KR20200110321A - 신경 장애의 치료에서 사용하기 위한 나노입자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 의학 분야, 특히 신경 장애의 치료에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 본 발명은 전기장에의 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 노출 없이, 및 바람직하게는 임의의 기타 외부 활성화원에의 그의 노출 없이 대상체에서 신경 질환 또는 그의 적어도 하나의 증상의 예방 또는 치료에서 사용하기 위한 나노입자 또는 나노입자의 응집체로서, 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 물질은 전도체 물질, 반도체 물질, 유전율 εijk 200 이상의 절연체 물질, 및 유전율 εijk 100 이하의 절연체 물질로부터 선택되는 나노입자 또는 나노입자의 응집체에 관한 것이다. 본 발명은 또한 나노입자 및/또는 나노입자의 응집체를 포함하는 조성물 및 키트 뿐만 아니라 전기장에의 그의 노출 없는, 및 바람직하게는 임의의 기타 외부 활성화원에의 그의 노출 없는 그의 용도에 관한 것이다.

Description

신경 장애의 치료에 사용하기 위한 나노입자
본 발명은 의학 분야, 특히 신경 장애의 치료에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 본 발명은 전기장에의 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 노출 없이, 및 바람직하게는 임의의 기타 외부 활성화원 예컨대 광원, 자기장, 또는 초음파원에의 그의 노출 없이 대상체에서 신경 질환 또는 그의 적어도 하나의 증상의 예방 또는 치료에서 사용하기 위한 나노입자 또는 나노입자의 응집체로서, 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 물질은 전도체 물질, 반도체 물질, 유전율 εijk 200 이상의 절연체 물질, 및 유전율 εijk 100 이하의 절연체 물질로부터 선택되는 나노입자 또는 나노입자의 응집체에 관한 것이다. 본 발명은 또한 나노입자 및/또는 나노입자의 응집체를 포함하는 조성물 및 키트 뿐만 아니라 전기장에의 그의 노출 없는, 및 바람직하게는 임의의 기타 외부 활성화원 예컨대 광원, 자기장, 또는 초음파원에의 그의 노출 없는 그의 용도에 관한 것이다.
신경 장애는 주요한 건강 문제이다 (Neurological disorders public health challenges. WHO, 2006). 신경망 기능의 손상은 기원이 상이할 수 있다. 파킨슨병은 중뇌에 위치하는 흑질에서 도파민 뉴런의 사망으로 인한 운동 장애이다. 뇌졸중은 뇌 혈액 공급의 차단에 해당한다. 산소가 없으면, 환부의 뉴런이 사망하여, 이들 세포에 의해 조절되는 신체 부위가 기능할 수 없다. 헌팅턴병은 유전적 장애이다. 간질은 다양한 뇌 영역에서 커다란 그룹의 뉴런의 비정상적인 흥분에 의해 발생하는 장애이다. 알츠하이머병은 해마, 대뇌 피질, 및 기타 뇌 영역에서의 뉴런의 사망을 특징으로 하는 신경변성 장애이다. 자폐 스펙트럼 장애의 원인은 유전적, 환경적 등의 다인성이다.
신경 장애는 환자에게 영향을 미치는 주요 증상에 따라 분류될 수 있다. 3 가지 주요 유형의 증상이 관찰된다: 이하의 본원에서 추가로 설명하는 바와 같은 운동 장애, 정신적 (기분/사회적) 장애 및 인지 장애.
운동 장애는 떨림, 운동 완만증 또는 운동 이상증과 같은 운동 저하증, 근육 비틀림, 강직성, 자세 불안정성, 보행 동결 등을 포함한다. 운동 장애를 나타내는 질환은 전형적으로 파킨슨병, 근육긴장이상증, 간질, 헌팅턴병 및 투렛 증후군을 포함한다.
정신 장애는 기분/사회적 손상의 증상을 나타내는 다양한 질환을 구성한다. 완전하지 않은 목록은 자폐 스펙트럼 장애, 정신분열증 장애, 양극성 장애, 우울 장애, 불안 장애, 강박 장애, 물질 관련 및/또는 중독 장애를 포함한다 (Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders, 2013, fifth edition, the American Psychiatric Association 으로부터의 정의). 파킨슨병 및 근육긴장이상증과 같은 운동 장애로 고통받는 일부 환자는 질환의 말기에 정신 장애를 일으킬 수 있다.
인지 장애는 모든 정신 장애 (예를 들어, 정신분열증, 양극성 장애) 는 아니지만, 많은 경우에 존재한다. 핵심 특색이 인지인 장애만이 인지 장애 카테고리에 포함된다. 인지 장애는 환자의 일상 생활에 영향을 미친다: 간단한 작업이 달성하기가 복잡하다. 치매는 대표적인 인지 장애이며, 일상 생활을 방해하기에 충분한 정신 능력 저하의 일반적인 용어이다. 알츠하이머병은 신경변성 측면이 있는, 특이한 유형의 치매이다.
신경 장애는, 가능한 경우, 뇌의 신경전달물질 수준의 조절과 특정한 신경전달물질 수용체와의 상호 작용을 제어하는 약물로 치료된다. 관련된 주요 신경전달물질은 글루타메이트, γ-아미노부티르산 (GABA), 도파민 및 아세틸콜린이다. 글루타메이트 및 GABA 신경전달물질은 뉴런 흥분성의 증가 (Platt et al., The Veterinary Journal, 2007, 173, 278-286: The role of glutamate in central nervous system health and disease - a review) 및 뉴런 흥분성의 감소 (Holmes et al., Mental Retardation and Developmental Disabilities, 1995, 1, 208-219: Role of glutamate and GABA in the pathophysiology of epilepsy) 에서 각각 주요한 역할을 하기 때문에 특히 관심이 있다. 도파민은 여러가지 뇌 기능에 관여한다: 기저핵을 통한 운동 제어 (기저핵의 부적절한 도파민 수치는 통제되지 않은 움직임을 유발한다), 쾌락 보상 추구 행동 (장애는 역기능 중독으로 이어질 수 있다), 인지 (전두엽의 도파민 장애는 신경 인지 기능의 저하로 이어질 수 있다) 등 (Alcaro et al., Brain Res. Rev., 2007, 56(2), 283-321: Behavioral functions of the mesolimbic dopaminergic system: an affective neuroethological perspective). 아세틸콜린은 중추 신경계 수준에서 학습 및 기억에 관여하는 신경전달물질이다 (Hasselmo et al., Curr Opin Neurobiol, 2006, 16(6), 710-715: The role of acetylcholine in learning and memory).
파킨슨병의 운동 증상을 완화시키는 일반적인 약물은 레보도파이며, 이것은 뇌의 도파민으로 변형되어 도파민 결핍의 균형을 잡는데 도움이 된다. 레보도파는 카르비도파와 관련이 있으며, 이것은 모든 신체에서 도파민의 레보도파 변형을 회피하는데 도움이 된다. 레보도파 치료의 한가지 문제는 "온-오프 (on-off)" 현상이며, 이것은 우울증에 관련하는 부동성과 무능력의 단계가 환희의 융해와 교대로 일어나는 것이다 (Lees et al., J Neurology Neurosurgery Psychiatry, Special Supplement, 1989, 29-37: The on-off phenomenon). 이 치료에 대한 말기 파킨슨병 환자의 무응답이 문제이다 (Fabbri et al., Parkinsonism and related disorders, 2016: Do patients with late-stage Parkinson's disease still respond to levodopa?). 정신분열증에서 "긍정적인" 증상, 망상 및 환각과 같은 신경 정신 장애의 증상을 치료하기 위한 다른 일반적인 약물은 항정신병 약이다.
그러나, 약물로 신경 장애 증상을 치료하는 치료법은 특이적이지 않으므로, 심각한 부작용을 유발할 수 있다. 또한, 사용한 약물에 대한 내화성이 나타날 수 있다.
신경과학의 이해가 발전함에 따라, 뇌는 그것의 전선, 뉴런을 통해 정보를 부호화 및 전송하는 전기 네트워크로서 여겨질 수 있다. 뉴런 사이의 연결은 단순하고 동시에 복잡하다: 뉴런 내부의 이온의 유입/유출에 의하여, 활동 전위 (또는 전기 활동의 "스파이크") 를 초래하기 때문에 단순하다; 뇌 네트워크가 수천억 개의 뉴런으로 구성되어, 다양한 공간 및 시간 척도에서 조화되는 상호작용을 보여주는 노드, 허브 및 모듈을 형성하기 때문에 복잡하다 (Fornito et al., Nature Reviews Neuroscience, 2015, 16, 159-172: The connectomics of brain disorders). 신경 통신은 개별 뉴런을 연결하는 해부학적 구성요소 (구조) 및 정보를 전송하는 과정 (기능) 에 의존한다. 양쪽 양상은 신경계의 전반적 성능에 영향을 미친다. 뉴런 상호작용은 뇌 전기 활동 패턴의 진동에 의해 변환되며, 이러한 진동은 전형적으로는 뇌전도 (EEG) 에 의해 측정가능하다. 진동의 상이한 주파수 밴드가 관찰된다: 델타, 세타, 알파, 베타, 감마 (Ward et al., Trends in Cognitive Sciences, 2003, 7(12), 553-559: Synchronous neural oscillations and cognitive processes). 구조적으로, 가장 눈에 띄는 뇌의 신경해부학적 특색은 뉴런 사이의 풍부한 연결성이며, 이는 신경 통신의 중요성을 반영한다. 하나의 뇌 영역과 또다른 영역 사이의 진동의 동기화 ("동기성") 는 공간-시간적 조화를 가져옴으로써 정보 부호화의 마지막 수준을 구성하는 것으로 보인다 [첫번째 수준 (뉴런): 활동 전위; 두번째 수준 (신경망(들)): 신경 진동] (Engel et al., Nature Reviews Neuroscience, 2001, 2, 704-716: Dynamic predictions: oscillations and synchrony in top-down processing). 중요하게, 공간 및 시간에서 동기화 및 탈동기화의 섬세하게 균형 잡힌 패턴이 신경계의 기능적 성능에 근본적이라는 증거가 나오고 있다 (Schnitzler et al., Nature Reviews Neuroscience, 2005, 6, 285-296: Normal and pathological oscillatory communication in the brain).
비정상적인 동기화 과정 (너무 높은 및/또는 너무 확장된 동기성 (즉, 과동기성이라고도 함), 또는 너무 낮은 동기성 (즉, 손상된 동기성이라고도 함)) 은 간질, 정신분열증, 치매 및 파킨슨병과 같은 여러가지 뇌 장애와 관련이 있다 (Schnitzler et al., Nature Reviews Neuroscience, 2005, 6, 285-296: Normal and pathological oscillatory communication in the brain).
오늘날, 뉴런의 전기 활동 패턴의 조정 (뉴런 조정) 은 전기 자극을 통해 유도될 수 있다. 뇌에 전기 자극을 생성하는 현재 기술은 직접적인 전기 자극 또는 자기 코일을 통해 전류의 인가를 통한 전기장의 유도를 이용한다. 특정한 신경 장애는 뇌심부의 영역에 영향을 미치며, 전기장의 침투 깊이가 약하기 때문에, 전기 자극을 지속적으로 전달하기 위해서 뇌 내부의 전극의 외과적 이식이 실행되었으며, 이것은 "뇌심부 자극" (DBS) 기술을 구성한다. 이것의 효능은 자극에 사용되는 파라미터, 특히 주파수에 의존한다. 1987 년에, 이식된 전극을 갖는 심실 중환자 (VIM) 의 고주파 자극 (≥ 100 Hz) 은 파킨슨병으로 고통받는 환자의 떨림 증상을 완화시키는 것으로 밝혀졌다 (Benabid et al., Applied Neurophysiology, 1987, 50, 344-346: Combined (thalamotomy and stimulation) stereotactic surgery of the VIM thalamic nucleus for bilateral Parkinson disease). 또한, 원숭이에서, 저주파 자극 (< 50 Hz) 에 비해 고주파 자극 (> 100 Hz) 이 외담창구 (GPe) 및 내담창구 (GPi) 에서 뉴런의 시간적 소성 패턴의 변화 (자극-동기화된 규칙적 소성 패턴) 를 허용하며, 이것은 기저핵에서 뉴런 활성의 변경된 패턴이 시상 및 뇌간의 대상 구조로 전달되는 것을 차단하여, 운동 완만증 및 강직성 증상을 완화시키는 것으로 나타났다 (Hashimoto et al., The Journal of Neuroscience, 2003, 23(5), 1916-1923: Stimulation of the subthalamic nucleus changes the firing pattern of pallidal neurons). DBS 는 현재 여러가지 운동 장애 (파킨슨병, 근육긴장이상증, 본태성 떨림, 간질) 및 정신 장애 (강박 장애, 우울증) 를 치료하는 것으로 승인되었다.
그러나, 몇가지 단점이 DBS 와 관련될 수 있으며, 첫번째는 기술의 침습성과 출혈, 간질 발작, 감염, 리드 이동, 리드 파괴 등과 같은 다양한 합병증의 위험이다 (Fenoy et al., J Neurosurg, 2014, 120, 132-139: Risks of common complications in DBS surgery: management and avoidance).
대상에서의 생성된 전기장의 초점성 (즉, 공간 분해능) 은 또다른 관심사이다. 전기 자극의 확산은 또한 우울증과 같은 부작용과 관련이 있다. 특정한 영역 내에서 자극을 이동 및 제한할 수 있는 새로운 유형의 전극을 설계하기 위한 많은 연구가 진행되었다 (Luan et al., Frontiers in Neuroengineering, 2014, 7(27), 1-9: Neuromodulation: present and emerging methods). 다른 기술적인 측면은 평가 중에 있다: 전극 (또는 리드), 이들의 크기, DBS 장치의 침습성, 리드를 구성하는 재료, (자기 공명) 영상 기술과의 호환성, 지속적인 자극의 필요성과 관련된 내부 펄스 발생기 (IPG) 의 배터리 수명.
다른 주요한 기존의 유형의 전기 자극, 즉, 경두개 전기 자극 또는 경두개 자기 자극은 침습적이지 않은 이점이 있지만, 전기장의 침투 깊이는 약하다. 따라서, 이들의 적용은 대뇌 피질의 자극으로 제한된다 (뇌심부는 도달 가능하지 않다). 또한, 공간 분해능은 여전히 낮다.
본 발명은 신경 질환 (전형적으로 신경망의 장애) 또는 그의 적어도 하나의 증상의 예방 또는 치료를 위해 사용하기 위한/예방 또는 치료에서 사용하기 위한 나노입자 및/또는 나노입자의 응집체 (나노입자의 응집체) 를 다룬다.
나노입자 또는 나노입자의 응집체는 신경망 내에서 및/또는 사이에서, 및 뇌의 구별되는 영역 내에서 및/또는 사이에서 뉴런 진동의 동기화를 정규화한다 (동기성을 개선한다). 발명자들에 의해 본원에서 기재된 나노입자 또는 나노입자의 응집체는 따라서 대상체/환자가 건강한/정상 상태로 돌아오는 것을 돕는다.
발명자들에 의해 본원에서 기재된 나노입자 및 나노입자의 응집체는, 그들의 기능을 발휘하기 위해서 (즉 효율적이기 위해서), 전류 또는 전기장/자극의 적용/유도를 요구하지 않고, 바람직하게는 임의의 기타 외부 활성화원 예컨대 광원, 자기장, 또는 초음파원에의 노출을 요구하지 않는다. 본원에서 기재된 나노입자 및 나노입자의 응집체는, 본원에서 기재된 용도의 상황에서 기능적이기 위해서, 전류 또는 전기장/자극에 노출되는 것을 요구하지 않고, 바람직하게는 임의의 기타 외부 활성화원 예컨대 광원, 자기장, 또는 초음파원에 노출되는 것을 요구하지 않는다. 발명자들은 이들 나노입자 또는 나노입자의 응집체가, 유리하게는 놀랍게도 전류 또는 전기장/자극에의, 전형적으로 예를 들어 뇌심부 자극 (DBS) 에 의해, 경두개 전기 자극 (TES) 에 의해 또는 경두개 자기 자극 (TMS) 에 의해 상기 대상체에게 적용되는 전류 또는 전기장/자극에의 노출 없이, 또는 그들이 투여되는 대상체의 노출 없이, 및 바람직하게는 임의의 기타 외부 활성화원 예컨대 광원, 자기장, 또는 초음파원에의 노출 없이 효율적으로 사용될 수 있다는 것을 발견했다. 이는 처리된 대상체가, 본 발명 덕분에, 전류 또는 전기장/자극에의 또는 임의의 기타 외부 활성화원 예컨대 광원, 자기장, 또는 초음파원에의 노출의 부정적인 부작용을 겪지 않을 것이라는 것을 의미한다.
당업자에 의해 잘 알려진 바와 같이, 나노입자는 상승된/높은 표면/부피 비를 가지며, 전형적으로 10 ㎚-나노입자의 표면에서 원자의 대략 35%-40% 가 국소화되며, 이는 30 ㎚ 초과의 크기를 갖는 나노입자의 경우의 20% 미만과 비교된다. 이러한 높은 표면/부피 비는 크기 의존적인 강한 표면 반응성과 연관된다. 그 결과, 나노입자 (특히 20 ㎚ 보다 작은 것) 는 벌크 물질과 비교되는 신규한 특성을 보일 수 있다. 예를 들어, 금 입자는 거시적 규모에서 화학적으로 불활성이고 산화에 저항성인 것으로 알려져 있지만, 10 ㎚ 미만의 크기를 갖는 금 입자는 화학적으로 활성인 표면을 갖는다. 금속성 나노입자의 화학적 불안정화와 연관되는 독성 메카니즘은 (i) 용액 중 금속의 직접 방출 (용해 과정), (ii) 금속성 나노입자의 촉매 특성, 및 (iii) 나노입자의 표면의 산화환원반응 진전 (이는 단백질을 산화시키고, 반응성 산소 종 (ROS) 을 생성하고, 산화 스트레스를 유도할 수 있다) 일 것이다 (M. Auffan et al., Environmental Pollution 157 (2009) 1127-1133: Chemical Stability of metallic nanoparticles: a parameter controlling their potential cellular toxicity in vitro 참조).
촉매 특성을 제시하는 본원에서 위에 기재된 금 나노입자 외에도, 세륨 산화물 (7 ㎚-CeO2 입자) 또는 철 산화물 (20 ㎚-Fe3O4 입자) 나노입자는 그들의 표면에서 산화환원반응 변형을 보였으며, 이는 시험관내에서 산화 스트레스와 관련되는 세포독성 효과를 초래한다 (M. Auffan et al., Environmental Pollution 157 (2009) 1127-1133: Chemical Stability of metallic nanoparticles: a parameter controlling their potential cellular toxicity in vitro 참조). 또한, 11 ㎚-실리카 나노구조는 생물 매질에 의해 침식된다 (S-A Yang et al., Scientific Reports 2018 8:185: Silica nanoparticle stability in biological media revisited 참조).
발명자들에 의해 본원에서 아래에서 설명되는 바와 같이, 30 ㎚ 미만의 크기를 갖는 나노입자는, 따라서 대상체에서, 전형적으로 포유류에서, 특히 인간에서 생체내에서 사용되는 것이 의도될 때 신중하게 선택될 것이다.
간단한 설명
본원에서 유리하게는 최초로 기재된 것은 전기장에의 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 노출 없이, 및 바람직하게는 임의의 기타 외부 활성화원 예컨대 광원, 자기장, 또는 초음파원에의 그의 노출 없이 필요로 하는 대상체에서 신경 질환 또는 그의 적어도 하나의 증상의 예방 또는 치료를 위해 사용하기 위한/예방 또는 치료에서 사용하기 위한 나노입자 또는 나노입자의 응집체이다. 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 물질은 전형적으로 전도체 물질, 반도체 물질, 유전율 εijk 200 이상의 절연체 물질, 및 유전율 εijk 100 이하의 절연체 물질로부터 선택된다.
발명자들은 본원에서, 특정 양상에서, 전기장에의 또는 임의의 기타 외부 활성화원에의 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 노출 없이 대상체에서 신경 질환 또는 그의 적어도 하나의 증상의 예방 또는 치료에서 사용하기 위한 나노입자 또는 나노입자의 응집체로서, 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 물질은 전도체 물질, 반도체 물질, 유전율 εijk 200 이상의 절연체 물질, 및 유전율 εijk 100 이하의 절연체 물질로부터 선택되며, i) 집단의 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 코어의 중앙 최대 크기는 물질이 전도체 물질, 반도체 물질 또는 유전율 εijk 200 이상의 절연체 물질일 때 적어도 30 ㎚ 이고, ii) 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 코어는 전해질의 농도 0.001 내지 0.2 M, 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 물질의 농도 0.01 내지 10 g/L 및 pH 6 내지 8 을 갖는 물의 용액에서 측정될 때 중성 또는 음성 표면 전하를 제공하는 생체적합성 코팅으로 코팅되는, 나노입자 또는 나노입자의 응집체를 기재한다.
또한 본원에서 기재되는 것은 전기장에의 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 노출 없이, 및 바람직하게는 임의의 기타 외부 활성화원 예컨대 광원, 자기장, 또는 초음파원에의 그의 노출 없이 필요로 하는 대상체에서 본원에서 기재된 바와 같은 신경 질환 또는 그의 적어도 하나의 증상의 예방 또는 치료를 위한 조성물을 제조하기 위한 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 용도이다.
또한 본원에서 기재되는 것은 대상체에서 신경 질환 또는 그의 적어도 하나의 증상의 예방 또는 치료를 위해 사용하기 위한/예방 또는 치료에서 사용하기 위한 조성물로서, 조성물은 나노입자 및/또는 나노입자의 응집체 및 약학적으로 허용가능한 지지체를 포함하거나, 또는 그것으로 이루어지며, 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 물질은 전형적으로 전도체 물질, 반도체 물질, 유전율 εijk 200 이상의 절연체 물질, 및 유전율 εijk 100 이하의 절연체 물질로부터 선택되고, 예방 또는 치료는 조성물을 통해 대상체에게 투여되는 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 전기장에의 노출 없이, 및 바람직하게는 임의의 기타 외부 활성화원 예컨대 광원, 자기장, 또는 초음파원에의 그의 노출 없이 수행되는, 조성물이다.
추가로 본원에서 기재되는 것은 적어도 둘의 구별되는 나노입자 및/또는 나노입자의 응집체를 포함하거나, 또는 그것으로 이루어지는 키트로서, 각각의 나노입자 또는 나노입자의 응집체는 전형적으로 전도체 물질, 반도체 물질, 유전율 εijk 200 이상의 절연체 물질 및 유전율 εijk 100 이하의 절연체 물질로부터 선택되는 구별되는 물질로 이루어지는 키트, 및 전형적으로 전기장에의 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 노출 없는, 및 바람직하게는 임의의 기타 외부 활성화원 예컨대 광원, 자기장, 또는 초음파원에의 그의 노출 없는 대상체에서 신경 질환 또는 그의 적어도 하나의 증상의 예방 또는 치료에서의/예방 또는 치료 방법에서의 그의 용도이다.
상세한 설명
인간 신경계는 대략 800-1200 억 개의 신경 세포로 이루어지는 것으로 추정된다 (Herculano-Houzel S. Frontier in Human Neuroscience (2009), 3(31): 1-11, The human brain in numbers: a linearly scaled-up primate brain). 뉴런 (또는 신경 세포) 의 특성의 정의는 전기 신호를 활동 전위의 형태로 전파하는 그것의 능력이다.
뉴런/신경 세포는 뇌의 기본 노드를 구성한다. 신경 세포는 고도로 구조화된 방식으로 서로와 통신하여 신경망을 형성할 수 있다. 뉴런은 시냅스 연결을 통해 통신한다. 뉴런 내에서, 나노회로는 핵심 뉴런 특성 예컨대 학습 및 기억 및 뉴런 율동성의 발생을 매개하기 위한 근원적 생화학적 기구를 구성한다.
미세회로는 단지 오직 몇몇 상호연결된 뉴런으로 형성될 수 있고, 정교한 임무 예컨대 반사 운동 매개, 감각 정보 가공, 보행의 개시, 및 학습 및 기억 매개를 수행할 수 있다. 거대회로는 복수의 내장형 미세회로로 이루어지는 더욱 복잡한 네트워크이다. 거대회로는 고등 뇌 기능 예컨대 물체 인식 및 인지를 매개한다. 따라서, 복수의 수준의 네트워크가 신경계를 차지한다.
신경망 흥분성
뉴런은 메시지를 전기화학적으로 보낸다 (즉 화학물질/이온이 전기 신호를 야기한다). 신경계에서 중요한 이온은 나트륨 및 칼륨, 칼슘 및 클로라이드이다. 뉴런이 신호를 보내지 않을 때, 그것은 "휴지 상태" 에 있다. 뉴런이 휴지 상태에 있을 때, 뉴런의 내부는 외부에 상대적으로 음성이다. 상이한 이온의 농도는 막의 양 측에서 균형이 잡히는 것을 시도하지만, 그럴 수 없는 이유는 세포 막이 오직 일부 이온이 채널 (이온 채널) 을 통과하는 것을 허용하기 때문이다. 이러한 선택적 이온 채널에 더하여, 에너지를 사용하여 그것이 들여 놓는 칼륨 이온 2 개 마다 나트륨 이온 3 개를 뉴런 밖으로 이동시키는 펌프가 존재한다. 마지막으로, 모든 이들 힘이 균형이 잡히고, 뉴런의 내부와 외부 사이의 전압차가 측정될 때, 뉴런의 휴지 막 전위 (또한 "휴지 전위") 는 약 -70 ㎷ 이다. 이는 뉴런의 내부가 외부보다 70 ㎷ 더 낮다는 것을 의미한다. 휴지 상태에서, 상대적으로 더 많은 나트륨 이온이 뉴런 외부에 존재하고, 더 많은 칼륨 이온이 뉴런 내부에 존재한다. 뉴런이 정보를 세포체로부터 멀리, 축삭으로 내려보낼 때 활동 전위 (또한 "스파이크" 또는 "임펄스" 로서 식별됨) 가 발생한다. 이는 일부 이벤트 (자극제) 가 휴지 전위가 0 ㎷ 로 이동하는 것을 야기함을 의미한다. 탈분극이 약 -55 ㎷ 에 도달할 때 뉴런은 활동 전위를 발화한다. 탈분극이 이러한 임계 한계점 수준에 도달하지 않을 때, 활동 전위는 발화하지 않는다 (온/오프 (on/off) 메카니즘). 또한, 한계점 수준에 도달할 때, 고정된 진폭의 활동 전위가 항상 발화한다. 그러므로, 탈분극이 한계점에 도달하지 않거나 또는 완전 활동 전위가 생성된다.
활동 전위의 전파 속도에서 큰 변동성이 발견된다. 실제로, 신경에서 활동 전위의 전파 속도는 초 당 100 미터 내지 초 당 십분의 일 미터 미만으로 다를 수 있다. 시간 상수는 막이 얼마나 신속히 자극제에 반응할지의 시간 단위의 지표이고, 공간 상수 (또한 길이 상수) 는 전위가 거리의 함수로서 축삭을 따라 얼마나 잘 전파할지의 지표이다.
신경망 내부 및 사이의 연결성
뇌 내부에서의 및 전체에 걸친 통신을 연구하는데 사용되는 세 가지 연결성 네트워크 유형이 존재한다. 구조적 연결성은 뇌의 영역을 물리적으로 연결하는 섬유 트랙의 검출에 기초한다. 이들은 신호가 뇌에서 이동할 수 있는 가능한 경로를 나타내는 해부학적 네트워크 지도이다. 기능적 연결성은 상관 활동의 유사한 주파수, 상 및/또는 진폭을 갖는 뇌 영역에서의 활동을 확인한다. 효과적 연결성은 기능적 연결성 정보를 사용하고, 하나의 신경 시스템이 또다른 신경 시스템을 넘어서서 가질 수 있는 직접 또는 간접 영향, 더욱 구체적으로는 뇌에서의 동적 정보 흐름의 방향을 확인하는 하나의 단계를 더 나아간다 (Bowyer et al., Neuropsychiatric Electrophysiology, 2016, 2(1), 1-12: Coherence a measure of the brain networks: past and present).
신경망 내의 동기화된 활동은 뇌자도 (MEG), 뇌전도 (EEG), 기능적 자기 공명 화상법 (FMRI) 또는 양전자 방사 단층 촬영 (PET), 그 후 네트워크 연결성 분석을 사용하는 이미지에 의해 검출될 수 있다. MEG (뇌자도) 또는 EEG (뇌전도) 가 바람직하며, 그 이유는 그들이 정보의 동적 흐름을 분해하는 높은 시간적 해상도를 갖기 때문이다. 뇌의 연결성 분석을 수행하여 뇌가 기능하는데 필요한 통신 네트워크를 계획한다. 뇌의 특수한 영역은 특정 유형의 정보를 가공하기 위해 전문화되어 있다. 영상화 기술은 뇌에서의 네트워크를 통해 이들 영역이 다른 전문화된 영역과 연결되고 통신한다는 것을 밝혔다. "일관성 (coherence)" (Bowyer et al., Neuropsychiatric Electrophysiology, 2016, 2(1), 1-12: Coherence a measure of the brain networks: past and present.) 은 진동하는 뇌 활동의 뉴런 패턴의 동기성 (동기에 있는 상태 또는 동기화된 상태) 의 주파수 및 진폭을 정량화하는 수학적 기술이다. 뉴런의 동기성 활동의 검출은 인간 뇌에서의 기능적 연결성의 통합성 또는 안녕을 확인하는데 사용될 수 있다. 기능적 연결성 지도를 구조적 연결성 이미지 위로 오버레이하고 효과적 연결성으로부터 유래하는 정보 흐름의 방향을 사용하여 뇌가 어떻게 기능하는지의 총괄적 이해가 제공된다. 이들 기술은 전처리 및 후처리 뇌 연결성 영상화에 기반하여 치료 요법을 평가하는 것을 돕는다.
온전한 (즉 "정상인" 또는 "건강한") 뇌는, 느린 델타 리듬 (0.5-4 ㎐) 으로부터, 세타 (4-8 ㎐), 알파 (8-12 ㎐), 베타 (15-30 ㎐) 및 감마 (30-70 ㎐) 진동까지, 유기체의 상이한 '상태' 와 연관되는, ("정상인" 또는 "건강한") 동기성 활동의 복잡한 패턴을 보인다. 흥미롭게도, 피질 구조의 해리된 배양물은 밀집하여 상호연결된 뉴런의 집단에서 네트워크 발화 (스파이크) 및 버스팅 (스파이크의 클러스터) 의 출현, 생성 및 전파를 지배하는 규칙의 조사를 위한 편리한 시스템을 제공한다. 네트워크 활동은 확장된 시간 주기 동안 비침습적 방식으로 및 유한한 시간 해상도로 다중전극 어레이를 사용하여 기록될 수 있다. 2-차원 해리된 배양물은 온전한 뇌에서 다루어질 수 없는 가설의 시험을 허용하는, 뇌에서의 네트워크 활동의 형성 및 유지를 지배하는 규칙을 연구하기 위한 생존성 시험 시스템으로서 사용될 수 있다 (Cohen E. et al., Brain Research, 2008, 1235, 21-30: Determinants of spontaneous activity in networks of cultured hippocampus.).
본원에서 유리하게는 최초로 기재된 것은 전기장에의 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 노출 없이, 및 바람직하게는 임의의 기타 외부 활성화원 예컨대 광원, 자기장, 또는 초음파원에의 그의 노출 없이 필요로 하는 대상체에서 신경 질환 또는 그의 적어도 하나의 증상의 예방 또는 치료를 위해 사용하기 위한/예방 또는 치료에서 사용하기 위한 나노입자 또는 나노입자의 응집체이다. 그러한 (치료적 또는 진단적) 전기장에의 또는 임의의 기타 (치료적 또는 진단적) 외부 활성화원 예컨대 광원, 자기장 또는 초음파원에의 노출은 전형적으로 본원에서, 전형적으로 의료진에 의해, 예를 들어 의사 또는 간호사에 의해 수행되는, 치료적 또는 진단적 노출로서 이해될 것이다.
나노입자 또는 나노입자의 응집체의 물질은 전형적으로 전도체 물질, 반도체 물질, 유전율 εijk 200 이상의 절연체 물질, 및 유전율 εijk 100 이하의 절연체 물질로부터 선택된다.
용어 "치료" 는 본원에서 기재된 바와 같은 질환, 장애 또는 기능이상 상태를 예방, 완화 또는 치유할 수 있는 치료적 처리 또는 조치이다. 그러한 치료는 그것을 필요로 하는 포유류 대상체, 바람직하게는 인간 대상체를 위해 의도된다. 그러한 치료가 고려되는 것은, 본원에서 기재된 바와 같은 질환, 장애 또는 기능이상 상태를 겪고 있는 것으로 이미 확인된 (진단된) 대상체, 또는 그러한 질환, 장애 또는 기능이상 상태를 "발달시킬 위험에 처한" 것으로 여겨지는 대상체 (이 대상체에게는 처리가 방지적 또는 예방적 처리이다) 이다.
특정 양태에서, 대상체는 간질을 겪고 있는 대상체가 아니다.
뉴런 사이의 진동 통신의 비정상적인 조절은 실제로 다른 유형의 신경 질환 또는 장애 (본원에서 "신경 질환 또는 장애" 라고도 함) 에서 존재한다 (Uhlhaas et al., Neuron, 2006, 52, 155-168: Neural synchrony in brain disorders: relevance for cognitive dysfunctions and pathophysiology; Basar E. et al. International Journal of Psychophysiology 103 (2016) 135-148, What does the broken brain say to the neuroscientist? Oscillations and connectivity in schizophrenia, Alzheimer's disease, and bipolar disorder).
인간 신경계는 중추 신경계 (CNS) 와 말초 신경계 (PNS) 로 구분된다. CNS 는 또한 뇌와 척수로 나뉘며, 이는 두개골과 척추관의 두개골 구멍에 각각 있다. CNS 와 PNS 는 함께 작동하여, 감각 정보를 통합하고, 운동 및 인지 기능을 제어한다. 도 1 은 뇌 구조의 단순화된 그림을 나타낸다.　
뇌의 별개의 영역 내 및/또는 사이의 신경망 내 및/또는 사이의 동기성 (또는 동기화) 은 시간내에 뉴런 진동의 조정을 통해 수행된다 (Buzsaki et al., Science, 2004, 304, 1926-1929: Neuronal oscillations in cortical networks).
대상체에서의 운동 장애는 전형적으로 과동기성에 기인하며, 이는, 전형적으로 뇌전도 (EEG) 에서 관찰되는, 뇌의 구별되는 영역 내 및/또는 사이의 신경망 및/또는 사이의 진동의 동기화가 건강한/정상 대상체에 비해 너무 높거나 및/또는 너무 확장됨 ("과도함") 을 의미한다.
대상체에서의 정신 및 인지 장애는 전형적으로 손상된 동기성에 기인하며, 이는, 전형적으로 EEG 에서 관찰되는, 뇌의 구별되는 영역 내 및/또는 사이의 신경망 내 및/또는 사이의 진동의 동기화가 건강한/정상 대상체에 비해 낮아지거나 (전형적으로 감소된 활성을 나타냄) 또는 심지어 사라짐 (즉, 검출되지 않음) 을 의미한다 [표 1: 신경 장애의 비정상적인 뉴런 동기성 참조 (Uhlhaas et al., Neuron, 2006, 52, 155-168: Neural synchrony in brain disorders: relevance for cognitive dysfunctions and pathophysiology 로부터 적응됨)]
표 1:
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"일관성" 은 진동하는 뇌 활성의 뉴런 패턴의 대상체에서의 동기성 (동기에 있는 상태 또는 동기화된 상태) 의 주파수 및 진폭을 정량화하는 수학적 기술이므로, 건강한/정상 대상체에 비해 너무 높은 및 너무 낮은 일관성이 운동 장애 및 정신/인지 장애에 각각 관여한다고 생각될 수 있다 (Bowyer et al., Neuropsychiatric Electrophysiology, 2016, 2(1), 1-12: Coherence a measure of the brain networks: past and present) (도 2 참조).
특정한 양태에 있어서, 본 발명의 문맥에서 표적이 되는 신경 질환 또는 장애는 파킨슨병, 알츠하이머병, 간질, 강박 장애, 자폐 스펙트럼 장애, 우울 장애, 근육긴장이상증, 투렛 증후군, 정신분열증, 뇌졸중, 실어증, 치매, 이명, 헌팅턴병, 본태성 떨림, 양극성 장애, 불안 장애, 중독 장애, 의식 식물 상태에서 선택되고, 예를 들어 파킨슨병, 알츠하이머병, 간질, 강박 장애, 자폐 스펙트럼 장애, 우울 장애, 근육긴장이상증, 투렛 증후군, 정신분열증, 뇌졸중, 실어증, 치매, 이명, 헌팅턴병, 본태성 떨림, 양극성 장애, 중독 장애, 의식 식물 상태, 및 이의 하나 이상의 증상에서 선택된다.
상기 본원에서 이미 설명한 바와 같이, 신경 질환 또는 장애는, 본원에서 하기에 더욱 상세히 설명하는 바와 같은 운동 장애, 정신 (기분/사회적) 장애 및 인지 장애인, 환자에게 영향을 미치는 1 차 증상에 따라 분류될 수 있다.
운동 장애의 예
파킨슨병
파킨슨병 (PD) 은 전세계적으로 약 7 백만에서 1 천만 명의 사람들에게 영향을 미치며, 떨림, 운동 이상증, 운동 완만증, 보행 동결 등을 특징으로 한다. PD 는 서서히 진행하는 뇌의 변성 질환이다. 이것은 기저핵 및 흑질이라고 불리는 뇌의 영역의 신경 세포에 영향을 준다. 흑질의 신경 세포는, 신체 운동을 계획하고 제어하는데 중요한 뇌 회로에서 화학적 메신저 역할을 하는 뉴런 전달 물질인 도파민을 생성한다. PD 에서, 흑질의 도파민 생성 신경 세포는 일부 개체에서 조기에 사망한다 (Corti et al., Physiol Rev, 2011, 91, 1161-1218: What genetics tells us about the causes and mechanisms of Parkinson's disease). 선조체의 도파민 수용체가 적절하게 자극되지 않으면, 기저핵의 일부가 과소- 또는 과도하게 자극된다. 특히, 시상 하핵 (STN) 은 과잉 활성이 되어, 내담창구 (GPi) 에서 촉진제 역할을 한다. GPi 의 과잉 자극은 시상에 대한 과잉 억제 효과를 가지며, 이는 시상의 출력을 저하시키고, 운동 및 강직이 느려지게 한다 (Guo et al., Frontiers in Computational Neuroscience, 2013, 7, 124, 1-11: Basal ganglia modulation of thalamocortical relay in Parkinson's disease and dystonia).
PD 에서 도파민의 결여는 피질-기저핵 운동 네트워크 전체의 베타 주파수의 과도한 진동 동기화와 관련이 있다. 실제로, 기저핵의 도파민 수치는 베타 동기성을 억제하는 것으로 예상되며, 이는 운동 예측에 필요한 도파민 작용을 매개한다 (Jenkinson et al., Trends in Neuroscience, 2011, 34(12), 611-618: New insights into the relationship between dopamine, beta oscillations and motor function). 기저핵의 도파민 수준이 충분히 높지 않으면, 더이상 베타 진동 동기성이 제어되지 않으며, 움직임이 느려질 수 있다. 파킨슨병 환자에서의 또다른 관찰은 베타 밴드의 피질 진동이 기저핵의 피질 진동을 유도하고, 구동한다는 결론을 유도한다 (Lalo et al., The Journal of Neuroscience, 2008, 28(12), 3008-3016: Patterns of bidirectional communication between cortex and basal ganglia during movement in patients with Parkinson disease).
뇌심부 자극 (DBS) 은 떨림 및 강직성의 증상을 치료하는데 사용될 수 있다 (Eusebio et al., J Neurol Neurosurg Psychiatry, 2011, 82, 569-573: Deep brain stimulation can suppress pathological synchronization in parkinsonian patients). DBS 에 의한 PD 증상의 치료는 2002 년부터 FDA 승인을 받았다 (본태성 떨림은 1997 년부터). 전기 자극은 전형적으로 기저핵, STN 및 Gpi 에서 수행된다. 상기에서 언급한 바와 같이, 피질 베타 진동은 질병의 병태 생리에 관여하므로, 또한 피질의 경두개 자극 (예컨대, 경두개 자기 자극 - TMS) 을 사용하여 파킨슨병 증상을 치료할 수 있다 (Cantello et al., Brain Research Reviews, 2002, 38, 309-327: Transcranial magnetic stimulation and Parkinson's disease).
근육긴장이상증
근육긴장이상증은 운동계의 기능 장애를 반영하는 비정상적인, 비자발적 비틀림 및 회전 운동을 특징으로 하는 신경 장애이다. 증상의 영향을 받는 신체 부위, 이들의 유전자 기원, 관여하는 뉴런 전달 물질의 유형 등에 따라, 여러 형태의 근육긴장이상증이 존재한다. 긴장성 중추 신경계 (CNS) 는 불충분한 억제를 나타내어, 반대 근육 사이의 상호 척수 억제의 상실을 초래한다. 예를 들어, 상부 근육긴장이상증의 경우, 전완의 길항근에 입력 신호를 부여하는 뉴런/신경의 비정상적인 동기화는 이들 길항근의 공동 수축 (긴장성 증상) 을 유발한다 (Farmer et al., Brain, 1998, 121, 801-814: Abnormal motor unit synchronization of antagonist muscles underlies pathological co-contraction in upper limb dystonia).
흥미로운 항근육긴장이상증 효과를 나타내는 DBS 목표 지점은 내담창구 (GPi-DBS) 이다. GPi-DBS 는 2003 년에, 만성, 의학적 난치성 근육긴장이상증을 갖는 환자에 대해 FDA 의 승인을 받았다 (Hu et al., Translational Neurodegeneration, 2014, 3(2), 1-5: Deep brain stimulation for dystonia). 시상의 복부 중간체 (VIM) 핵 (VIM-DBS) 의 자극은 훨씬 덜 강력한 효과를 생성한다. 시상 하핵 (STN-DBS) 을 사용한 자극은 실험적이다. GPi-DBS 는 근육긴장이상증의 주요 증상을 완화시키지만, 치료 효과가 완전히 발현될 때까지 몇 주에서 몇 달이 걸릴 수 있다 (Dressler et al., J Neural Transm, 2015, DOI 10.1007/s00702-015-1453-x: Strategies for treatment of dystonia).
간질
간질은 전세계적으로 약 5 천만 명의 사람들에게 영향을 미치는 뇌 장애이며, 주로 간질 발작이라고 하는 정상적인 뇌 기능의 반복적이고 예측할 수 없는 중단을 특징으로 한다. 간질은 단일 질환 개체가 아니라, 여러 가지 상이한 원인으로 인해 발생할 수 있는 근본적인 뇌 기능 장애를 반영하는 다양한 장애 (유전자 돌연변이, 뇌종양, 두부 외상, 뇌졸중, 알코올 중독, 뇌의 염증, 수막염, HIV 또는 바이러스성 뇌염과 같은 감염 등) 이다 (Fisher et al., Neurology, 2015, 28(2), 130-135: Redefining epilepsy).
간질 발작은 뇌에서 과도한 동기성 뉴런 활성으로 인한 징후 및/또는 증상의 일시적인 발생으로서 정의된다 (Fisher et al., Epilepsia, 2005, 46(4), 470-472: Epileptic seizures and epilepsy: definitions proposed by the International League Against Epilepsy (ILAE) and the International Bureau for Epilepsy (IBE)). 대뇌 피질은 간질 발작의 발생의 주요 요소이다: 많은 사람들이 국소 전두엽 또는 내측 측두엽 발작으로 진단된다 (National Institute of Neurological Disorders and Stroke: http://www.ninds.nih.gov/disorders/epilepsy/detail_epilepsy.htm#3109_7). 피질에서 상승된 국소 동기성 또는 "과동기성" 영역의 식별은 국소 과동기성이 발작 발생 영역의 마커일 수 있음을 시사한다 (Schevon et al., Neuroimage, 2007, 35(1), 140-148: Cortical abnormalities in epilepsy revealed by local EEG synchrony).
간질의 치료를 위한 신경 자극은 말초 신경 자극, 예컨대 미주 신경 자극 (VNS); 척수 자극; 경두개 뇌 자극 (TES 또는 TMS); 또는 뇌심부 자극 (DBS) 의 형태를 취할 수 있다. 반응성 신경 자극은, 발작의 시작이 검출될 때만 자극이 전달되는 또다른 전략이다. VNS 및 반응성 신경 자극은 미국에서 특정한 유형의 간질의 치료에 대해 FDA 에 의해 승인되었다. 시상의 전핵 (ANT) 의 DBS 는 유럽 연합 국가에서 승인되었다 (Fisher et al., Nature Reviews Neurology, 2014, 10, 261-270: Electrical brain stimulation for epilepsy).
정신 장애 (기분/사회적 손상) 의 예
강박 장애 (OCD)
강박 장애 (OCD) 는 종종 만성, 중증 및 매우 쇠약한 일반적인 정신 장애이다. 또한, 이것은 일반적으로 치료에 난치성이며, 상당한 비율의 환자가 반응하지 않거나 또는 부분적인 완화 밖에 얻을 수 없다.
기능적 신경 영상 연구는 안와 전두엽 피질, 기저핵 및 선조체에서 기능 장애를 입증하였다.
한 연구에서는, 급성 OCD 증상이 시상 하핵 (STN), 특히 좌반구 및 델타-알파 (1-12 Hz) 주파수 범위에서 비정상적인 높은 진동 활성과 관련이 있을 수 있다 (Bastin et al., Cortex, 2014, 60, 145-150: Changes of oscillatory activity in the subthalamic nucleus during obsessive-compulsive disorder symptoms: two case reports). 또한, 일부 시상 하부 뉴런은 검증 작업 동안에 의심이 발생했을 때, 발사 속도를 구체적으로 증가시켰다 (Burbaud et al., brain, 2013, 136(1), 304-317: Neuronal activity correlated with checking behavior in the subthalamic nucleus of patients with obsessive-compulsive disorder).
내부 캡슐 (VC) 및 인접 복부 선조체 (VS) 의 복부 앞쪽 팔다리의 DBS 는 중증 및 고 내성 치료 OCD (VC/VS-DBS) 의 치료에 대해 EU 에서 승인되었다.
자폐 스펙트럼 장애
자폐증은 사회적 상호 관계 및 의사 소통의 결핍, 및 비정상적이고 제한적이며, 반복적인 행동으로 정의되는 신경 발달 증후군이다. 자폐증은 통상적으로 생후 처음 3 년 동안 유아기부터 시작되는 장애이다. 자폐증은 이질적인 상태 (자폐증을 가진 2 명의 어린이 또는 성인은 유사한 프로파일을 갖지 않음) 이고, 이는 "자폐 스펙트럼 장애" 의 개념으로 이어졌으며, 언어 결핍 또는 일반적인 인지 지연의 정도에 따라서, 및 사회적 또는 행동 증상의 심각성에 따라서 여러 수준의 질환을 분류하였다 (Lord et al., Neuron, 2000, 28, 355-363: Autism spectrum disorders). 이 스펙트럼의 한쪽 끝에서, 자폐증을 가진 개인은 기능이 뛰어나서, 스스로 살면서 고용을 유지할 수 있다. 기능이 저조한 것이 특징인 개인은 언어 (또는 심지어 비언어적 언어) 의 어려움, 부족한 사회적 의사 소통, 자해 행동 (SIB), 울화, 및 잠재적으로 생명을 위협할 수 있는 공격과 같은 보다 심각한 증상을 나타낸다. 자폐증에서 뇌의 구조적 및 기능적 연구에서 중요한 추세는 변연계, 안면 처리 시스템 및 거울 신경망과 같은 사회 정서적 처리를 위한 네트워크의 관여이다. 감마 대역 진동의 동기화의 부족은 증상의 평가에 관여하는 것으로 나타났다 (Sinha et al., Neurosurgery Focus, 2015, 38(6), E3: Deep brain stimulation for severe autism: from pathophysiology to procedure).
심각한 자폐증 치료가 필요할 수 있는 2 가지 주요 증상 영역은, 비언어적이며 말에 반응하지 않는 것을 포함하는 사회적 결함, 및 생명을 위협할 수 있는 SIB 이다. 편도체는 이들 이상의 병태 생리에서 중요한 역할을 하는 것으로 보인다. 변경된 흥분 또는 억제 조절은 자폐증 병태 생리의 이상에 관여하고 있다. DBS 를 통한 편도체 표적의 신경 조절은 심각한 자폐증이 있는 환자에 대한 치료적 중재를 나타낼 수 있다. DBS 치료의 3 가지 경우가 문헌에 보고되어 있다. 치료의 목표는 주로 고정 관념 (반복 운동 패턴) 및 질환과 관련된 자해 행동 (SIB) 과 같은 운동 장애를 완화하는 것이었다 (Sinha et al., Neurosurgery Focus, 2015, 38(6), E3: Deep brain stimulation for severe autism: from pathophysiology to procedure; Stocco et al., Parkinsonism and related disorders, 2014, 20, 1035-1036: Deep brain stimulation for severe secondary stereotypies). 3 가지 경우 중 하나에서, 기저측 핵의 DBS 가 사회적 접촉과 같은 자폐증 관련 증상이 크게 개선되고, 조정 및 야행성 수면에 영향을 미친다고 보고되었다 (Sturm et al., Frontiers in Human Neuroscience, 2013, 6, 341, 1-10).
정신분열증
정신분열증은 특히 다음과 같은 증상을 특징으로 하는 만성 정신 질환이다: 비정상적인 정신 활동 (환각 및 망상) 을 반영하는 양성 증상; 일반적으로 존재하는 정신 기능의 결핍에 해당하는 음성 증상 (사고 장애, 감정의 둔화, 언어의 빈곤). 수명 장애의 원인과 관련하여, 정신분열증은 10 위 안에 있다.
뇌 표면의 두드러진 심실 확대 및 뇌척수액 증가는 뇌가 위축되었음을 제안한다. 이 회백질의 손실과 뉴런의 시냅스 구조 수의 감소는 정신분열증이 신경 발달 장애임을 제안하며, 이는 뇌 이상이 이미 첫번째 에피소드 환자에게 존재함을 의미한다 (신경변성 장애와 대조적임).
정신분열증 환자에서, 관찰된 손상된 신경 회로는 감마 대역 동기화의 실패에 기인하는 것으로 입증되었다 (Spencer et al., The Journal of Neuroscience, 2003, 23(19), 7407-7411: Abnormal neural synchrony in schizophrenia; Gallinat et al., Clinical Neurophysiology, 2004, 115, 1863-1874: Reduced oscillatory gamma-band responses in unmedicated schizophrenic patients indicate impaired frontal network processing).
전기 경련 요법 (ECT), 즉, 충격 치료는 정신분열증에서 가장 성공적인 비-약리학적 치료 중 하나인 것으로 입증되었다 (Payne et al., J. Psychiatr. Pract., 2009, 15(5), 346-368: Electroconvulsive therapy part I: a perspective on the evolution and current practice of ECT). 이것은 뇌에 대한 연속적인 전류 공급을 포함하며, 이는 간질 발작과 비슷한 발작을 유발한다.
정신분열증의 증상 치료를 위한 전기 자극은 또한 DBS 를 통해 가능하다. 예를 들어, 우울증에서 핵 축적 (NAcc) 의 DBS 는 무감각증의 완화, 즉, 정신적 즐거움의 회복을 유도한다 (Schlaepfer et al., Neuropsychopharmacology, 2008, 33, 368-377: Deep brain stimulation to reward circuitry alleviates anhedonia in refractory major depression).
인지 장애의 예
알츠하이머병
알츠하이머병 (AD) 은 신경변성 장애이며, 정신적, 행동적, 기능적 쇠퇴 및 학습 능력의 점진적인 상실로 이어진다. 2013 년 현재, 520 만 명의 미국인이 AD 를 가지며, 대략 200 000 명의 사람이 65 세 미만이고 65 세 이상이 5 백만 명이다 (Alzheimers Dement. 2013, 9(2), 208-245: 2013 Alzheimer's disease facts and figures).
최근의 증거는, 알츠하이머병에서 보이는 인지 결핍이 신경 인지 네트워크의 기능적 단절과 관련이 있다는 것을 나타낸다. 글로벌 EEG 동기화의 분석은 델타-밴드 동기화의 증가와 함께, 알파-, 베타- 및 감마-밴드 동기화의 광범위한 감소를 보여준다. 가벼운 알츠하이머병 환자에서, 베타-밴드 동기화의 상실은 인지 손상과 상관 관계가 있는 것으로 나타났다 (Schnitzler et al., Nature Reviews Neuroscience, 2005, 6, 285-296: Normal and pathological oscillatory communication in the brain). 알츠하이머병의 치료에 대한 DBS 의 잠재력을 평가하기 위한 임상 연구가 진행되고 있다.
나노입자
본원에서 기재되는 것은 전기장에의 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 노출 없이, 및 바람직하게는 임의의 기타 외부 활성화원 예컨대 광원, 자기장, 또는 초음파원에의 상기 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 노출 없이 대상체에서 신경 질환 또는 그의 적어도 하나의 증상의 예방 또는 치료를 위해 본 발명에 따라 사용하기 위한/예방 또는 치료에서 사용하기 위한 나노입자 또는 나노입자의 응집체로서, 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 물질은 전형적으로 전도체 물질, 반도체 물질, 유전율 εijk 200 이상의 절연체 물질, 및 유전율 εijk 100 이하의 절연체 물질로부터 선택되는, 나노입자 또는 나노입자의 응집체이다.
나노입자의 또는 나노입자 응집체의 치수 또는 크기
본 발명의 의미에서, 용어 "나노입자" 또는 "나노입자의 응집체" 는 나노미터 범위, 전형적으로 전형적으로 1 ㎚ 내지 1000 ㎚, 또는 1 ㎚ 내지 500 ㎚, 예를 들어 적어도 10 ㎚ 내지 약 500 ㎚ 또는 약 1000 ㎚, 적어도 30 ㎚ 내지 약 500 ㎚ 또는 약 1000 ㎚, 적어도 40 ㎚ 내지 약 500 ㎚ 또는 약 1000 ㎚, 적어도 45 ㎚ 내지 약 500 ㎚ 또는 약 1000 ㎚, 바람직하게는 500 ㎚ 미만의 크기를 갖는 산물, 특히 합성 산물을 나타낸다.
용어 "나노입자의 응집체" 또는 "나노입자의 응집체" 는 강하게, 전형적으로는 공유적으로, 서로 결합된 나노입자의 집합체를 나타낸다.
전자 현미경법 예컨대 주사 전자 현미경법 (SEM), 투과 전자 현미경법 (TEM), 또는 저온-TEM 을 사용하여 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 크기, 및 더욱 특히 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 코어, 즉, 그것의 생체적합성 코팅이 없는 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 크기를 측정할 수 있다. 사실상, 생체적합성 코팅은 일반적으로, 에너지가 많은 전자와의 탄성 상호작용이 비교적 약하여, 불량한 이미지 콘트라스트를 초래하는, 가벼운 요소 (중합체 또는 유기 화합물) 로 주로 이루어지는 화합물로 만들어진다. TEM 은 전자-투명 기판 상에 디포짓된 입자의 투사된 이미지를 측정한다. 샘플 당 약 50 개 초과, 바람직하게는 약 100, 150 또는 200 개 초과의 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 기록이 전형적으로 크기 평가를 위해 측정되어야 한다. 약 50 개 초과, 또는 바람직하게는 약 100, 150 또는 200 개 초과의 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 기록은 그러므로 집단의 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 코어의 중앙 최대 크기, 뿐만 아니라 나노입자 및 나노입자의 응집체의 집단의 30%-70% 백분위수에 해당하는 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 코어의 크기를 확립하는 것을 허용한다. 전형적인 어세이 프로토콜은 "NIST - NCL Joint Assay Protocol, PCC-7; Measuring the size of using transmission electron microscopy (TEM); version 1.1 December 2009" 에서 찾을 수 있다.
또한, 동적 광 산란 (DLS) 을 사용하여 용액 중 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 유체역학적 직경 (즉, 나노입자의 코어와 나노입자의 생체적합성 코팅 모두를 포함하는 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 직경) 을 측정할 수 있다. 유체역학적 직경은 분석물과 동일한 속도로 확산되는 등가 경질 구체의 직경이다. 전형적인 어세이 프로토콜은 "NIST - NCL Joint Assay Protocol, PCC-1; Measuring the size of nanoparticles in aqueous media using batch-mode dynamic light scattering; version 1.1 February 2010" 에서 찾을 수 있다. DLS 측정으로 얻은 입자 크기 결과는 다른 기술 (예를 들어 전자 현미경법) 로 얻은 결과와 일치하지 않을 수 있다. 이는 부분적으로 실제로 측정되는 물리적 특성 (예를 들어 유체역학적 확산 대 투사된 면적) 의 차이로 인한 것이다. 또한, DLS 은 소량의 큰 입자 또는 더 작은 입자의 클러스터의 존재에 민감하지만, 전자 현미경법은 전형적으로 일차 입자의 크기 (즉, 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 코어의 크기) 를 반영한다 (NIST - NCL Joint Assay Protocol, PCC-1; Measuring the size of nanoparticles in aqueous media using batch-mode dynamic light scattering; version 1.1 February 2010 참조).
이들 두 가지 방법, DLS 및 전자 현미경법을 또한 하나 다음에 다른 하나를 사용하여 크기 측정값을 비교하고 상기 크기를 확정할 수 있다. 나노입자 및 나노입자의 응집체 크기를 측정하기 위한 바람직한 방법은 DLS (Ref. International Standard ISO22412 Particle Size Analysis-Dynamic Light Scattering, International Organisation for Standardisation (ISO) 2008) 이다. 용액에서 DLS 에 의해 측정된 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 평균 유체역학적 직경은 강도에 의한 크기 분포 (광 산란 강도는 입자 크기에 비례함) 로 제시되고, 실온 (약 25℃) 에서 측정된다.
전형적으로는, 최대 치수 또는 크기는 원형 또는 구형의 나노입자의 직경, 또는 난형 또는 타원형의 나노입자의 최장 길이이다.
본원에서 정의되는 바와 같은 나노입자 또는 응집체의 최대 치수는 전형적으로 약 2 ㎚ 내지 약 250 ㎚ 또는 약 500 ㎚, 바람직하게는 약 4 ㎚ 또는 10 ㎚ 내지 약 100 ㎚ 또는 약 200 ㎚, 더욱더 바람직하게는 약 (바람직하게는 적어도) 10 ㎚ 내지 약 150 ㎚, 약 (바람직하게는 적어도) 30 ㎚ 내지 약 150 ㎚, 약 (바람직하게는 적어도) 40 ㎚ 내지 약 500 ㎚, 약 (바람직하게는 적어도) 45 ㎚ 내지 약 500 ㎚, 바람직하게는 500 ㎚ 미만이다.
용액 중 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 평균 유체역학적 직경이 측정될 때, DLS 기술이 전형적으로 사용된다. DLS 을 사용하여, 용액 중 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 평균 유체역학적 직경은 전형적으로 약 10 ㎚ 내지 약 500 ㎚, 바람직하게는 약 10 ㎚ 또는 약 30 ㎚ 내지 약 100 ㎚ 또는 약 500 ㎚, 더욱더 바람직하게는 약 10 ㎚ 또는 약 30 ㎚ 내지 약 100 ㎚, 약 150 ㎚, 약 200 ㎚, 약 250 ㎚, 약 300 ㎚, 약 350 ㎚, 약 400 ㎚, 약 450 ㎚, 또는 약 500 ㎚ 이다.
나노입자 또는 나노입자의 응집체의 코어가 측정될 때, 전자 현미경법이 전형적으로 사용된다. 전자 현미경법을 사용하여, 집단의 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 코어의 중앙 최대 크기 (또한 본원에서 "중앙 최대 치수" 로 식별됨) 는 전형적으로 약 5 ㎚ 내지 약 250 ㎚ 또는 약 500 ㎚, 바람직하게는 약 5 ㎚, 약 6 ㎚, 약 7 ㎚, 약 8 ㎚, 약 9 ㎚, 약 10 ㎚, 약 11 ㎚, 약 12 ㎚, 약 13 ㎚, 약 14 ㎚, 약 15 ㎚, 약 16 ㎚, 약 17 ㎚, 약 18 ㎚, 약 19 ㎚, 약 20 ㎚, 약 21 ㎚, 약 22 ㎚, 약 23 ㎚, 약 24 ㎚, 약 25 ㎚, 약 26 ㎚, 약 27 ㎚, 약 28 ㎚, 약 29 ㎚, 약 30 ㎚, 약 31 ㎚, 약 32 ㎚, 약 33 ㎚, 약 34 ㎚, 약 35 ㎚, 약 36 ㎚, 약 37 ㎚, 약 38 ㎚, 약 39 ㎚, 약 40 ㎚, 약 41 ㎚, 약 42 ㎚, 약 43 ㎚, 약 44 ㎚ 또는 약 45 ㎚ 내지 약 75 ㎚, 약 76 ㎚, 약 77 ㎚, 약 78 ㎚, 약 79 ㎚, 약 80 ㎚, 약 81 ㎚, 약 82 ㎚, 약 83 ㎚, 약 84 ㎚, 약 85 ㎚, 약 86 ㎚, 약 87 ㎚, 약 88 ㎚, 약 89 ㎚, 약 90 ㎚, 약 91 ㎚, 약 92 ㎚, 약 93 ㎚, 약 94 ㎚, 약 95 ㎚, 약 96 ㎚, 약 97 ㎚, 약 98 ㎚, 약 99 ㎚, 약 100 ㎚, 약 101 ㎚, 약 102 ㎚, 약 103 ㎚, 약 104 ㎚, 약 105 ㎚, 약 106 ㎚, 약 107 ㎚, 약 108 ㎚, 약 109 ㎚, 약 110 ㎚, 약 111 ㎚, 약 112 ㎚, 약 113 ㎚, 약 114 ㎚, 약 115 ㎚, 약 116 ㎚, 약 117 ㎚, 약 118 ㎚, 약 119 ㎚, 약 120 ㎚, 약 121 ㎚, 약 122 ㎚, 약 123 ㎚, 약 124 ㎚, 약 125 ㎚, 약 130 ㎚, 약 140 ㎚, 약 150 ㎚, 약 200 ㎚, 약 250 ㎚, 약 300 ㎚, 약 350 ㎚, 약 400 ㎚, 약 450 ㎚ 또는 약 500 ㎚ 이다.
전형적으로, 전자 현미경법 도구를 사용하여 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 코어의 크기를 측정 할 때, 나노입자 및 나노입자의 응집체의 집단의 30%-70% 백분위수에 해당하는 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 코어의 크기는 약 5 ㎚, 약 6 ㎚, 약 7 ㎚, 약 8 ㎚, 약 9 ㎚, 약 10 ㎚, 약 11 ㎚, 약 12 ㎚, 약 13 ㎚, 약 14 ㎚, 약 15 ㎚, 약 16 ㎚, 약 17 ㎚, 약 18 ㎚, 약 19 ㎚, 약 20 ㎚, 약 21 ㎚, 약 22 ㎚, 약 23 ㎚, 약 24 ㎚, 약 25 ㎚, 약 26 ㎚, 약 27 ㎚, 약 28 ㎚, 약 29 ㎚, 약 30 ㎚, 약 31 ㎚, 약 32 ㎚, 약 33 ㎚, 약 34 ㎚, 약 35 ㎚, 약 36 ㎚, 약 37 ㎚, 약 38 ㎚, 약 39 ㎚, 약 40 ㎚, 약 41 ㎚, 약 42 ㎚, 약 43 ㎚, 약 44 ㎚ 또는 약 45 ㎚ 내지 약 75 ㎚, 약 76 ㎚, 약 77 ㎚, 약 78 ㎚, 약 79 ㎚, 약 80 ㎚, 약 81 ㎚, 약 82 ㎚, 약 83 ㎚, 약 84 ㎚, 약 85 ㎚, 약 86 ㎚, 약 87 ㎚, 약 88 ㎚, 약 89 ㎚, 약 90 ㎚, 약 91 ㎚, 약 92 ㎚, 약 93 ㎚, 약 94 ㎚, 약 95 ㎚, 약 96 ㎚, 약 97 ㎚, 약 98 ㎚, 약 99 ㎚, 약 100 ㎚, 약 101 ㎚, 약 102 ㎚, 약 103 ㎚, 약 104 ㎚, 약 105 ㎚, 약 106 ㎚, 약 107 ㎚, 약 108 ㎚, 약 109 ㎚, 약 110 ㎚, 약 111 ㎚, 약 112 ㎚, 약 113 ㎚, 약 114 ㎚, 약 115 ㎚, 약 116 ㎚, 약 117 ㎚, 약 118 ㎚, 약 119 ㎚, 약 120 ㎚, 약 121 ㎚, 약 122 ㎚, 약 123 ㎚, 약 124 ㎚, 약 125 ㎚, 약 130 ㎚, 약 140 ㎚, 약 150 ㎚, 약 200 ㎚, 약 250 ㎚, 약 300 ㎚, 약 350 ㎚, 약 400 ㎚, 약 450 ㎚, 약 500 ㎚ 또는 약 520 ㎚ 에 포함된다.
나노입자의 조성물
전도체 물질로부터 제조된 나노입자
전도체 물질로부터 제조된 나노입자는 유기 나노입자 또는 무기 나노입자이다.
전도체 물질로부터 제조된 무기 나노입자는 전형적으로는, 전형적으로는 25℃ 에서 및 1 atm 의 압력에서 표준 수소 전극에 대해 측정될 때, 약 0.01 이상, 더욱 바람직하게는 약 0.1, 0.2, 0.4, 또는 0.5 이상의 표준 환원 전위 E°값을 갖는 금속성 원소로 제조된다 (Table 2 "reduction reactions having E° values more positive than that of the standard hydrogen electrode", 8-25, Handbook of chemistry and physics; David R. Lide; 88 th Edition 참조). 나노입자를 제조하는데 사용되는 전형적인 금속성 원소는 Tl, Po, Ag, Pd, Ir, Pt, Au, 및 그의 혼합물로부터 선택될 수 있다. 바람직하게는, 나노입자를 제조하기 위해 전도체 물질로서 사용될 수 있는 금속성 원소는 Ir, Pd, Pt, Au, 및 그의 혼합물로부터 선택되고, 더욱더 바람직하게는 Au, Pt, Pd 및 임의의 그의 혼합물로부터 선택된다. 특히 바람직한 물질은 Au 및 Pt 이다.
전형적으로, 금 나노입자는 그 크기가 수 ㎚ 로 감소될 때 촉매 활성을 보였다 (M. Auffan et al., Nature Nanotechnology 2009, 4(10), 634-641: Towards a definition of inorganic nanoparticles from an environmental, health and safety perspective 참조). 표면/부피 비를 감소시키고 그에 따라 촉매 활성에 대한 무기 나노입자의 표면의 기여를 최소화하기 위해, 적어도 30 ㎚, 전형적으로 적어도 40 ㎚ 또는 적어도 45 ㎚ 의 집단의 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 코어의 중앙 최대 크기가 바람직하다. 흥미롭게도, 발명자들은 집단의 나노입자의 코어의 중앙 최대 크기 15 ㎚ 및/또는 나노입자 및 나노입자의 응집체의 집단의 30%-70% 백분위수에 해당하는 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 코어의 크기 14 ㎚ 내지 16 ㎚ 를 갖는 금 나노입자보다 집단의 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 코어의 중앙 최대 크기 45 ㎚ 및/또는 나노입자 및 나노입자의 응집체의 집단의 30%-70% 백분위수에 해당하는 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 코어의 크기 42 ㎚ 내지 49 ㎚ 를 갖는 금 나노입자가 신경망에 대한 MPP+ 유도되는 기능적 효과를 방지/구조하는데 더욱 효율적이라는 것을 발견했으며, 시험된 금 나노입자는 동일한 금 농도를 함유한다 (실시예 9 및 10 참조).
전도체 물질로부터 제조된 유기 나노입자는 전형적으로는 인접한 sp2 혼성 탄소 중심을 그것의 구조에 갖는 유기 물질 (즉 탄소 이중 결합 또는 헤테로원자, 전형적으로는 N 또는 S 를 방향족 사이클 내부에 또는 방향족 사이클 외부에 포함하는 방향족 사이클) 로 제조된다. 바람직한 유기 물질은 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리아세틸렌, 폴리티오펜, 폴리카르바졸, 폴리피렌, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) 및/또는 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) 폴리스티렌 술포네이트로부터 선택된다.
특정 양상에서, 물질이 본원에서 위에서 기재된 바와 같은 전도체 물질, 특히 금속성 물질, 전형적으로 0.2 초과의 표준 환원 전위 E°를 갖는 금속, 또는 유기 물질, 전형적으로 인접 sp2 혼성 탄소 중심을 그것의 구조에 갖는 유기 물질, 바람직하게는 본원에서 위에서 기재된 바와 같은 금속성 물질, 특히 Au, Pt, Pd 및 임의의 그의 혼합물 중 어느 하나일 때, 집단의 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 코어의 중앙 최대 크기는 본원에서 위에서 기재된 바와 같이 적어도 30 ㎚ 이고 또는 적어도 40 ㎚ 및 바람직하게는 500 ㎚ 미만, 예를 들어 45 ㎚ 이다.
반도체 물질로부터 제조된 나노입자
반도체 물질로부터 제조된 나노입자는 전형적으로는 무기 나노입자이다.
무기 나노입자는 전형적으로는 그것의 원자가와 전도 밴드 사이에 상대적으로 작은 에너지 밴드 갭 (Eg) 을 나타내는 반도체 물질로 제조된다. 전형적으로, 반도체 물질은, 전형적으로 실온 (약 25℃) 에서 측정될 때, 3.0 eV 미만의 밴드 갭 Eg 을 갖는다 (예를 들어 table 12-77, Table 3; Handbook of chemistry and physics; David R. Lide; 88 th Edition 참조). 특별한 양상에서, 물질은 추가로 본원에서 아래에서 기재된 바와 같은 진성 반도체 물질 또는 외인성 반도체 물질이다.
진성 반도체 물질은 전형적으로는 멘델레예프 주기율표의 IVA 족 원소, 예컨대 규소 (Si) 또는 게르마늄 (Ge) 으로, 멘델레예프 주기율표의 III 및 V 족 원소의 혼합된 조성, 예컨대 AlSb, AlN, GaP, GaN, InP, InN 등으로, 또는 멘델레예프 주기율표의 II 및 VI 족 원소의 혼합된 조성, 예컨대 ZnSe, ZnTe, CdTe 등으로 이루어진다.
외인성 반도체 물질은 전형적으로는 고도의 화학적 순도로 제조된 진성 반도체를 포함하거나, 또는 그것으로 이루어지며, 진성 반도체 물질은 도펀트를 포함한다. 특정 양상에서, 물질이 본원에서 위에서 기재된 바와 같은 전도체 물질, 특히 금속성 물질, 전형적으로 0.2 초과의 표준 환원 전위 E°를 갖는 금속, 또는 유기 물질, 전형적으로 인접 sp2 혼성 탄소 중심을 그것의 구조에 갖는 유기 물질, 바람직하게는 본원에서 위에서 기재된 바와 같은 금속성 물질, 특히 Au, Pt, Pd 및 임의의 그의 혼합물 중 어느 하나일 때, 집단의 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 코어의 중앙 최대 크기는 본원에서 위에서 기재된 바와 같이 적어도 30 ㎚ 이고 또는 적어도 40 ㎚ 및 바람직하게는 500 ㎚ 미만, 예를 들어 45 ㎚ 이다. 전형적인 외인성 p-형 반도체 물질은 알루미늄 (Al), 붕소 (B), 갈륨 (Ga) 및 인듐 (In) 으로부터 선택되는 하전된 운반체로 도핑된 규소 (Si) 또는 게르마늄 (Ge) 으로 이루어진다; 전형적인 외인성 p-형 반도체 물질은 전형적으로는 인 (P) 으로 도핑된 규소 (Si) 또는 게르마늄 (Ge) 으로 이루어진다.
전형적으로, 나노입자의 크기가 10 ㎚ 미만으로 감소되었을 때 반도체 나노입자의 밴드 갭 에너지는 증가하는 것으로 밝혀졌다 (M. Auffan et al., Nature Nanotechnology 2009, 4(10), 634-641: Towards a definition of inorganic nanoparticles from an environmental, health and safety perspective 참조). 낮은 표면/부피 비를 보장하고 3.0 eV 미만의 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 벌크 밴드 갭을 유지하기 위해서, 적어도 30 ㎚, 바람직하게는 적어도 40 ㎚ 의 집단의 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 코어의 중앙 최대 크기가 바람직하다.
따라서, 특정 양상에서, 물질이 본원에서 위에서 기재된 바와 같은 반도체 물질, 특히 3.0 eV 미만의 밴드 갭 Eg 을 갖는 반도체 물질, 전형적으로 멘델레예프 주기율표의 IVA 족 원소, 특히 Al, B, Ga, In 및 P 로부터 선택되는 전하 운반체로 도핑된 멘델레예프 주기율표의 IVA 족 원소, 또는 멘델레예프 주기율표의 III 및 V 족 원소의 혼합 조성물, 또는 멘델레예프 주기율표의 II 및 VI 족 원소의 혼합 조성물로 이루어지는 물질일 때 집단의 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 코어의 중앙 최대 크기는 적어도 30 ㎚ 또는 적어도 40 ㎚ 및 바람직하게는 500 ㎚ 미만이다.
높은 비유전율 (비투전율), 즉 200 이상을 갖는 절연체 물질로부터 제조된 나노입자
높은 비유전율 εijk (또한 비투전율로 명명됨) 을 갖는 절연체 물질로 제조된, 또는 그것으로 이루어지는 나노입자는 전형적으로는, 전형적으로는 실온 (약 25℃) 에서 측정될 때, 3.0 eV 이상의 밴드 갭 Eg 및, 전형적으로는 20℃ 내지 30℃ 및 102 ㎐ 내지 적외선 주파수에서 측정될 때, 200 이상의 비유전율 εijk 을 갖는 물질로 제조된다 (예를 들어 table 12-45 "Permittivity (dielectric constant) of inorganic solid"; Handbook of chemistry and physics; David R. Lide; 88 th Edition; Compilation of the static dielectric constant of inorganic solid. K.F. Young and H.P.R. Frederikse. J. Phys. Chem. Ref. Data, Vol. 2, No. 2, 1973 참조).
그러한 나노입자는 전형적으로는 바람직하게는 BaTiO3, PbTiO3, KTaNbO3, KTaO3, SrTiO3, BaSrTiO3 등으로부터 선택되는 혼합-금속 산화물인 유전 물질로 제조된다.
전형적으로, 페로브스카이트계 구조 PbTiO3 나노입자는 20 ㎚ - 30 ㎚ 미만의 나노입자 크기에 대해 상유전-에서-강유전 전이 온도의 변화를 보였다 (M. Auffan et al., Nature Nanotechnology 2009, 4(10), 634-641: Towards a definition of inorganic nanoparticles from an environmental, health and safety perspective 참조). 낮은 표면/부피 비를 보장하고 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 유전 특성을 유지하기 위해서, 적어도 30 ㎚, 전형적으로는 적어도 40 ㎚ 의 집단의 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 코어의 중앙 최대 크기가 바람직하다.
따라서, 특정 양상에서, 물질이 200 이상의 높은 비유전율 εijk 을 갖는 본원에서 위에서 기재된 바와 같은 절연체 물질, 특히 3.0 eV 이상의 밴드 갭 Eg 을 갖는 절연체 물질, 바람직하게는 BaTiO3, KTaNbO3, KTaO3, SrTiO3 및 BaSrTiO3 로부터 선택되는 혼합 금속 산화물일 때 집단의 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 코어의 중앙 최대 크기는 적어도 30 ㎚ 또는 적어도 40 ㎚ 및 바람직하게는 500 ㎚ 미만이다.
낮은 비유전율 (비투전율), 즉 100 이하를 갖는 절연체 물질로부터 제조된 나노입자
낮은 비유전율을 갖는 절연체 물질로 제조된, 또는 그것으로 이루어지는 나노입자는 전형적으로는, 전형적으로는 실온 (25℃) 에서 측정될 때, 3.0 eV 이상의 밴드 갭 Eg 및, 전형적으로는 20℃ 내지 30℃ 및 102 ㎐ 내지 적외선 주파수에서 측정될 때, 100 이하, 바람직하게는 50 미만 또는 20 미만의 비유전율 εijk 을 갖는 물질로 제조된다 (예를 들어 table 12-45 “Permittivity (dielectric constant) of inorganic solid”; Handbook of chemistry and physics; David R. Lide; 88 th Edition; Compilation of the static dielectric constant of inorganic solid. K.F. Young and H.P.R. Frederikse. J. Phys. Chem. Ref. Data, Vol. 2, No. 2, 1973 참조).
그러한 나노입자는 전형적으로는 금속 산화물, 혼합된 금속 산화물 (이의 금속성 원소는 멘델레예프 주기율표의 3, 5 또는 6 주기의 원소이거나 또는 란탄계열원소이다), 및 탄소 물질로부터 선택되는 유전 물질로 제조된다. 유전 물질은 바람직하게는 Al2O3, LaAlO3, La2O3, SiO2, SnO2, Ta2O5, ReO2, ZrO2, HfO2 및 탄소 다이아몬드로부터 선택된다. 더욱 바람직하게는, 유전 물질은 ReO2, ZrO2, HfO2 및 이들의 임의의 혼합물이다. ZrO2 및 HfO2 로부터 선택된 유전 물질이 특히 바람직하다. 특정 바람직한 양상에서, 유전 물질 또는 금속 산화물은 CeO2 (세륨 산화물), Fe3O4 (철 산화물), SiO2 (실리카) 또는 임의의 그의 혼합물이 아니다.
지르코늄 (Zr) 및 하프늄 (Hf) 은 모두 4+ 산화 상태의 원소이고, Zr4+ 및 Hf4+ 원소는 크기 및 화학적 특성이 거의 동일하다; 이것이 이들 두 이온이 그들의 수성 화학을 확립할 때 함께 고려되는 이유이다 (chapter 8, section 8.2 Zr4+ and Hf4+, p. 147 "The hydrolysis of cations", Baes C.F. & Mesmer R.E.; John Wiley and Sons, Inc. reprint Edition 1986 참조).
특정 양상에서, 물질이 본원에서 위에서 기재된 바와 같은 ReO2, ZrO2, HfO2 로부터, 바람직하게는 ZrO2 및 HfO2, 및 임의의 그의 혼합물로부터 선택될 때, 집단의 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 코어의 중앙 최대 크기는 본원에서 위에서 기재된 바와 같이 적어도 10 ㎚ 및 바람직하게는 500 ㎚ 미만이다.
나노입자 또는 나노입자의 응집체의 모양
입자 또는 응집체의 모양은 그것의 "생체적합성" 에 영향을 미칠 수 있으므로, 상당히 균일한 모양을 갖는 입자 또는 응집체가 바람직하다. 약동학적 이유로, 모양이 본질적으로 구형, 원형 또는 난형인 나노입자 또는 응집체가 따라서 바람직하다. 그러한 모양은 또한 나노입자 또는 나노입자의 응집체와 세포의 상호작용 또는 세포에 의한 흡수에 유리하다. 구형 또는 원형이 특히 바람직하다.
그러한 모양은 또한 나노입자 또는 나노입자의 응집체와 세포의 상호작용 또는 세포에 의한 흡수에 유리하다.
나노입자 또는 나노입자의 응집체의 생체적합성 코팅
바람직한 구현예에서, 관심의 조성물을 제조하기 위해 본 발명의 맥락에서 사용되는 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 코어는 스텔스 특성을 보이는 물질로부터 선택되는 생체적합성 물질로 코팅될 수 있다. 스텔스 특성을 보이는 물질은 입체 기를 나타내는 제제일 수 있다. 그러한 기는 예를 들어 폴리아크릴레이트; 폴리아크릴아미드 (폴리(N-이소프로필아크릴아미드)); 폴리카르바마이드; 생체중합체; 다당류 예컨대 덱스트란 또는 자일란; 및 콜라겐으로부터 선택될 수 있다. 또다른 바람직한 구현예에서, 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 코어는 생물학적 표적과의 상호작용을 허용하는 물질로부터 선택되는 생체적합성 물질로 코팅될 수 있다. 그러한 물질은 전형적으로는 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 표면 상에 양전하 또는 음전하를 가져올 수 있다. 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 표면 상에 양전하를 형성하는 물질은 예를 들어 아미노프로필트리에톡시실란 또는 폴리라이신일 수 있다. 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 표면 상에 음전하를 형성하는 물질은 예를 들어 포스페이트 (예를 들어 폴리포스페이트, 메타포스페이트, 피로포스페이트 등), 카르복실레이트 (예를 들어 시트레이트 또는 디카르복시산, 특히 숙신산) 또는 설페이트일 수 있다.
바람직한 구현예에서, 본 발명의 맥락에서 사용되는 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 코어는 친수성 중성 표면 전하를 제시하거나 또는 중성 표면 전하를 나노입자에게 제공하는 친수성 물질로부터 선택되는 생체적합성 물질 (즉 코팅제) 로 코팅된다. 실제로, 본 발명의 나노입자가 대상체에게 투여될 때, 친수성 중성 표면 전하를 제시하는 나노입자 또는 중성 표면 전하를 나노입자에게 제공하는 친수성 물질로부터 선택되는 생체적합성 물질로 코팅된 나노입자의 코어는 신경 질환을 치료하기 위한 본원에서 기재된 나노입자의 사용을 최적화하기에 특별히 유리하다.
중성 표면 전하를 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 코어에게 제공하는 친수성 물질은 알코올 (R-OH), 알데히드 (R-COH), 케톤 (R-CO-R), 에스테르 (R-COOR), 산 (R-COOH), 티올 (R-SH), 당류 (글루코오스, 프룩토오스, 리보오스 예를 들어), 무수물 (RCOOOC-R), 및 피롤로부터 선택되는 기능적 기를 나타내는 물질일 수 있다. 중성 표면 전하를 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 코어에게 제공하는 친수성 물질은 알코올 (R-OH), 알데히드 (R-COH), 케톤 (R-CO-R), 에스테르 (R-COOR), 산 (R-COOH), 티올 (R-SH), 당류 (글루코오스, 프룩토오스, 리보오스 예를 들어), 무수물 (RCOOOC-R), 및 피롤로부터 선택되는 기능적 기를 나타내는 물질일 수 있다. 물질이 올리고머일 때, 그것은 올리고당류 예컨대 시클로덱스트린일 수 있다. 물질이 중합체일 때,그것은 폴리에스테르 (예컨대 폴리(락트산) 또는 폴리히드록시알칸산), 폴리에테르, 폴리에틸렌 산화물, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리비닐알코올, 폴리카프로락톤, 폴리비닐피롤리돈, 다당류 예컨대 셀룰로오스, 폴리피롤 등일 수 있다.
또한, 중성 표면 전하를 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 코어에게 제공하는 친수성 물질은 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 표면과 상호작용할 수 있는 특정 기 (R-) 를 나타내는 물질일 수 있다. R 은 전형적으로는 티올, 실란, 카르복실 및 포스페이트 기로부터 선택된다.
나노입자 또는 나노입자의 응집체의 코어가 전도체 또는 반도체 및 금속성 나노입자일 때, R 은 바람직하게는 티올, 티오에테르, 티오에스테르, 디티올란 또는 카르복시 기이다. 바람직하게는, 친수성 중성 코팅제는 티오글루코오스, 2-메르캅토에탄올, 1-티오글리세롤, 티오디글리콜 및 히드록시부티르산으로부터 선택된다.
나노입자 또는 나노입자의 응집체의 코어가 절연체, 및 산화물 또는 혼합된-산화물 나노입자일 때, R 은 바람직하게는 실란 또는 포스페이트 기이다. 바람직하게는, 친수성 중성 코팅제는 히드록시메틸트리에톡시실란, 프룩토오스 6-포스페이트 또는 글루코오스 6-포스페이트 화합물이다.
중성 표면 전하를 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 코어에게 제공하는 친수성 물질은 쌍성이온성 화합물 예컨대 아미노산, 펩티드, 폴리펩티드, 비타민 또는 인지질일 수 있다.
나노입자 또는 나노입자의 응집체의 표면 전하는 전형적으로, 당업자에게 잘 알려진 바와 같이, 전형적으로 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 물질의 농도 0.01 내지 10 g/L, pH 6 내지 8, 및 전형적으로 (물 중) 전해질의 농도 0.001 내지 0.2 M, 예를 들어 0.01 M 또는 0.15 M 을 갖는 물 (의 용액) 에서, 제타 전위 측정에 의해, 확인된다. 본원에서 위에서 정의된 조건 하에서, 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 표면 전하는 전형적으로는 -10 ㎷ 내지 + 10 ㎷ (중성 표면 전하에 해당함), -20 ㎷ 내지 + 20 ㎷, 또는 -35 ㎷ 내지 + 35 ㎷ 에 포함된다. 중성일 때, 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 표면 전하는 전형적으로 -10 mV, -9 mV, -8 mV, -7 mV, -6 mV, -5 mV, -4 mV, -3 mV, -2 mV, 또는 -1 mV 내지 1 mV, 2 mV, 3 mV, 4 mV, 5 mV, 6 mV, 7 mV, 8 mV, 9 mV 또는 10 mV 에 포함된다. 음성일 때, 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 표면 전하는 전형적으로 -11 mV, -12 mV, -13 mV, -14 mV -15 mV, -16 mV, -17 mV, -18 mV, -19 mV, -20 mV, -21 mV, -22 mV, -23 mV, -24 mV, -25 mV, -26 mV, -27 mV, -28 mV, -29 mV, -30 mV, -31 mV, -32 mV, -33 mV, -34 mV 또는 -35 mV 미만이다.
나노입자가 친수성 중성 표면 전하를 제시할 때 나노입자의 표면 상에 임의의 전하를 회피하기 위해서 나노입자 또는 응집체의 전체 생체적합성 코팅이 본 발명의 맥락에서 유리할 수 있다. "전체 코팅" 은 입자의 표면 상에 적어도 하나의 완전한 단층을 생성할 수 있는 생체적합성 분자의 매우 높은 밀도/압축성의 존재를 시사한다.
생체적합성 코팅은 특히 유체, 예컨대 생리학적 유체 (혈액, 혈장, 혈청 등) 또는 임의의 등장성 매질 또는 약학적 투여에 요구되는 생리학적 매질에서 나노입자의 안정성을 허용한다.
안정성은 건조 오븐을 사용하여 건조 추출물 정량화에 의해 확인되고, 전형적으로는 0.45 ㎛ 필터 상에서, 여과 전에 및 후에 나노입자 현탁액에 대해 측정될 수 있다.
유리하게는, 코팅은 생체내에서 (in vivo) 입자의 통합성을 보존하고, 그것의 생체적합성을 보장 또는 개선하고, 그것의 임의적 기능화 (예를 들어 스페이서 분자, 생체적합성 중합체, 표적화제, 단백질 등에 의함) 를 촉진한다.
본 발명의 생체적합성 나노입자 또는 나노입자의 응집체는, 전형적으로 상기 나노입자 또는 나노입자의 응집체가 생체적합성으로 여겨지기 위해서, 즉 대상체에서, 특히 포유류에서, 바람직하게는 인간에서 안전하게 사용되기 위해서, 생체내 투여 후에 (즉 생리적 pH 에서) 독성 종을 용해 및 방출하거나 산화환원반응 거동을 제시하지 않아야 한다.
본원에서 기재된 또다른 특별한 목적은 위에서 정의된 바와 같은 나노입자 및/또는 나노입자의 응집체를, 바람직하게는 약학적으로 허용가능한 운반체 또는 비히클과 함께 포함하는 조성물, 특히 약학적 조성물에 관한 것이다.
특히, 본원에서 기재되는 것은 전기장에의 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 노출 없이, 및 바람직하게는 임의의 기타 외부 활성화원 예컨대 광원, 자기장, 또는 초음파원에의 그의 노출 없이 대상체에서 본원에서 기재된 바와 같은 신경 질환 또는 그의 적어도 하나의 증상의 예방 또는 치료를 위해 사용하기 위한/예방 또는 치료에서 사용하기 위한 조성물로서, 조성물은 나노입자 및/또는 나노입자의 응집체 및 약학적으로 허용가능한 지지체를 포함하거나, 또는 그것으로 이루어지고, 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 물질은 전형적으로 본원에서 위에 기재 및 설명된 바와 같은 전도체 물질, 반도체 물질, 유전율 εijk 200 이상의 절연체 물질, 및 유전율 εijk 100 이하의 절연체 물질로부터 선택되는, 조성물이다.
바람직한 양상에서, 조성물은 적어도 둘의 구별되는 나노입자 및/또는 나노입자의 응집체를 포함하거나, 또는 그것으로 이루어지고, 각각의 나노입자 또는 나노입자의 응집체는 전형적으로는 전도체 물질, 반도체 물질, 유전율 εijk 200 이상의 절연체 물질 및 유전율 εijk 100 이하의 절연체 물질로부터 선택되는 구별되는 물질로 이루어진다.
본 발명의 전형적 양상에서, 본원에서 기재된 나노입자(들) 또는 나노입자의 응집체(들)은 (활성) 치료적 화합물(들) 또는 약물(들)의 운반체(들)로서 사용되지 않는다.
특정 양상에서, 조성물은 본 발명의 나노입자 또는 나노입자의 응집체를 치료제와 함께 포함할 수 있다. 본 발명의 맥락에서, 그러한 치료제는 전형적으로 나노입자 또는 나노입자의 응집체가 아니다. 치료제는 신경 장애 치료에서 사용되는 임의의 약물로부터 선택될 수 있다. 치료제는 전형적으로 항정신병제, 항-도파민제, 도파민제, 항-콜린제, 콜린제, 항-글루타메이트제, 글루타메이트제, 아세틸콜린에스테라아제 저해제, N-메틸 D-아스파르테이트 (NMDA) 수용체 길항제, 감마-아미노 부티르산 (GABA) 작용제, 보툴리눔 독소, 항-이완약, 항-간질약, 항경련제, 기분 안정제, 항우울제 및 진정제에서 선택된다.
조성물은 고체, 액체 (현탁액 중 입자), 에어로졸, 겔, 페이스트 등의 형태일 수 있다. 바람직한 조성물은 액체 또는 겔 형태이다. 특별히 바람직한 조성물은 액체 형태이다.
이용되는 약학적으로 허용가능한 지지체 또는 운반체는 당업자를 위한 임의의 고전적 지지체, 예컨대 예를 들어 염분 함유, 등장성, 멸균, 완충 용액, 비-수성 비히클 용액 등일 수 있다.
조성물은 또한 안정화제, 감미료, 계면활성제, 중합체 등을 포함할 수 있다.
조성물은 당업자에게 알려진 약학적 제형화의 기술을 사용함으로써 예를 들어 앰플, 에어로졸, 보틀, 정제, 캡슐로서 제형화될 수 있다.
본 발명의 나노입자 또는 나노입자의 응집체는 대상체에게 상이한 가능한 경로 예컨대 두개내, 정맥내 (IV), 기도 (흡입), 척추강내, 안구내 또는 경구 경로 (입으로), 뇌실내 (ICV) 를 사용하여, 바람직하게는 두개내 또는 척추강내를 사용하여 투여될 수 있다.
나노입자의 반복 주사 또는 투여가 적절한 경우에 수행될 수 있다. 바람직하게는, 나노입자 또는 나노입자의 응집체는 1 회 투여될 것이다.
일단 투여되면 나노입자 및/또는 나노입자의 응집체는 전형적으로 뉴런의 대상체와 상호작용한다. 바람직한 양상에서, 이러한 상호작용은 연장된 상호작용, 즉 수시간, 수일, 수주 또는 수개월의 상호작용이다. 특정 양상에서, 나노입자 또는 나노입자의 응집체는 대상체에 남아 있다.
본원에서 기재된 나노입자 또는 나노입자의 응집체 및 그러한 나노입자 또는 나노입자의 응집체를 포함하는 조성물은 대상체에서 사용하기 위한 것, 전형적으로는 동물에서, 바람직하게는 포유류에서, 더더욱 바람직하게는 인간, 전형적으로는 인간 환자에서, 그것의 연령 또는 성별과 무관하게, 사용하기 위한 것이다.
대상체의 대뇌 피질, 해마 또는 편도체 중 투여되는 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 전형적인 양(들)은 105 내지 1017, 105 내지 1016 또는 105 내지 1015, 바람직하게는 107 내지 1014, 더욱 바람직하게는 109 내지 1012 이다. 또한 대상체의 대뇌 피질, 해마 또는 편도체 중 투여되는 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 전형적인 양(들)은 102 내지 1012 나노입자 또는 나노입자의 응집체/㎤ 이다.
대상체의 뇌심부에 투여되는 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 전형적 양(들)은 104 내지 1017, 104 내지 1016, 104 내지 1015 또는 104 내지 1014, 바람직하게는 106 내지 1012, 더욱 바람직하게는 108 내지 1011 이다. 또한, 대상체의 뇌심부에 투여되는 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 전형적 양(들)은 101 내지 1011 나노입자 또는 나노입자의 응집체/㎤ 이다.
또한 본원에서 기재되는 것은 대상체에서의 신경 질환 또는 그의 적어도 하나의 증상의 예방 또는 치료 방법으로서, 방법은 본원에서 기재된 나노입자 또는 나노입자의 응집체를 대상체에게 투여하는 단계를 포함하는 방법이다. 이 방법은 전형적으로 대상체, 더욱 정확히는 상기 대상체에 투여된 나노입자 또는 나노입자의 응집체를, 전기장에 노출시키는 임의의 단계를 포함하지 않고, 바람직하게는 또한 대상체, 더욱 정확히는 상기 대상체에 투여된 나노입자 또는 나노입자의 응집체를, 임의의 기타 외부 활성화원 예컨대 광원, 자기장, 또는 초음파원에 노출시키는 임의의 단계를 포함하지 않는다.
본원에 기재된 추가의 목적은 본원에 기재된 적어도 둘의 구별되는 나노입자 및/또는 적어도 둘의 구별되는 나노입자의 응집체를 포함하거나, 또는 그것으로 이루어지는 키트로서, 각각의 나노입자 또는 나노입자의 응집체는 전형적으로 전도체 물질, 반도체 물질, 유전율 εijk 200 이상의 절연체 물질 및 유전율 εijk 100 이하의 절연체 물질로부터 선택되는 구별되는 물질로 이루어지는 키트에 관한 것이다.
특별한 구현예에서, 키트는, 구별되는 용기에, 본원에서 기재된 바와 같은 구별되는 나노입자 및/또는 나노입자 응집체 (이는 접촉, 전형적으로는, 원위치에서 (in situ), 즉 표적 자리에서, 또는 표적 자리에서 혼합물의 침적 전에 시험관내에서 (in vitro) 또는 생체외에서 (ex vivo) 혼합되는 것이 의도된다) 를 포함한다.
추가의 목적은, 본원에서 기재된 바와 같은 나노입자 또는 나노입자 응집체와 구별되는, 적어도 하나의 부가적 치료제, 예컨대 항정신병제, 항-도파민제, 도파민제, 항-콜린제, 콜린제, 항-글루타메이트제, 글루타메이트제, 아세틸콜린에스테라아제 저해제, N-메틸 D-아스파르테이트 (NMDA) 수용체 길항제, 감마-아미노 부티르산 (GABA) 작용제, 보툴리눔 독소, 항-이완약, 항-간질약, 항경련제, 기분 안정제, 항우울제 및 진정제를 추가로 포함하는 키트에 관한 것이고, 치료제는 당업자가 표적 질환의 특성에 따라 선택할 수 있을 것이다. 본원에서 위에서 설명된 바와 같이, 그러한 부가적 치료제는 전형적으로 나노입자 또는 나노입자의 응집체가 아니다.
또한 본원에서 기재되는 것은 전기장에의 대상체에게 투여된 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 노출 없는, 및 바람직하게는 임의의 기타 외부 활성화원 예컨대 광원, 자기장, 또는 초음파원에의 그의 노출 없는, 대상체에서 본원에서 기재된 바와 같은 신경 질환 또는 그의 적어도 하나의 증상의 예방 또는 치료 방법에서의 그러한 키트의, 생체내, 시험관내 또는 생체외, 용도이다. 또한, 본원에서 공개되는 것은 전기장에의 대상체에게 투여된 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 노출 없이, 및 바람직하게는 임의의 기타 외부 활성화원 예컨대 광원, 자기장, 또는 초음파원에의 그의 노출 없이 대상체에서 신경 질환 또는 그의 적어도 하나의 증상의 예방 또는 치료에서 사용하기 위한 본원에서 기재된 바와 같은 키트이다.
뉴런 수준에서, 나노입자는 뉴런의 전기 흥분성을 향상시키거나 또는 억제하는 것으로 설명되었다. 예를 들어, 산화 아연, 탄소 나노튜브 및 금 나노입자는 뉴런의 전기 흥분성을 향상시키는 것으로 밝혀진 반면, 산화 구리, 은, 카본 블랙, 산화 철 및 산화 티탄은 뉴런의 전기 흥분성을 억제하는 것으로 밝혀졌다 (Polak P & Shefi O. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine 11 (2015) 1467-1479, Nanometric agents in the service of neuroscience: Manipulation of neuronal growth and activity using nanoparticles).
코팅된 은 나노입자 (cAgNP) - 양친매성 중합체 폴리에틸렌 글리콜을 사용 - [순수한 물 중의, 13 ㎚ ± 2 ㎚ 의 유체 역학적 직경 (동적 광 산란 기술) 및 -69 mV 의 제타 전위 (Zetasizer Nano) 를 갖는 cAgNP] 의 신경계에 대한 전신 영향 연구는, 나노입자가 흥분성에 영향을 미치는 메커니즘의 변화를 유도하였음을 나타냈다. 또한, 신경망 시뮬레이션은, 국소적으로 cAgNP-유도된 변화가 전체 네트워크에서 네트워크 활성의 변화를 초래한다는 것을 나타냈으며, 이는 cAgNP 의 국소 적용이 네트워크 전체의 활성에 영향을 미칠 수 있다는 것을 의미한다 (Busse M. et al. International Journal of Nanomedicine 2013:8 3559-3572, Estimating the modulatory effects of nanoparticles on neuronal circuits using computational upscaling).
또한, 세포내 금 나노입자와 관련된 뉴런의 증가된 흥분성은, 발작과 같은 병리학적 조건하에서 뉴런에 잠재적으로 유해한 영향을 미치는 것으로 설명되었다 (Jung S, et al. PLOS ONE 2014, 9(3) e91360, Intracellular gold nanoparticles increase neuronal excitability and aggravate seizure activity in the mouse brain).
본 발명의 나노입자 또는 나노입자의 응집체는 상기 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 전기장에의 노출 없이, 및 바람직하게는 임의의 기타 외부 활성화원 예컨대 광원, 자기장, 또는 초음파원에의 그의 노출 없이, 뇌의 구별되는 영역 내 및/또는 사이의 신경망 내 및/또는 사이의 진동의 동기화를 정규화시킴으로써 신경 질환 또는 그의 적어도 하나의 증상의 예방 또는 치료를 위해 사용하기 위한/예방 또는 치료에서 사용하기 위한 것이다.
도 2 및 3 에서 설명하는 바와 같이, 뇌의 구별되는 영역 내 및/또는 사이의 통신은 신경 질환에 영향을 미친다. 신경 장애 및 관련 증상에 따르면, 뇌의 특정한 영역의 본 발명의 나노입자에의 노출은, 뇌의 별개의 영역 내 및/또는 사이의 신경망 내 및/또는 사이의 진동의 동기화의 정규화 (즉, 일관성의 정규화) 를 통해 통신을 개선할 것이다 (도 4 및 5 참조).
하기 실시예 및 그의 상응하는 도면은 본 발명의 범위를 제한하지 않으면서 본 발명을 설명한다.
도 1. 뇌의 도식적 표현 (시상면).
도 2. 2 개의 신경망 사이의 과동기성 및 손상된 동기성.
도 3. 다양한 신경 질환과 관련된 뇌 영역.
도 4. 과동기성 (운동 장애) 의 정규화에 대한 나노입자 (NP) 의 영향.
도 5. 손상된 동기성 (정신 및 인지 장애) 의 정규화에 대한 나노입자 (NP) 의 영향.
도 6. MPP+ 처리 및 전기 활동 기록에 의한 파킨슨병 유도의 실험 계획.
마우스 복부 중뇌/피질 공동-배양물을 E14.5 NMRI 마우스로부터 준비하고, 48 웰 MEA 상에서 3 주 동안 (총 배양 기간) 배양시켰다. 배양물을, 배양 7 일 후에 나노입자의 현탁액 ("나노입자" 군), GDNF (20 ng/ml) ("참조" 군) 또는 물 ("컨트롤" 군 및 "MPP+" 군) 로 처리하고, 제 8 일에 MPP+ (20 μM) ("나노입자" 군, "참조" 군 및 "MPP+" 군) 또는 물 ("컨트롤" 군) 로 처리했다. 자발적 활성은 제 21 일에 기록되었다.
도 7. 전기 활동 기록으로부터 추출될 수 있는 파라미터의 일부를 나타내는 두 개의 단순화된 버스트의 도식. 일반 활동 (스파이크, 버스트, 버스트간 간격 (IBI) 및 버스트 주기) 및 버스트 구조 (버스트 지속시간, 버스트 플래토, 버스트 진폭, 버스트 스파이크간 간격 (ISI) 및 버스트 면적) 를 나타내는 파라미터가 표시되어 있다. 이들 파라미터의 표준 편차 (SD) 는 일반 활동 및 버스트 구조 각각의 규칙성에 관한 척도이다. 시간에서의 변동 계수 (CVtime) 는 각각의 유닛의 활동 패턴의 시간적 규칙성을 반영한다. CVtime 은 파라미터의 표준 편차 및 평균의 비율에 의해 계산된다. 네트워크 중에서의 변동 계수 (CVnet) 는 네트워크 내의 뉴런 사이의 동기화를 반영한다. CVnet 는 네트워크에 걸친 평균에 의한 파라미터의 표준 편차의 비율에 의해 계산된다. 큰 CVnet 값은 네트워크 전체에 걸친 활동의 넓은 범위의 변동을 시사하며, 더 적은 동기화를 의미한다.
도 8. 중뇌/피질 네트워크 활동에 대한 "컨트롤" 군 및 "MPP+" 군과 비교되는 "나노입자" 군 (실시예 1 및 2 의 나노입자) 및 "참조" 군에서 관찰되는 기능적 효과. 데이타는 MPP+-유도되는 기능적 효과를 보여주고, 본 발명의 나노입자 또는 GDNF 에 의해 허용되는 예방/구조 효능 (즉 기능적 효과를 "컨트롤" 군과 유사한 수준으로 예방/구조하는 능력) 을 입증한다.
도 9. 중뇌/피질 네트워크 활동에 대한 "컨트롤" 군 및 "MPP+" 군과 비교되는 "나노입자" 군 (실시예 5 및 6 의 나노입자) 에서 관찰되는 기능적 효과. 데이타는 MPP+-유도되는 기능적 효과를 보여주고, 본 발명의 나노입자 또는 GDNF 에 의해 허용되는 예방/구조 효능 (즉 기능적 효과를 "컨트롤" 군과 유사한 수준으로 예방/구조하는 능력) 을 입증한다.
도 10. "나노입자" 군, "참조" 군, "컨트롤" 군 및 "MPP+" 군에 관한 효과 점수 분석.
도 11. 아밀로이드 베타 1-42 (Abeta 1-42), 치료 및 전기 활동 기록을 이용하는 알츠하이머병의 유도의 실험 계획. 배양물에서 4 주 (배양기) 후에, Abeta 1-42 (100 nM) ("나노입자" 군, "참조" 군 및 "Abeta" 군) 또는 물 ("컨트롤" 군) (T0) 을 신경망에 첨가했다. 네 (4) 시간 후에, 나노입자의 현탁액 ("나노입자" 군), 도네페질 (300 nM) ("참조" 군) 또는 물 ("컨트롤" 군 및 "Abeta" 군) 을 첨가했다. 자발적 활성은 다음과 같이 기록되었다:
- T0 (Abeta 1-42 첨가 전) 에서
- T0 +1h, +2h, +3h, +4h (나노입자, 도네페질 또는 물 첨가 전), +5h, 및 +6h 에서.
도 12. 피질 네트워크 활동에 대한 "컨트롤" 군 및 "Abeta 1-42" 군과 비교되는 "나노입자" 군 및 "참조" 군에서 관찰되는 기능적 효과. 데이타는 Abeta 1-42 기능적 효과를 보여주고, 본 발명의 나노입자 또는 도네페질에 의해 허용되는 구조 효능을 입증한다 (즉 기능적 효과를 "컨트롤" 군과 유사한 수준으로 구조하는 능력).
도 13. "나노입자" 군, "참조" 군, "컨트롤" 군 (효과 점수 = 0) 및 "Abeta" 군 (효과 점수 = 1) 에 관한 효과 점수 분석.
도 14. 실시예 9 의 금 나노입자의 대표적 TEM 이미지, 집단의 나노입자의 코어의 중앙 최대 크기는 각각 108 ㎚ (GOLD-110), 83 ㎚ (GOLD-80), 45 ㎚ (GOLD-45), 34 ㎚ (GOLD-30) 및 15 ㎚ (GOLD-15) 이다.
도 15. "나노입자" 군 (실시예 9 의 GOLD-45 및 GOLD-15 나노입자), "컨트롤" 군 (효과 점수 = 0) 및 "MPP+" 군 (효과 점수 = 1) 에 관한 효과 점수 분석.
도 16. 실시예 11 의 PEDOT 나노입자의 대표적 주사 전자 현미경법 (SEM) 이미지.
도 17. "나노입자" 군 (실시예 11 의 PEDOT 나노입자), "컨트롤" 군 (효과 점수 = 0) 및 "MPP+" 군 (효과 점수 = 1) 에 관한 효과 점수 분석.
실시예
뉴런의 시험관내 연구
뉴런 수준에서, 패치 클램프 (Patch clamp) 기술은 활동 전위를 검출하는데 매우 유용하며, 그 이유는 그것이 뉴런의 막 전위의 동시 직접 측정 및 컨트롤을 허용하기 때문이다.
이 기술은 단일 뉴런에 대한 나노입자의 효과를 평가하기 위해 사용한다.
뉴런의 네트워크의 시험관내 연구
다채널 전극 어레이 (multi electrode array) (MEA) 에 커플링된 해리된 뉴런 배양물은 뇌 네트워크의 복잡성을 더 잘 이해하기 위해 널리 사용된다. 또한, 해리된 뉴런 집합체의 사용은 네트워크의 연결성의 조작 및 제어를 허용한다. MEA 시스템은 실시간으로 신경망의 다수의 자리로부터 비침습적, 오래 지속되는, 동시 세포외 기록을 가능하게 하여, 공간 해상도를 증가시키고, 그에 의해 네트워크 활동의 강력한 척도를 제공한다. 긴 시간 기간에 걸친 활동 전위 및 장 전위 데이타의 동시 수집은 공간-시간적 패턴 생성을 책임지는 모든 세포 메카니즘의 상호작용으로부터 발생하는 네트워크 기능의 모니터링을 허용한다 (Johnstone A. F. M. et al., Neurotoxicology (2010), 31: 331-350, Microelectrode arrays: a physiologically based neurotoxicity testing platform for the 21 st century). 패치-클램프 및 다른 단일 전극 기록 기술과 비교하면, MEA 는 전체 네트워크의 응답을 측정하여, 네트워크에 존재하는 모든 수용체, 시냅스 및 뉴런 유형의 상호작용에 대한 전체 정보를 통합한다 (Novellino A. et al., Frontiers in Neuroengineering. (2011), 4(4), 1-14, Development of micro-electrode array based tests for neurotoxicity: assessment of interlaboratory reproducibility with neuroactive chemicals.). 그와 같이, MEA 기록은 뉴런 배양물에서 뉴런 통신, 정보 부호화, 전파, 및 가공을 이해하기 위해 이용되었다 (Taketani,M., and Baudry,M.(2006). Advances in Network Electrophysiology. New York, NY: Springer; Obien et al., Frontiers in Neurosciences, 2015, 8(423): Revealing neuronal functions through microelectrode array recordings). MEA 기술은 전기적으로 활성인 세포 배양물에서 네트워크 활동의 기능적 변화를 특성분석하기 위한 정교한 표현형 고함유량 스크리닝 방법이고, 신경발생, 뿐만 아니라 신경생성 및 신경변성 양상에 매우 민감하다. 더욱이, MEA 에서 자란 신경망은 온전한 포유류 신경계의 기능을 변경하는 대략적으로 동일한 농도 범위에서 신경활성 또는 신경독성 화합물에 응답할 수 있는 것으로 알려져 있다 (Xia et al., Alcohol, 2003, 30, 167-174: Histiotypic electrophysiological responses of cultured neuronal networks to ethanol; Gramowski et al., European Journal of Neuroscience, 2006, 24, 455-465: Functional screening of traditional antidepressants with primary cortical neuronal networks grown on multielectrode neurochips; Gramowski et al., Frontiers in Neurology, 2015, 6(158): Enhancement of cortical network activity in vitro and promotion of GABAergic neurogenesis by stimulation with an electromagnetic field with 150MHz carrier wave pulsed with an alternating 10 and 16 Hz modulation).
이 기술은 신경망(들)에 대한 나노입자의 효과를 평가하기 위해 사용된다.
뉴런의 네트워크의 생체내 연구
본 발명의 나노입자의 동물의 신경망에 대한 효과를 평가하기 위해 적절한 동물 모델이 고려된다.
예를 들어, 파킨슨병의 마우스 모델을 사용하여, 행동 손상 (운동 장애) 의 완화에 대한 나노입자의 영향을 평가한다. 또한, 알츠하이머병의 래트 또는 마우스 모델을 사용하여, 동물의 공간 학습 및 기억 장애 (인지 장애) 에 대한 나노입자의 영향을 평가한다.
실시예 1. 전도체 물질로 제조된 나노입자: 중성 표면 전하를 갖는 생체적합성 코팅으로 코팅된 금 나노입자의 합성.
금 클로라이드 염 (HAuCl4) 을 캡핑제 (나트륨 시트레이트) 로 환원시킴으로써 금 나노입자를 합성했다 (프로토콜은 G. Frens Nature Physical Science 241 (1973) 21 로부터 변경했다). 전형적인 실험에서, HAuCl4 용액을 가열하여 비등시켰다. 후속적으로, 나트륨 시트레이트 용액을 첨가했다. 결과적인 용액을 5 분의 부가적 시간 동안 비등 하에 유지했다.
나노입자의 현탁액의 0.22 ㎛ 여과 (필터 막: 폴리(에테르 술폰) (PES)) 를 수행하고, 현탁액 중 금 농도를 UV-가시성 분광학 어세이에 의해 530 ㎚ 에서 확인했다.
표면 코팅을 α-메톡시-ω-메르캅토폴리(에틸렌 글리콜) 20kDa ("티올-PEG20kDa") 을 사용하여 수행했다. 금 나노입자 표면 상에서 단층 커버리지 (coverage) 의 적어도 절반 (2.5 분자/㎚2) 에 도달하기에 충분한 양의 "티올-PEG 20kDa" 을 나노입자의 현탁액에 첨가했다. pH 를 7 내지 7.2 로 조정하고, 나노입자의 현탁액을 밤새 교반했다.
나노입자의 현탁액을 물에 희석시킴으로써 (최종 농도: [Au] = 0.1 g/L), Nano-Zetasizer (Malvern) 로 173°의 산란각에서 633 ㎚ 에서 레이저 발광으로 실온 (약 25℃) 에서 동적 광 산란 (DLS) 에 의해 유체역학적 직경 (강도로 측정) 을 확인했다. 그에 따라 수득된 현탁액 중 생체적합성 금 나노입자의 유체역학적 직경은 118 ㎚ 이며, 다분산도 지수 (나노입자의 집단의 분산, 크기) 는 0.13 인 것으로 밝혀졌다.
나노입자의 현탁액을 NaCl 용액에 1 mM 로 pH 7 에서 희석시킴으로써 (최종 농도: [Au] = 0.1 g/L), 나노입자의 전기영동 이동도를 측정함으로써 (Nano-Zetasizer, Malvern) 제타 전위를 확인했다. pH 7 에서의 제타 전위는 -1 mV 인 것으로 밝혀졌다.
실시예 2. 전도체 물질로 제조된 나노입자: 음성 표면 전하를 갖는 생체적합성 코팅으로 코팅된 금 나노입자의 합성.
금 나노입자를 실시예 1 에 기재된 바와 같이 제조했다 (동일한 금 무기 코어).
PES 멤브레인 필터에서 0.22 ㎛ 여과를 수행하고, 현탁액 중 금 농도를 UV-가시성 분광학 어세이에 의해 530 ㎚ 에서 확인했다.
생체적합성 표면 코팅을 메소-2, 3-디메르캅토숙신산 (DMSA) 을 사용하여 수행했다. 표면 상에서 단층 커버리지의 적어도 절반 (2.5 분자/㎚2) 에 도달하기에 충분한 양의 DMSA 를 나노입자의 현탁액에 첨가했다. pH 를 7 내지 7.2 로 조정하고, 나노입자의 현탁액을 밤새 교반했다.
나노입자의 현탁액을 물에 희석시킴으로써 (최종 농도: [Au] = 0.1 g/L), Nano-Zetasizer (Malvern) 로 173°의 산란각에서 633 ㎚ 에서 레이저 발광으로 실온 (약 25℃) 에서 동적 광 산란 (DLS) 에 의해 유체역학적 직경 (강도로 측정) 을 확인했다. 그에 따라 수득된 현탁액 중 나노입자의 유체역학적 직경은 76 ㎚ 이며, 다분산도 지수 (나노입자의 집단의 분산, 크기) 는 0.46 이었다.
나노입자의 현탁액을 NaCl 용액에 1 mM 로 pH 7 에서 희석시킴으로써 (최종 농도: [Au] = 0.1 g/L), 나노입자의 전기영동 이동도를 측정함으로써 (Nano-Zetasizer, Malvern) 제타 전위를 확인했다. pH 7 에서의 제타 전위는 -23 mV 인 것으로 밝혀졌다.
실시예 3. 100 이하의 낮은 비유전율을 갖는 절연체 물질로 제조된 나노입자: 중성 표면 전하를 갖는 생체적합성 코팅으로 코팅된 지르코늄 산화물 나노입자의 합성.
염기성 pH 에서 테트라메틸 암모늄 수산화물 (TMAOH) 로 지르코늄 염화물 (ZrCl4) 을 침전시킴으로써 지르코늄 산화물 (ZrO2) 나노입자를 합성했다. 생성된 현탁액을 오토클레이브로 옮기고, 110℃ 초과의 온도에서 가열했다. 냉각 후에, 현탁액을 탈이온수로 세척하고 산성화시켰다.
집단의 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 코어의 중앙 최대 크기 및 나노입자 및 나노입자의 응집체의 집단의 30%-70% 백분위수에 해당하는 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 코어의 크기를 투과 전자 현미경법을 사용하여 평가했고, 각각 10 ㎚ 및 8 ㎚ - 12 ㎚ 로 밝혀졌다. 446 개의 나노입자를 계수했고, 그들의 최대 치수를 측정했다.
PES 멤브레인 필터에서 0.22 ㎛ 여과를 수행했고, 수용액을 분말로 건조시키고 그에 따라 얻어진 덩어리를 칭량함으로써 (ZrO2) 나노입자의 농도를 확인했다. 실란-폴리(에틸렌) 글리콜 2kDa ("Si-PEG 2kDa") 를 사용하여 생체적합성 코팅을 제조했다. 표면 상에서 단층 커버리지의 적어도 절반 (2.5 분자/㎚2) 에 도달하기에 충분한 양의 "Si-PEG 2kDa" 를 나노입자의 현탁액에 첨가했다. 나노입자의 현탁액을 밤새 교반하고 그 후 pH 를 7 로 조정했다.
나노입자의 현탁액을 물에 희석시킴으로써 (나노입자의 코어를 구성하는 ZrO2 의 최종 농도: [ZrO2] = 0.1 g/L), Nano-Zetasizer (Malvern) 로 173°의 산란각에서 633 ㎚ 에서 레이저 발광으로 실온 (약 25℃) 에서 동적 광 산란 (DLS) 에 의해 유체역학적 직경 (강도로 측정) 을 확인했다. 나노입자의 유체역학적 직경은 55 ㎚ 이며, 다분산도 지수 (나노입자의 집단의 분산, 크기) 는 0.1 인 것으로 발견되었다.
나노입자의 현탁액을 NaCl 용액에 1 mM 로 pH 7 에서 희석시킴으로써 (최종 농도: [ZrO2] = 0.1 g/L), 나노입자의 전기영동 이동도를 측정함으로써 (Nano-Zetasizer, Malvern) 제타 전위를 확인했다. pH 7 에서의 제타 전위는 -1 mV 인 것으로 밝혀졌다.
실시예 4. 100 이하의 낮은 비유전율을 갖는 절연체 물질로 제조된 나노입자: 음성 표면 전하를 갖는 생체적합성 코팅으로 코팅된 지르코늄 산화물 나노입자의 합성.
지르코늄 산화물 나노입자를 실시예 3 에 기재된 바와 같이 제조했다 (동일한 무기 코어).
PES 멤브레인 필터에서 0.22 ㎛ 여과를 수행했고, 수성 현탁액을 분말로 건조시키고 그에 따라 얻어진 덩어리를 칭량함으로써 (ZrO2) 나노입자의 농도를 확인했다.
나트륨 헥사메타포스페이트를 사용하여 표면 작용화를 수행했다. 표면 상에서 단층 커버리지의 적어도 절반 (2.5 분자/㎚2) 에 도달하기에 충분한 질량의 나트륨 헥사메타포스페이트를 나노입자의 현탁액에 첨가했다. 나노입자의 현탁액을 밤새 교반하고 그 후 pH 를 7 로 조정했다.
나노입자의 현탁액을 물에 희석시킴으로써 (나노입자의 코어를 구성하는 ZrO2 의 최종 농도: [ZrO2] = 0.1 g/L), Nano-Zetasizer (Malvern) 로 173°의 산란각에서 633 ㎚ 에서 레이저 발광으로 실온 (약 25℃) 에서 동적 광 산란 (DLS) 에 의해 유체역학적 직경 (강도로 측정) 을 확인했다. 나노입자의 유체역학적 직경은 70 ㎚ 이며, 다분산도 지수 (나노입자의 집단의 분산, 크기) 는 0.11 인 것으로 밝혀졌다.
나노입자의 현탁액을 NaCl 용액에 1 mM 로 pH 7 에서 희석시킴으로써 (최종 농도: [ZrO2] = 0.1 g/L), 나노입자의 전기영동 이동도를 측정함으로써 (Nano-Zetasizer, Malvern) 제타 전위를 확인했다. pH 7 에서의 제타 전위는 -33 mV 인 것으로 밝혀졌다.
실시예 5. 반도체 물질로 제조된 나노입자: 음성 표면 전하를 갖는 생체적합성 코팅으로 코팅된 규소 (Si) 나노입자.
규소 (Si) 나노입자 (분말) 를 US Research Nanomaterials Inc. 로부터 입수했다. 이들을 PVP (1% wt) 로 코팅했으며, 이는 표면 상에서 0.1 분자 /㎚2 미만에 해당한다.
그들을 물에 30 g/L 로 초음파처리 하에 (프로브를 사용) 분산시켰다.
PES 멤브레인 필터에서 0.22 ㎛ 여과를 수행했고, 현탁액을 분말로 건조시키고 그에 따라 얻어진 덩어리를 칭량함으로써 (Si) 나노입자의 농도를 확인했다.
나노입자의 현탁액을 물에 희석시킴으로써 (나노입자의 코어를 구성하는 Si 의 최종 농도: [Si] = 0.1 g/L), Nano-Zetasizer (Malvern) 로 173°의 산란각에서 633 ㎚ 에서 레이저 발광으로 실온 (약 25℃) 에서 동적 광 산란 (DLS) 에 의해 유체역학적 직경 (강도로 측정) 을 확인했다. 나노입자의 유체역학적 직경은 164 ㎚ 이며, 다분산도 지수 (나노입자의 집단의 분산, 크기) 는 0.16 인 것으로 발견되었다.
집단의 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 코어의 중앙 최대 크기 및 나노입자 및 나노입자의 응집체의 집단의 30%-70% 백분위수에 해당하는 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 코어의 크기를 투과 전자 현미경법을 사용하여 평가했고, 각각 53 ㎚ 및 45 ㎚ - 61 ㎚ 로 밝혀졌다. 칠십 한 (71) 개의 나노입자를 계수했고, 그들의 최대 치수를 측정했다.
나노입자의 현탁액을 NaCl 용액에 1 mM 로 pH 7 에서 희석시킴으로써 (최종 농도: [Si] = 0.1 g/L), 나노입자의 전기영동 이동도를 측정함으로써 (Nano-Zetasizer, Malvern) 제타 전위를 확인했다. pH 7 에서의 제타 전위는 -19 mV 인 것으로 밝혀졌다.
실시예 6. 200 이상의 높은 비유전율을 갖는 절연체 물질로 제조된 나노입자: 음성 표면 전하를 갖는 생체적합성 코팅으로 코팅된 바륨 티타네이트 나노입자.
바륨 티타네이트 (BaTiO3) 나노입자의 현탁액 (물 중 20 중량%) 을 US Research Materials Inc. (US3835) 로부터 얻었다.
실란-폴리(에틸렌) 글리콜 10kDa ("Si-PEG 10kDa") 을 사용하여 표면 작용화를 수행했다. 간략히, "Si-PEG 10kDa" 을 먼저 에탄올/물 용액 (1/3 v/v) 에 용해시키고 BaTiO3 현탁액 (물 중 20 중량%) 에 첨가하여 나노입자의 표면 상에서 전체 단층 커버리지를 달성했다. 현탁액을 초음파처리하고, 그 후 밤새 교반했다. 0.22 ㎛ 여과 (필터 멤브레인: 폴리(에테르 술폰)) 후에, 미반응 "Si-PEG 10kDa" 중합체를 제거하기 위해서 세척 단계를 수행했다.
나노입자의 현탁액을 물에 희석시킴으로써 (나노입자의 코어를 구성하는 BaTiO3 의 최종 농도: [BaTiO3] = 0.1 g/L), Nano-Zetasizer (Malvern) 로 173°의 산란각에서 633 ㎚ 에서 레이저 발광으로 실온 (약 25℃) 에서 동적 광 산란 (DLS) 에 의해 유체역학적 직경 (강도로 측정) 을 확인했다. 나노입자의 유체역학적 직경은 164 ㎚ 이며, 다분산도 지수 (나노입자의 집단의 분산, 크기) 는 0.16 인 것으로 발견되었다.
나노입자의 현탁액을 NaCl 용액에 1 mM 로 pH 7 에서 희석시킴으로써 (최종 농도: [BaTiO3] = 0.1 g/L), 나노입자의 전기영동 이동도를 측정함으로써 (Nano-Zetasizer, Malvern) 제타 전위를 확인했다. pH 7 에서의 제타 전위는 -11 ㎷ 인 것으로 밝혀졌다.
집단의 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 코어의 중앙 최대 크기 및 나노입자 및 나노입자의 응집체의 집단의 30%-70% 백분위수에 해당하는 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 코어의 크기를 투과 전자 현미경법을 사용하여 평가했고, 각각 67 ㎚ 및 60 - 77 ㎚ 로 밝혀졌다. 오십 한 (51) 개의 나노입자를 계수했고, 그들의 최대 치수를 측정했다.
실시예 7. 표현형 MEA 스크리닝 기술을 사용하는 MPP + -유도된 신경망 상의 실시예 1, 2, 5 및 6 으로부터의 나노입자의 예방/구조 효능의 평가.
3 주 동안 48-웰 MEA 상에서 배양된, MPP+-처리된 마우스 복부 중뇌/피질 공배양물에 대한 본 발명의 나노입자의 예방/구조 효능을 시험했다. 이 모델은, MEA 상에서 성장하는 도전받은 중뇌/피질 배양물을 사용하는 도파민성 뉴런의 기능적 구조에 기초하여, 화합물을 스크리닝하기 위한 시험관 내 파킨슨 모델을 나타낸다. 중뇌는, 기저핵의 일부이며 대부분의 도파민성 뉴런을 함유하는 흑질을 포함하는 뇌의 영역이다. 나노 입자의 예방/구조 효과의 평가는 미세 전극 어레이 (MEA) 칩 상에 플레이팅된 뉴런의 공배양물의 세포외 전기 활동의 측정을 통해 수행했다.
1-메틸-4-페닐 피리디늄 요오다이드 (MPP+) 를 사용하여 시험관 내 마우스 뉴런에서 파키슨병 표현형의 유도를 수행했다. 미토콘드리아 손상이 파킨슨병 (PD) 의 발병기전에서 일정한 역할을 수행한다는 강력한 증거가 존재한다. MPP+ 는 전자 수송 효소 복합체 I (NADH: 유비퀴논 옥시도리덕타아제) 의 봉쇄를 통해 세포 호흡을 억제하는 미토콘드리아 독인 것으로 밝혀졌다. 여러 실험실은 PD 환자의 사후 조직의 흑질에서 미토콘드리아 전자 수송 사슬의 복합체 I 에 선택적 결함이 있으며, 또한 초기 PD 환자의 혈소판에서 복합체 I 활성의 감소가 있다고 보고했다. 아교 세포 유래 신경영양 인자 (GDNF) 와 같은 약물은 MPP+ 의 효과를 예방/구조하는 신경보호제로서 작용하며, 전임상 결과가 양호하다. GDNF 는 실험 전임상 프로토콜에서 참조로서 빈번히 사용된다 (Peng J. et al., Journal of Biomolecular screening, 2013, 18(5), 522-533: Using human pluripotent stem cell-derived dopaminergic neurons to evaluate candidate Parkinson's disease therapeutic agents in MPP+ and rotenone models.).
물질 및 방법
일차 세포 배양, 처리 조건
배아일 14.5 chr:NMRI 마우스 (Charles River) 로부터 중뇌 및 전두 피질 조직을 수확했다. 마우스를 경추 탈구에 의해 희생시켰다. 조직을 효소적 소화 (133,3 Kunitz units/㎖ DNase; 10 Units/㎖ 파파인) 및 기계적 분쇄에 의해 해리시키고, 계수하고, 생활력 제어하고, MEA 상에서 라미닌 (10 ㎍/㎖), 10% 소 태아 혈청 및 10% 말 혈청을 함유하는 20 ㎕ 드롭 (drop) 의 DMEM 에 플레이팅했다. MEA 상에서 배양물을 37 ℃ 에서 10% CO2 분위기에서 사용을 위해 준비될 때까지 인큐베이션했다. 배양물 배지에 10% 말 혈청을 함유하는 DMEM 를 1 주일에 2 회 보충했다.
"나노입자" 군에서, 웰을 제 7 일에 실시예 1 ([Au] = 800 μM), 2 ([Au] = 800 μM), 5 ([Si] = 800 μM) 로부터의 나노입자의 현탁액 및 실시예 6 ([BaTiO3] = 2000 μM) 으로부터의 나노입자의 현탁액으로 처리하고, 이어서 제 8 일에 20 μM 의 MPP+ 로 처리했다. "컨트롤" 군에서, 웰에 제 7 일에 물을 첨가하고, 이후 제 8 일에 물을 첨가했다. "MPP+" 군에서, 웰에 제 7 일에 물을 첨가하고, 이후 제 8 일에 20 μM 의 MPP+ 를 첨가했다. "참조" 군에서, 웰에 제 7 일에 GDNF (20 ng/ml) 를 첨가하고, 이후 제 8 일에 20 μM 의 MPP+ 를 첨가했다.
MPP+ (또는 "컨트롤" 군의 경우에는 물) 첨가 24 시간 후에, 배지를 교체하여 MPP+ 의 세정을 달성했다. 그후 배지를 1 주일에 2 번 교체하고, 배지 교체시마다 "참조" 군에만 GDNF 를 첨가했다.
제 21 일에, 120 분의 뉴런 활동을 기록했고, 30 분의 안정적인 활동을 분석했다 (도 6).
미소전극 어레이 뉴로칩
48 웰 미소전극 어레이 뉴로칩을 Axion Biosystems Inc. 로부터 구입했다. 이들 칩은 웰 당 16 개의 패시브 전극을 갖는다. 표면을 1 시간 동안 폴리에틸렌이민 (PEI, 보레이트 완충제 중 50%) 으로 코팅하고, 세정하고, 공기 건조시켰다.
다중채널 기록 및 다중파라미터 데이타 분석
기록을 위해, Axion Biosystems (USA) 에 의한 다중채널 MAESTRO 기록 시스템을 사용했다. 세포외 기록을 위해, 48-웰 MEA 를 MAESTRO 기록 스테이션 내에 배치하고, 37 ℃ 에서 유지했다. 기록을 DMEM/10% 열 불활성화된 말 혈청에서 수행했다. 10% CO2 를 함유하는 여과되는, 가습 기류의 연속적 스트림으로 pH 를 7.4 에서 유지했다.
각각의 유닛은 하나의 전극에서 기록된 하나의 뉴런으로부터 기원하는 활동을 나타낸다. 유닛을 기록의 시작시에 분리한다. 각각의 유닛에 대해, 활동 전위 (즉, 스파이크) 를 스파이크 트레인으로서 기록하고, 이를 소위 "버스트" 로 클러스터링한다. 버스트를 프로그램 Spike Wrangler 및 NPWaveX (둘 모두 NeuroProof GmbH, Rostock, Germany 을 사용하여 직접 스파이크 트레인 분석을 통해 정량적으로 기술했다. 버스트는 짧은 스파이크 이벤트의 시작 및 종료에 의해 정의되었다 (도 7).
네트워크 활동 패턴의 다중파라미터 고함유량 분석으로, 204 개의 활동-기술 스파이크 트레인 파라미터를 추출했다. 이들 파라미터는 하기 네 개의 카테고리에서 활동 변화의 정밀한 묘사를 얻는 것을 허용한다: 일반 활동, 버스트 구조, 진동 거동 및 동기성.
- "일반 활동 파라미터" 에서의 변화는 활동 전위 발화 비율 (스파이크 비율), 버스트 비율, 및 버스트 주기에 대한 효과를 버스트 사이의 시간으로서 기술한다.
- "버스트 구조 파라미터" 는 고주파 스파이킹 기 ("버스트") 내에서의 스파이크의 내부 구조, 예를 들어, 버스트 내 스파이크 주파수, 버스트 내 스파이크 비율, 및 버스트 스파이크 밀도, 뿐만 아니라 버스트 전반적 구조, 예컨대 지속시간, 면적, 및 플래토를 정의한다.
- "진동 파라미터" 는, 실험 에피소드 내에서의 파라미터 (일반 활동, 버스트 구조) 의 변동성을 기술하는 일차 활동 파라미터의 변동 계수에 의해 계산되는, 버스트의 발생 또는 구조의 규칙성을 정량화한다 (Gramowski A. et al., Eur. J. Neurosci., 2004, 19, 2815-2825: Substance identification by quantitative characterization of oscillator activity in murine spinal cord networks on microelectrode arrays). 더 높은 값은 덜 규칙적인 버스트 구조 또는 덜 규칙적인 일반 활동 (예를 들어, 스파이킹, 버스팅) 을 시사한다.
- 스파이크 트레인에서 동기성의 척도로서, "CVnet 파라미터" 는 네트워크 내에서의 뉴런 사이의 "동기화" 를 반영한다 (Gramowski A. et al., Eur. J. Neurosci., 2004, 19, 2815-2825: Substance identification by quantitative characterization of oscillator activity in murine spinal cord networks on microelectrode arrays). CVnet 는 네트워크에 걸친 변동 계수이다. 큰 CVnet 값은 네트워크 전체에 걸친 활동의 넓은 범위의 변동을 시사하며, 더 적은 동기화를 의미한다. (Gramowski A. et al., Frontiers in Neurology, 2015, 6(158): Enhancement of cortical network activity in vitro and promotion of GABAergic neurogenesis by stimulation with an electromagnetic field with 150MHz carrier wave pulsed with an alternating 10 and 16 Hz modulation).
신경망에 대한 MPP+ 에 의해 유도되는 기능적 효과 및 본 발명의 나노입자의 예방/구조 효능을 위에 기재된 파라미터를 통해 평가했다 (또한 하기 표 2 에서 그들 중 일부에 대해 개요서술됨).
표 2: 하기 세 개의 카테고리에서 다중파라미터 데이타 분석으로부터의 활동-기술 파라미터: 일반 활동, 진동 거동 및 동기성.
Figure pct00002
활동의 30 분 안정화 후에 30 분 범위에서 취한 60 초 빈 (bin) 데이터로부터 제 21일의 자발적인 자연 활동과 관련된 값을 도출했다. 결과 (파라미터 값) 를 독립적 네트워크의 평균 ± SEM 로서 표현했다. 각각의 "나노입자" 군의 경우, 적어도 8 개의 활동 웰, "컨트롤" 군의 경우, 적어도 30 개의 활동 웰, 및 "MPP+" 군의 경우, 적어도 26 개의 활동 웰 ("활동" 은 웰이 전기적 활동을 측정하기에 충분한 수의 전극을 갖는 것을 의미한다) 을 분석에 포함시켰다. 절대 파라미터의 분포를 정규성에 대해 시험했고, 군 사이의 통계적 유의성을 일방 ANOVA 를 통해 평가했다.
도 8 및 9 는 하기 카테고리로부터의 일부 대표적 파라미터를 제시한다: 일반 활동, 진동 거동 및 동기성. 이들 파라미터는 MPP+-유도되는 기능적 효과 및 본 발명의 나노입자 또는 GDNF 의 예방/구조 효능 (즉 기능적 효과를 "컨트롤" 군과 유사한 수준으로 예방/구조하는 능력) 을 특징짓는다.
복합 효과를 평가하기 위해서, 선별된 204 개의 파라미터의 멀티파라미터 결과로 "효과 점수" 로 명명되는 단일 파라미터를 추정했다. 그것은 선별된 특색의 선형 조합이며, 데이타세트를 평균 값이 "0" 인 "컨트롤" 군 및 평균 값이 "1" 인 "MPP+" 군을 갖는 벡터로 변환한다. "컨트롤" 군과 "MPP+" 군 사이에 최선 구별을 발견하도록 최적화된, 측정된 파라미터 204 개 중 18 개의 특색 선별을 통해 효과 점수의 Z-인자의 계산을 수행했다 (Kuemmel A, et al., J Biomol Screen., 2010, 15(1), 95-101: Integration of multiple readouts into the z' factor for assay quality assessment).
효과 점수 분석을 도 10 에 나타낸다.
본 발명의 나노입자의 예방/구조 효능을 표 3 에 나타낸다.
표 3: 신경망에 대한 MPP+-유도된 효과에 대한, 본 발명의 나노입자 (실시예 1, 2, 5 및 6 로부터의) 또는 GDNF 의 효과 점수 및 예방/구조 효능의 요약.
Figure pct00003
도 8, 9 및 10 및 표 3 은, 본 발명의 나노입자에 의한 신경망의 전처리가 신경망에 대한 MPP+-유도된 기능적 효과를 예방/구조하는 것을 보여준다. 흥미롭게도, 예방/구조 효능은 진동 거동 및 동기성과 관련된 카테고리의 파라미터에서 관찰되고, 그것은 "컨트롤" 군에서 관찰되는 수준까지 도달할 수 있다. 이들 진동 거동 및 동기화 파라미터는 전형적으로 변경된 네트워크 발달의 척도로서 모니터링된다. 이들 파라미터는 유리하게는 본 발명의 나노입자의 존재하에서 구조될 수 있다.
이들 결과는 신경망에 대한 MPP+-유도된 기능적 효과를 예방/구조하는 본 출원에 기재된 나노입자의 능력을 강조한다.
실시예 8: 표현형 MEA 스크리닝 기술을 사용한 일차 마우스 신경망에 대한 아밀로이드 베타 1-42-유도된 기능적 효과에 대한 실시예 1, 2, 3, 4, 5 및 6 으로부터의 나노입자의 효과의 평가.
마우스 뉴런의 전두엽 피질 배양물에서 아밀로이드 베타 1-42 (Abeta 1-42)-유도된 알츠하이머병 모델에 대한 MEA 를 통해 시험관 내에서 본 발명의 나노입자의 구조 효능을 시험했다.
알츠하이머병 (AD) 환자에서 보이는 신경증 플라크의 주성분인, β-아밀로이드 펩티드 1-42 는 성상아교세포 글루타메이트 수송체를 저해함으로써 시냅스 간극 내 과량의 글루타메이트를 촉발시키고 N-메틸-D-아스파르테이트 (NMDA) 수용체 활성의 향상을 통해 세포내 Ca2+ 수준을 증가시키는 것으로 알려져 있다. 흥분독성을 초래하는 다른 메카니즘은 산화 스트레스의 유도 및 글루타메이트 NMDA 수용체에 대한 Abeta 의 직접 영향을 포함할 수 있다. 정확한 근원적 발병 과정이 무엇이든 상관 없이, 글루타메이트 및 세포내 칼슘 축적에 의한 신경 세포의 과자극은 결국 뉴런 세포자멸사를 야기하고, 시냅스 가소성을 파괴하고, 그러한 조절이상의 결과로서 학습 및 기억 기능을 현저히 손상시킬 것이다 (Nyakas C. et al., Behavioural Brain Research, 2011, 221, 594-603: The basal forebrain cholinergic system in aging and dementia. Rescuing cholinergic neurons from neurotoxic amyloid-42 with memantine.). 현재, FDA-승인된 항 AD 약물은 아세틸콜린에스테라아제 (AChE) 저해제 및 NMDA 수용체 안타고니스트에 한정된다. 전통적 AChE 저해제는 AChE 의 중심 작용 부위에 대해 주로 작용하는 도네페질을 포함한다.
물질 및 방법
일차 세포 배양
배아일 15/16 chr:NMRI 마우스 (Charles River) 로부터 전두 피질 조직을 수확했다. 마우스를 경추 탈구에 의해 희생시켰다. 조직을 효소적 소화 (133,3 Kunitz units/㎖ DNase; 10 Units/㎖ 파파인) 및 기계적 분쇄에 의해 해리시키고, 계수하고, 생활력 제어하고, MEA 상에서 라미닌 (10 ㎍/㎖), 10% 소 태아 혈청 및 10% 말 혈청을 함유하는 20 ㎕ 드롭의 DMEM 에 플레이팅했다. MEA 상의 배양물을 37 ℃ 에서 10% CO2 분위기에서 사용을 위해 준비될 때까지 인큐베이션했다. 배양물 배지에 10% 말 혈청을 함유하는 DMEM 를 1 주일에 2 회 보충했다. 발달하는 공배양물을 추가의 아교 증식을 방지하기 위해 시딩 전 제 5 일에 유사분열 저해인자 5-플루오로-2'-데옥시우리딘 (25 μM) 및 우리딘 (63 μM) 으로 처리했다.
알츠하이머 관련 기능적 표현형을 유도하기 위해서, 합성 HFIP (헥사플루오로이소프로판올)-처리된 Abeta 1-42 펩티드 (HFIP 처리는 아밀로이드 베타의 단량체를 생성한다) 를 아독성 용량 (100 nM) 으로 사용했다.
"나노입자" 군에서, 웰을 먼저 T0 (T0 은 28 일 시험관 내 배양 기간의 마지막이다) 에서 Abeta 1-42 (합성 HFIP-처리된 아밀로이드-베타 1-42 펩티드) 로 처리했다. 그 후 독립적 병행 실험에서 웰을 T0 + 4 시간에서 실시예 1 ([Au] = 800 μM), 2 ([Au] = 800 μM), 3 ([ZrO2] = 800 μM), 4 ([ZrO2] = 800 μM), 5 ([Si] = 800 μM) 및 실시예 6 ([BaTiO3] = 2000 μM) 으로부터의 나노입자의 현탁액으로 처리했다. "컨트롤" 군에서, 웰에 T0 에 및 그 후 T0 + 4 시간에 물을 첨가했다. "Abeta" 군에서, 웰에 T0 에 Abeta 1-42 를 첨가하고, 그 후 웰에 T0 + 4 시간에 물을 첨가했다. "참조" 군에서, 웰에 T0 에 Abeta 1-42 를 첨가하고, 웰에 T0 + 4 시간에 도네페질 (300 nM) 을 첨가했다.
뉴런 활동은 다음과 같이 기록되었다 (도 11 참조)
- T0 에, Abeta 1-42 ("컨트롤" 군에서 또는 물) 첨가 전에
- T0 + 1h, T0 + 2h, T0 + 3h, T0 + 4h (<< 나노입자 >> 군에서 나노입자, 또는 "참조" 군에서 도네페질, 또는 컨트롤 군에서 "물" 첨가 전에), T0 + 5h 및 T0 + 6h 에.
활동의 30 분 안정화 후에 30 분 범위에서 취한 60 초 빈 데이터로부터 값을 도출했다.
미소전극 어레이 뉴로칩
48 웰 미소전극 어레이 뉴로칩을 Axion Biosystems Inc. 로부터 구입했다. 이들 칩은 웰 당 16 개의 패시브 전극을 갖는다. 표면을 1 시간 동안 폴리에틸렌이민 (PEI, 보레이트 완충제 중 50%) 으로 코팅하고, 세정하고, 공기 건조시켰다.
다중채널 기록 및 다중파라미터 데이타 분석
기록을 위해, Axion Biosystems (USA) 로부터의 다중채널 MAESTRO 기록 시스템을 사용했다. 세포외 기록을 위해, 48-웰 MEA 를 MAESTRO 기록 스테이션 내에 배치하고, 37 ℃ 에서 유지했다. 기록을 DMEM/10% 열 불활성화된 말 혈청에서 수행했다. 10% CO2 를 함유하는 여과되는, 가습 기류의 연속적 스트림으로 pH 를 7.4 에서 유지했다. 활동 전위, 또는 "스파이크" 는 스파이크 트레인에 기록되었고, 소위 "버스트" 로서 클러스터링되었다. 버스트를 프로그램 Spike Wrangler 및 NPWaveX (둘 모두 NeuroProof GmbH, Rostock, Germany 을 사용하여 직접 스파이크 트레인 분석을 통해 정량적으로 기술했다. 버스트는 짧은 스파이크 이벤트의 시작 및 종료에 의해 정의되었다.
네트워크 활동 패턴의 다중파라미터 고함유량 분석으로, 204 개의 활동-기술 스파이크 트레인 파라미터를 추출했다. 이들 파라미터는 하기 네 개의 카테고리에서 활동 변화의 정밀한 묘사를 얻는 것을 허용한다: 일반 활동, 버스트 구조, 진동 거동 및 동기성.
신경망에 대한 아밀로이드 베타 1-42 의 기능적 효과 및 본 발명의 나노입자에 의한 신경망의 기능적 효과의 구조 효능을 위에 기재된 파라미터를 통해 평가했다 (또한 하기 표 4 에서 그들 중 일부에 대해 개요서술됨).
표 4: 하기 네 개의 카테고리에서 다중파라미터 데이타 분석으로부터의 활동-기술 파라미터: 일반 활동, 버스트 구조, 진동 거동 및 동기성.
Figure pct00004
활동의 30 분 안정화 후에 30 분 범위에서 취한 60 초 빈 데이터로부터 자발적인 자연 활동과 관련된 값을 도출했다. 결과 (파라미터 값) 를 독립적 네트워크의 평균 ± SEM 로서 표현했다. 각각의 "나노입자" 군의 경우, 적어도 9 개의 활동 웰, "컨트롤" 군의 경우, 적어도 18 개의 활동 웰, 및 "Abeta" 군의 경우, 적어도 18 개의 활동 웰 ("활동" 은 웰이 전기적 활동을 측정하기에 충분한 수의 전극을 갖는 것을 의미한다) 을 분석에 포함시켰다. 절대 파라미터의 분포를 정규성에 대해 시험했고, 군 사이의 통계적 유의성을 일방 ANOVA 를 통해 평가했다.
도 12 는 하기 카테고리로부터의 일부 대표적 파라미터를 보여준다: Abeta 1-42 기능적 효과 및 본 발명의 나노입자 또는 도네페질에 의해 허용되는 구조 효능 (즉, 기능적 효과를 "컨트롤" 군과 유사한 수준으로 구조하는 능력) 을 특징짓는, 일반 활동, 버스트 구조, 진동 거동 및 동기성.
복합 효과를 평가하기 위해서, 선별된 204 개의 파라미터의 멀티파라미터 결과로 "효과 점수" 로 명명되는 단일 파라미터를 추정했다. 그것은 선별된 특색의 선형 조합이며, 데이타세트를 평균 값이 "0" 인 "컨트롤" 군 및 평균 값이 "1" 인 "Abeta" 군을 갖는 벡터로 변환한다. "컨트롤" 군과 "Abeta" 군 사이에 최선 구별을 발견하도록 최적화된, 측정된 파라미터 204 개 중 15 개의 특색 선별을 통해 효과 점수의 Z-인자의 계산을 수행했다 (Kuemmel A, et al., J Biomol Screen., 2010, 15(1),95-101: Integration of multiple readouts into the z' factor for assay quality assessment.).
효과 점수 분석을 도 13 에 나타낸다.
본 발명의 나노입자의 구조 효능을 표 5 에 나타낸다.
표 5: 신경망에 대한 Abeta 1-42-유도된 효과에 대한, 본 발명의 나노입자 또는 도네페질의 효과 점수 및 구조 효능의 요약.
Figure pct00005
Figure pct00006
도 12 및 13 및 표 5 는, 본 발명의 나노입자에 의한 신경망의 전처리가 신경망에 대한 Abeta 1-42 유도된 기능적 효과를 구조하는 것을 보여준다. 구조 효능은 진동 거동 및 동기성과 관련된 카테고리의 파라미터에서 관찰되고, 그것은 유리하게는 "컨트롤" 군에서 관찰되는 수준까지 도달할 수 있다. 이들 진동 거동 및 동기화 파라미터를 고전적으로 평가하여 변경된 네트워크 발달을 검출한다. 진동 거동 및 동기화는 본 발명의 나노입자의 존재하에서 구조될 수 있다.
이들 결과는 신경망에 대한 Abeta 1-42-유도된 기능적 효과를 구조하는 본 출원에 기재된 나노입자의 유리한 능력을 강조한다.
실시예 9: 중성 표면 전하를 갖는 상이한 크기의 금 나노입자의 합성 및 물리화학적 특성분석.
금 나노입자를 수용액 중 소듐 시트레이트를 이용하여 금 염화물의 환원에 의해 수득한다. 프로토콜은 G. Frens Nature Physical Science 241 (1973) 21 로부터 채택했다.
전형적인 실험에서, HAuCl4 용액을 가열하여 비등시킨다. 후속적으로, 나트륨 시트레이트 용액을 첨가한다. 결과적인 현탁액을 5 분의 부가적 시간 동안 비등 하에 유지한다.
시트레이트 대 금 전구체 비를 조심스럽게 변정함으로써 나노입자 크기를 약 15 ㎚ 내지 약 110 ㎚ 로 조정한다 (표 6 참조).
그렇게 제조된 금 나노입자 현탁액을 그 후 한외여과 장치 (Millipore 로부터의 교반 셀 모델 8400) 와 적당한 분자량 컷-오프 (MWCO) 를 갖는 셀룰로오스 멤브레인을 사용하여 농축하고, 라미나 후드 하에서 0.22 ㎛ 컷오프 멤브레인 필터 (Millipore 로부터의 PES 멤브레인) 를 통해 여과한다.
표면 코팅을 α-메톡시-ω-메르캅토폴리(에틸렌 글리콜) 20kDa ("티올-PEG20kDa") 을 사용하여 수행한다. 금 나노입자 표면 상에서 단층 커버리지를 얻기에 충분한 양의 "티올-PEG 20kDa" 을 나노입자의 현탁액에 첨가한다. pH 를 6.8 내지 7.4 로 조정하고, 나노입자의 현탁액을 밤새 교반한다. 과량의 티올-PEG 20kDa 를 라미나 후드 하에서 한외여과 원심 필터 (Sartorius 로부터의 Vivaspin 또는 Merck Millipore 로부터의 Amicon Ultra) 와 적당한 MWCO 멤브레인을 사용하여 제거하고, 최종 현탁액을 4℃ 에서 저장한다.
입자 크기는 크기 측정을 위한 최대 나노입자 치수를 취하여 적어도 200 개의 나노입자를 계수함으로써 투과 전자 현미경법을 사용하여 확인한다. 집단의 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 코어의 중앙 최대 크기 및 나노입자 및 나노입자의 응집체의 집단의 30% - 70% 백분위수에 해당하는 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 코어의 크기가 표 6 에서 유도 결합 광학 발광 분광분석법 (Inductively-Coupled Optical Emission Spectroscopy) (ICP-OES) 에 의해 측정되는 금의 농도 ([Au]) 및 나노입자의 현탁액을 NaCl 용액 (1 mM, 금 농도 ([Au]) 0.01 내지 0.05 g/L 및 pH 약 7) 에 희석함으로써 나노입자의 전기영동 이동도를 측정함으로써 확인되는 제타 전위 (Nano-Zetasizer, Malvern) 와 함께 보고된다.
표 6:
Figure pct00007
도 14 는 표 6 에 기재된 금 나노입자의 대표적 투과 전자 현미경법 (TEM) 이미지를 보여준다.
실시예 10. 표현형 MEA 스크리닝 기술을 사용하는 MPP + -유도된 신경망에 대한 실시예 9 로부터의 나노입자 GOLD-15 및 GOLD-45 의 예방/구조 효능의 평가.
3 주 동안 48-웰 MEA 상에서 배양된, MPP+-처리된 마우스 복부 중뇌/피질 공배양물에 대한 본 발명의 나노입자의 예방/구조 효능을 시험했다. 미세 전극 어레이 (MEA) 칩 상에 플레이팅된 뉴런의 공배양물의 세포외 전기 활동의 측정을 통해 나노 입자의 예방/구조 효과의 평가를 수행했다.
1-메틸-4-페닐 피리디늄 요오다이드 (MPP+) 를 사용하여 시험관 내 마우스 뉴런에서 파키슨병 표현형의 유도를 수행했다.
물질 및 방법
일차 세포 배양, 처리 조건
배아일 14.5 chr:NMRI 마우스 (Charles River) 로부터 중뇌 및 전두 피질 조직을 수확했다. 마우스를 경추 탈구에 의해 희생시켰다. 조직을 효소적 소화 (133,3 Kunitz units/㎖ DNase; 10 Units/㎖ 파파인) 및 기계적 분쇄에 의해 해리시키고, 계수하고, 생활력 제어하고, MEA 상에서 라미닌 (10 ㎍/㎖), 10% 소 태아 혈청 및 10% 말 혈청을 함유하는 20 ㎕ 드롭의 DMEM 에 플레이팅했다. MEA 상에서 배양물을 37 ℃ 에서 10% CO2 분위기에서 사용을 위해 준비될 때까지 인큐베이션했다. 배양물 배지에 10% 말 혈청을 함유하는 DMEM 를 1 주일에 2 회 보충했다.
"나노입자" 군에서, 웰을 제 7 일에 실시예 9 (GOLD-15 및 GOLD-45) 로부터의 나노입자의 현탁액 ([Au] = 310 +/- 40 μM) 으로 처리하고, 그 후 제 8 일에 20 μM 의 MPP+ 로 처리했다. "컨트롤" 군에서, 웰에 제 7 일에 물을 첨가하고, 이후 제 8 일에 물을 첨가했다. "MPP+" 군에서, 웰에 제 7 일에 물을 첨가하고, 그 후 제 8 일에 20 μM 의 MPP+ 를 첨가했다.
MPP+ (또는 "컨트롤" 군의 경우에는 물) 첨가 이십사 (24) 시간 후에, 배지를 교체하여 MPP+ 의 세정을 달성했다. 그 후 배지를 1 주일에 2 회 교체했다.
제 21 일에, 120 분의 뉴런 활동을 기록했고, 30 분의 안정적인 활동을 분석했다.
미소전극 어레이 뉴로칩
48 웰 미소전극 어레이 뉴로칩을 Axion Biosystems Inc. 로부터 구입했다. 이들 칩은 웰 당 16 개의 패시브 전극을 갖는다. 표면을 1 시간 동안 폴리에틸렌이민 (PEI, 보레이트 완충제 중 50%) 으로 코팅하고, 세정하고, 공기 건조시켰다.
다중채널 기록 및 다중파라미터 데이타 분석
기록을 위해, Axion Biosystems (USA) 로부터의 다중채널 기록 시스템을 사용했다. 세포외 기록을 위해, 48-웰 MEA 를 MAESTRO 기록 스테이션 내에 배치하고, 37 ℃ 에서 유지했다. 기록을 DMEM/10% 열 불활성화된 말 혈청에서 수행했다. 10% CO2 를 함유하는 여과되는, 가습 기류의 연속적 스트림으로 pH 를 7.4 에서 유지했다.
각각의 유닛은 하나의 전극에서 기록된 하나의 뉴런으로부터 기원하는 활동을 나타낸다. 유닛을 기록의 시작시에 분리한다. 각각의 유닛에 대해, 활동 전위 (즉, 스파이크) 를 스파이크 트레인으로서 기록하고, 이를 소위 "버스트" 로 클러스터링한다. 버스트를 프로그램 Spike Wrangler 및 NPWaveX (둘 모두 NeuroProof GmbH, Rostock, Germany 을 사용하여 직접 스파이크 트레인 분석을 통해 정량적으로 기술했다. 버스트는 짧은 스파이크 이벤트의 시작 및 종료에 의해 정의되었다.
네트워크 활동 패턴의 다중파라미터 고함유량 분석으로, 204 개의 활동-기술 스파이크 트레인 파라미터를 추출했다. 이들 파라미터는 하기 네 개의 카테고리에서 활동 변화의 정밀한 묘사를 얻는 것을 허용한다: 일반 활동, 버스트 구조, 진동 거동 및 동기성.
신경망에 대한 MPP+ 에 의해 유도되는 기능적 효과 및 본 발명의 나노입자의 예방/구조 효능을 위에 기재된 파라미터를 통해 평가했다.
활동의 30 분 안정화 후에 30 분 범위에서 취한 60 초 빈 데이터로부터 제 21일의 자발적인 자연 활동과 관련된 값을 도출했다. 결과 (파라미터 값) 를 독립적 네트워크의 평균 ± SEM 로서 표현했다. "나노입자" 군, "컨트롤" 군, 및 "MPP+" 군 각각에 대해, 적어도 19 개의 활동 웰 ("활동" 은 웰이 전기적 활동을 측정하기에 충분한 수의 전극을 갖는 것을 의미한다) 을 분석에 포함시켰다. 절대 파라미터의 분포를 정규성에 대해 시험했고, 군 사이의 통계적 유의성을 일방 ANOVA 를 통해 평가했다.
복합 효과를 평가하기 위해서, 선별된 204 개의 파라미터의 멀티파라미터 결과로 "효과 점수" 로 명명되는 단일 파라미터를 추정했다. 그것은 선별된 특색의 선형 조합이며, 데이타세트를 평균 값이 "0" 인 "컨트롤" 군 및 평균 값이 "1" 인 "MPP+" 군을 갖는 벡터로 변환한다. "컨트롤" 군과 "MPP+" 군 사이에 최선 구별을 발견하도록 최적화된, 측정된 파라미터 204 개 중 20 개의 특색 선별을 통해 효과 점수의 Z-인자의 계산을 수행했다 (Kuemmel A, et al., J Biomol Screen., 2010, 15(1), 95-101: Integration of multiple readouts into the z' factor for assay quality assessment).
효과 점수 분석을 도 15 에 나타낸다.
본 발명의 나노입자의 예방/구조 효능을 표 7 에 나타낸다.
표 7: 신경망에 대한 MPP+-유도된 효과에 대한, 본 발명의 나노입자 (실시예 9 로부터의 GOLD-15 및 GOLD-45) 의 효과 점수 및 예방/구조 효능의 요약.
Figure pct00008
도 15 및 표 7 은, 본 발명의 나노입자에 의한 신경망의 전처리가 신경망에 대한 MPP+-유도된 기능적 효과를 예방/구조하는 것을 보여준다. 흥미롭게도, 집단의 나노입자의 코어의 중앙 최대 크기가 15 ㎚ 인 금 나노입자가 집단의 나노입자의 코어의 중앙 최대 크기가 45 ㎚ 인 금 나노입자보다 신경망에 대한 MPP+ 유도되는 기능적 효과를 예방/구조하는데 덜 효과적이다.
이들 결과는 신경망에 대한 MPP+ 유도되는 기능적 효과를 예방/구조하는 금 나노입자의 능력 둘 모두를 강조하며, 중앙 최대 크기가 45 ㎚ 인 금 나노입자는 중앙 최대 크기가 15 ㎚ 인 금 나노입자보다 더욱 효율적이다.
실시예 11. 전도체 물질로 제조된 나노입자의 합성: 음성 표면 전하를 갖는 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) 나노입자 (PEDOT 나노입자).
물 중 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) 나노입자 (PEDOT 나노입자) 분산물 (1.1% w/w) 을 Sigma (sigma 675288) 로부터 입수하고 그대로 사용했다.
나노입자의 현탁액을 NaCl 용액에 1 mM 로 pH 7.3 에서 희석시킴으로써 (최종 PEDOT 농도: 1 g/L), 나노입자의 전기영동 이동도를 측정함으로써 (Nano-Zetasizer, Malvern) 제타 전위를 확인했다. pH 7.3 에서의 제타 전위는 -53 mV 인 것으로 밝혀졌다.
집단의 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 중앙 최대 치수 및 나노입자 및 나노입자의 응집체의 집단의 30%-70% 백분위수에 해당하는 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 코어의 크기를 주사 전자 현미경법 (SEM) 을 사용하여 평가했고, 각각 408 ㎚ 및 311 ㎚ - 518 ㎚ 였다 (56 개의 나노입자가 계수되었고, 그들의 최대 치수가 측정되었다).
실시예 12. 표현형 MEA 스크리닝 기술을 사용하는 MPP + -유도된 신경망에 대한 실시예 11 로부터의 PEDOT 나노입자의 예방/구조 효능의 평가.
3 주 동안 48-웰 MEA 상에서 배양된, MPP+-처리된 마우스 복부 중뇌/피질 공배양물에 대한 본 발명의 나노입자의 예방/구조 효능을 시험했다. 나노 입자의 예방/구조 효과의 평가는 미세 전극 어레이 (MEA) 칩 상에 플레이팅된 뉴런의 공배양물의 세포외 전기 활동의 측정을 통해 수행했다.
1-메틸-4-페닐 피리디늄 요오다이드 (MPP+) 를 사용하여 시험관 내 마우스 뉴런에서 파키슨병 표현형의 유도를 수행했다.
물질 및 방법
일차 세포 배양, 처리 조건
1-메틸-4-페닐 피리디늄 요오다이드 (MPP+) 를 사용하여 시험관 내 마우스 뉴런에서 파키슨병 표현형의 유도를 수행했다. 마우스를 경추 탈구에 의해 희생시켰다. 조직을 효소적 소화 (133,3 Kunitz units/㎖ DNase; 10 Units/㎖ 파파인) 및 기계적 분쇄에 의해 해리시키고, 계수하고, 생활력 제어하고, MEA 상에서 라미닌 (10 ㎍/㎖), 10% 소 태아 혈청 및 10% 말 혈청을 함유하는 20 ㎕ 드롭의 DMEM 에 플레이팅했다. MEA 상에서 배양물을 37 ℃ 에서 10% CO2 분위기에서 사용을 위해 준비될 때까지 인큐베이션했다. 배양물 배지에 10% 말 혈청을 함유하는 DMEM 를 1 주일에 2 회 보충했다.
"나노입자" 군에서, 웰을 제 7 일에 실시예 11 로부터의 나노입자의 현탁액 ([PEDOT] = 500 μM) 으로 처리하고, 그 후 제 8 일에 20 μM 의 MPP+ 로 처리했다. "컨트롤" 군에서, 웰에 제 7 일에 물을 첨가하고, 이후 제 8 일에 물을 첨가했다. "MPP+" 군에서, 웰에 제 7 일에 물을 첨가하고, 그 후 제 8 일에 20 μM 의 MPP+ 를 첨가했다.
MPP+ (또는 "컨트롤" 군의 경우에는 물) 첨가 이십사 (24) 시간 후에, 배지를 교체하여 MPP+ 의 세정을 달성했다. 그 후 배지를 1 주일에 2 회 교체했다.
제 21 일에, 120 분의 뉴런 활동을 기록했고, 30 분의 안정적인 활동을 분석했다.
미소전극 어레이 뉴로칩
48 웰 미소전극 어레이 뉴로칩을 Axion Biosystems Inc. 로부터 구입했다. 이들 칩은 웰 당 16 개의 패시브 전극을 갖는다. 표면을 1 시간 동안 폴리에틸렌이민 (PEI, 보레이트 완충제 중 50%) 으로 코팅하고, 세정하고, 공기 건조시켰다.
다중채널 기록 및 다중파라미터 데이타 분석
기록을 위해, Axion Biosystems (USA) 에 의한 다중채널 MAESTRO 기록 시스템을 사용했다. 세포외 기록을 위해, 48-웰 MEA 를 MAESTRO 기록 스테이션 내에 배치하고, 37 ℃ 에서 유지했다. 기록을 DMEM/10% 열 불활성화된 말 혈청에서 수행했다. 10% CO2 를 함유하는 여과되는, 가습 기류의 연속적 스트림으로 pH 를 7.4 에서 유지했다.
각각의 유닛은 하나의 전극에서 기록된 하나의 뉴런으로부터 기원하는 활동을 나타낸다. 유닛을 기록의 시작시에 분리한다. 각각의 유닛에 대해, 활동 전위 (즉, 스파이크) 를 스파이크 트레인으로서 기록하고, 이를 소위 "버스트" 로 클러스터링한다. 버스트를 프로그램 Spike Wrangler 및 NPWaveX (둘 모두 NeuroProof GmbH, Rostock, Germany 을 사용하여 직접 스파이크 트레인 분석을 통해 정량적으로 기술했다. 버스트는 짧은 스파이크 이벤트의 시작 및 종료에 의해 정의되었다.
네트워크 활동 패턴의 다중파라미터 고함유량 분석으로, 204 개의 활동-기술 스파이크 트레인 파라미터를 추출했다. 이들 파라미터는 하기 네 개의 카테고리에서 활동 변화의 정밀한 묘사를 얻는 것을 허용한다: 일반 활동, 버스트 구조, 진동 거동 및 동기성.
신경망에 대한 MPP+ 에 의해 유도되는 기능적 효과 및 본 발명의 나노입자의 예방/구조 효능을 위에 기재된 파라미터를 통해 평가했다.
활동의 30-90 분 안정화 후에 30 분 범위에서 취한 60 초 빈 데이터로부터 제 21일의 자발적인 자연 활동과 관련된 값을 도출했다. 결과 (파라미터 값) 를 독립적 네트워크의 평균 ± SEM 로서 표현했다. "나노입자" 군의 경우, 적어도 5 개의 활동 웰, "컨트롤" 군의 경우, 적어도 20 개의 활동 웰, 및 "MPP+" 군의 경우, 적어도 20 개의 활동 웰 ("활동" 은 웰이 전기적 활동을 측정하기에 충분한 수의 전극을 갖는 것을 의미한다) 을 분석에 포함시켰다. 절대 파라미터의 분포를 정규성에 대해 시험했고, 군 사이의 통계적 유의성을 일방 ANOVA 를 통해 평가했다.
복합 효과를 평가하기 위해서, 선별된 204 개의 파라미터의 멀티파라미터 결과로 "효과 점수" 로 명명되는 단일 파라미터를 추정했다. 그것은 선별된 특색의 선형 조합이며, 데이타세트를 평균 값이 "0" 인 "컨트롤" 군 및 평균 값이 "1" 인 "MPP+" 군을 갖는 벡터로 변환한다. "컨트롤" 군과 "MPP+" 군 사이에 최선 구별을 발견하도록 최적화된, 측정된 파라미터 204 개 중 20 개의 특색 선별을 통해 효과 점수의 Z-인자의 계산을 수행했다 (Kuemmel A, et al., J Biomol Screen., 2010, 15(1), 95-101: Integration of multiple readouts into the z' factor for assay quality assessment).
효과 점수 분석을 도 17 에 나타낸다.
본 발명의 나노입자의 예방/구조 효능을 표 8 에 나타낸다.
표 8: 신경망에 대한 MPP+-유도된 효과에 대한, 본 발명의 PEDOT 나노입자 (실시예 11 로부터의) 의 효과 점수 및 예방/구조 효능의 요약.
Figure pct00009
도 17 및 표 8 은, 본 발명의 PEDOT 나노입자에 의한 신경망의 전처리가 신경망에 대한 MPP+-유도된 기능적 효과를 예방/구조하는 것을 보여준다.
이들 결과는 신경망에 대한 MPP+-유도된 기능적 효과를 예방/구조하는 본 출원에 기재된 나노입자의 능력을 강조한다.
실시예 13. 100 이하의 낮은 비유전율을 갖는 절연체 물질로 제조된 나노입자의 합성: 음성 표면 전하를 갖는 생체적합성 코팅으로 코팅된 하프늄 산화물 나노입자의 합성.
염기성 pH 에서 테트라메틸 암모늄 수산화물 (TMAOH) 로 하프늄 염화물 (HfCl4) 을 침전시킴으로써 하프늄 산화물 (HfO2) 나노입자를 합성했다. 생성된 현탁액을 오토클레이브로 옮기고, 110℃ 초과의 온도에서 가열했다. 냉각 후에, 현탁액을 탈이온수로 세척하고 산성화시켰다.
나트륨 헥사메타포스페이트를 사용하여 표면 작용화를 수행했다. 표면 상에서 단층 커버리지의 적어도 절반 (2.5 분자/㎚2) 에 도달하기에 충분한 질량의 나트륨 헥사메타포스페이트를 나노입자의 현탁액에 첨가했다. 나노입자의 현탁액을 밤새 교반하고 그 후 pH 를 7 로 조정했다.

Claims (14)

  1. 전기장에의 또는 임의의 기타 외부 활성화원에의 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 노출 없이 대상체에서 신경 질환 또는 그의 적어도 하나의 증상의 예방 또는 치료에서 사용하기 위한 나노입자 또는 나노입자의 응집체로서, 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 물질은 전도체 물질, 반도체 물질, 유전율 εijk 200 이상의 절연체 물질, 및 유전율 εijk 100 이하의 절연체 물질로부터 선택되며, i) 집단의 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 코어의 중앙 최대 크기는 물질이 전도체 물질, 반도체 물질 또는 유전율 εijk 200 이상의 절연체 물질일 때 적어도 30 ㎚ 이고, ii) 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 코어는 전해질의 농도 0.001 내지 0.2 M, 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 물질의 농도 0.01 내지 10 g/L 및 pH 6 내지 8 을 갖는 물의 용액에서 측정될 때 중성 또는 음성 표면 전하를 제공하는 생체적합성 코팅으로 코팅되는, 나노입자 또는 나노입자의 응집체.
  2. 제 1 항에 있어서, 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 물질은 표준 환원 전위 E°0.2 초과의 금속 및 인접 sp2 혼성 탄소 중심을 그것의 구조에 갖는 유기 물질로부터 선택되는 전도체 물질인, 나노입자 또는 나노입자의 응집체.
  3. 제 2 항에 있어서, 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 물질은 금속성 나노입자 (여기에서 금속성 원소는 Ir, Pd, Pt, Au, 또는 임의의 그의 혼합물이다), 및 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리아세틸렌, 폴리티오펜, 폴리카르바졸 및/또는 폴리피렌으로 이루어지는 유기 나노입자로부터 선택되는, 나노입자 또는 나노입자의 응집체.
  4. 제 1 항에 있어서, 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 물질은 3.0 eV 미만의 밴드 갭 Eg 의 반도체 물질인, 나노입자 또는 나노입자의 응집체.
  5. 제 4 항에 있어서, 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 물질은 멘델레예프 주기율표의 IVA 족 원소, 또는 멘델레예프 주기율표의 III 및 V 족 원소의 혼합 조성물, 또는 멘델레예프 주기율표의 II 및 VI 족 원소의 혼합 조성물로 이루어지는, 나노입자 또는 나노입자의 응집체.
  6. 제 5 항에 있어서, 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 물질은 멘델레예프 주기율표의 IVA 족 원소로 이루어지고, Al, B, Ga, In 및 P 로부터 선택되는 전하 운반체로 도핑되는, 나노입자 또는 나노입자의 응집체.
  7. 제 1 항에 있어서, 물질은 3.0 eV 이상의 밴드 갭 Eg 을 갖는 절연체 물질이고, 비유전율 εijk 은 20℃ 내지 30℃ 및 102 Hz 내지 적외선 주파수에서 측정되는, 나노입자 또는 나노입자의 응집체.
  8. 제 7 항에 있어서, 물질은 3.0 eV 이상의 밴드 갭 Eg 을 갖는 절연체 물질이고, 비유전율 εijk 은 200 이상이고, 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 물질은 BaTiO3, KTaNbO3, KTaO3, SrTiO3 및 BaSrTiO3 로부터 선택되는 혼합 금속 산화물인 유전 물질인, 나노입자 또는 나노입자의 응집체.
  9. 제 7 항에 있어서, 물질은 3.0 eV 이상의 밴드 갭 Eg 을 갖는 절연체 물질이고, 비유전율 εijk 은 100 이하이고, 나노입자 또는 나노입자의 응집체의 물질은 ReO2, ZrO2 및 HfO2 로부터 선택되는 금속 산화물인, 나노입자 또는 나노입자의 응집체.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 신경 질환은 파킨슨병, 알츠하이머병, 간질, 강박 장애, 자폐 스펙트럼 장애, 우울 장애, 근육긴장이상증, 투렛 증후군, 정신분열증, 뇌졸중, 실어증, 치매, 이명, 헌팅턴병, 본태성 떨림, 양극성 장애, 불안 장애, 중독 장애, 의식 식물 상태, 및 그의 적어도 하나의 증상으로부터 선택되는, 나노입자 또는 나노입자의 응집체.
  11. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 나노입자 및/또는 나노입자의 응집체 및 약학적으로 허용가능한 지지체를 포함하는 조성물로서, 조성물은 전기장에의 또는 임의의 기타 외부 활성화원에의 나노입자 및/또는 나노입자의 응집체의 노출 없이 대상체에서 신경 질환 또는 그의 적어도 하나의 증상의 예방 또는 치료에서 사용하기 위한 것인 조성물.
  12. 제 11 항에 있어서, 조성물은 적어도 둘의 구별되는 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 나노입자 및/또는 나노입자의 응집체를 포함하는, 조성물.
  13. 적어도 둘의 구별되는 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 나노입자 및/또는 나노입자의 응집체를 포함하는 키트.
  14. 제 13 항에 있어서, 전기장에의 또는 임의의 기타 외부 활성화원에의 나노입자 및/또는 나노입자의 응집체의 노출 없이 대상체에서 신경 질환 또는 그의 적어도 하나의 증상의 예방 또는 치료에서 사용하기 위한 것인, 키트.
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