JP2015509079A - 金属材料および酸化ハフニウム材料を含むナノ粒子、その製造および使用 - Google Patents
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Abstract
本発明は、診断および／または治療薬として、保健分野において有利に用いることができる新規なナノ粒子に関する。本発明のナノ粒子は、酸化ハフニウム材料で、少なくとも一部が覆われているか、またはその中に埋め込まれている金属材料を含む。既存の製品と比較した場合、これらのナノ粒子は、リスク比を上回る注目に値する利点を提示する。特に、これらのナノ粒子は、既知の金属ナノ粒子の効率を高める。実際に、それらは、金属固有の特性を保持し、今や、哺乳動物、特にヒトにおいてさらに安全に用いることができる。本発明はまた、該ナノ粒子の製造方法、該ナノ粒子を含む組成物およびその使用に関する。
Description
本発明は、診断および／または治療薬として、保健分野において有利に用いることができる新規なナノ粒子に関する。本発明のナノ粒子は、酸化ハフニウム材料で、少なくとも一部が覆われているか、またはその中に埋め込まれている金属材料を含む。既存の製品と比較した場合、これらのナノ粒子は、リスク比を上回る注目に値する利点を提示する。特に、これらのナノ粒子は、既知の金属ナノ粒子の効率を高める。実際に、それらは、金属固有の特性を保持し、今や、哺乳動物、特にヒトにおいてさらに安全に用いることができる。本発明はまた、該ナノ粒子の製造方法、該ナノ粒子を含む組成物およびその使用に関する。
ナノテクノロジーは、医療を改善するための革新的な戦略を提供する。しかしながら、いずれかのヘルスケア製品に関しては、ナノ医療の分野において、医薬品の化学的および薬理学的特性から何が予想されるか、および、これまでの観察または文書の観点からの知識が何であるか、の両方の観点から、予期する／予期せぬ毒性の概念が考慮されるべきである。
ナノ材料を設計する場合、ナノ粒子の毒物学的問題が最も重要である。診断または治療用途のために開発された、操作されたナノ材料の潜在的な毒性が考慮されるべきであり、それは、生物学的媒体中への有毒種の放出、酸化還元現象、電子移動および活性酸素種（ROS）産生などの現象を包含する。また、ナノ粒子表面上のタンパク質の吸着は、タンパク質構造の変化およびそれに続く酵素活性の喪失、細動、または、新しい抗原エピトープへの曝露などの様々な有害な現象を引き起こす可能性がある。薬物動態は、有効性と安全性予測の決定パラメーターである。単核食細胞によって捕捉された後、分解されないか、またはわずかしか分解されないナノ粒子は、細網内皮系(RES)にて捕捉され、蓄積して望ましくない副作用を誘発しうる。
ナノ粒子表面コーティング（機能化）は、ナノ粒子生物反応性およびナノ粒子溶解を防止するといったような異なる役割を演じることによってナノ粒子の安全性を改善するための魅力的なアプローチであると認められている。実際に、保護シェルによるナノ粒子のコーティングは、粒子の毒性を低下させる有効な手段であるように見える。適当なシェル材料として、ポリエチレングリコール化合物（PEG化合物）、シリカ（SiO2）および生体適合性ポリマーなどの生体適合性有機または無機物質が挙げられる。しかしながら、これらのコーティングは、環境的に不安定または分解性であり、最初は非毒性の材料が、そのコーティングが脱落した後にナノ粒子のコアが身体に曝露される場合、有害になることがある。
がんは、世界的に主要な死亡原因であり、2008年には7.6万人が死亡した（全死亡の約13％）。がんによる死亡は、上昇し続け、2030年には推定1200万人が死亡すると予測されている（WHO）。手術、放射線療法および医薬品は、抗がん治療モダリティとして中心的に重要であり、それぞれは、治療されるがんのタイプに応じて、単独または併用で用いることができる。療法の選択は、腫瘍の位置およびグレード分類、疾患の病期ならびに患者の健康状態に依存する。
サイトカインまたはX線などの細胞周期およびDNAを標的とする抗がん剤は、臨床用途において最も有効であり、単独または異なる作用機序を有する薬物と併用で用いて、がん患者の生存を有意に増加させている。それらはまた、毒性が強く、治療域が狭い。
したがって、がんの分野において、効率および安全性の改善を意図して治療比を変更すことに、依然としてかなりの興奮がある。
したがって、がんの分野において、効率および安全性の改善を意図して治療比を変更すことに、依然としてかなりの興奮がある。
ナノテクノロジーは、がん性細胞に直接的および選択的に療法をデリバリーするための有利な解決を提供する。近年、金属性ナノ粒子が、診断および治療のために非常に有望であることが示されている。金属ナノ粒子のうち、金ナノ粒子が、特に、放射線療法との関連で放射線増感剤として(WO 2004/112590)、診断との関連で造影剤として(WO2003/075961)、温熱療法との関連で光熱作用剤として(WO2009/091597)、および化学療法との関連で薬物担体として(WO2002/087509)、とりわけ提案されている、
金は、長い間、生体不活性（すなわち、生化学的反応性の欠如）であり、したがって、哺乳動物においてインビボで使用可能であるとされてきた(WO2011/127061)。しかしながら、この意見は、本発明者らおよび他者によって、今は疑わしいと考えられている。
近年の論文では、生体媒体中での金ナノ粒子の不活性挙動を疑問視しており、そのことは、医療用途におけるそれらの使用を減少させうる
近年の論文では、生体媒体中での金ナノ粒子の不活性挙動を疑問視しており、そのことは、医療用途におけるそれらの使用を減少させうる
Cho WS.ら、[Acute toxicity and pharmacokinetics of 13 nm sized PEG-coated gold nanoparticles. Toxicology and Applied Pharmacology 236 (2009) 16-24]は、PEGでコーティングされた13 nmのサイズの金ナノ粒子を用いるインビボ毒性研究を実施している。PEG-5000コーティングされた13 nmのナノ粒子を静脈内注射した(BALB/Cマウスにて0、0.17、0.85または4.26 mg/体重Kg)。ナノ粒子は、最大7日間まで肝臓および脾臓に蓄積することが見出された。さらに、透過電子顕微鏡法(TEM)による画像は、肝臓クッパー細胞および脾臓マクロファージの数多くの細胞質性小胞およびリソソームが、PEGコーティングされた金ナノ粒子を含むことを明らかにした。処置後7日間での肝臓の肝細胞のアポトーシスは、0.85および4.26 mg/Kgの金ナノ粒子を投与されたマウスにおいて有意に高かった。アポトーシスを起こした細胞は、第7日の高用量グループにおいて約10%であった。13 nmのPEGコーティングされた金ナノ粒子の毒性については、一過性の炎症反応は無視できたが、肝臓の肝細胞のアポトーシスは、13 nmのPEGコーティングされた金ナノ粒子処置によって誘発された重大な副作用である。
Sadauskas E.ら、[Protracted elimination of gold nanoparticles from mouse liver、Nanomedicine 5 (2009) 162-9]は、静脈内注射後の40 nmの金ナノ粒子の運命を研究した。成体雌性C57BLマウスに、金ナノ粒子を静脈内注射した (0.5 mL−9.1010粒子/mL)。実験グループを、1日後、1ヵ月後、3ヵ月後および6ヵ月後に死亡させた。コントロールグループを、1日後に死亡させた。ICP-MSによって、第1日から6ヵ月までの金の含量において9%の降下が見出されたことは、金装荷クッパー細胞の代謝回転が長引くことを示す。オートメタログラフィー(AMG)染色は、長期曝露後に金ナノ粒子を含有するクッパー細胞の数の減少があること、および1ヶ月後のAMG染色領域において有意な減少があることを明らかにした。著者らは、著者らは、これがクッパー細胞間の共食いを反映していると考えている。著者らは、3〜6ヶ月間生存した動物において不健康に見える大型金含有リソソームを確認したが、これは、死亡し、周囲のクッパー細胞によって貪食されているクッパー細胞の概念を支持する。
Chen YS. ら、[Assessment of the in vivo toxicity of gold nanoparticles 、Nanoscale Res. Lett. 4(8) (2009) 858-64]は、3、5、12、17、37、50および100-nmの金ナノ粒子を用いてインビボ毒性研究を行った。8 mg/Kg/週の用量で、金ナノ粒子をBALB/Cマウスに腹腔内注射した。8〜37 nmの範囲のサイズの金ナノ粒子は、マウスに重篤な病気を誘発した(平均生存時間＝21日)。疾患グループのマウスの主要臓器の病理学検査から、肝臓におけるクッパー細胞の増加(クッパー細胞の活性化は、このゾーンでの金ナノ粒子の毒性を示唆した)、肺における構造的完全性の喪失(肺気腫に類似した構造が観察された)および白脾髄の拡散が示された。病理学的異常は、疾患部位における金ナノ粒子の存在を伴った。
驚くべきことに、本発明者らは、酸化ハフニウムが、金属材料と組み合わせて適切に用いる場合、該金属材料、特に金を、金属治療および診断特性を害することなく非毒性にすることができ、それによって本発明生成物を哺乳動物においてインビボで使用可能にすることを見出し、本明細書に記載する。
本発明者らはさらに、本発明の金属材料と酸化ハフニウム材料の組合せが、腫瘍構造内のエネルギーの効率的なデポジットに貢献しうるものであり、該デポジットが、標準的治療と比較すると、放射線療法によって活性化される場合、インビボでの腫瘍の崩壊の劇的な強化に貢献しうると考える。
発明の概略
本発明者らは、本明細書において、酸化ハフニウム材料で、少なくとも一部が覆われているか、またはその中に埋め込まれている金属材料を含むナノ粒子を提供する。特定の実施態様において、本発明のナノ粒子は、酸化ハフニウム材料で、完全に覆われているか、またはその中に埋め込まれている金属材料を含むコア−シェル金属酸化物ナノ粒子である。本発明者らはまた、医薬的に許容しうる担体と共に、このようなナノ粒子を含む組成物を提供する。この組成物は、診断用組成物であってもよく、または医薬組成物であってもよい。本発明者らはさらに、特に腫瘍学において、さらに詳しくはナノ粒子が放射線に曝露される場合に、診断薬および／または治療薬として、哺乳動物、好ましくはヒトに用いるための製品を記載する。
本発明者らは、本明細書において、酸化ハフニウム材料で、少なくとも一部が覆われているか、またはその中に埋め込まれている金属材料を含むナノ粒子を提供する。特定の実施態様において、本発明のナノ粒子は、酸化ハフニウム材料で、完全に覆われているか、またはその中に埋め込まれている金属材料を含むコア−シェル金属酸化物ナノ粒子である。本発明者らはまた、医薬的に許容しうる担体と共に、このようなナノ粒子を含む組成物を提供する。この組成物は、診断用組成物であってもよく、または医薬組成物であってもよい。本発明者らはさらに、特に腫瘍学において、さらに詳しくはナノ粒子が放射線に曝露される場合に、診断薬および／または治療薬として、哺乳動物、好ましくはヒトに用いるための製品を記載する。
詳細な記載
本発明のナノ粒子は、酸化ハフニウム材料で、少なくとも一部が覆われているか、またはその中に埋め込まれている金属材料を含む。
本発明のナノ粒子は、酸化ハフニウム材料で、少なくとも一部が覆われているか、またはその中に埋め込まれている金属材料を含む。
電子機器用トランジスタのミニチュア化のための金属酸化物半導体(MOS)開発との関連で、Sargentis Chら、[Simple method for the fabrication of a high dielectric constant metal-酸化物-semiconductor capacitor embedded with Pt nanoparticles、Appl. Phys. Lett. 88(073106) (2006) 1-3]は、SiO2/HfO2界面上のPtナノ粒子に埋め込まれているMOS機器を組み立てるための単純な電子蒸着法を開発した。組み立てられたPtナノ粒子は、4.9 nmの平均直径を有し、シート密度は、3.2×1012 ナノ粒子/cm2である。電子機器の開発で用いることを意図されたこの物体は、酸化ハフニウム層に部分的に埋め込まれている金属ナノ粒子からなる。本発明の物体とは逆に、この物体は、シートであって、ナノ粒子ではない。
特定の実施態様において、本発明のナノ粒子 は、酸化ハフニウム材料で、完全に覆われているか、またはその中に埋め込まれている金属材料を含む、コア−シェル金属酸化物ナノ粒子である。
本発明の意図において、用語「ナノ粒子」は、以下にさらに説明するように、ナノメートル領域のサイズ、典型的には、1 nm〜500 nmの間の製品、特に合成製品を指す。
金属材料は、典型的には、金属結晶子または金属結晶子の凝集体である。
本発明のナノ粒子は、有利に、一つまたは数個の金属結晶子を含む。
好ましい実施態様において、本発明のナノ粒子は、数個の酸化ハフニウム結晶子および／または数個の酸化ハフニウム結晶子凝集体を含む。
特定の実施態様において、金属材料および酸化ハフニウム材料のそれぞれは、結晶子または結晶子の凝集体である。
もう一つの特定の実施態様において、本発明のナノ粒子は、典型的には、酸化ハフニウム材料で、完全に覆われている、金属結晶子または金属結晶子の凝集体である金属材料を含むコア−シェル金属酸化物ナノ粒子である。
本発明の意図において、用語「ナノ粒子」は、以下にさらに説明するように、ナノメートル領域のサイズ、典型的には、1 nm〜500 nmの間の製品、特に合成製品を指す。
金属材料は、典型的には、金属結晶子または金属結晶子の凝集体である。
本発明のナノ粒子は、有利に、一つまたは数個の金属結晶子を含む。
好ましい実施態様において、本発明のナノ粒子は、数個の酸化ハフニウム結晶子および／または数個の酸化ハフニウム結晶子凝集体を含む。
特定の実施態様において、金属材料および酸化ハフニウム材料のそれぞれは、結晶子または結晶子の凝集体である。
もう一つの特定の実施態様において、本発明のナノ粒子は、典型的には、酸化ハフニウム材料で、完全に覆われている、金属結晶子または金属結晶子の凝集体である金属材料を含むコア−シェル金属酸化物ナノ粒子である。
本明細書における用語「結晶子」は、結晶性生成物を指す。結晶子のサイズおよびその構造ならびに組成物は、X線回折法によって分析することができる。用語「結晶子の凝集体」は、典型的には共有結合により互いに強く結合した結晶子の集合体を指す。
金属材料は、金（Au）、銀（Ag）、白金（Pt）、パラジウム（Pd）、スズ（Sn）、タンタル（Ta）、イッテルビウム（Yb）、ジルコニウム（Zr）、ハフニウム（Hf）、テルビウム（Tb）、ツリウム（Tm）、セリウム（Ce）、ジスプロシウム（Dy）、エルビウム（Er）、ユウロピウム（Eu）、ホルミウム（Ho）、鉄（Fe）、ランタン（La）、ネオジム（Nd）、プラセオジム（Pr）、ルテチウム（Lu）およびその混合物から有利に選ぶことができる。金属は、好ましくは、金、銀、タンタル、白金、パラジウム、スズ、ジルコニウム、ハフニウム、ルテチウムおよび鉄から、より好ましくは、ジルコニウム、ハフニウム、タンタル、および金から選ばれる。最も好ましい金属材料は、金またはタンタルであり、金がより好ましい。
特定の実施態様において、少なくとも80%、たとえば、85%、86%、87%、88%または89%の金属材料が、酸化ハフニウム材料によって、生物材料との相互作用から保護される。少なくとも90%、典型的には90%〜98%、たとえば95%の金属材料が、酸化ハフニウム材料によって、生物材料との相互作用から保護されるのが、より好ましい。
もう一つの特定の実施態様において、本発明のナノ粒子は、酸化ハフニウム材料で、完全に覆われているか、またはその中に埋め込まれている金属材料を含む、コア＠シェル金属＠酸化物とも記載される、コア−シェル金属酸化物ナノ粒子である。
本発明のナノ粒子は、用途に応じて、酸化ハフニウム材料で、少なくとも一部が覆われているか、または、酸化ハフニウム材料で、完全に覆われる金属材料を含む。
たとえば、本発明のナノ粒子を、診断との関連で造影剤として、または療法との関連で放射線増感剤として用いる場合、金属材料は、酸化ハフニウム材料で、完全に覆われる(コア＠シェル金属＠酸化物ナノ粒子)のが有利であるが、本発明のナノ粒子を、温熱療法との関連で光熱作用剤として、または化学療法との関連で薬物担体として用いる場合、金属材料は、酸化ハフニウム材料で、少なくとも一部が覆われるのが好ましい。
たとえば、本発明のナノ粒子を、診断との関連で造影剤として、または療法との関連で放射線増感剤として用いる場合、金属材料は、酸化ハフニウム材料で、完全に覆われる(コア＠シェル金属＠酸化物ナノ粒子)のが有利であるが、本発明のナノ粒子を、温熱療法との関連で光熱作用剤として、または化学療法との関連で薬物担体として用いる場合、金属材料は、酸化ハフニウム材料で、少なくとも一部が覆われるのが好ましい。
特定の実施態様において、金属材料の固有の特性を保持するために、金属材料を覆っているか、または埋め込んでいる酸化ハフニウム材料が、小分子の拡散を可能にするのが望ましい。特に、金属材料を覆っているか、または埋め込んでいる酸化ハフニウム材料が、水または薬物の移動を可能にするが、生物材料との相互作用から金属材料を保護することが重要である。
診断または放射線療法との関連では、金属組成物の完全な被覆が望ましい。診断との関連では、この完全な被覆が、製品の安全な使用を最適化するのがさらに好ましい。
酸化ハフニウム材料による金属材料の適切な被覆は、BET(Brunauer、Emmett and Teller)表面領域分析によって決定される場合のナノ粒子の表面領域が、典型的には、CTAB表面領域分析によって決定される場合のナノ粒子の表面領域と等しいか、または超えるように調節してもよい。
BET表面領域分析は、ナノ粒子の表面における、ガス、通常は窒素の吸収に基づいている（ナノ粒子は、粉末の形態である）。BET表面領域は、ポロシティを含む、ナノ粒子の「総」表面を提供する。
CTAB表面領域分析は、ナノ粒子の表面における、セチルトリメチルアンモニウムブロミド(CTAB)分子の吸収に基づいている（ナノ粒子は、溶液である）。CTAB分子は、微孔に吸着されないように相対的に大きい。したがって、CTAB表面領域は、生物材料との相互作用などの大きい分子との相互作用に利用することができるナノ粒子の表面を反映する。他の分子（タンパク質など）は、本発明との関連で別の方法で、ナノ粒子表面領域を評価するために利用することができた。
ナノ粒子が、酸化ハフニウム材料で完全に覆われている材料を含む場合、BET表面領域は、ナノ粒子の形状および、典型的には、誘導結合プラズマ質量分析法(ICP MS)を用いる金属およびハフニウム要素の定量によって決定された、ナノ粒子を構成している金属と酸化ハフニウム材料の相対的比率を考慮して、計算された表面領域と相関する。
ナノ粒子の形状は、たとえば、丸、平ら、細長い、多角形、球形、卵形または楕円などでありうる。該形状は、製造方法によって決定またはコントロールすることができ、当業者によって適合させることができる。
粒子の形状は、その「生体適合性」に影響を及ぼしうるので、全く均質な形状を有する粒子が好ましい。薬物動態の理由から、本質的に球形、円形または卵形であるナノ粒子がこのように好ましい。このような形状はまた、細胞とのナノ粒子相互作用または細胞によるナノ粒子取り込みに適している。球形または円形が特に好ましい。
粒子の形状は、その「生体適合性」に影響を及ぼしうるので、全く均質な形状を有する粒子が好ましい。薬物動態の理由から、本質的に球形、円形または卵形であるナノ粒子がこのように好ましい。このような形状はまた、細胞とのナノ粒子相互作用または細胞によるナノ粒子取り込みに適している。球形または円形が特に好ましい。
本明細書における用語「ナノ粒子のサイズ」および「ナノ粒子の最大のサイズ」は、「ナノ粒子の最大の寸法」を指す。透過電子顕微鏡法(TEM)を用いて、ナノ粒子のサイズを測定することができる。同様に、動的光散乱(DLS)を用いて、溶液中のナノ粒子の流体力学的直径を測定することができる。これらの二つの方法を互いに用いて、サイズ測定を比較し、該サイズを確認することもできる。
典型的に、最も大きい寸法は、円形または球形のナノ粒子の直径、あるいは卵形または楕円形の最大長さである。
典型的に、最も大きい寸法は、円形または球形のナノ粒子の直径、あるいは卵形または楕円形の最大長さである。
本明細書で定義されるナノ粒子の最大寸法は、典型的に、約10 nm〜約250 nm、好ましくは約20 nm〜約100または約200 nm、より好ましくは約50 nm〜約150 nmである。
金属結晶子サイズ(金属結晶子の最大寸法)は、典型的に、約2 nm〜約100 nm、たとえば、約2 nm〜60 nmまたは約10 nm〜約50 nmである。金属結晶子サイズの典型例は、5、10、15、30および50 nmである。
金属結晶子凝集体サイズ(金属結晶子凝集体の最大寸法)は、典型的に、約20 nm〜約100 nm、たとえば、20 nm〜50 nmである。
酸化ハフニウム結晶子サイズ(酸化ハフニウム結晶子の最大寸法)は、典型的に、約5 nm〜約50 nm、好ましくは、約2 nm〜約50 nm、たとえば、5 nm〜30 nmである。酸化ハフニウム結晶子サイズの典型例は、2、5、10、15、20および25 nmである。
酸化ハフニウム結晶子凝集体サイズ(酸化ハフニウム結晶子凝集体の最大寸法)は、典型的に、約20 nm〜約100 nm、たとえば、30 nm〜70 nmである。
酸化ハフニウム結晶子サイズまたは酸化ハフニウム結晶子凝集体サイズは、コア＠シェル金属＠酸化物 ナノ粒子との関連で、酸化ハフニウムシェルの厚みに対応する。
金属結晶子凝集体サイズ(金属結晶子凝集体の最大寸法)は、典型的に、約20 nm〜約100 nm、たとえば、20 nm〜50 nmである。
酸化ハフニウム結晶子サイズ(酸化ハフニウム結晶子の最大寸法)は、典型的に、約5 nm〜約50 nm、好ましくは、約2 nm〜約50 nm、たとえば、5 nm〜30 nmである。酸化ハフニウム結晶子サイズの典型例は、2、5、10、15、20および25 nmである。
酸化ハフニウム結晶子凝集体サイズ(酸化ハフニウム結晶子凝集体の最大寸法)は、典型的に、約20 nm〜約100 nm、たとえば、30 nm〜70 nmである。
酸化ハフニウム結晶子サイズまたは酸化ハフニウム結晶子凝集体サイズは、コア＠シェル金属＠酸化物 ナノ粒子との関連で、酸化ハフニウムシェルの厚みに対応する。
本発明のナノ粒子において、金属と酸化ハフニウム材料の間の接着を促進する、本明細書において「リンカー剤」として定義する作用剤で金属材料をコーティングするのが有利である。本発明との関連で、接着は、弱い(水素または静電)または強い(共有)相互作用が、リンカー剤と金属との間、そしてリンカー剤と酸化ハフニウム材料との間に確立されることを意味する。強い相互作用が好ましい。リンカー剤は、典型的には共有結合または静電結合を介して、金属材料表面と、および酸化ハフニウム材料と、相互作用することができる化合物である。
リンカー化合物は、二つの末端基R1およびR2を含んでもよい。R1の機能は、と相互作用することであり、R2の機能は、酸化ハフニウム材料と相互作用することである。
R1は、たとえば、カルボン酸(R2-X-COO-)、ホスホン酸(R2-X-PO(OH)2)、リン酸二水素(R2-X-O-PO(OH)2)、リン酸(R2-X- PO4 3-)およびチオール(R2-X-SH)基から選ばれる。
R2は、たとえば、カルボン酸(R1-X-COO-)、シラン(R1- X-Si(OR)3)もしくは(Si(OR)4)、ホスホン酸(R1-X-PO(OH)2)、リン酸二水素(R1-X-O-PO(OH)2)、リン酸(R1-X- PO4 3-)およびチオール(R1-X-SH)基から選ばれる。
「X」は、少なくとも一つの原子を含んでいる直鎖または環式鎖であってよい鎖である。「X」鎖は、たとえば、炭素原子を含む鎖(アルカン鎖など)、炭素および酸素原子を含む鎖(ポリエチレン酸化物鎖または炭水化物鎖)、ケイ素原子を含む鎖(シリコーン鎖など)およびリン原子を含む鎖(ポリリン酸鎖など)から選ばれてよい。
R1は、たとえば、カルボン酸(R2-X-COO-)、ホスホン酸(R2-X-PO(OH)2)、リン酸二水素(R2-X-O-PO(OH)2)、リン酸(R2-X- PO4 3-)およびチオール(R2-X-SH)基から選ばれる。
R2は、たとえば、カルボン酸(R1-X-COO-)、シラン(R1- X-Si(OR)3)もしくは(Si(OR)4)、ホスホン酸(R1-X-PO(OH)2)、リン酸二水素(R1-X-O-PO(OH)2)、リン酸(R1-X- PO4 3-)およびチオール(R1-X-SH)基から選ばれる。
「X」は、少なくとも一つの原子を含んでいる直鎖または環式鎖であってよい鎖である。「X」鎖は、たとえば、炭素原子を含む鎖(アルカン鎖など)、炭素および酸素原子を含む鎖(ポリエチレン酸化物鎖または炭水化物鎖)、ケイ素原子を含む鎖(シリコーン鎖など)およびリン原子を含む鎖(ポリリン酸鎖など)から選ばれてよい。
好ましい実施態様において、本発明のナノ粒子の金属材料および／または酸化ハフニウム材料は、薬物分子に結合される。
薬物分子は、たとえば、水素相互作用、静電相互作用または共有結合を介して金属材料および／または酸化ハフニウム材料のいずれかと相互作用することができる。薬物分子はさらに、ナノ粒子が特定の刺激に曝露される場合に、薬物分子の放出を可能にする切断可能な結合を含むことができる。
このような切断可能な結合は、たとえば、ジスルフィド結合またはヒドラゾン結合などのpH感受性結合から選ぶことができる。
結合を切断することができる特定の刺激は、環境的刺激または物理的刺激、典型的には外部の物理的刺激である。結合を切断することができる環境的刺激は、たとえば、pH感受性結合を切断しうるpH、またはジスルフィド結合を切断しうる還元的環境であってよい。結合を切断することができる物理的刺激は、たとえば、放射線、特に電離放射線であってよい。
薬物分子は、たとえば、水素相互作用、静電相互作用または共有結合を介して金属材料および／または酸化ハフニウム材料のいずれかと相互作用することができる。薬物分子はさらに、ナノ粒子が特定の刺激に曝露される場合に、薬物分子の放出を可能にする切断可能な結合を含むことができる。
このような切断可能な結合は、たとえば、ジスルフィド結合またはヒドラゾン結合などのpH感受性結合から選ぶことができる。
結合を切断することができる特定の刺激は、環境的刺激または物理的刺激、典型的には外部の物理的刺激である。結合を切断することができる環境的刺激は、たとえば、pH感受性結合を切断しうるpH、またはジスルフィド結合を切断しうる還元的環境であってよい。結合を切断することができる物理的刺激は、たとえば、放射線、特に電離放射線であってよい。
本発明との関連で、薬物分子は、治療または予防的効果をもつ化合物である。それは、たとえば、組織増殖、細胞増殖または細胞分化に影響を及ぼすか、関与する化合物でありうる。それは、免疫応答などの生物作用を誘発することができる化合物でもありうる。
例の非限定的リストとして、抗菌薬(抗細菌薬、特に抗生物質、抗ウイルス薬および抗真菌薬)；抗腫瘍薬、特に細胞増殖抑制薬、細胞毒性薬およびがんを治療することを意図したその他の生物生成物もしくは無機生成物、特にマイクロRNA(miRNA)、ショートヘアピンRNA(shRNA)および／または小干渉RNA(siRNA)などの治療的核酸、などの抗がん化学療法薬が挙げられる。本発明との関連で、薬物はプロドラッグであってもよい。さらに、対象の薬物分子のいずれかの組合せを用いることもできる。
例の非限定的リストとして、抗菌薬(抗細菌薬、特に抗生物質、抗ウイルス薬および抗真菌薬)；抗腫瘍薬、特に細胞増殖抑制薬、細胞毒性薬およびがんを治療することを意図したその他の生物生成物もしくは無機生成物、特にマイクロRNA(miRNA)、ショートヘアピンRNA(shRNA)および／または小干渉RNA(siRNA)などの治療的核酸、などの抗がん化学療法薬が挙げられる。本発明との関連で、薬物はプロドラッグであってもよい。さらに、対象の薬物分子のいずれかの組合せを用いることもできる。
もう一つの実施態様において、酸化ハフニウム材料が、ステルス性を提示する作用剤、生物材料との相互作用を可能にする作用剤およびその組合せから選ばれる生体適合性材料でコーティングされるナノ粒子を提供する。
増強された透過および保持(EPR)効果は、静脈内経路(一つの可能な投与経路)による注射に続く所定の時間後における腫瘍塊へのナノ粒子の受動的蓄積の原因であることが知られている。実際に、腫瘍の血管が、正常な毛細血管とは全く異なっており、それらの血管的「弱さ」が、正常組織においては通常ではないナノ粒子の選択的溢出を促進することが観察されている。有効な腫瘍リンパ排液の欠如は、浸透するナノ粒子のクリアランスを妨げ、その蓄積を促進する。したがって、現在のナノ粒子は、成功裏に、静脈内投与後に原発性ならびに転移腫瘍を標的とすることができる。
好ましい実施態様において、本発明のナノ粒子の酸化ハフニウム材料を、ステルス性を提示する作用剤から選ばれる生体適合性材料でコーティングすることができる。実際に、本発明のナノ粒子を静脈内(IV)経路で被験者に投与する場合、ステルス性を提示する作用剤から選ばれる材料による生体適合性コーティングは、ナノ粒子の生体内分布を最適化するのに特に有利である。該コーティングにより、ナノ粒子のいわゆる「ステルス性」がもたらされる。
ステルス性を提示する作用剤は、立体的な基を提示している作用剤である。このような基は、たとえば、ポリエチレングリコール（PEG）；ポリエチレン酸化物；ポリビニルアルコール；ポリアクリレート；ポリアクリルアミド（ポリ（N-イソプロピルアクリルアミド））； ポリカルバミド；生体高分子、デキストラン、キシラン、セルロースなどの多糖類；コラーゲン；ポリスルホベタインなどの両性イオン化合物から選ばれてよい。
もう一つの好ましい実施態様において、本発明のナノ粒子の酸化ハフニウム材料を、生物学的標的との相互作用を可能にする作用剤から選ばれる生体適合性材料でコーティングすることができる。このような作用剤は、典型的に、ナノ粒子表面上に正電荷または負電荷を有することができる。この電荷は、ゼータ電位測定によって決定することができ、典型的には、濃度が0.2〜10 g/Lで変化し、ナノ粒子がpH6〜8の水性媒体中に懸濁しているナノ粒子懸濁液上で行われる。
ナノ粒子表面上に正電荷を形成する作用剤は、たとえば、アミノプロピルトエイエトキシシランまたはポリリシンでありうる。ナノ粒子表面上に負電荷を形成する作用剤は、たとえば、リン酸塩(たとえば、ポリリン酸塩、メタリン酸塩、ピロリン酸塩など)、カルボン酸塩(たとえば、クエン酸塩またはジカルボン酸塩、特に、コハク酸)または硫酸塩でありうる。
ナノ粒子表面上に正電荷を形成する作用剤は、たとえば、アミノプロピルトエイエトキシシランまたはポリリシンでありうる。ナノ粒子表面上に負電荷を形成する作用剤は、たとえば、リン酸塩(たとえば、ポリリン酸塩、メタリン酸塩、ピロリン酸塩など)、カルボン酸塩(たとえば、クエン酸塩またはジカルボン酸塩、特に、コハク酸)または硫酸塩でありうる。
ナノ粒子または凝集体の全面生体適合性コーティングは、特に静脈内投与との関連で、粒子表面といずれかの認識要素(マクロファージ、など)との相互作用を回避するために、有利である。「全面コーティング」は、粒子の表面上に少なくともモノレイヤーを創り出すことができる非常に高密度の生体適合性分子の存在を意味する。
生体適合性コーティングは、特に、生理的液体(血液、血漿、血清など)、等張媒体もしくは生理的媒体、たとえば、グルコース(5%)および／またはNaCl(0.9 %)を含む媒体などの、薬剤投与に必要な液体中のナノ粒子安定性を可能にする
安定性は、典型的には0.22または0.45 μmのろ紙によるろ過の前後にナノ粒子懸濁液で測定される乾燥抽出物定量によって確認することができる。
有利なことには、コーティングは、インビボで粒子の完全性を保存し、その生体適合性を確実にするかまたは改善し、その任意の機能化を促進する(たとえば、スペーサー分子、生体適合性ポリマー、標的化剤、タンパク質などによる)。
生体適合性コーティングは、特に、生理的液体(血液、血漿、血清など)、等張媒体もしくは生理的媒体、たとえば、グルコース(5%)および／またはNaCl(0.9 %)を含む媒体などの、薬剤投与に必要な液体中のナノ粒子安定性を可能にする
安定性は、典型的には0.22または0.45 μmのろ紙によるろ過の前後にナノ粒子懸濁液で測定される乾燥抽出物定量によって確認することができる。
有利なことには、コーティングは、インビボで粒子の完全性を保存し、その生体適合性を確実にするかまたは改善し、その任意の機能化を促進する(たとえば、スペーサー分子、生体適合性ポリマー、標的化剤、タンパク質などによる)。
本発明の特定のナノ粒子はさらに、標的細胞上に存在する認識要素との相互作用を可能にする標的化剤を含むことができる。このような標的化剤は、典型的に、一旦ナノ粒子が標的部位に蓄積されると作用する。標的化剤は、ヒトまたは動物の身体に存在する分子に対して親和性を提示する任意の生物学的または化学的構造でありうる。たとえば、標的化剤は、ペプチド、オリゴペプチドまたはポリペプチド、タンパク質、核酸（DNA、RNA、siRNAは、tRNAは、miRNAなど）、ホルモン、ビタミン、酵素、病的細胞によって発現される分子のリガンド、特に、腫瘍抗原、ホルモン受容体、サイトカイン受容体もしくは増殖因子受容体のリガンドでありうる。該標的化剤は、たとえば、LHRH、EGF、葉酸塩、抗-B-FN抗体、E-セレクチン/P-セレクチン、抗-IL-2Rα抗体、GHRHなどから選ばれうる。
本発明のナノ粒子を、局所（特に腫瘍内（IT））、皮下、静脈内（IV）、皮内、動脈内、気道（吸入）、腹腔内、筋肉内および経口経路（per os）などの様々な経路によって投与することができる。ナノ粒子をさらに、腫瘍摘出後の腫瘍床の仮想空洞(virtual cavity)に投与することができる。
適切な場合、ナノ粒子の反復注射または投与を行うことができる。
適切な場合、ナノ粒子の反復注射または投与を行うことができる。
本発明のもう一つの特定の目的は、好ましくは医薬的に許容しうる担体またはビヒクルとともに、上述のナノ粒子を含む医薬組成物に関する。
本発明のもう一つの特定の目的は、好ましくは医薬的に許容しうる担体またはビヒクルとともに、上述のナノ粒子を含む診断用または画像形成用組成物に関する。
組成物は、固体、液体(懸濁液中の粒子)、エアロゾル、ゲル、ペーストなどの形態でありうる。好ましい組成物は、液体またはゲル形態である。特に好ましい組成物は、液体形態である。
本発明のもう一つの特定の目的は、好ましくは医薬的に許容しうる担体またはビヒクルとともに、上述のナノ粒子を含む診断用または画像形成用組成物に関する。
組成物は、固体、液体(懸濁液中の粒子)、エアロゾル、ゲル、ペーストなどの形態でありうる。好ましい組成物は、液体またはゲル形態である。特に好ましい組成物は、液体形態である。
用いられる担体は、たとえば、生理食塩水、等張液、滅菌液、緩衝液などのこのタイプの適用のための古典的な支持体でありうる。それらはまた、安定剤、甘味料、界面活性剤、ポリマーなどを含みうる。そられは、医薬製剤における周知技術を用い、たとえば、アンプル、エアロゾル、瓶、錠剤、カプセル剤として製剤されることもできる。
本明細書に記載の組成物において、ナノ粒子の適切または望ましい濃度は、約10-3 mgのナノ粒子/腫瘍グラム〜約100 mgのナノ粒子/腫瘍グラム、特に、約5〜約50 mgのナノ粒子/腫瘍グラムである。これらの濃度は、どのような投与経路であっても適用される。
本明細書に記載の組成物において、ナノ粒子の適切または望ましい濃度は、約10-3 mgのナノ粒子/腫瘍摘出後の仮想空洞のmL容〜約100 mgのナノ粒子/腫瘍摘出後の仮想空洞のmL容、特に、約5〜約50 mgのナノ粒子/腫瘍摘出後の仮想空洞のmL容である。これらの濃度は、どのような投与経路であっても適用される。
本明細書に記載の組成物において、ナノ粒子の適切または望ましい濃度は、約10-3 mgのナノ粒子/腫瘍摘出後の仮想空洞のmL容〜約100 mgのナノ粒子/腫瘍摘出後の仮想空洞のmL容、特に、約5〜約50 mgのナノ粒子/腫瘍摘出後の仮想空洞のmL容である。これらの濃度は、どのような投与経路であっても適用される。
一般に、液体またはゲル形態の組成物は、0.05 g/L〜400 g/Lのナノ粒子、0.05 g/L〜150 g/L、好ましくは少なくとも10 g/L、20 g/L、40 g/L、45 g/L、50 g/L、55 g/L、60 g/L、80 g/L、100 g/L、150 g/L、200 g/L、250 g/L、300 g/L or 350 g/Lを含む。
乾燥抽出物は、ナノ粒子を含む懸濁液の乾燥ステップ後に測定されるのが理想的である。
本発明の組成物、粒子および凝集体は、多くの分野で、特に、ヒトまたは獣医用医薬において用いることができる。
乾燥抽出物は、ナノ粒子を含む懸濁液の乾燥ステップ後に測定されるのが理想的である。
本発明の組成物、粒子および凝集体は、多くの分野で、特に、ヒトまたは獣医用医薬において用いることができる。
上述の本発明のナノ粒子および組成物は、典型的にはナノ粒子が放射線に曝露される場合に、診断薬として、および／または特に腫瘍学において、好ましくはナノ粒子が放射線、特に電離放射線に曝露される場合に、がん治療薬として、哺乳動物において用いるのが好ましく、ヒトがさらに好ましい。
用語「放射線」は、電離および非電離放射線を指す。非電離放射線として、電波、マイクロ波、赤外線、可視光が挙げられる。電離放射線として、典型的には、紫外線、X線およびガンマ線が挙げられる。
用語「治療」および「療法」は、特に、異常組織、特に腫瘍のサイズまたは増殖の減少、該サイズまたは増殖のコントロール、異常細胞または組織の抑制または破壊、疾患進行の遅延化、がん進行の遅延化による疾患の安定化、転移の形成の減少、疾患の退行または完全寛解（たとえば、がんとの関連で）などの、異常な機能を正すため、疾患を予防するため、病理学的徴候を改善するために行われる働きを指す。
特定の理論に縛られることを望むものではないが、本発明者らは、療法との関連で、本発明の金属材料と酸化ハフニウム材料の組合せが、ナノ粒子が放射線によって活性化される場合に、腫瘍構造内のエネルギーの効率的なデポジットに貢献しうるものであると考える。
典型的には、静脈内注射後、増強された透過および保持効果(EPR)が、腫瘍部位におけるナノ粒子の受動的蓄積の原因であろう。放射線によるナノ粒子の活性化により、エネルギーのデポジットは、腫瘍灌流を増強し、続いて、さらにナノ粒子の腫瘍内浸透を支持する。増強されたナノ粒子の腫瘍内浸透(ナノ粒子腫瘍内バイオアベイラビリティ)は、本発明のナノ粒子の治療活性を強化する(図２)。
典型的には、静脈内注射後、増強された透過および保持効果(EPR)が、腫瘍部位におけるナノ粒子の受動的蓄積の原因であろう。放射線によるナノ粒子の活性化により、エネルギーのデポジットは、腫瘍灌流を増強し、続いて、さらにナノ粒子の腫瘍内浸透を支持する。増強されたナノ粒子の腫瘍内浸透(ナノ粒子腫瘍内バイオアベイラビリティ)は、本発明のナノ粒子の治療活性を強化する(図２)。
したがって、本発明の特定の目的は、標的細胞が放射線、特に電離放射線に曝露される場合に、動物における該標的細胞を変更、破壊または排除することを目的とする医薬組成物を製造するための本発明のナノ粒子の使用、ならびに対応する方法に基づく。
標的細胞は、病的細胞、換言すると、たとえば、腫瘍細胞、狭窄細胞(線維芽細胞／平滑筋細胞)または免疫系細胞(病的細胞クローン)などの病理学的メカニズムに関与する細胞でありうる。好ましい適用は、悪性細胞または組織の治療(たとえば、破壊または機能変更)に基づく。
本発明のもう一つの特定の実施態様は、ナノ粒子が放射線、特に電離放射線に曝露される場合に、がんを治療するための医薬組成物の製造のための上述の組成物またはナノ粒子の使用に関する。
本開示はさらに、細胞が放射線、特に電離放射線に曝露される場合に、動物においてがんを予防または治療するため、またはがんの症状を緩和するための、本発明のナノ粒子および／または組成物の使用を包含する。
本発明のもう一つの特定の実施態様は、ナノ粒子が放射線、特に電離放射線に曝露される場合に、がんを治療するための医薬組成物の製造のための上述の組成物またはナノ粒子の使用に関する。
本開示はさらに、細胞が放射線、特に電離放射線に曝露される場合に、動物においてがんを予防または治療するため、またはがんの症状を緩和するための、本発明のナノ粒子および／または組成物の使用を包含する。
古典的ながん管理は、体系的に、集学的治療(放射線療法および化学療法の組合せ)の合同作用を意味する。
特に、放射線療法との関連で、放射線を受けた本明細書に記載されるナノ粒子は、異なるがん療法プロトコルと共に用いることができる。このようなプロトコルは、手術、放射線手術、化学療法、細胞増殖抑制剤、細胞傷害薬の投与を含む治療、標的療法、ワクチン、放射性核種、特に免疫放射性核種、および任意の他のがんを治療することを意図された生物学的または無機製品から選ぶことができる。
特に、放射線療法との関連で、放射線を受けた本明細書に記載されるナノ粒子は、異なるがん療法プロトコルと共に用いることができる。このようなプロトコルは、手術、放射線手術、化学療法、細胞増殖抑制剤、細胞傷害薬の投与を含む治療、標的療法、ワクチン、放射性核種、特に免疫放射性核種、および任意の他のがんを治療することを意図された生物学的または無機製品から選ぶことができる。
本発明を用いて、血液学的腫瘍または悪性腫瘍、および特に上皮、神経外胚葉性または間葉起源の固形腫瘍などの任意のタイプの悪性腫瘍を治療することができる。さらに、ナノ粒子を用いて、放射線療法が古典的に用いられるおよび／または指示される前癌病変または特定の良性疾患を治療することができる。
本発明は、療法との関連で、原発性腫瘍、または二次的浸潤、局所転移もしくは遠隔転移に適用可能であり、ならびに、予防との関連で、黒色腫、肺がん、腎臓がん、乳がんなどからの観察された浸潤(転移)などの二次的悪性中枢神経系転移を回避するために適用可能である。
本発明のナノ粒子は、抗がん治療期間を通していつでも用いることができる。ナノ粒子は、たとえば、ネオアジュバントとして(がん切除のための外科的介入前に)、またはアジュバントとして(外科手術後に)投与することができる。
ナノ粒子はまた、外科的に除去できない進行性腫瘍に用いることができる。
本明細書に記載されるナノ粒子は、特に、放射線療法が古典的治療であるがんを治療するために用いることを意図している。このようながんは、特に、AIDSに関連する悪性新生物、黒色腫などの皮膚がん；脳、脳幹、小脳、下垂体、脊柱管、眼や眼窩などの中枢神経系腫瘍；頭頸部腫瘍；肺がん；乳がん；肝がんおよび肝胆道がん、結腸、直腸および肛門がん、胃、膵臓、食道がんなどの胃腸腫瘍；前立腺、精巣、陰茎および尿道がんなどの男性泌尿生殖器腫瘍；子宮頸部、子宮内膜、卵巣、卵管、膣や外陰部がんなどの婦人科腫瘍；副腎および後腹膜腫瘍；局所化に無関係な骨肉種および軟組織肉腫；リンパ腫；骨髄腫；白血病；およびウィルムス腫瘍、神経芽細胞腫、中枢神経系腫瘍、ユーイング肉腫などの小児腫瘍などから選ばれる。
本明細書に記載されるナノ粒子はさらに、その使用により、腫瘍細胞の破壊効率を保ったまま放射線量の減少させることができる放射線療法との関連で用いることができる。
電離放射線、特にX線、ガンマ線、放射性同位体および／または電子ビームの効果の下、ナノ粒子は、励起され、電子および／または高エネルギー光子を生成する。電離後に放出されるそれらの電子および／または高エネルギー光子は、フリーラジカルの生成を介して、直接的および／または間接的細胞損傷の原因となり、最終的に、細胞を破壊し、患者にとってよりよい予後をもたらす。
電離放射線のエネルギーに従属して、ナノ粒子は組織の破壊、および／または単に、画像化および／または診断の目的のための視覚化を可能にする。
電離放射線のエネルギーに従属して、ナノ粒子は組織の破壊、および／または単に、画像化および／または診断の目的のための視覚化を可能にする。
粒子は、放射線の総線量の大きい範囲内で励起されうる。
量および計画(単回照射、または分割もしくは多分割プロトコルでの照射の計画およびデリバリーなど)は、任意の疾患／解剖学的位置／病期／患者の環境／患者の年齢(児童、成人、高齢の患者)に対して決定され、任意の特定の状況に対する標準治療を制定する。
量および計画(単回照射、または分割もしくは多分割プロトコルでの照射の計画およびデリバリーなど)は、任意の疾患／解剖学的位置／病期／患者の環境／患者の年齢(児童、成人、高齢の患者)に対して決定され、任意の特定の状況に対する標準治療を制定する。
照射は、任意の現在利用可能な放射線療法または放射線撮影システムを用いて、一回以上の機会で、ナノ粒子の投与後いつでも行うことができる。
これまでに示したように、適切な放射線または励起源は、電離放射線であるのが好ましく、X線、ガンマ線、電子ビーム、イオンビームおよび放射性同位体(radioactive isotopes)または放射性同位体(radioisotopes)の放出から有利に選ぶことができる。X線が特に好ましい励起源である。
電離放射線は、典型的に、約2 KeV〜約25 000 KeVであり、特に、約2 KeV〜約6000 KeV (LINAC源)、あるいは約2 KeV〜約1500 KeV(コバルト60源など)である。
一般的および非制限的様式において、以下のX線を様々な場合に適用して、粒子を励起させることができる：
2〜50 keVの表面X線：表面近くのナノ粒子を励起させるため(2,3ミリメートルを貫通)；
50〜150 keVのX線：診断として、および療法としても；
組織厚6 cmを貫通する200〜500 keVのX線(オルソボルテージ)；
1000 keV〜25,000 keVのX線(メガボルテージ)。たとえば、前立腺がんの治療のためのナノ粒子の励起は、15,000 keVのエネルギーをもつ5つの集光X線を介して行うことができる。
2〜50 keVの表面X線：表面近くのナノ粒子を励起させるため(2,3ミリメートルを貫通)；
50〜150 keVのX線：診断として、および療法としても；
組織厚6 cmを貫通する200〜500 keVのX線(オルソボルテージ)；
1000 keV〜25,000 keVのX線(メガボルテージ)。たとえば、前立腺がんの治療のためのナノ粒子の励起は、15,000 keVのエネルギーをもつ5つの集光X線を介して行うことができる。
あるいは、電離放射線源として、放射性同位体を用いることができる(いわゆる、キュリー療法または近接照射療法)。特に、ヨウ素 I125(半減期＝60.1日)、パラジウム Pd103(半減期＝17日)、セシウム Cs137およびイリジウム Ir192は、有利に用いることができる。
プトロンビームなどの荷電粒子、炭素などのイオンビーム、特に高エネルギーイオンビームもまた、電離放射線源および／または中性子ビームとして用いることができる。
電子ビームもまた、4 MeV〜25 MeVのエネルギーの電離放射線源として用いてもよい。
特定の単色照射源は、金属材料またはハフニウム構成要素を構成する原子の所望のX線吸収端に隣接するか、または対応するエネルギーにおけるX線放射を選択的に生み出すために用いることができた。
電離放射線源は、線形加速器(LINAC)、コバルト60および近接照射療法源から優先的に選ばれてよい。
プトロンビームなどの荷電粒子、炭素などのイオンビーム、特に高エネルギーイオンビームもまた、電離放射線源および／または中性子ビームとして用いることができる。
電子ビームもまた、4 MeV〜25 MeVのエネルギーの電離放射線源として用いてもよい。
特定の単色照射源は、金属材料またはハフニウム構成要素を構成する原子の所望のX線吸収端に隣接するか、または対応するエネルギーにおけるX線放射を選択的に生み出すために用いることができた。
電離放射線源は、線形加速器(LINAC)、コバルト60および近接照射療法源から優先的に選ばれてよい。
診断の分野では、本発明のナノ粒子を、任意のタイプの組織を検出および／または視覚化するための造影剤として用いることができる。したがって、本発明の目的は、細胞、組織または臓器の検出および／または視覚化のための、上述したようなナノ粒子の使用に関し、該ナノ粒子は、それ自体は生体不活性であり、特に、ラジオグラフィー装置によって生成された放射線に曝露される場合に、活性化しうる(すなわち、診断薬として使用可能である)。
本開示はさらに、本明細書に記載のナノ粒子または組成物ならびにその組合せのいずれか一つを含むキットを提供する。典型的には、キットは、少なくとも一つの本発明のナノ粒子、典型的にはその懸濁液含む。一般に、キットはさらに、本発明組成物の一種以上の本明細書に記載した成分で満たされた、一つ以上の容器を含む。このような容器とともに、本発明のナノ粒子または本発明方法による組成物を用いるために、製品を使用するための指示を提供する情報ラベルを提供することができる。
本発明の他の態様および利点は、以下の実施例において明らかになるが、該実施例は、説明を目的とし、限定を目的とするものではない。
金の結晶子の合成
金の結晶子は、水溶液中のクエン酸ナトリウムによる塩化金(HAuCl4)の還元によって得られる。プロトコルは、G. Frens Nature Physical Science 241 (1973) 21から編集された。
典型的な実験において、HAuCl4溶液を加熱沸騰させる。続いて、クエン酸ナトリウムを加える。得られる溶液を沸騰下でさらに5分間維持する。
結晶子サイズは、クエン酸塩 対 金前駆体の比率を注意深く変更することによって調節することができる(表１参照)。
次いで、調製した金の結晶子懸濁液を水で洗浄し、30 kDaセルロース膜を備えた限外ろ過装置(Amicon攪拌セルモデル8400、Millipore製)を用いて、少なくとも1g/L以上の金の濃度になるまで濃縮する。金含量は、ICP-MSによって決定される。
得られる懸濁液を、層状フード下、0.22 μm分画膜フィルター(PES膜、Millipore製)を通して限外ろ過に付し、4℃にて保管する。
金の結晶子のサイズは、200粒子以上を計数することによって透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて決定される。ヒストグラムを作り、平均および標準偏差を記録する。
金の結晶子は、水溶液中のクエン酸ナトリウムによる塩化金(HAuCl4)の還元によって得られる。プロトコルは、G. Frens Nature Physical Science 241 (1973) 21から編集された。
典型的な実験において、HAuCl4溶液を加熱沸騰させる。続いて、クエン酸ナトリウムを加える。得られる溶液を沸騰下でさらに5分間維持する。
結晶子サイズは、クエン酸塩 対 金前駆体の比率を注意深く変更することによって調節することができる(表１参照)。
次いで、調製した金の結晶子懸濁液を水で洗浄し、30 kDaセルロース膜を備えた限外ろ過装置(Amicon攪拌セルモデル8400、Millipore製)を用いて、少なくとも1g/L以上の金の濃度になるまで濃縮する。金含量は、ICP-MSによって決定される。
得られる懸濁液を、層状フード下、0.22 μm分画膜フィルター(PES膜、Millipore製)を通して限外ろ過に付し、4℃にて保管する。
金の結晶子のサイズは、200粒子以上を計数することによって透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて決定される。ヒストグラムを作り、平均および標準偏差を記録する。
表１：クエン酸ナトリウムによる塩化金の還元によって得られた典型的な金の結晶子。サイズは、クエン酸塩 対 金前駆体の比率を変更することによって調節することができる。
酸化ハフニウム材料で少なくとも一部が覆われている金材料を含むナノ粒子懸濁液
水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAOH)溶液を、塩化ハフニウム(HfCl4)溶液に加える。TMAOH溶液の添加は、最終懸濁液のpHが7〜13の間に到達するまで行う。白色沈殿が得られる。
激しく攪拌しながら、実施例１からの金の結晶子を白色沈殿にゆっくりと加える。
さらに、得られる沈殿を、オートクレーブに移し、100 ℃〜300 ℃の温度にて加熱する。冷却後、懸濁液を水で洗浄する。
酸化ハフニウム材料中に少なくとも一部が埋め込まれている金材料を含むナノ粒子の安定な懸濁液を得るために、ペプチゼーション(解膠)ステップを行う。
次いで、ヘキサメタリン酸ナトリウムの懸濁液を、ペプタイズ(解膠)された溶液に加え、懸濁液のpHを6〜8に調節する。
水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAOH)溶液を、塩化ハフニウム(HfCl4)溶液に加える。TMAOH溶液の添加は、最終懸濁液のpHが7〜13の間に到達するまで行う。白色沈殿が得られる。
激しく攪拌しながら、実施例１からの金の結晶子を白色沈殿にゆっくりと加える。
さらに、得られる沈殿を、オートクレーブに移し、100 ℃〜300 ℃の温度にて加熱する。冷却後、懸濁液を水で洗浄する。
酸化ハフニウム材料中に少なくとも一部が埋め込まれている金材料を含むナノ粒子の安定な懸濁液を得るために、ペプチゼーション(解膠)ステップを行う。
次いで、ヘキサメタリン酸ナトリウムの懸濁液を、ペプタイズ(解膠)された溶液に加え、懸濁液のpHを6〜8に調節する。
金属と酸化ハフニウム材料の間の接着を促進する「リンカー剤」でコーティングされた金ナノ粒子
濃度[Au]＝0.1g/L、平均直径60nmの金ナノ粒子の懸濁液10 mLを、エタノール(EtOH)中のメルカプトプロピルトリエトキシシラン(MPTS)の溶液と混合した。得られた懸濁液のpHを塩基性溶液で8≦pH≦10に調節した。次いで、混合物を、T≧90℃の温度にてストーブで加熱した。
濃度[Au]＝0.1g/L、平均直径60nmの金ナノ粒子の懸濁液10 mLを、エタノール(EtOH)中のメルカプトプロピルトリエトキシシラン(MPTS)の溶液と混合した。得られた懸濁液のpHを塩基性溶液で8≦pH≦10に調節した。次いで、混合物を、T≧90℃の温度にてストーブで加熱した。
酸化ハフニウム材料で少なくとも一部が覆われているか、またはその中に完全に埋められている「リンカー剤」でコーティングされた金を含むナノ粒子
実施例３からの「リンカー剤」としてのMPTSでコーティングされた金ナノ粒子の懸濁液を用いた。典型的に、濃度20g/Lの塩化ハフニウム(HfCl4)の溶液500μLを、リンカー剤としてのMPTSでコーティングされた金ナノ粒子の懸濁液5mLにゆっくりと加えた。pHは、急速にpH＜2に低下した。次いで、塩基性溶液により、pHを、2≦pH≦4、4＜pH＜8または8≦pH≦10に調節した。酸性、中性または塩基性pHにより、酸化ハフニウム結晶子の結晶化度を調節することができる。次いで、得られた溶液を、最初、50℃≦T≦100℃にて、次いで、T≧100℃にて、ストーブ中でインキュベートした。TEMによって示されるように、コア＠シェルAu＠HfO2 ナノ粒子構造が得られる(図６)。
実施例３からの「リンカー剤」としてのMPTSでコーティングされた金ナノ粒子の懸濁液を用いた。典型的に、濃度20g/Lの塩化ハフニウム(HfCl4)の溶液500μLを、リンカー剤としてのMPTSでコーティングされた金ナノ粒子の懸濁液5mLにゆっくりと加えた。pHは、急速にpH＜2に低下した。次いで、塩基性溶液により、pHを、2≦pH≦4、4＜pH＜8または8≦pH≦10に調節した。酸性、中性または塩基性pHにより、酸化ハフニウム結晶子の結晶化度を調節することができる。次いで、得られた溶液を、最初、50℃≦T≦100℃にて、次いで、T≧100℃にて、ストーブ中でインキュベートした。TEMによって示されるように、コア＠シェルAu＠HfO2 ナノ粒子構造が得られる(図６)。
酸化ハフニウム材料で少なくとも一部が覆われているか、またはその中に完全に埋められている金を含むナノ粒子(Au＠HfO2)の電子回折パターン
製造されたナノ粒子の結晶構造を決定するために、二つのサンプル(実施例１からの金ナノ粒子(図４)および実施例４からの金ナノ粒子と酸化ハフニウム材料のAu＠HfO2型集合体(図５))において電子回折を行った。
実施例１からの金ナノ粒子について、見出された結晶構造は、格子パラメーターaexperimental＝3.984ÅをもつCFC構造と一致する(図４)。
実施例４からの金ナノ粒子と酸化ハフニウム材料のAu＠HfO2型集合体について、電子回折パターンは、金CFC結晶構造の網間距離(interreticular distance)に対応する点を示す：d111、d200、d220およびd311(図５)。さらなる一つの回折パターンが観察される。指数化は、三つの主な網間距離：2.798Å、1.599Åおよび1.316Åを示し、これらは、a＝5.12Å、b＝5.18Å、c＝5.25Åおよびβ＝98°(参照：HfO2 00-006-0318) であるHfO2の単斜結晶構造の回折プランに起因しうるものであり、それぞれd111、d-311およびd-223に対応する。
製造されたナノ粒子の結晶構造を決定するために、二つのサンプル(実施例１からの金ナノ粒子(図４)および実施例４からの金ナノ粒子と酸化ハフニウム材料のAu＠HfO2型集合体(図５))において電子回折を行った。
実施例１からの金ナノ粒子について、見出された結晶構造は、格子パラメーターaexperimental＝3.984ÅをもつCFC構造と一致する(図４)。
実施例４からの金ナノ粒子と酸化ハフニウム材料のAu＠HfO2型集合体について、電子回折パターンは、金CFC結晶構造の網間距離(interreticular distance)に対応する点を示す：d111、d200、d220およびd311(図５)。さらなる一つの回折パターンが観察される。指数化は、三つの主な網間距離：2.798Å、1.599Åおよび1.316Åを示し、これらは、a＝5.12Å、b＝5.18Å、c＝5.25Åおよびβ＝98°(参照：HfO2 00-006-0318) であるHfO2の単斜結晶構造の回折プランに起因しうるものであり、それぞれd111、d-311およびd-223に対応する。
Claims (15)
- 酸化ハフニウム材料で、少なくとも一部が覆われているか、またはその中に埋め込まれている金属材料を含むナノ粒子。
- 金属材料が、金（Au）、銀（Ag）、白金（Pt）、パラジウム（Pd）、スズ（Sn）、タンタル（Ta）、イッテルビウム（Yb）、ジルコニウム（Zr）、ハフニウム（Hf）、テルビウム（Tb）、ツリウム（Tm）、セリウム（Ce）、ジスプロシウム（Dy）、エルビウム（Er）、ユウロピウム（Eu）、ホルミウム（Ho）、鉄（Fe）、ランタン（La）、ネオジム（Nd）、プラセオジム（Pr）、ルテチウム（Lu）およびその混合物から選ばれる請求項１に記載のナノ粒子。
- 少なくとも80%%の金属材料が、酸化ハフニウム材料によって、生物材料との相互作用から保護される請求項１または２に記載のナノ粒子。
- 金属材料が、金属結晶子または金属結晶子の凝集体である前記請求項のいずれか一つに記載のナノ粒子。
- ナノ粒子が、一つまたは数個の金属結晶子を含む請求項４に記載のナノ粒子。
- ナノ粒子が、数個の酸化ハフニウム結晶子または数個の酸化ハフニウム結晶子凝集体を含む前記請求項のいずれか一つに記載のナノ粒子。
- 金属結晶子の最大寸法が、約2 nm〜約100であり、酸化ハフニウム結晶子の最大寸法が、約5 nm〜約50 nmである前記請求項のいずれか一つに記載のナノ粒子。
- ナノ粒子の最大寸法が、10 nm〜250 nmである前記請求項のいずれか一つに記載のナノ粒子。
- 金属と酸化ハフニウム材料の間の接着を促進する作用剤でコーティングされる前記請求項のいずれか一つに記載のナノ粒子。
- 金属材料および／または酸化ハフニウム材料が、薬物分子に結合される前記請求項のいずれか一つに記載のナノ粒子。
- 各薬物分子が、ナノ粒子が特定の刺激に曝露される場合に、薬物分子の放出を可能にする切断可能な部分を含む前記請求項のいずれか一つに記載のナノ粒子。
- 酸化ハフニウム材料が、ステルス性を提示する作用剤、生物材料との相互作用を可能にする作用剤およびその組合せから選ばれる生体適合性材料でコーティングされる前記請求項のいずれか一つに記載のナノ粒子。
- 医薬的に許容しうる担体と共に、前記請求項のいずれか一つに記載のナノ粒子を含む組成物。
- 放射線に曝露される場合に、診断薬として、哺乳動物、好ましくはヒトに用いるための請求項１〜１２に記載のナノ粒子または請求項１３に記載の組成物。
- 放射線に曝露される場合に、治療薬として、哺乳動物、好ましくはヒトに用いるための請求項１〜１２に記載のナノ粒子または請求項１３に記載の組成物。
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