JP2017529119A - 免疫細胞のトラッキング方法 - Google Patents

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Abstract

免疫細胞をトラッキングして免疫応答を検出する方法。本方法は、臓器に関係する病気を持つ患者を特定する工程と、生体適合性の磁性ナノ粒子を上記患者の血流中に投与する工程と、上記臓器の磁気共鳴画像を取得する工程とを含む。該磁気共鳴画像中の高信号スポット又は低信号スポットの存在は、該患者における免疫応答を示す。【選択図】なし

Description

免疫細胞のトラッキングは、免疫細胞の遊走及び蓄積のモニタリングに関連しており、免疫応答、例えば免疫拒絶反応、すなわち臓器移植を受けた患者における機能不全の主な原因を効果的に検出することができる。
免疫応答は、一般的に生検試料（例えば、心内膜心筋の生検試料）を定期的に分析して、病気に関係する臓器中の免疫細胞（例えば、Ｔ細胞及びマクロファージ）の存在を検出することによってモニタリングされる。
このモニタリング法は、幾つかの欠点を有する。まず該モニタリング法は、観血的方法として有害な副作用を引き起こす傾向にある。さらに、該モニタリング法は、誤った悪い結果をもたらし得る試料採取の間違いを起こしやすい。その上、該モニタリング法は、しばしば早期の急性拒絶反応又は慢性拒絶反応を検出し損なうことがある。最後に、該モニタリング法は、費用のかかる手法である。
免疫細胞のトラッキングは、磁性ナノ粒子で事前に標識された免疫細胞を患者に投与することによっても実現することができる。この方法は、免疫細胞をｅｘ ｖｉｖｏで事前に標識する冗長な工程を必要とする。
免疫細胞をトラッキングして病気の早期徴候を検出することに高い感度を有する簡単かつ非観血的な方法を開発する必要がある。
本明細書には、免疫細胞を、生体適合性の磁気ナノ粒子で磁気共鳴映像法（「ＭＲＩ」）スキャンを用いてトラッキングするための簡単かつ非観血的な方法が開示されている。該方法は予想外に高い感度を提供する。
本方法は、以下の工程：（ｉ）臓器（例えば、心臓、腎臓又はリンパ節）に関係する病気を持つ患者を特定する工程と、（ｉｉ）１０００ｎｍより大きい粒径の粒子を含まない、生体適合性の磁性ナノ粒子を含む水性懸濁液を準備する工程と、（ｉｉｉ）該水性懸濁液を上記患者の血流中に投与する工程と、（ｉｖ）引き続き上記臓器の磁気共鳴画像を取得する工程とを含む。免疫応答が検出されるのは、その画像が高信号スポット又は低信号スポット（例えば、Ｔ２強調ＭＲＩ、Ｔ２＊強調ＭＲＩ若しくは拡散強調ＭＲＩは低信号スポットを示し、又はＴ１強調ＭＲＩは高信号スポットを示す）の存在を示す場合である。例えば、病気は癌（例えば、リンパ腫）又は移植された臓器（例えば、心臓又は腎臓）の拒絶反応である。
一実施の形態においては、本方法は、免疫拒絶反応の検出のために使用され、ここで工程（ｉ）は、移植された臓器を有する患者を特定する工程であり、かつ工程（ｉｖ）は、移植された臓器のＴ２強調磁気共鳴画像を取得する工程である。その際、免疫拒絶反応が検出されるのは、上記画像が低信号スポットを示す場合である。
本明細書に記載される方法は、ＭＲＩ技術を用いて免疫応答を検出するために生体適合性の磁性ナノ粒子を含む造影剤を使用する。
上記生体適合性の磁性ナノ粒子は、それぞれ１種又は複数種の生体適合性ポリマーによって覆われた超常磁性コアを含み、該生体適合性ポリマーのそれぞれは、ポリエチレングリコール基、シラン基及びポリエチレングリコール基とシラン基とを共有結合を介して連結するリンカーを有する。概して、これらの生体適合性の磁性ナノ粒子は、それぞれ１０ｎｍ〜１０００ｎｍの粒径を有し、かつ５０〜４００の横磁気緩和速度を有する。一例においては、それらの磁性ナノ粒子は、それぞれ１５ｎｍ〜２００ｎｍの粒径を有し、１２０〜４００の横磁気緩和速度を有する。
一般的に、上記超常磁性コアは、酸化鉄、酸化コバルト、酸化ニッケル又はそれらの組合せを含有する。
超常磁性コアを覆う生体適合性ポリマーのそれぞれにおいて、ポリエチレングリコール基は、概して５個〜１０００個のオキシエチレン単位（例えば、１０個〜２００個のオキシエチレン単位）を有し、かつシラン基は、概してＣ１〜１０アルキレン基（例えば、Ｃ３〜Ｃ１０アルキレン基）を含む。
１つ又は複数の実施形態の詳細を、以下の詳細な説明に示す。それらの実施形態のその他の特徴、課題及び利点は、詳細な説明及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。
以下の詳細な説明においては、説明を目的として、開示された実施形態の徹底した理解をもたらすために多くの具体的な詳細が示されている。しかしながら、１つ又は複数の実施形態は、これらの具体的な詳細が無くとも実践され得ることは明らかであろう。
本発明の方法は、免疫細胞を、それぞれが１種又は複数種の生体適合性ポリマーによって覆われた超常磁性コアを含む生体適合性の磁性ナノ粒子を使用してトラッキングするために使用される。
上記生体適合性ポリマーは、生分解性であるとともに、細胞に対して非毒性である。シラン含有生体適合性ポリマーは、以下に示されるように簡単に官能化することができ、本方法によって必要とされる生体適合性の磁性ナノ粒子の製造のために適している。
一つの例示的な生体適合性ポリマーは、以下の式：
を有する。
式（Ｉ）において、ＲはＨ、Ｃ１〜Ｃ６アルキル基、Ｃ２〜Ｃ６アルケニル基、Ｃ２〜Ｃ６アルキニル基、Ｃ３〜Ｃ１０シクロアルキル基、Ｃ１〜Ｃ１０ヘテロシクロアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、Ｃ１〜Ｃ１０カルボニル基、又はＣ１〜Ｃ１０アミン基であり、Ｌはリンカーであり、ｍは１〜１０であり、かつｎは５〜１０００である。
リンカーは、Ｏ、Ｓ、Ｓｉ、Ｃ１〜Ｃ６アルキレン、２個のカルボニル基及び２個〜２０個の炭素原子を含むカルボニル部、又は以下の式：
及び
の１つを有する基であってよい。これらの式中、ｍ、ｎ、ｐ、ｑ及びｔはそれぞれ独立して１〜６であり、ＷはＯ、Ｓ又はＮＲｂであり、Ｌ１、Ｌ３、Ｌ５、Ｌ７及びＬ９はそれぞれ独立して結合、Ｏ、Ｓ又はＮＲｃであり、Ｌ２、Ｌ４、Ｌ６、Ｌ８及びＬ１０はそれぞれ独立して結合、Ｏ、Ｓ又はＮＲｄであり、かつＶはＯＲｅ、ＳＲｆ又はＮＲｇＲｈであり、ここでＲａ、Ｒｂ、Ｒｃ、Ｒｄ、Ｒｅ、Ｒｆ、Ｒｇ及びＲｈはそれぞれ独立してＨ、ＯＨ、Ｃ１〜Ｃ１０オキシ脂肪族ラジカル、Ｃ１〜Ｃ１０一価脂肪族ラジカル、Ｃ１〜Ｃ１０一価複素脂肪族ラジカル、一価アリールラジカル、又は一価ヘテロアリールラジカルである。
もう一つの例示的な生体適合性ポリマーは、以下の式：
を有する。
式（ＩＩ）において、Ｒ１はＨ、Ｃ１〜Ｃ６アルキル基、Ｃ２〜Ｃ６アルケニル基、Ｃ２〜Ｃ６アルキニル基、Ｃ３〜Ｃ１０シクロアルキル基、Ｃ１〜Ｃ１０ヘテロシクロアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、Ｃ１〜Ｃ１０カルボニル基、又はＣ１〜Ｃ１０アミン基であり、Ｒ２はＨ、Ｃ１〜Ｃ６アルキル、Ｃ２〜Ｃ６アルケニル、Ｃ２〜Ｃ６アルキニル、Ｃ３〜Ｃ１０シクロアルキル、Ｃ１〜Ｃ１０ヘテロシクロアルキル、アリール、又はヘテロアリールであり、ｍは１〜１０（例えば、３〜１０）であり、かつｎは５〜１０００（１０〜２００）である。好ましい一実施形態においては、Ｒ２はＨであり、かつ式（ＩＩ）におけるリンカーは、
である。
本明細書における用語「脂肪族」とは、飽和又は不飽和の、直鎖状又は分枝鎖状の、非環式、環式又は多環式の炭化水素部を指す。例として、アルキル、アルキレン、アルケニル、アルケニレン、アルキニル、アルキニレン、シクロアルキル、シクロアルキレン、シクロアルケニル、シクロアルケニレン、シクロアルキニル及びシクロアルキニレンの部分が挙げられるが、それらに限定されない。用語「アルキル」又は「アルキレン」とは、飽和、直鎖状又は分岐鎖状の炭化水素部、例えばメチル、メチレン、エチル、エチレン、プロピル、プロピレン、ブチル、ブチレン、ペンチル、ペンチレン、ヘキシル、ヘキシレン、ヘプチル、ヘプチレン、オクチル、オクチレン、ノニル、ノニレン、デシル、デシレン、ウンデシル、ウンデシレン、ドデシル、ドデシレン、トリデシル、トリデシレン、テトラデシル、テトラデシレン、ペンタデシル、ペンタデシレン、ヘキサデシル、ヘキサデシレン、ヘプタデシル、ヘプタデシレン、オクタデシル、オクタデシレン、ノナデシル、ノナデシレン、イコシル、イコシレン、トリアコンチル及びトリアコンチレンを指す。用語「アルケニル」とは、少なくとも１つの二重結合を含む直鎖状又は分枝鎖状の炭化水素部、例えば−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＨ３及び−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＨ２−を指す。用語「アルキニル」とは、少なくとも１つの三重結合を含む直鎖状又は分枝鎖状の炭化水素部、例えば−Ｃ≡Ｃ−ＣＨ３及び−Ｃ≡Ｃ−ＣＨ２−を指す。用語「シクロアルキル」とは、飽和の環式炭化水素部、例えばシクロヘキシル及びシクロヘキシレンを指す。
本明細書における用語「複素脂肪族」とは、少なくとも１つのヘテロ原子（例えば、Ｎ、Ｏ、Ｐ、Ｂ、Ｓ、Ｓｉ、Ｓｂ、Ａｌ、Ｓｎ、Ａｓ、Ｓｅ及びＧｅ）を含む脂肪族部を指す。用語「ヘテロシクロアルキル」とは、少なくとも１つのヘテロ原子を含むシクロアルキル部を指す。本明細書における用語「オキシ脂肪族」とは、−Ｏ−脂肪族を指す。オキシ脂肪族の例には、メトキシ、エトキシ、ｎ−プロポキシ、イソプロポキシ、ｎ−ブトキシ、イソブトキシ、ｓｅｃ−ブトキシ及びｔｅｒｔ−ブトキシが含まれる。
本明細書における用語「アリール」とは、Ｃ６単環式の、Ｃ１０二環式の、Ｃ１４三環式の、Ｃ２０四環式の、又はＣ２４五環式の芳香族環系を指す。アリール基の例には、それらに限定されるものではないが、フェニル、フェニレン、ナフチル、ナフチレン、アントラセニル、アントラセニレン、ピレニル及びピレニレンが含まれる。本明細書における用語「ヘテロアリール」とは、１つ又は複数のヘテロ原子（Ｏ、Ｎ、Ｓ又はＳｅ等）を有する、芳香族の５員〜８員の単環式の、８員〜１２員の二環式の、１１員〜１４員の三環式の、及び１５員〜２０員の四環式の環系を指す。ヘテロアリール基の例として、フリル、フリレン、フルオレニル、フルオレニレン、ピロリル、ピロリレン、チエニル、チエニレン、オキサゾリル、オキサゾリレン、イミダゾリル、イミダゾリレン、ベンズイミダゾリル、ベンズイミダゾリレン、チアゾリル、チアゾリレン、ピリジル、ピリジレン、ピリミジニル、ピリミジニレン、キナゾリニル、キナゾリニレン、キノリニル、キノリニレン、イソキノリル、イソキノリレン、インドリル及びインドリレンが挙げられるが、それらに限定されない。
他に明記されない限り、本明細書において挙げられる脂肪族、複素脂肪族、オキシ脂肪族、アルキル、アルキレン、アルケニル、アルキニル、シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリール及びヘテロアリールは、置換部及び非置換部の両方を含む。シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリール及びヘテロアリールにおいて考えられる置換基には、Ｃ１〜Ｃ１０アルキル、Ｃ２〜Ｃ１０アルケニル、Ｃ２〜Ｃ１０アルキニル、Ｃ３〜Ｃ２０シクロアルキル、Ｃ３〜Ｃ２０シクロアルケニル、Ｃ３〜Ｃ２０ヘテロシクロアルキル、Ｃ３〜Ｃ２０ヘテロシクロアルケニル、Ｃ１〜Ｃ１０アルコキシ、アリール、アリールオキシ、ヘテロアリール、ヘテロアリールオキシ、アミノ、Ｃ１〜Ｃ１０アルキルアミノ、Ｃ２〜Ｃ２０ジアルキルアミノ、アリールアミノ、ジアリールアミノ、Ｃ１〜Ｃ１０アルキルスルホンアミド、アリールスルホンアミノ、Ｃ１〜Ｃ１０アルキルイミノ、アリールイミノ、Ｃ１〜Ｃ１０アルキスルホンイミノ、アリールスルホンイミノ、ヒドロキシル、ハロ、チオ、Ｃ１〜Ｃ１０アルキルチオ、アリールチオ、Ｃ１〜Ｃ１０アルキルスルホニル、アリールスルホニル、アシルアミノ、アミノアシル、アミノチオアシル、アミド、アミジノ、グアニジン、ウレイド、チオウレイド、シアノ、ニトロ、ニトロソ、アジド、アシル、チオアシル、アシルオキシ、カルボキシル及びカルボン酸エステルが挙げられるが、それらに限定されない。一方、脂肪族、複素脂肪族、オキシ脂肪族、アルキル、アルキレン、アルケニル及びアルキニルにおいて考えられる置換基には、Ｃ１〜Ｃ１０アルキルを除く上記の置換基全てが含まれる。シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリール及びヘテロアリールも互いに融合することができる。
上記の生体適合性ポリマーには、そのポリマー自体だけでなく、該当する場合には、それらの塩及び溶媒和物が含まれる。塩は、例えば、陰イオンと、ポリマー上の正に荷電した基（例えば、アミノ）との間で形成され得る。適切な陰イオンには、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン、硫酸イオン、硝酸イオン、リン酸イオン、クエン酸イオン、メタンスルホン酸イオン、トリフルオロ酢酸イオン、酢酸イオン、リンゴ酸イオン、トシレートイオン、酒石酸イオン、フマル酸イオン、グルタミン酸イオン、グルクロン酸イオン、乳酸イオン、グルタル酸イオン及びマレイン酸イオンが含まれる。同様に、塩は、陽イオンと、ポリマー上の負に荷電した基（例えば、カルボキシレート）との間でも形成され得る。適切な陽イオンには、ナトリウムイオン、カリウムイオン、マグネシウムイオン、カルシウムイオン及びアンモニウム陽イオン、例えばテトラメチルアンモニウムイオンが含まれる。該ポリマーには、第四級窒素原子を含む塩も含まれる。溶媒和物とは、ポリマーと薬学的に許容可能な溶媒との間で形成された錯体を指す。薬学的に許容可能な溶媒の例には、水、エタノール、イソプロパノール、酢酸エチル、酢酸及びエタノールアミンが含まれる。
以下の反応式（Ｉ）は、一つの例示的なシラン含有の生体適合性ポリマーの製造方法を示している。
反応式（Ｉ）
反応式（Ｉ）に示されるように、アルコキシル−ポリエチレングリコール（分子量２０００）は、無水コハク酸と塩基（例えば、ジメチルアミノピリジン）の存在下で反応することで、ｍＰＥＧ−ＣＯＯＨを形成し、それは引き続き塩化チオニルを使用してｍＰＥＧ−ＣＯＣｌへと転化される。ｍＰＥＧ−ＣＯＣｌと（３−アミノプロピル）−トリエトキシシランとを混合することで、ｍＰＥＧ−シランが得られる。
当業者は、よく知られた方法を使用して生体適合性ポリマーを製造するために上記の反応式（Ｉ）に示される方法を変更することができる。R. Larock著、「包括的有機変換（Comprehensive Organic Transformations）」（VCH出版社、1989）；T. W. Greene及びP. G. M. Wuts著、「有機合成における保護基（Protective Groups in Organic Synthesis）」（第３版、John Wiley and Sons 1999）；L. Fieser及びM. Fieser著、「フィーザーとフィーザーの有機合成用の試薬（Fieser and Fieser's Reagents for Organic Synthesis）」（John Wiley and Sons 1994）；並びにL. Paquette編、「有機合成用試薬の事典（Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis）」（John Wiley and Sons 1995）とそれらの後続版とを参照のこと。該生体適合性ポリマーを合成するために使用することができる具体的な経路は、（ａ）Ristら、Molecules, 2005, 10, 1169-1178、（ｂ）Kohelerら、JACS, 2004, 126, 7206-7211、及び（ｃ）Zhangら、Biom. Mircod., 2004, 6:1 33-40に見出すことができる。
上記の生体適合性ポリマーをそれぞれ、超常磁性コア（例えば、酸化鉄ナノ粒子）上に共有結合を介して被覆することで、造影剤で使用するための生体適合性の磁性ナノ粒子を形成することができる。該超常磁性コアは、８ｎｍ〜２５ｎｍ（例えば、１２ｎｍ〜２５ｎｍ及び１５ｎｍ〜２０ｎｍ）の粒径及び１２０（ｍＭ・ｓ）−１〜２５０（ｍＭ・ｓ）−１（例えば、１５０（ｍＭ・ｓ）−１〜２３０（ｍＭ・ｓ）−１及び１７０（ｍＭ・ｓ）−１〜２１０（ｍＭ・ｓ）−１）のｒ２緩和を有する。超常磁性コアの製造は、当該技術分野においてよく知られている。Laurentら、Chem. Rev., 2008, 108, 2064-2110を参照のこと。
以下に、超常磁性ナノ粒子を製造するための一般的な手順を記載する。まず、酸化鉄ナノ粒子をトルエン中に懸濁し、引き続きそれをｍＰＥＧ−シランと一緒に室温で２４時間にわたり撹拌する。得られる生体適合性の磁性ナノ粒子は親水性であり、水相に抽出して、引き続き限外濾過によって精製することができる。こうして製造された生体適合性の磁性ナノ粒子はそれぞれ、１２０（ｍＭ・ｓ）−１〜２５０（ｍＭ・ｓ）−１（例えば、１５０（ｍＭ・ｓ）−１〜２３０（ｍＭ・ｓ）−１及び１７０（ｍＭ・ｓ）−１〜２１０（ｍＭ・ｓ）−１）のｒ２緩和を有する。
上記の生体適合性の磁性ナノ粒子は、経口投与することができる造影剤へと製剤化することができる。造影剤の例には、エマルジョン剤、水性懸濁液剤、分散液剤及び液剤が含まれる。所望であれば、或る特定の甘味剤、矯味矯臭剤又は着色剤を添加することができる。
上記生体適合性の磁性ナノ粒子は、以下の実施例に記載されるようにして、免疫細胞を（ｉｎ ｖｉｖｏで）標識するために患者に投与することができる。ナノ粒子で事前に標識された免疫細胞を（ｉｎ ｖｉｖｏで）投与する場合とは異なって、生体適合性の磁性ナノ粒子の免疫細胞の不存在下での投与は、作業工程が少なく、かつ規制上の困難が少ないという利点を明らかに有する。
何ら理論に縛られる必要はないが、上記生体適合性の磁性ナノ粒子は、移植患者へと投与されるとすぐに、免疫細胞（例えば、マクロファージ）によって取り込まれ、該粒子は、免疫応答が生じた場合には臓器に蓄積される。すなわち、こうして標識された免疫細胞は、Ｔ１強調ＭＲＩ、Ｔ２強調ＭＲＩ、Ｔ２＊強調ＭＲＩ又は拡散強調ＭＲＩによって容易にモニタリングすることができ、Ｔ１強調ＭＲＩ画像では、高信号スポットとして示され、又はＴ２強調ＭＲＩ画像、Ｔ２＊強調ＭＲＩ画像若しくは拡散強調ＭＲＩ画像では、低信号スポットとして示される。Ｔ１強調ＭＲＩ、Ｔ２＊強調ＭＲＩ又は拡散強調ＭＲＩの実施法は、Mol. Imaging Biol., 2011, 13(5), 825-839で報告されているＴ２強調ＭＲＩの実施法と同様である。
上記の生体適合性の磁性ナノ粒子は、患者に投与されると、免疫細胞をトラッキングして免疫応答をモニタリングするためのＭＲＩに対して予想外に高い感度を示す。
以下の具体的な実施例は、単に説明のためとして解釈されるべきであり、如何なる場合にも決してその開示以外の部分を限定するものと解釈されるべきではない。更なる詳細がなくとも、当業者であれば、本明細書の記載に基づき、本実施形態を十二分に利用することができるものと思われる。本明細書で引用された全ての刊行物は、引用することによりそれらの全体が本明細書の一部をなす。
生体適合性の酸化鉄ナノ粒子の製造
これらの実施形態の２種の生体適合性の酸化鉄ナノ粒子を、以下に記載される手順に従って製造した。
酸化鉄コアの製造
ＦｅＣｌ２・４Ｈ２Ｏ（１１．６ｇ、０．０５８モル）、ＦｅＣｌ３・６Ｈ２Ｏ（１１．６ｇ、０．０９６モル）及び水（４００ｍＬ）の混合物を、三ツ口フラスコ内にて２５℃、３００ｒｐｍで撹拌した。そのフラスコに、水酸化ナトリウム溶液（２．５Ｎ、１７０ｍＬ）を４７μｌ／秒の速度で添加することで、１１〜１２のｐＨ値が得られた。ＦｅＣｌ２・４Ｈ２Ｏ（１１．６ｇ、０．０５８モル）、ＦｅＣｌ３・６Ｈ２Ｏ（１１．６ｇ、０．０９６モル）及び水（４００ｍＬ）の混合物を、三ツ口フラスコ内にて２５℃、３００ｒｐｍで撹拌した。そのフラスコに、水酸化ナトリウム溶液（２．５Ｎ、１７０ｍＬ）を４７μｌ／秒の速度で添加することで、１１〜１２のｐＨ値が得られた。引き続き、オレイン酸（２０ｍＬ）を添加し、３０分間にわたり撹拌し、引き続き６ＮのＨＣｌ溶液を添加することで、ｐＨ値を約１へと調整した。該混合物からこうして析出した酸化鉄コアを濾過により回収し、水で４回又は５回にわたり洗浄して、過剰のオレイン酸を除去した。次いでそれを真空下で乾燥させて、以下に記載されるようにして、生体適合性ポリマーとのカップリングのために使用した。
生体適合性ポリマーのｍＰＥＧ−シラン−７５０及びｍＰＥＧ−シラン−２０００の製造
生体適合性ポリマーのｍＰＥＧ−シラン−７５０を、以下に記載される手順に従って製造した。
３００ｇ（０．４モル）のメトキシ−ＰＥＧ（ｍＰＥＧ、分子量７５０）、無水コハク酸（４８ｇ、０．４８モル）及び４−ジメチルアミノ−ピリジン（ＤＭＡＰ、１９．５ｇ、０．１５９モル）の混合物を、１０００ｍＬ容の丸底フラスコ内にて真空（２０Ｔｏｒｒ）下で２時間にわたり静置した。その混合物に６００ｍＬのトルエンを添加し、次いでそれを３０℃で１日間にわたり撹拌することで、ｍＰＥＧ−ＣＯＯＨが形成された。
引き続き、３６ｍＬ（０．４８モル）の塩化チオニルを１ｍＬ／分の速度で添加し、その混合物を２時間〜３時間にわたり撹拌した。その後に、３３３．８ｍＬ（２．４モル）のトリエチルアミンを１ｍＬ／分の速度で添加することで、約６〜７のｐＨが得られた。室温に冷やした後に、ｍＰＥＧ−ＣＯＣｌを含有する混合物を、９４．５ｍＬ（０．４モル）の３−アミノプロピルトリエトキシシランと室温で少なくとも８時間にわたり反応させることで、ｍＰＥＧ−シラン−７５０が得られた。
ｍＰＥＧ−シラン−７５０は、上記反応混合物に９Ｌのイソプロピルエーテルを添加した後に析出した。その固体生成物を濾過により回収し、５００ｍＬのトルエン中に再溶解させ、５０００ｒｐｍで５分間にわたり遠心分離して上清を回収し、そこに９Ｌのイソプロピルエーテルを添加した。イソプロピルエーテルから褐色の油状液体が分離し、それを真空下で乾燥させることで、生体適合性ポリマーのｍＰＥＧ−シラン−７５０が得られた。
生体適合性ポリマーのｍＰＥＧ−シラン−２０００を、上記と同じ手順に従うが、８００ｇ（０．４モル）のメトキシ−ＰＥＧ（ｍＰＥＧ、分子量２０００）、無水コハク酸（４８ｇ、０．４８モル）及び４−ジメチルアミノ−ピリジン（ＤＭＡＰ、１９．５ｇ、０．１５９モル）の混合物を使用して製造した。
ｍＰＥＧ−シラン−７５０及びｍＰＥＧ−シラン−２０００のそれぞれと酸化鉄コアとのカップリング
こうして得られた生体適合性ポリマーのｍＰＥＧ−シラン−７５０及びｍＰＥＧ−シラン−２０００のそれぞれ（２５０ｇ）を、上記の通りに製造した酸化鉄コア１０ｇを含有する１Ｌ〜１．２Ｌのトルエン溶液中に懸濁した。その懸濁液を２４時間にわたり撹拌し、引き続き水（１．５Ｌ）を添加して抽出を行った。抽出された水溶液を限外濾過装置で濾過し、水で洗浄し、次いで１００ｍＬにまで濃縮することで、生体適合性の酸化鉄ナノ粒子の懸濁液が得られた。該酸化鉄ナノ粒子は、ｍＰＥＧ−シラン−７５０から製造されたか、ｍＰＥＧ−シラン−２０００から製造されたかにかかわらず、ｉＴｒａｓｔと呼ぶ。
生体適合性の酸化鉄ナノ粒子（ｉＴｒａｓｔ）のキャラクタリゼーション
こうして得られた生体適合性の磁性ナノ粒子ｉＴｒａｓｔの透過電子顕微鏡法（ＴＥＭ）画像を、JEOL社製ＪＥＭ−２１００Ｆ型電界放出形透過電子顕微鏡法を用いて撮影した。それらの画像により、ｉＴｒａｓｔが１０ｎｍ〜１２ｎｍの寸法の酸化鉄コアを有することが裏付けられた。
横緩和（ｒ２）及び縦緩和（ｒ１）は、米国特許出願公開第２０１２／０３２９１２９号及びChenら、Mol Imaging Biol, 2011, 13, 825-839に記載されている手順に従って確かめた。ｉＴｒａｓｔは、２０５．３±２．３（ｍＭ・ｓ）−１のｒ２と、１８．６±０．５（ｍＭ・ｓ）−１のｒ１とを有することが確かめられた。
移植におけるマクロファージの遊走及び蓄積の検出
移植された臓器においてマクロファージをトラッキングする研究は、以下に記載される手順に従って実施した。
ラットにおける心臓移植
異所性灌流心モデルを使用するための手術法はPNAS, 2006, 103(6):1852-1857に記載されている。近交系ブラウンノルウェー（ＢＮ、ＲＴ１ｎ）ラット及び近交系ダークアグーチ（ＤＡ、ＲＴ１ａ）ラットを、ハーランラボラトリーズ社（Harlan Laboratories Inc.）（インディアナ州インディアナポリス）から入手した。異なる系統のラット間での異系移植（ＤＡ→ＢＮ）では拒絶反応が生じたが、同じ系統のラット間での同系移植（ＤＡ→ＤＡ又はＢＮ→ＢＮ）では拒絶反応は起きなかった。心臓移植片の拒絶反応グレードを、病理組織学的にJ. Heart LungTransplant., 1998, 17, 754-760及びJ. Heart Transplant., 1990, 9, 587-593に記載されている指標基準に従って決定した。
心臓移植の１日後に、それぞれのラットに、３ｍｇ／ｋｇのｉＴｒａｓｔナノ粒子を静注した。マクロファージが、急性拒絶反応を起こしたラットの心臓中に不均一に分布していることが観察された。予想外にも、術後６日目に行われたｉｎ ｖｉｖｏ ＭＲＩにより、ｉＴｒａｓｔナノ粒子で標識されたマクロファージが同種移植心臓に蓄積することが示された。
病理組織学により、心外膜から心内膜への進行パターンが確認された。より具体的には、拒絶反応が時間に伴い進行するにつれ、マクロファージの浸潤は、心筋内部に向かって広がった。
Ｈ＆Ｅ染色とＰｅｒｌの鉄染色を、ｉｎ ｖｉｖｏ ＭＲＩ後に回収された心臓移植片由来の組織に対して行った。該移植片の組織学的かつ免疫組織化学的な分析により、Ｐｅｒｌの鉄染色によって表現された鉄含有細胞がマクロファージの系統ＥＤ１＋細胞と相関関係にあることが示された。該鉄含有細胞は、より侵襲性の免疫細胞浸潤を伴う、Ｈ＆Ｅ染色によって明らかにされた心筋保全（integrity：完全性）が崩れた領域でＥＤ１＋マクロファージと相関関係があった。
ブタにおける腎臓移植
主要組織適合複合体（ＭＨＣ）が一致していないブタを、高用量のタクロリムスで１２日間にわたり処置した。次いで、腎臓異種移植片（ｎ＝５）を、これらのブタへと移植した。予想通り、１４日目に、全ての単離された腎臓異種移植片は、血清クレアチニン濃度が０日目の濃度と比較して二倍になったことから拒絶反応を示した。
腎臓移植の１日後に、それぞれのブタに、３ｍｇ／ｋｇ又は６ｍｇ／ｋｇのｉＴｒａｓｔ粒子を静注した。ナノサイズのｉＴｒａｓｔにより標識された蓄積マクロファージは、予想外にも拒絶反応を起こした腎臓にてｉｎ ｖｉｖｏ ＭＲＩによって３日目、６日目、９日目、１２日目及び１６日目に検出された。
それどころか、ｉＴｒａｓｔは３ｍｇ／ｋｇと６ｍｇ／ｋｇとの両方で、９日目及び６日目のそれぞれにおいて、血清クレアチニンと比べて、皮質周辺の低信号スポットを強調することも分かり、このことから全ての単離された腎臓の免疫拒絶反応が示されている。
リンパ節でのマクロファージのトラッキング
以下に示される手順に従って、リンパ節の形態変化を検出するために、ｉＴｒａｓｔを調べた。
Ｂ１６−Ｆ１０細胞を使用してマウス黒色腫転移モデルを前足に誘導した。ｉＴｒａｓｔ（２ｍｇ Ｆｅ／ｋｇ、４ｍｇ Ｆｅ／ｋｇ及び６ｍｇ Ｆｅ／ｋｇ）を、腫瘍成長の間にマウスに投与し、それらの動物を、ｉＴｒａｓｔ投与後にＴ２強調ＭＲＩ画像法、Ｔ２＊強調ＭＲＩ画像法及び拡散強調ＭＲＩ画像法（すなわち、Ｔ２ＷＩ、Ｔ２＊ＷＩ、ＤＷＩ）によって繰り返し評価した。
腫瘍の病期が標識結果に大きな影響を及ぼすことが判明した。ｉＴｒａｓｔを４ｍｇ Ｆｅ／ｋｇの用量で静脈投与したとき、初期腫瘍を有する動物のセンチネルリンパ節及び後続のリンパ節中に予想外にも一過的な標識が確認された。これらのリンパ節において、一過的な信号の程度は、該腫瘍が末期に達したときに弱まった。組織学により、初期腫瘍は非転移性であるが、末期腫瘍は転移性であることが確認された。
他の実施形態
本明細書で開示された特徴は全てあらゆる組合せで組み合わせることができる。本明細書で開示される各特徴は同じ、同等の、又は同様の目的を果たす代替特徴に置き換えることができる。そのため特に明記しない限り、開示される各特徴は一連の包括的な同等又は同様の特徴の例にすぎない。
上記記載から、当業者であれば記載された実施形態の本質的な特性を容易に確かめることができ、その趣旨及び範囲から逸脱せずに、実施形態の様々な変更及び修正を行うことで、実施形態を様々な用法及び条件に適合させることができる。したがって、他の実施形態も特許請求の範囲内にある。開示された実施形態に様々な変更及び変化を加えることができることは、当業者には明白であろう。明細書及び実施例は例示的なものに過ぎないと解釈され、本開示の真の範囲は、添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物によって指示されることが意図される。

Claims (23)

  1. 免疫細胞のトラッキング方法であって、該方法が、
    臓器に関係する病気を持つ患者を特定すること、
    生体適合性の磁性ナノ粒子を含み、１０００ｎｍより大きい粒径の粒子を含まない水性懸濁液であって、該生体適合性の磁性ナノ粒子が、それぞれ１種又は複数種の生体適合性ポリマーによって覆われている超常磁性コアを含み、該生体適合性ポリマーのそれぞれが、ポリエチレングリコール基、シラン基及びポリエチレングリコール基とシラン基とを共有結合を介して連結するリンカーを有する、水性懸濁液を準備すること、
    該水性懸濁液を前記患者の血流中に投与すること、及び
    投与工程の後に、前記臓器の磁気共鳴画像を取得すること、
    を含み、該磁気共鳴画像中の高信号スポット又は低信号スポットの存在が該患者における免疫応答を示す、方法。
  2. 前記磁気共鳴画像は、Ｔ２強調磁気共鳴画像又はＴ２＊強調磁気共鳴画像である、請求項１に記載の方法。
  3. 前記病気は、癌又は移植された臓器の拒絶反応である、請求項１に記載の方法。
  4. 前記移植された臓器は、心臓又は腎臓である、請求項３に記載の方法。
  5. 前記癌は、リンパ腫である、請求項３に記載の方法。
  6. 前記臓器は、心臓、腎臓又はリンパ節である、請求項１に記載の方法。
  7. 前記超常磁性コアは、酸化鉄、酸化コバルト、酸化ニッケル又はそれらの組合せを含み、前記ポリエチレングリコール基は、５個〜１０００個のオキシエチレン単位を有し、前記シラン基は、Ｃ１〜Ｃ１０アルキレン基を含み、かつ前記リンカーは、Ｏ、Ｓ、Ｓｉ、Ｃ１〜Ｃ６アルキレン、２個のカルボニル基及び２個〜２０個の炭素原子を含むカルボニル部、又は以下の式：
    又は
    及び
    の１つを有する基であり、前記式中、ｍ、ｎ、ｐ、ｑ及びｔはそれぞれ独立して１〜６であり、ＷはＯ、Ｓ又はＮＲｂであり、Ｌ１、Ｌ３、Ｌ５、Ｌ７及びＬ９はそれぞれ独立して結合、Ｏ、Ｓ又はＮＲｃであり、Ｌ２、Ｌ４、Ｌ６、Ｌ８及びＬ１０はそれぞれ独立して結合、Ｏ、Ｓ又はＮＲｄであり、かつＶはＯＲｅ、ＳＲｆ又はＮＲｇＲｈであり、ここで、Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ、Ｒｄ、Ｒｅ、Ｒｆ、Ｒｇ及びＲｈはそれぞれ独立してＨ、ＯＨ、Ｃ１〜Ｃ１０オキシ脂肪族ラジカル、Ｃ１〜Ｃ１０一価脂肪族ラジカル、Ｃ１〜Ｃ１０一価複素脂肪族ラジカル、一価アリールラジカル、又は一価ヘテロアリールラジカルである、請求項１に記載の方法。
  8. 前記生体適合性の磁性ナノ粒子は、それぞれ１０ｎｍ〜１０００ｎｍの粒径を有し、かつ５０〜４００の横磁気緩和速度を有する、請求項７に記載の方法。
  9. 前記生体適合性の磁性ナノ粒子は、それぞれ１５ｎｍ〜２００ｎｍの粒径を有し、かつ１２０〜４００の横磁気緩和速度を有する、請求項８に記載の方法。
  10. 前記超常磁性コアは、超常磁性酸化鉄ナノ粒子であり、前記ポリエチレングリコール基は、１０個〜２００個のオキシエチレン単位を有し、前記シラン基は、Ｃ３〜Ｃ１０アルキレンを含み、かつ前記リンカーは、以下の式：
    のカルボニル部である、請求項１に記載の方法。
  11. 前記生体適合性の磁性ナノ粒子は、それぞれ１ｎｍ〜１０００ｎｍの粒径を有し、かつ５０〜４００の横磁気緩和速度を有する、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記生体適合性の磁性ナノ粒子は、それぞれ１５ｎｍ〜２００ｎｍの粒径を有し、かつ１２０〜４００の横磁気緩和速度を有する、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記生体適合性の磁性ナノ粒子は、それぞれ１ｎｍ〜１０００ｎｍの粒径を有し、かつ５０〜４００の横磁気緩和速度を有する、請求項１に記載の方法。
  14. 前記生体適合性の磁性ナノ粒子は、それぞれ１５ｎｍ〜２００ｎｍの粒径を有し、かつ１２０〜４００の横磁気緩和速度を有する、請求項１３に記載の方法。
  15. 前記超常磁性コアは、以下の式：
    （式中、
    ＲはＨ、Ｃ１〜Ｃ６アルキル基、Ｃ２〜Ｃ６アルケニル基、Ｃ２〜Ｃ６アルキニル基、Ｃ３〜Ｃ１０シクロアルキル基、Ｃ１〜Ｃ１０ヘテロシクロアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、Ｃ１〜Ｃ１０カルボニル基、又はＣ１〜Ｃ１０アミン基であり、
    Ｌはリンカーであり、
    ｍは１〜１０であり、かつ、
    ｎは５〜１０００である）を有する１種又は複数種の生体適合性ポリマーによって覆われている、請求項１に記載の方法。
  16. 前記リンカーは、Ｏ、Ｓ、Ｓｉ、Ｃ１〜Ｃ６アルキレン、２個のカルボニル基及び２個〜２０個の炭素原子を含むカルボニル部、又は以下の式：
    又は
    及び
    の１つを有する基であり、式中、ｍ、ｎ、ｐ、ｑ及びｔはそれぞれ独立して１〜６であり、ＷはＯ、Ｓ又はＮＲｂであり、Ｌ１、Ｌ３、Ｌ５、Ｌ７及びＬ９はそれぞれ独立して結合、Ｏ、Ｓ又はＮＲｃであり、Ｌ２、Ｌ４、Ｌ６、Ｌ８及びＬ１０はそれぞれ独立して結合、Ｏ、Ｓ又はＮＲｄであり、かつＶはＯＲｅ、ＳＲｆ又はＮＲｇＲｈであり、ここで、Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ、Ｒｄ、Ｒｅ、Ｒｆ、Ｒｇ及びＲｈはそれぞれ独立してＨ、ＯＨ、Ｃ１〜Ｃ１０オキシ脂肪族ラジカル、Ｃ１〜Ｃ１０一価脂肪族ラジカル、Ｃ１〜Ｃ１０一価複素脂肪族ラジカル、一価アリールラジカル、又は一価ヘテロアリールラジカルである、請求項１５に記載の方法。
  17. 前記超常磁性コアは、以下の式：
    （式中、
    Ｒ１はＨ、Ｃ１〜Ｃ６アルキル基、Ｃ２〜Ｃ６アルケニル基、Ｃ２〜Ｃ６アルキニル基、Ｃ３〜Ｃ１０シクロアルキル基、Ｃ１〜Ｃ１０ヘテロシクロアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、Ｃ１〜Ｃ１０カルボニル基、又はＣ１〜Ｃ１０アミン基であり、
    Ｒ２はＨ、Ｃ１〜Ｃ６アルキル、Ｃ２〜Ｃ６アルケニル、Ｃ２〜Ｃ６アルキニル、Ｃ３〜Ｃ１０シクロアルキル、Ｃ１〜Ｃ１０ヘテロシクロアルキル、アリール又はヘテロアリールであり、
    ｍは１〜１０であり、かつ、
    ｎは５〜１０００である）を有する１種又は複数種の生体適合性ポリマーによって覆われている、請求項１に記載の方法。
  18. 前記生体適合性の磁性ナノ粒子は、それぞれ１０ｎｍ〜１０００ｎｍの粒径を有し、かつ５０〜４００の横磁気緩和速度を有する、請求項１７に記載の方法。
  19. 前記生体適合性の磁性ナノ粒子は、それぞれ１５ｎｍ〜２００ｎｍの粒径を有し、かつ１２０〜４００の横磁気緩和速度を有する、請求項１８に記載の方法。
  20. 前記病気は、移植された心臓又は腎臓の拒絶反応であり、前記超常磁性コアは、超常磁性酸化鉄ナノ粒子であり、前記ポリエチレングリコール基は、１０個〜２００個のオキシエチレン単位を有し、前記シラン基は、Ｃ３〜Ｃ１０アルキレンを含み、かつ前記リンカーは、以下の式：
    のカルボニル部であり、かつ前記磁気共鳴画像は、Ｔ２強調磁気共鳴画像又はＴ２＊強調磁気共鳴画像である、請求項１９に記載の方法。
  21. Ｒ１はＨであり、Ｒ２はＨ、Ｃ１〜Ｃ６アルキル基、Ｃ１〜Ｃ１０カルボニル基又はＣ１〜Ｃ１０アミン基であり、ｍは３〜１０であり、かつｎは１０〜２００である、請求項１７に記載の方法。
  22. 前記生体適合性の磁性ナノ粒子は、それぞれ１０ｎｍ〜１０００ｎｍの粒径を有し、かつ５０〜４００の横磁気緩和速度を有する、請求項２１に記載の方法。
  23. 前記生体適合性の磁性ナノ粒子は、それぞれ１５ｎｍ〜２００ｎｍの粒径を有し、かつ１２０〜４００の横磁気緩和速度を有する、請求項２２に記載の方法。
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