Näyte 1% metyyliselluloosa tislattu vesi/ glyseroli/gelatiini 15 ___

Esimerkki Tj T·^ T2 (ms) (ms) (ms) (ms) 1 2 3 1500 120 722 161 2 20 25 1590 289 523 214 3 2753 213 845 191

Referenssi** 3109 484 920 328 Y: 25 ♦Musta rauta (II, III) oksidi, magneettisesti puhdas (Koch Light 3991-00, hiukkaskoko 10 - 100 ^um) ** Referenssiarvot vertailunäytteelle, johon ei ole lisätty varjoainetta.

21 «5442

Kuten seuraavasta taulukosta IV ilmenee, oli ferromagneettisten hiukkasten vaikutus spin-hilarelaksaationo-peuksiin (, joka on 1/T^) vaatimaton, kun taas spin-spinrelaksaationopeudet (R2 = 1/T2) kasvoivat moninkertai-5 siksi. Kiintoisa havainto on suhteen r2r/rir ^T2°T1^T2T1°' jossa T^° ja T2° ovat relaksaatioajat varjoaineen poissa ollessa) suhteellisen vakiona pysyvä arvo kussakin liuoksessa. Jos magneettinen materiaali on konsentroitunut harvoihin hiukkasiin, kuten tyypissä 2, ei ole havaittu min-10 käänlaista vaikutusta R^:een, kun taas R2 kasvaa 4-5- kertaiseksi. Kun magneettiset materiaalit ovat jakautuneina homogeenisemmin näytteeseen, kuten tyypissä 6, havaitaan vaikutukset sekä R^:een että R2:een.

Hienoksi jauhetuilla magneettisilla materiaaleilla 15 on myös huomattava vaikutus l^reen, kun taas monodisper-goidut, mangaaniferriittiä sisältävät polymeerihiukkaset näyttävät nostavan sekä R^:ä että R2:a (edellä oleva taulukko III) .

Seuraavat taulukossa IV esitetään suhteelliset relak-20 saationopeudet (R^R ja R2R) su^e R2R^R1R erilaisissa monodispergoitujen ferromagneettisten polymeerihiukkasten suspensioissa. Pitoisuus on 0,1 mmol Fe/kg (5,6 ppm).

Taulukko IV

22 85442 Näyte

Vesi/glyseroli 5 ----——

Esimerk- Hidkkas- Suhteellinen Fe- i*2R R2r/R1r ki'nro tyyppi määrä/hiukkanen1 27 3 788 1,01 4?54 4,50 28 9 111 1,01 4,73 4,68 10 29 10 61,4 1,04 4,28 4,1.2 30 4 2,6 1,65 10,39 6,30 31 5 1,0 1,62 6,25 3,86 32 8 0,26 2,21 11,59 5,24 33 7 0,26 2,63 14,29 5,43 15 34 6 0,26 2,84 16,00 5,63 Näyte

Taulukko IV (jatkuu) 20 Plasma

Esimerk- Hiukkas- Suhteellinen Fe- R. R_ R, /RlTJ

ki nro tyyppi määrä/hiukkanen^ R

27 3 788 1,02 2,49 2,43 25 28 19 111 1,01 2,39 2,37 29 20 61,4 1,10 3,09 2,81 30 4 2,6 1,88 5,58 2,97 31 5 1,0 1,77 4,67 2,65 32 8 0,26 2,90 6,32 2,18 30 33 7 0,26 3,33 7,81 2,35 34 6 0,26 3,45 10,24 2,96 _ ,3 - 1) Suhteellinen Fe-määrä/hiukkanen -dx 25 jossa d = hiukkasen läpimitta (^um) x = % Fe hiukkasessa 23 85442

Siten paramagneettiset yhdisteet ovat erityisen tehokkaita spin-hilarelaksaatioaikojen (T^) lyhentämisessä, kun taas havaintojen mukaan ferromagneettiset hiukkaset ovat erityisen tehokkaita spin-spinrelaksaatioaikojen (T2) 5 lyhentämisessä.

Havaittu kasvu ferromagneettisten hiukkasten läsnä ollessa voitaisiin selittää seuraavasti: T2_relaksaatioprosessissa ei siirry energiaa yti-mistä hilaan. Virittyneissä ja perusspintiloissa olevat yti- 10 met vaihtavat energiaa keskenään ja niissä tapahtuu spin- siirtymä, jossa koko systeemin nettospintila säilyy muuttumattomana: yhden ytimen abrosboidessa energiaa sen kanssa vuorovaikutuksessa oleva ydin vapauttaa sitä.

T2~relaksaatioajanmäärää poikittaismagnetisoitumi- 15 sen häviämisnopeus. Poikittaismagnetisoituminen alenee, koska ydinmagneettisen momentit joutuvat pois faasista.

Tämä koherenssin menetys aiheutuu siitä, että kaikkien ydin- magneettisten momenttien presessiotaajuus ei ole täsmälleen sama (erilaisten paikallisten magneettikenttien takia). Ha- * 20 väittävä vaimenemisnopeus (R2 ) on tulos todellisesta spin-spinrelaksaationopeudesta (I^) ja vaikutuksesta, joka aiheutuu magneettikentän paikallisesta epähomogeenisuudes- ta (R2i„h.»; 25 <R2 1 “ (R2' + (R2inh.* ie ie

Havaittava T2 (ts. 1/1*2 ) on systeemissä aina pienempi kuin todellinen arvo ytimien erilaisten magneettisten ympäristöjen takia. Ferromagneettisen materiaalin tuominen systeemiin lisää paikallisia magneettikenttäepähomogee- • · -> Λ * 30 nisuuksia ja johtaa havaitun T2 :n lyhenemiseen.

Mittaukset in vivo

Monodispergoitujen ferromagneettisten polymeeri-hiukkasten erilaisia suspensioita on annettu laskimonsisäisesti rotille ja kaniineille ja mitattu relaksaatioajat (T^ ja T2) eri elimissä (post mortem). Havaitut relaksaatio- 35 24 85442 on koottu jäljempänä oleviin taulukoihin V ja VI. Ottamalla verinäytteitä ja mittaamalla relaksaatioajat eri ajanhet-killä voitiin seurata hiukkasten eliminoitumista verenkierrosta. Hiukkaset poistuivat verestä äärimmäisen nopeasti: 5 viiden minuutin kuluttua laskimonsisäisestä antamisesta hiukkaset olivat poistuneet suurin piirtein kokonaan verenkierrosta.

Kuten taulukosta VI ilmenee, lyhenivät relaksaatioajat (T2) maksassa, pernassa ja keuhkoissa voimakkaasti.

10 Myös relaksaatioaika (T^) munuaisissa lyheni.

Ferromagneettisten hiukkasten erilaisten määrien vaikutusta relaksaatioaikoihin (T^ ja T^) on tutkittu. Havaittiin, että havaittujen relaksaatioaikojen lyhenemis-nopeus aleni ferromagneettisten hiukkasten pitoisuuksien 15 kasvaessa.

Taulukko V

Relaksaatioajat (T-^ ja l^) maksassa (rotta) 1 tunnin kuluttua ferromagneettisten hiukkasten laskimonsisäi-sestä injektioinnista_ 20

Esimerk- Hiukkas- mmol Fe/kehon T2 ki nro tyyppi painokilo ms ms 35 1 0,1 219 22 36 __1_ 0,1_212 23 25 _Referenssiarvot1 216_39 vertailu - ei varjoainetta 25 85442

Taulukko VI

Relaksaatioajät (T^ ja T2) verinäytteissä ja eri elimissä ferromagneettisten hiukkasten laskimonsisäisen injektoin-nin jälkeen 5 Veri Sappi

Esimerkki Injek- T2 T·^ T2 nro tointi (ms) (ms) (ms) (ms)

Vertailu ei 1024 350 2500- 10 3200 37 Hiukkasi 925 (5) 98 (5) 2787 tyyppi 3 (0-60) 15 0;5mmol/kg 1047(60) 218(60) 3632 (60-120)

Hiukkasi* 38 tyyppi 3 878 (5) 149 (5) 2Q 0;5mmol/kg 1020(60) 227(60)

Hiukkasi** 39 tyyppi 2 - 78(5) 0,5mmol/kg 25 -----

Hiukkasi 40 tyyppi 2 995(5) 180(5) 0j5mmol/kg Λ: 30 Suluissa olevat luvut ovat injektoinnista kuluneita mi nuutteja "" * Tapettiin 2 tunnin kuluttua ** Tapettiin 90 min:n kuluttua *** Tapettiin 30 min:n kuluttua

Taulukko VI (jatkuu) 26 «5442

Maksa/0,9 % NaCl Keuhkot/0,9 % NaCl _(1:2)_(1:2)

Esimerkki τχ T2 T1 T2 5 (ms) (ms) (ms) (ms)

Vertailu 578 179 1039 240 10 37 369 5 613 11 38 539 15 687 7 39 167 3 345 6 15 _________ 40 284 5 308 6

Talukko VI (jatkuu) 20 munuaiset 0,9% NaCl Pema/0,9% NaCl _(1:2)_(1:2)

Esimerkki T·^ Tj Tj nro (ms) (ms) (ms) (ms) 25 Vertailu 1224 206 — — 37 768 34 672 6 38 776 52 379 7 : 3o - 39 645 43 - - 40 672 39 287 4 2’ 85442

Toksisuus a)Laskimonsisäinen antaminen

Magneettisesti reagoivia mikrohelmiä on käytetty kasvainten vastaisten aineiden ja muiden lääkkeiden bio-5 fysikaaliseen kohdistamiseen. Laskimonsisäisesti annettujen mikrohelmien toksisuutta on tutkittu perusteellisesti. Hiukkasten toksisuuden on havaittu riippuvan sekä hiukkasten koosta että niiden muodosta.

Tällä hetkellä ei ole olemassa julkaistuja tutki-10 muksia, jotka kuvaisivat laskimonsisäisesti annetun magnetiitin toksisuutta. Intensiivisiä ihmistutkimuksia on kuitenkin tehty sisäänhengitetyn materiaalin vaikutusten arvioimiseksi. Nämä tutkimukset osoittivat, että kohtalaisen suurten rautaoksidimäärien saaminen hengityksen kautta 15 ei aiheuta merkittävää tulehtumista, fibroosia eikä keuhkojen toiminnan muuttumista. Näiden tulosten perusteella voi olla kohtuullista otaksua, että myös laskimonsisäisesti annetut ferromagneettiset yhdisteet aiheuttavat hyvin vähäisessä määrin tulehdusreaktioita.

20 On tuktittu laskimonsisäisesti annettujen mono- dispergoitujen ferromagneettisten hiukkasten akuuttia toksisuutta. Kuolleisuusluvut on koottu seuraavaan taulukkoon VII, kun taas taulukossa VIII esitetään erilaisten laskimonsisäisesti annettujen hiukkasten LD5q (suunnilleen) 25 hiirillä.

Kaikki injektoinnit tehtiin kannan NMRI uroshii-rille, jotka painoivat 18 - 22 g ja jotka toimitti Bomholtgaard, Tanska. Injektointikohta: häntälaskimo. Injektointinopeus: 0,20 ml/10 s. Havaintojen tekoaika: 30 yksi viikko.

Hiukkasliuoksia äänikäsiteltiin (15 min) ennen injektointia.

28 85 442

Taulukko VII

Erilaisten ferromagneettisten monodispergoitujen poly- meerihiukkasten toksisuus hiirillä_

Esi- Hlukkastyyppi % Fe Annos Kuolleisuus 5 merkki (ja antotapa) hiukka- (mg hiuk- nro sessa kasia/pai- _ nokilo)___|__ 41 4 5 800 0 neljästä

Iq (i.v.) 1000 0 neljästä 42 5 2 1230 0 neljästä (i.v.) 1640 0 neljästä 2050 0 neljästä 15 43 6 0.5 600 0 kahdesta (i.v.) 750 0 kahdesta 900 0 kahdesta 1200 0 kahdesta 1500 7 seitsemästä 20 44 7 0,5 360 3 viidestä (i.v.) 540 2 viidestä 720 5 viidestä 810 5 viidestä 900 5 viidestä 25 45 2 30.2 500 0 viidestä (i.v.) 750 1 viidestä 1000 2 kahdesta 1250 2 kahdesta 46 3 29,2 750 0 kahdesta (i.v.) 1250 0 neljästä 30 1500 0 neljästä 2000 4 neljästä 2250 3 neljästä 3000 2 kahdesta 47 3 2912 7810 0 viidestä 35 (oraalisesti) 29 85442

Taulukko VIII

Esi- Hiukkas- Hiukkasen % LD5Q(suunnilleen) (mg hiuk- merkki tyyppi läpimitta Fe hiuk- kasia/painokilo) nro yUm kasessa 5 48 4 0,8 5 >1000 49 5 0,8 2 >2050 50 6 0 , 8 0;5 1350 51 7 0,8 0,5 450 52 2 1,5 30 , 2 750-1000 10 53 3 3,0 29,2 1500-2000 LDj-q (suunnilleen) LD^q/ED (suunnxlleen) (mg Fe/painokilo) 15 48 y 50 ^360 49 >41 ^ 290 50 6,8 49 51 2,3 16 52 230-300 1700-2100 20 53 440-580 3100-4100

Hiukkastyypille 2 saadut erityisen alhaiset LD50" arvot verrattuna tyyppiin 3 ja tyypin 7 alhaiset arvot verrattuna tyyppeihin 4, 5 ja 6 voivat aiheutua hiukkasten 25 hiutaloitumisesta.

Jos maksan retikuloendoteelisolut ottaisivat vastaan kaikki hiukkaset, riittäisi noin 0,14 mg Fe/painokilo saamaan aikaan kontrastin paranemisen. (0,1 mmol Fe/kg maksaa, ja maksan osuus on noin 2,6 % eläimen koko painosta.) Kuten 30 taulukosta VIII ilmenee, on "turvallisuustekijä" /LD^ (suunnilleen)/vaikuttava annos (EDjy suuri.

____ b) Oraalinen anto

Suun kautta annettujen hiukkasmaisten ferromagneettisten aineiden, kuten magnetiitin ja ferriittien, toksisia 35 ominaisuuksia on kuvattu. Mitään biokemiallisten ja fysio- 3o 8 5 442 logisten parametrien muutoksia ei havaittu, kun annettiin yksittäisannos 2,0 g/kg tai useana annoksena 20 g/kg rotille ja hiirille.

On tutkittu suun kautta annettujen monodisper-5 goitujen ja ferromagneettisten hiukkasten (tyyppi 3) toksisuutta. Mitään merkkejä myrkkyvaikutuksesta ei havaittu, kun oli annettu 7,8 g hiukkasia/painokilo.

92,4 % annoksesta saatiin talteen ulosteista 24 tunnin kuluessa annosta.

10 Materiaali on veteen liukenematonta eikä siksi imey dy ruoansulatuskanavasta. (Tyypin 3 polymeerimatriisi ei ole biologisesti hajoava.)

Keksintöä valaistaan myös seuraavien lisäesimerkkien avulla.

3i 85 442

Taulukko IX (in vitro -testin tulokset)

Esimerkki Hiukkastyyppi Hiukkasen Fe-määrä hiukka- nro läpimitta sessa (%) (/Uin) 54 17 -1) 37Ö "" Ö, 52 5 55 18 2) 0,3 - 4;0 10,0 56 19 3) 0,3 - 4,0 8,6 57 20 4) 0,6 69,9 58 21 5) 0,3 - 0,6 69,9 59 22 6) 0,5 - 2,0 44,0 10 60 23 7) 0,01-0,02 72,4

Taulukko IX (jatkuu)

Esimerkki Fe-pitoisuus näytteessä* T^ T2 «ro_(πποΙ/Kg)_(^)_(ms) 54 0,25 291 48 15 55 0,25 1236 59 56 0,25 107 10 57 0,25 1356 182 58 0,25 1225 124 59 O;25 363 24 20 60 0,25 723 27

Vertailu 1332 44 5 1) Monodispergoidut hiukkaset, jotka valmistettiin J. Ugelstadin et ai. (Wo 83/03920) menetelmällä. Tiheys 1,07 g cm-3.

25 2) Estrapor ® LMP 233, Rhöne-Poulenc, Pariisi, Ranska.

3) Estrapor ® LMP 247, Rhöne-Poulenc, Pariisi, Ranska 4) γ-Fe202 (Bayferrox 8060, Bayer AG, Leverkusen, Saksan Liittotasavalta 5) Musta rautaoksidi (11557, D.F. Anstead Ltd. Billericay, 30 Essex, Englanti) 6) Biomag M4200 (Advanced Magnetics Inc., Cambridge, Massachusetts, U.S.A.) 7) Ferrofluid (Ferrofluid Co., U.S.A.) * Tislattu ja ionivaihdettu vesi 77,3 paino-% 35 Glyseroli 13,6 paino-%

Gelatiini 9,1 paino-% 32 »5442

Esimerkki 61 (Oraalisesti annettavan suspension valmistus)

Hiukkasia (tyyppi 9} 3,04 g

Natriumpolymetafosfaattia 18,25 g 5 Natriumsakariinia 1,0 g

Metyyliparahydroksibentsoaattia 0,75 g

Kaliumsorbaattia 1,0 g

Ksantaanikumia 3,0 g

Piparminttuöljyä 2,0 g 10 Vettä 971,0 g

Metyyliparahydroksibentsoaatti liuotettiin kuumaan veteen (90°C). Liuos jäähdytettiin, lisättiin ksantaanikumi ja seosta sekoitettiin voimakkaasti 1 tunti. Joukkoon liuotettiin natriumpolymetafosfaatti, natriumsakariini, kalium-15 sorbaatti ja piparminttuöljy ja lopuksi suspendoitiin hiukkaset. Suspensio pakattiin 1 litran pulloon. Suspensio sisälsi 1,0 mg Fe/g.

Esimerkki 62 (Oraaliseen käyttöön tarkoitetun suspension valmistus) 20 Magnesiumalumiinisilikaattia (esimerkiksi Veegum) 5,0 g

Nestemäistä sorbitolia (70 %) 478,0 g

Sitruunahappoa 1,0 g

Metyyliparahydroksibentsoaattia 0,8 g

Appelsiiniesanssia 0,2 g 25 Etanolia 15,0 g

Hiukkasia (tyyppi 21) 1,32 g

Vettä 498,6 g

Veegum dispergoitiin veteen 60°C:ssa sekoittamalla 1 tunti suurella nopeudella. Nestemäinen sorbitoli ja sit-30 ruunahappo lisättiin jatkuvasti sekoittaen. Lisättiin liuos, joka sisälsi metyyliparahydroksibentsoaatin ja appelsiini-esanssin etanolissa, ja suspendoitiin hiukkaset sekoittaen. Suspensio pakattiin 1 litran pulloon. Suspensio sisälsi 1 mg Fe/g.

33 85442

Esimerkki 63 (Oraaliseen käyttöön tarkoitetun suspension valmistus)

Hiukkasia (tyyppi 8) 10 g

Hydroksietyyliselluloosaa 10,0 g 5 Metyyliparahydroksibentsoaattia 0,8 g

Propyyliparahydroksibentsoaattia 0,2 g

Etanolia 10,0 g

Natriumsakariinia 1,0 g

Appelsiiniesanssia 0,3 g 10 Aprikoosicsanssia 0,7 g

Vettä 967,0 g

Hydroksietyyliselluloosa dispergoitiin veteen sekoittaen 2 tuntia. Natriumsakariini ja esanssien ja metyyli- ja propyyliparahydroksibentsoaattien liuos etano-15 lissa lisättiin hitaasti. Hiukkaset dispergoitiin liuokseen voimakkaasti sekoittaen. Suspensio sisälsi 0,05 mg Fe/g.

Esimerkki 64 (Rektaalisesti annettavan suspension (peräruiske) valmistus)

Metyyliparahydroksibentsoaatti (85 mg) ja propyyli-20 parahydroksibentsoaatti (15 mg) liuotettiin veteen (100 ml) 90°C:ssa. Jäähdytettiin 30°C:seen, lisättiin metyylisellu-loosa (2 g) ja sekoitettiin 2 tuntia. Joukkoon suspendoi-tiin 1,0 g hiukkasia (tyyppi 5). Suspensio pakattiin 100 ml:n putkeen. Suspensio sisälsi 0,2 mg Fe/ml.

25 Esimerkki 65 (Sylkirauhaskuvauksessa, virtsarakon NMR-tutkimuksissa ja/tai kohdun ja munajohtimien kuvauksessa käytettäväksi tarkoitetun suspension valmistus)

Hiukkasia (tyyppi 17) 1,0 g

Polyoks i etyle eni-polyoks ipropyleenikopolymeeri ä 30 (esimerkiksi Pluronic F68) 0,5 g

Natriumkloridia 0,9 g

Steriiliä vettä täytetään 100 ml:ksi

Hiukkaset suspendoitiin aseptisesti steriiliin seokseen, joka sisälsi natriumkloridi ja Pluronici vedes-35 sä. Suspensio pakattiin kerta-annossäiliöihin. Suspensio sisälsi 52 mg Fe/1.

34 »5442

Esimerkki 66 (Oraalisesti annettavan päällystettyjen hiukkasten suspension valmistus)

Liuos A

Metakrylaattiesterikopolymeerejä 5 (esimerkiksi Eudragit RS) 50 g

Talkkia 50 g

Isopropanolia 900 g

Talkki suspendoitiin liuokseen, joka sisälsi Eudragit RS:n isopropanolissa, sekoittaen.

10 100 g liuosta A suihkutettiin 500 g:lie magnetiit- tihiukkasia (esimerkki 26). Hiukkasia pyöritettiin leiju-kerroslaitteessa. Syötettävän ilman määrä ja lämpötila säädettiin sellaisiksi, että hiukkaset pysyivät lämpötilassa 30°C ja niitä suihkutettiin jatkuvasti. Suihkutusta jat-15 kettiin, kunnes saatiin riittävä päällyste. Hiukkasia kuivattiin yön yli ympäristön lämpötilassa ja ne pakattiin kerta-annossäiliöihin.

Liuos B

Selluloosakumia 1,0 g 20 Natriumkloridia 0,5 g

Metyyliparahydroksibentsoaattia 0,1 g

Etanolia 2,0 g

Piparminttuöljyä 0,5 g

Vettä 96,0 g 25 Selluloosakumi, natriumkloridi, piparminttuöljy ja metyyliparahydroksibentsoaatin etanoliliuos liuotettiin veteen.

Lopullisen suspension valmistus: 100 ml liuosta B lisättiin 2,8 g:aan päällystettyjä 30 hiukkasia ja säiliötä ravisteltiin, kunnes saatiin homogeeninen suspensio. Suspensio sisälsi 20 ml Pe/ml.

35 8 5 4 4 2

Esimerkki 67 (Ruoansulatuskanavassa liukenevalla päällysteellä varustettujen hiukkasten valmistus oraaliseen käyttöön) Tämä suspensio valmistettiin esimerkissä 66 kuvatulla 5 tavalla. Eudragit RS:n sijasta käytettiin Eudragit S:ä.

Suspendointiliuoksen (liuos B) pH säädettiin arvoon 4 1 N HClrlla.

Claims

36 H 5 4 4 2

1. Ferromagneettisten ainehiukkasten käyttö, tunnettu siitä, että niitä käytetään NMR-varjoai- 5 neen valmistamiseen käytettäväksi ihmisen tai muun eläimen elimistölle käytettävässä diagnoosimenetelmässä, jossa muodostetaan T2:sta riippuva kuva ja tehdään diagnoosi mainitun kuvan avulla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen käyttö, t u n - 10. e t t u siitä, että ferromagneettiset ainehiukkaset on sisällytetty biologisesti hajoamatonta, biologisesti siedettävissä olevaa polymeeriä olevaan ei-ferromagneettiseen matriisiin tai päällysteeseen tai ne on päällystetty tällaisella.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen käyttö, tunnettu siitä, että mainittuja hiukkasia ja viskositeettia parantavaa ainetta ja/tai pinta-aktiivista ainetta käytetään mainitun varjoaineen valmistukseen.

4. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-3 mukainen 20 käyttö, tunnettu siitä, että ferromagneettiset ainehiukkaset ovat kooltaan 0,01 - 0,6 pm.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen käyttö, tunnettu siitä, että ferromagneettiset ainehiukkaset ovat kooltaan 0,01 - 0,02 pm.

6. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-3 mukainen käyttö, tunnettu siitä, että ferromagneettiset ainehiukkaset ovat kooltaan 0,002 - 50 pm.

7. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 4-6 mukainen käyttö, tunnettu siitä, että käytetään ferromag- 30 neettisen aineen päällystämättömiä hiukkasia.

8. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-3 mukainen käyttö, tunnettu siitä, että ferromagneettiset ainehiukkaset ovat magneettisen rautaoksidin hiukkasia.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen käyttö, t u n -35 n e t t u siitä, että käytetään ferriittihiukkasia. 37 »5442

10. Patenttivaatimuksen 8 mukainen käyttö, tunnettu siitä, että käytetään magnetiitti- tai gamma-Fe203-hiukkasia.

11. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-10 mukai- 5 nen käyttö, tunnettu siitä, että mainittu aine valmistetaan muodossa, joka soveltuu parenteraaliseen annosteluun.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen käyttö, tunnettu siitä, että valmistetaan kudoksille spe- 10 sifinen varjoaine.

13. Patenttivaatimuksen 1 mukainen käyttö, tunnettu siitä, että hiukkasten suurin läpimitta on 0,1 - 20 pm ja niiden ferromagneettisen aineen pitoisuus on 0,5 - 50 paino-%. 38 n 5 4 4 2