JP2006182657A

JP2006182657A - 造影剤

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Publication number: JP2006182657A
Application number: JP2004374878A
Authority: JP
Inventors: Sumio Iijima; 澄男飯島; Hitoshi Miyawaki; 仁宮脇; Masako Yudasaka; 雅子湯田坂; Eiichi Nakamura; 栄一中村; Hiroyuki Isobe; 寛之磯部; Hideki Yorimitsu; 英樹依光; Hideto Imai; 英人今井
Original assignee: Japan Science and Technology Agency; NEC Corp
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; NEC Corp
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2024-12-24
Also published as: JP4822702B2; WO2006068294A1; US20080152593A1; US20120058053A1

Abstract

【課題】ＭＲＩ用造影剤として使用した場合に、低毒性の要望を満たし、微細領域の診断が行え、しかも大量合成が容易な造影剤を提供する。
【解決手段】カーボンナノホーン集合体よりなることを特徴とする造影剤。
カーボンナノホーン集合体を構成する個々のカーボンナノホーンがその側壁又は先端に開口部を有し、個々のカーボンナノホーンの内部又は表面に金属Ｍ（ただし、Ｍは常磁性体金属、強磁性体金属及び超常磁性体金属の中から選択される少なくとも１種）又は金属Ｍの化合物が内包又は分散されていることを特徴とする造影剤。
Ｇｄ酸化物を含むことを特徴とする造影剤。
【選択図】なし

Description

この出願の発明は、造影剤に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、ナノテクノロジーを利用した、ＭＲＩ診断、あるいは材料や構造物の外からはわからない欠陥診断等に好適に利用することができる新規な造影剤に関するものである。

従来より、ガドリニウム（Ｇｄ）を用いた造影剤がＭＲＩ診断に使用されてきたが、これはＧｄをイオンあるいはイオン性化合物としてつかうものである。また、鉄（Ｆｅ）を用いた造影剤もＦｅをイオンもしくは酸化鉄としてＭＲＩ診断につかうものである。

一方、近年のナノテクノロジーの急速な展開により、カーボンのナノ構造体であるフラーレンを用いたＭＲＩ用造影剤も提案されている。たとえば、特許文献１には、フラーレンのアニオンラジカル塩を有効成分として含有した造影剤が提案されている。

特許文献２には、平均粒径が０．５〜１ｎｍの金属内包フラーレンをコアとして、このコアの表面をスルホン基、ケトン基、アミノ基及びアルキル基からなる群より選ばれる官能基を有する多糖類で被覆した造影剤が提案されている。

さらに、特許文献３には、フラーレンの中に１個又は２個のＧｄが内包された造影剤が提案されている。
特開平７−２３３０９３号公報特開平８−１４３４７８号公報特開２００１−１１４７１３号公報特開２００３−２０２１５号公報 Hashimoto, A.; Yorimitsu, H.; Ajima, K.; Suenaga, K.; Isobe, H.; Miyawaki, J.; Yudasaka, M.; Iijima, S.; Nakamura, E., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 101, p.8527-8530, 2004

ところが、ＭＲＩ診断においてＧｄをイオンあるいはイオン性化合物として使用した場合、生体に対する毒性が懸念され、また水溶性であるため生体内で溶解拡散し、使用上問題があった。また、Ｆｅの場合もイオンとして使用されることが多く、生体内での拡散を防ぎにくく、使用上問題があった。

一方、フラーレンは、大きさが０．５〜１ｎｍ程度であるため、ＭＲＩ用造影剤として用いた場合に微細領域の診断はできるものの、サイズの大きな分子を内包することができないという問題があった。さらに、合成が困難であるということも問題であった。

そこで、この出願の発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたもので、低毒性の要望を満たし、微細領域の診断が行え、しかも合成が容易な造影剤を提供することを課題とする。

また、この出願の発明は、材料や構造物の外からはわからない微細な欠陥診断等にも適用することができる造影剤を提供することを別の課題とする。

この出願の発明は、上記課題を解決するものとして、第１には、カーボンナノホーン集合体よりなることを特徴とする造影剤を提供する。

また、第２には、上記第１の発明において、前記カーボンナノホーン集合体を構成する個々のカーボンナノホーンがその側壁又は先端に開口部を有していることを特徴とする造影剤を提供する。

また、第３には、上記第１又は第２の発明において、前記カーボンナノホーン集合体を構成する個々のカーボンナノホーンに金属Ｍ（ただし、Ｍは常磁性体金属、強磁性体金属及び超常磁性体金属の中から選択される少なくとも１種）又は金属Ｍの化合物が内包されていることを特徴とする造影剤を提供する。

また、第４には、上記第１又は第２の発明において、前記カーボンナノホーン集合体を構成する個々のカーボンナノホーン表面上に金属Ｍ（ただし、Ｍは常磁性体金属、強磁性体金属及び超常磁性体金属の中から選択される少なくとも１種）又は金属Ｍの化合物が分散されていることを特徴とする造影剤を提供する。

また、第５には、上記第３又は第４の発明において、前記金属Ｍ又は前記金属Ｍの化合物の平均粒子径が０．３〜１００ｎｍであることを特徴とする造影剤を提供する。

また、第６には、上記第３から第５のいずれかの発明において、前記金属Ｍの化合物が金属酸化物であることを特徴とする造影剤を提供する。

また、第７には、上記第３から第５のいずれかの発明において、前記金属ＭがＧｄ又はＦｅであることを特徴とする造影剤を提供する。

また、第８には、上記第６の発明において、前記金属酸化物がＧｄ酸化物又はＦｅ酸化物であることを特徴とする造影剤を提供する。

さらに、第９には、Ｇｄ酸化物を含むことを特徴とする造影剤を提供する。

請求項１の発明によれば、低毒性の要望を満たし、微細領域の診断が行え、フラーレンを用いた造影剤と比べて大量合成が容易であるという利点がある。また、サイズの大きな分子を内包することができる。

請求項２の発明によれば、カーボンナノホーン集合体を構成する個々のカーボンナノホーンの側壁又は先端に開口部を有しているカーボンナノホーン集合体は、側壁に金属や金属の化合物を分散させたり、開口部から内部に金属や金属の化合物を取り込むことにより内包させることができるので、上記効果に加え、造影効果をより高める造影剤への展開が期待できる。

請求項３から請求項８の発明によれば、低毒性の要望を満たし、微細領域の診断が行え、フラーレンを用いた造影剤と比べて大量合成が容易であるという利点に加え、造影効果をより高めることができる。また、カーボンナノホーン集合体に金属あるいは金属の酸化物を内包させたものは、ターゲットとなる生体に応じた化学修飾をカーボンナノホーン表面に施すことができる上、その材料の選択肢が広がる、材料の平均粒子径制御が可能となる、凝集等を抑制することが可能となるという利点がある。また、Ｇｄ酸化物あるいはＦｅ酸化物等の酸化物を用いたものは、安定性が高く、耐水性、耐酸性、低毒性にすぐれる。

請求項９の発明によれば、Ｇｄ酸化物独自でも、耐水性、耐酸性、低毒性で、すぐれた造影効果を発揮することができる。

また、この出願の発明の造影剤は、材料や構造物の外からはわからない微細な欠陥診断等にも適用することができる。

この出願の発明は上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態について説明する。

この出願の発明による第１の造影剤は、カーボンナノホーン集合体よりなることを特徴とするものである。

第１の造影剤に用いるカーボンナノホーン集合体は、たとえばこの出願の発明者が関わっている特許文献４に記載したような方法で作製することができる。すなわち、Ａｒ（アルゴン）、Ｈｅ（ヘリウム）等に代表される希ガスやＮ₂（窒素）ガス等をはじめとする反応不活性なガスを単体で又は２種以上の混合気体として雰囲気ガスとし、その雰囲気ガスの種類に応じた圧力に制御した状態で、固体状炭素単体物質を蒸発させて炭素蒸気を雰囲気ガス中に放出させることで、カーボンナノホーンが先端を外周面にして集合したカーボンナノホーン集合体を得ることができる。固体状炭素単体物質を蒸発させる手段としては、たとえばレーザーやアーク等を用いることができる。

第１の造影剤に用いるカーボンナノホーン集合体は、集合体を構成する個々のカーボンナノホーンの径が１〜１０ｎｍ程度のものである。その形状は「ダリア」状や「つぼみ」状のもの等とすることができる。

カーボンナノホーン集合体は、その径がフラーレンに比べて比較的大きく、表面積もかなり大きく、カーボンナノチューブと比較しても人体に対する有害性が低い。また、実施例３で示すように造影効果を示す。そこで、この出願の発明では、このカーボンナノホーン集合体を造影剤として用いる。

また、カーボンナノホーン集合体は、ターゲットとなる生体に応じた化学修飾を表面に施すことができる。もちろん、カーボンナノホーン集合体よりなる造影剤は、ＭＲＩ以外の、材料や構造物の外からはわからない欠陥診断等にも適用することができ、微細な欠陥診断等が可能となる。

次に、この出願の発明による第２の造影剤について述べると、この第２の造影剤は、カーボンナノホーン集合体を構成する個々のカーボンナノホーンがその側壁又は先端に開口部を有していることを特徴とするものである。また、カーボンナノホーン集合体を構成する個々のカーボンナノホーンに金属Ｍ（ただし、Ｍは常磁性体金属、強磁性体金属及び超常磁性体金属の中から選択される少なくとも１種）又は金属Ｍの化合物が内包されているか、カーボンナノホーン集合体を構成する個々のカーボンナノホーン表面上に金属Ｍ（ただし、Ｍは常磁性体金属、強磁性体金属及び超常磁性体金属の中から選択される少なくとも１種）又は金属Ｍの化合物が分散されているものである。なお、必ずしもカーボンナノホーン集合体を構成する全てのカーボンナノホーンに金属又は金属の化合物が内包あるいは分散されている必要はなく、所要の造影効果が得られる程度以上であればよい。

第２の造影剤に用いるカーボンナノホーン集合体では、個々のカーボンナノホーンの側壁又は先端に開口部を形成する必要があり、また、個々のカーボンナノホーンに金属又は金属の化合物を内包させるか、あるいは表面に金属又は金属の化合物を分散させる場合には、上記で形成した開口部を利用してその内包あるいは分散を行う。このような開口部の形成、金属又は金属の化合物の内包あるいは分散を行う方法としては、たとえばこの出願の発明者が関わる非特許文献１に記載されているような方法を用いることができる。

この方法では、カーボンナノホーン集合体を構成する個々のカーボンナノホーンの側壁又は先端に開口部を形成するために、酸素雰囲気中で熱処理を施す。非特許文献１には、４２０℃と５８０℃での酸素雰囲気中での熱処理により開口部が形成されたことが記載されている。開口部の大きさは、熱処理温度と加熱時間を調整することにより制御することができ、０．２〜５ｎｍ程度とすることができるが、これに限定されない。

カーボンナノホーンに内包あるいは分散させる金属Ｍとしては、常磁性体金属、強磁性体金属及び超常磁性体金属を用いることができる。

常磁性金属としては、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｔｍ、およびＹｂから選ばれる希土類金属、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、ならびにＰｄから選ばれる金属の単体および合金を用いることができ、特に造影効果の点からＧｄが好ましい。

強磁性体金属としては、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏの単体および合金を用いることができ、特に造影効果の点からＦｅが好ましい。

超常磁性体金属としては、ＦｅやＭｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｒｕの単体および合金の化合物からなる強磁性体およびフェリ磁性体の微粒子からなるものを用いることができ、特に造影効果の点からＦｅ酸化物のフェリ磁性体微粒子が好ましい。

金属Ｍの化合物としては、酸化物、炭化物、塩化物などを用いることができるが、これらの中で安定性の面から酸化物が好ましい。特に、金属Ｍの化合物を分散させる場合には、耐水性、耐酸性及び低毒性が求められるため酸化物が好ましい。

金属Ｍの酸化物としては、上記で示したものの酸化物を使用することができるが、常磁性体の金属酸化物としては、特にＧｄ₂Ｏ₃などのＧｄ酸化物（以下、酸化ガドリニウムとも称する）（ＧｄＯ_x）が好ましい。また、強磁性体あるいは超常磁性体の金属酸化物としては、Ｆｅ₃Ｏ₄などのＦｅ酸化物（以下、酸化鉄とも称する）（ＦｅＯ_x）が好ましい。

これら金属Ｍ又は金属Ｍの化合物のカーボンナノホーン内での大きさは０．３〜２０ｎｍ程度の微粒子であることが、造影効果を十分に発揮するために好ましい。特に超常磁性体の場合はナノメートルオーダーまで微粉化されているとその特性を発揮できる。

金属Ｍ又は金属Ｍの化合物をカーボンナノホーンに内包あるいはその表面に分散させる方法としては、たとえば非特許文献１に示すような方法を用いることができる。この方法は、たとえば酸化ガドリニウムを内包させる場合、開口部が形成されたカーボンナノホーン集合体と酢酸ガドリニウム・４水和物をエタノール中で混合、攪拌した後、濾過し、さらにエタノールで分散、超音波処理、濾過を行った後、乾燥させ、さらにアルゴンガス中で熱処理することにより目的物を得る方法である。酸化鉄を内包あるいは分散させる場合は、酢酸ガドリニウム・４水和物の代わりに酢酸鉄を用いればよい。金属Ｍ又は金属Ｍの化合物の内包、分散は、開口部の大きさを制御することにより選択することができる。また、内包あるいは分散させる金属Ｍ又は金属Ｍの化合物の大きさは、Ａｒ、Ｈｅ等の不活性ガス中の熱処理温度及び加熱時間で制御することができる。

この出願の発明による第３の造影剤はＧｄ酸化物（酸化ガドリニウム）を含むものである。

Ｇｄ₂Ｏ₃などの酸化ガドリニウム（ＧｄＯ_x）は、それ自体ですぐれた造影効果を示す上、酸化物であるので安定性があり、さらに耐水性、耐酸性及び低毒性の要求も満足する。酸化ガドリニウムを造影剤として使用する場合、粒径は０．３〜２０ｎｍ程度とすることが好ましい。

以下、実施例によりこの出願の発明についてさらに詳しく説明する。もちろん、この発明は上記の実施形態及び以下の例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることは言うまでもない。

［実施例１］
室温下、アルゴンガス雰囲気、１０１ｋＰａの圧力のチャンバー内でグラファイト原料にＣＯ₂レーザーを照射し、グラファイト原料を蒸発させ、ダリア状のカーボンナノホーン集合体を作製した。各カーボンナノホーンは単層であった。

次に、得られたカーボンナノホーン集合体に対し、個々のカーボンナノホーンの側壁に開口部を形成するため、酸素を２００ｃｍ³／分の流速で供給しながら、圧力を１０１ｋＰａとして、５８０℃で１０分間熱処理を行い、部分酸化を行った。

次に、酸化されたカーボンナノホーン集合体（ＮＨｏｘと記す）５０ｍｇと酢酸ガドリニウム・４水和物（Ｇｄ（ＯＡｃ）₃・４Ｈ₂Ｏ（シグマアルドリッチ社製；純度９９．９％以上））５０ｍｇを、三角フラスコに入れたエタノール２０ｃｍ³中で混合し、室温で２４時間攪拌した後、孔径０．２μｍのメンブレンフィルターで濾過した。そして、濾過して得た粉末を、再びエタノール（２０ｃｍ³）中に分散し、２０秒間超音波処理した後、再び濾過し、その後真空中（１ｋＰａ）で１２時間乾燥し、酢酸ガドリニウムを内包したカーボンナノホーン集合体（ＧｄＯＡｃ＠ＮＨと記す）を得た。

次に、酢酸ガドリニウムを内包したカーボンナノホーン集合体の２つの試料を、アルゴンガス雰囲気（圧力１０１ｋＰａ、流量３００ｃｍ³／分）中にてそれぞれ６００℃で６０分間、７００℃で６０分間熱処理して、酸化ガドリニウム内包カーボンナノホーン集合体（それぞれＨＴ６００−Ｇｄｏｘ５８０、Ｈｔ７００−Ｇｄｏｘ５８０と記す）を得た。前者の酢酸ガドリニウムの平均粒子径は約５ｎｍであり、後者の酢酸ガドリニウムの平均粒子径は約１０ｎｍであった。

ＨＴ６００−Ｇｄｏｘ５８０の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）像を図１の（ａ）と（ｂ）に示し、ＨＴ７００−Ｇｄｏｘ５８０のＴＥＭ像を図１の（ｃ）に示す。酸化ガドリニウム（Ｇｄ₂Ｏ₃）の粒子が黒点となって見えている。カーボンナノホーンのサヤ（シース）の中に酸化ガドリニウム（Ｇｄ₂Ｏ₃）が内包されているのがわかる。開口部が側面部に形成されていることもわかる。

上記で作製した酸化ガドリニウム内包カーボンナノホーン集合体をそれぞれ寒天ゲル中に分散させたものに対して、ＮＭＲによりＴ１緩和時間を測定した。

測定したＴ１緩和時間とＧｄ濃度（Ｇｄ₂Ｏ₃ではなくＧｄの量）との関係を図２に示す。図２において縦軸はＴ１緩和度（Ｔ１の逆数）で、この数字が大きいほどプロトンの緩和を促進させる。図２中Ｇｄ₂Ｏ₃は市販の酸化ガドリニウム（平均粒子径約１００ｎｍ）のデータ、寒天ゲルのみのデータは破線で示した。

また、上記で作製した酸化ガドリニウム内包カーボンナノホーン集合体を寒天に溶かして「ＪＳＴ２００４」という文字型のゲルを作り、それをカーボンナノホーン集合体を含まない寒天ゲルに埋め込んだものを作製し、ＭＲＩで撮像した。その写真像を図３に示す。

以上のことから、酸化ガドリニウム内包カーボンナノホーン集合体が造影効果を示すことが確認された。

［実施例２］
実施例１と同様にしてダリア状のカーボンナノホーン集合体を作製した。

次に、酸化されたカーボンナノホーン集合体（ＮＨｏｘと記す）５０ｍｇと酢酸鉄（シグマアルドリッチ社製；純度９９．９９５％以上））５０ｍｇを、三角フラスコに入れたエタノール２０ｃｍ³中で混合し、室温で２４時間攪拌した後、孔径０．２μｍのメンブレンフィルターで濾過した。そして、濾過して得た粉末を、再びエタノール（２０ｃｍ³）中に分散し、２０秒間超音波処理した後、再び濾過し、その後真空中（１ｋＰａ）で１２時間乾燥し、酢酸鉄（Ｆｅ（ＯＡｃ）₂）を内包したカーボンナノホーン集合体（ＦｅＯＡｃ＠ＮＨと記す）を得た。

次に、酢酸鉄を内包したカーボンナノホーン集合体の２つの試料を、アルゴンガス雰囲気（圧力１０１ｋＰａ、流量３００ｃｍ³／分）中にて４００℃で６０分間熱処理して、酸化鉄内包カーボンナノホーン集合体を得た。

酸化鉄内包カーボンナノホーン集合体の試料の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）像を観察したところ、実施例１の場合と同様、酸化鉄の粒子が黒点となって見えた。また、カーボンナノホーンの鞘（シース）の中に酸化鉄が内包されていることが確認された。開口部が側面部に形成されていることも確認された。

上記で作製した酸化鉄内包カーボンナノホーン集合体をそれぞれ寒天ゲル中に分散させたものに対して、実施例１と同様にして、ＮＭＲによりＴ１緩和時間を測定したところ、測定したＴ１緩和時間とＦｅ濃度（Ｆｅ₃Ｏ₄ではなくＦｅの量）との関係は、実施例１と同様な傾向を示した。

また、上記で作製した酸化鉄内包カーボンナノホーン集合体を寒天に溶かして「２００４」という文字型のゲルを作り、それをカーボンナノホーン集合体を含まない寒天ゲルに埋め込んだものを作製し、ＭＲＩで撮像した。その写真像のうちＴ１−ＭＲＩを図４に、Ｔ２−ＭＲＩを図５にそれぞれ示す。

以上のことから、酸化鉄内包カーボンナノホーン集合体が造影効果を示すことが確認された。

［実施例３］
実施例１で得られたカーボンナノホーン集合体を寒天に溶かしてチューリップと桜の型および「２００４」という文字型のゲルを作り、それをカーボンナノホーン集合体を含まない寒天ゲルに埋め込んだものを作製し、ＭＲＩで撮像した。そのＴ２強調写真像を図６に示す。

以上のことから、カーボンナノホーン集合体単独でも造影効果を示すことが確認された。

実施例１で作製した酸化ガドリニウム内包カーボンナノホーン集合体よりなる造影剤のＴＥＭ像を示す図であり、（ａ）と（ｂ）がＨＴ６００−Ｇｄｏｘ５８０のＴＥＭ像、（ｃ）がＨＴ７００−Ｇｄｏｘ５８０のＴＥＭ像である。実施例１で作製した酸化ガドリニウム内包カーボンナノホーン集合体のＴ１緩和時間とＧｄ濃度の関係を示す図である。実施例１で作製した酸化ガドリニウム内包カーボンナノホーン集合体を寒天に溶かして文字型ゲルを作り、それをカーボンナノホーン集合体を含まない寒天ゲルに埋め込んだものをＭＲＩで撮像した写真像を示す図である。実施例２で作製した酸化鉄内包カーボンナノホーン集合体を寒天に溶かして文字型ゲルを作り、それをカーボンナノホーン集合体を含まない寒天ゲルに埋め込んだものをＭＲＩ（Ｔ１強調）で撮像した写真像を示す図である。Ｔ２強調した図４と同様の図である。実施例３で作製したカーボンナノホーン集合体を寒天に溶かしてチューリップと桜の型および「２００４」という文字型のゲルを作り、それをカーボンナノホーン集合体を含まない寒天ゲルに埋め込んだものをＭＲＩで撮像したＴ２強調写真像を示す図である。

Claims

カーボンナノホーン集合体よりなることを特徴とする造影剤。
前記カーボンナノホーン集合体を構成する個々のカーボンナノホーンがその側壁又は先端に開口部を有していることを特徴とする請求項１記載の造影剤。
前記カーボンナノホーン集合体を構成する個々のカーボンナノホーンに金属Ｍ（ただし、Ｍは常磁性体金属、強磁性体金属及び超常磁性体金属の中から選択される少なくとも１種）又は金属Ｍの化合物が内包されていることを特徴とする請求項１又は２記載の造影剤。
前記カーボンナノホーン集合体を構成する個々のカーボンナノホーン表面上に金属Ｍ（ただし、Ｍは常磁性体金属、強磁性体金属及び超常磁性体金属の中から選択される少なくとも１種）又は金属Ｍの化合物が分散されていることを特徴とする請求項１又は２記載の造影剤。
前記金属Ｍ又は前記金属Ｍの化合物の平均粒子径が０．３〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項３又は４記載の造影剤。
前記金属Ｍの化合物が金属酸化物であることを特徴とする請求項３から５のいずれかに記載の造影剤。
前記金属ＭがＧｄ又はＦｅであることを特徴とする請求項３から５のいずれかに記載の造影剤。
前記金属酸化物がＧｄ酸化物又はＦｅ酸化物であることを特徴とする請求項６記載の造影剤。
Ｇｄ酸化物を含むことを特徴とする造影剤。