MX2011007058A - Agentes de contrastes de nanoparticula para imagenes de diagnostico. - Google Patents

Abstract

Se proporcionan nanopartículas (10) funcionalizadas con al menos una porción zwiteriónica, y composiciones que comprenden dichas nanopartículas. Las nanopartículas (10) tienen características que dan como resultado una retención mínima de las partículas en el cuerpo comparado con otras nanopartículas. La nanopartícula (10) comprende un núcleo (20), que tiene una superficie de núcleo (30) esencialmente libre de sílice y una cubierta (40) unida a la superficie de núcleo (30). La cubierta (40) comprende al menos una porción zwiteriónica funcionalizada con silano. Además, se proporcionan métodos para hacer dichas nanopartículas y métodos para su uso como agentes de diagnóstico.

Description

AGENTES DE CONTRASTES DE NANOPARTICU LA PARA I MAGENES DE DIAGNOSTICO ANTECEDENTES Esta solicitud se refiere generalmente a agentes de contraste para imágenes de diagnóstico, tal como para usarse en rayos X/Tomografía Computarizada (CT) o I mágenes de Resonancia Magnética (MRI). Más particularmente, la solicitud se refiere a agentes de contraste basados en nanopartículas, y métodos para hacer y utilizar tales agentes.

Casi todos los agentes de contraste de diagnóstico cl ínicamente aprobados están basados en pequeña molécula. Los compuestos aromáticos yodados han servido como agentes de contraste de rayos X o CT estándares, mientras los quelatos Gd se utilizan para Imágenes de Resonancia Magnética. Aunque comúnmente se utilizan para imágenes de diagnóstico, los agentes de contraste de pequeña molécula pueden sufrir de ciertas desventajas tales como filtración de paredes de vaso sanguíneo que lleva un tiempo de circulación de sangre corto, sensibilidad inferior, alta viscosidad, y alta osmolaridad. Estos compuestos generalmente se han asociado con complicaciones renales en algunas poblaciones de paciente. Esta clase de agentes de molécula pequeña es conocida por eliminarse del cuerpo rápidamente, limitando el tiempo en el cual pueden utilizarse para crear imágenes efectivamente del sistema vascular así como, con respeto a otras indicaciones, hace difícil apuntar estos agentes a sitios de enfermedad. De esa forma existe una necesidad de una nueva clase de agentes de contraste.

Las nanopartículas se están estudiando ampliamente para usos en aplicaciones médicas, tanto de diagnóstico como terapéuticas. Aunque solamente se han aprobado pocos agentes basados en nanopartículas para aplicaciones de imágenes de resonancia magnética y para aplicaciones de suministro de fármaco, cientos de tales agentes aún están en desarrollo. Existe una evidencia substancial de que las nanopartículas tienen beneficios en agentes basados en pequeña molécula actualmente utilizados en términos de eficacia para diagnóstico y terapéutica. Sin embargo, el efecto del tamaño de partícula, estructura, y propiedades de superficie en la bio-distribución in vivo y la eliminación de nanopartículas no es bien entendido. Las nanopartículas, dependiendo de su tamaño, tienden a permanecer en ei cuerpo por periodos más largos comparado con pequeñas moléculas. En el caso de agentes de contraste, se prefiere tener una eliminación renal máxima de los agentes del cuerpo sin causar toxicidad de corto plazo o de largo plazo a cualquiera de los órganos.

En vista de lo anterior, existe una necesidad de agentes de contraste basados en nanopartícula o agentes de imágenes con propiedades mejoradas, particularmente relacionadas con eliminación renal y efectos de toxicidad.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION La presente invención proporciona una nueva clase de agentes de contraste basados en nanopartícula para rayos X, CT y MRI . Los presentes inventores han encontrado que las nanopartículas funcionalizadas con grupos zwiteriónicos sorprendentemente han mejorado características de imágenes comparado con agentes de contraste de molécula pequeña. Las nanopartículas de la presente invención tienen características que resultan en retención mínima de las partículas en el cuerpo comparado con otras partículas. Estas nanopartículas pueden proporcionar desempeño y beneficio mejorado en una o más de las siguientes áreas: síntesis voluminosa, costo reducido, mejora de contraste de imagen, vida media de sangre aumentada, y toxicidad disminuida.

La presente invención está dirigida a nanopartículas y a una composición que comprende dichas nanopartículas. Además, la invención está dirigida a un método para hacer dichas nanopartículas y métodos de su uso, así como su uso.

De esa forma, un aspecto de la invención se refiere a una nanopartícula. La nanopartícula comprende un núcleo, que tiene una superficie de núcleo esencialmente libre de sílice, y una cubierta unida en la superficie de núcleo. La cubierta comprende al menos una porción zwiteriónica funcionalizada con silano. En una modalidad, el núcleo comprende un metal de transición. En otra modalidad, el núcleo comprende un compuesto metálico de transición seleccionado del grupo consiste de óxidos, carburos, sulfuros , n itruros, fosfuros, boruros, haluros, seleniuros, teluros, o combinaciones de los mismos. En una modalidad, el núcleo comprende un metal con un número atómico >34.

En algunas modalidades, la nanopartícula comprende un núcleo de óxido de tantalio, que tiene una superficie de núcleo esencialmente libre de sílice, y una cubierta unida la superficie de n úcleo, en donde la cubierta comprende al menos una porción de zwiteriónica funcionalizada con silano. La nanopartícula tiene un tamaño de partícula promedio de hasta aproximadamente 6 nm .

En algunas otras modalidades, la nanopartícula comprende un núcleo de dióxido de hierro súper-paramagnético, que tiene una superficie de núcleo esencialmente libre de sílice, y una cubierta unida a la superficie de núcleo, en donde la cubierta comprende al menos una porción zwiteriónica funcionalizada con silano. Las nanopartículas tienen un tamaño de partícula promedio de hasta aproximadamente 50 nm.

En una o más modalidades, la invención se refiere a una composición de agente de diagnóstico. La composición comprende una pluralidad de nanopartículas, en donde al menos una nanopartícula de la pluralidad comprende un núcleo, que tiene una superficie de núcleo esencialmente libre de sílice, y una cubierta unida a la superficie de núcleo. La cubierta comprende al menos una porción zwiteriónica funcionalizada con silano. En algunas modalidades, la composición además comprende un portador farmacéuticamente aceptable y opcionalmente uno o más excipientes .

U n aspecto de la invención se refiere a métodos para hacer nanopartículas. El método comprende (a) proporcionar u n núcleo, que tiene una superficie de núcleo esencialmente libre de sílice, y (b) disponer una cubierta unida a la superficie de núcleo, en donde la cubierta comprende una porción zwiteriónica funcionalizada con silano.

Otro aspecto de la invención está dirigido a un método que comprende administrar una composición de agente de diagnóstico a un sujeto y crear imágenes del sujeto con un dispositivo de rayos X. La composición de agente de diagnóstico comprende una pluralidad de nanopartículas, en donde al menos una nanopartícula de la pluralidad comprende un núcleo y una cubierta. La cubierta comprende al menos una porción zwiteriónica funcionalizada con silano. En una o más modalidades, el núcleo comprende óxido de tantalio.

En algunas modalidades, el método comprende administrar una composición de agente de diagnóstico a un sujeto, y crear imágenes del sujeto con un dispositivo de diagnóstico. La composición de agente de diagnóstico comprende una pluralidad de nanopartículas. Al menos una nanopartícula de la pluralidad comprende un núcleo, que tiene una superficie de núcleo esencialmente libre de sílice, y una cubierta unida a la superficie de núcleo. La cubierta comprende al menos una porción zwiteriónica funcionalizada con silano.

En una o más modalidades, el método de uso además comprende verificar el suministro de la composición de agente diagnóstico al sujeto con el dispositivo de diagnóstico y diagnosticar al sujeto. En algunas modalidades, el dispositivo de diagnóstico emplea un método de imágenes seleccionado del grupo que consiste de imágenes de resonancia magnética, imágenes ópticas, tomografía de coherencia óptica, rayos X, tomografía computerizada, tomografía de emisión de positrón, o combinaciones de los mismos.

Otro aspecto de la invención se refiere al uso de nanopartículas 1 0 descrito previamente para la fabricación de una composición para uso como una composición de agente de diagnóstico.

DIBUJOS Estas y otras características, aspectos , y ventajas de la presente invención se entenderán mejor cuando se lee la siguiente descripción detallada con referencia a los dibujos anexos en donde caracteres similares representan partes similares a través de los dibujos, en donde: La Figura 1 ilustra una vista transversal de una nanopartícula que comprende un núcleo y una cubierta, de acuerdo con algunas modalidades de la presente invención.

La Figura 2 describe ácidos orgánicos y bases orgánicas de los cuales pueden formarse los grupos funcionales zwiteriónicos.

Las Figuras 3A, 3B, 3C y 3D describen porciones zwiteriónicas funcionaiizadas con silano, que pueden reaccionar con el núcleo para producir una cubierta que comprende porciones zwiteriónicas funcionaiizadas con silano.

DESCRI PCION DETALLADA La siguiente descripción detallada es ilustrativa y no pretende limitar la invención de la aplicación o los usos de la invención . Además, no hay intención de limitarse por ninguna teoría presentada en los antecedentes precedentes de la invención o la siguiente descripción detallada.

En la siguiente especificación y las reivindicaciones a continuación, se hará referencia a un número de términos que tienen los siguientes significados. Las formas singulares "un", "uno" y "el" incluyen referentes plurales a menos que el contexto claramente lo indique de otra forma. El lenguaje aproximado, como se utiliza aquí a través de la especificación de las reivindicaciones, puede aplicarse para modificar cualquier representación cuantitativa que podría variar permisiblemente sin resultar en un cambio en la función básica a la cual está relacionado. Por consiguiente, un valor modificado por un término tal como "aproximadamente1' no va estar limitado al valor preciso especificado. En algunos casos, el lenguaje de aproximación puede corresponder a la precisión del instrumento para medir el valor. Similarmente, "libre" puede utilizarse en combinación con un término, y puede incluir un número insustancial, o cantidades de rastro, mientras aún se consideran libres del térm ino modificado. Por ejemplo, libre de solvente o libre de solvente, y términos y frases similares, pueden hacer referencia a un caso en donde una porción significativa, y parte, o todo el solvente se ha removido de un material solvatado.

U na o más modalidades de la invención están relacionadas a u na nanopartícula, como se describe en la Figura 1 . La nanopartícula 1 0 comprende un núcleo 20, que tiene una superficie de núcleo 30 esencialmente libre de sílice. En una o más modalidades, el núcleo 20 contiene un metal de transición , por ejemplo, un compuesto de un elemento metálico de transición. La nanopartícula 1 0 además incluye una cubierta 40, también denominada como un revestimiento, unido a la superficie de núcleo 30. La cubierta 40 comprende al menos una porción zwiteriónica funcionalizada con silano. Debido a que la superficie de núcleo 30 está esencialmente libre de sílice, las porciones zwiteriónicas funcionalizadas con silano no están unidas a sílice, sino que están unidas al núcleo 20 en la superficie de núcleo 30 sin ninguna capa de sílice en intervención. La porción zwiteriónica funcionalizada con silano comprende una porción de silano y una porción zwiteriónica. Como se utiliza aquí , el término "porciones zwiteriónicas'' se refiere a una porción que es eléctricamente neutra pero porta cargas positivas y negativas formales en diferentes átomos. Los zwiteriones son polares y solamente tienen una alta solubilidad en agua y una pobre solubilidad en la mayoría de los solventes orgánicos. En algunas modalidades, la "porción zwiteriónica" se refiere a un precursor a una porción zwiteriónica. En tales modalidades, el precursor se somete a una reacción química secundaria subsecuente para formar una porción zwiteriónica.

La "nanopartícula" como se utiliza aqu í se refiere a nanopartículas que tienen un tamaño de partícula en la escala de nanómetro, generalmente menor que 1 pm . En una modalidad, la nanopartícula tiene un tamaño de hasta aproximadamente 50 nm . En otra modalidad, la nanopartícula tiene un tamaño de partícula de hasta aproximadamente 10 nm. En otra modalidad, la nanopartícula tiene un tamaño de partícula de hasta aproximadamente 6 nm .

Una o más modalidades de la presente invención están relacionadas a una composición que comprende una pluralidad de nanopartículas. Una pluralidad de nanopartículas puede estar caracterizada por uno o más de tamaño de partícula mediano, diámetro o tamaño de partícula promedio, distribución de tamaño de partícula, área de superficie de partícula promedio, forma de partícula, o geometría transversal de partícula. Además, una pluralidad de nanopartículas puede tener una distribución de tamaños de partícula que puede estar caracterizada por un tamaño promedio de número y un tamaño de partícula promedio de peso. El tamaño de partícula promedio de número puede representarse por SN =?( Si n i)/?n¡, en donde n¡ es el número de partículas que tiene un tamaño de partícula s¡. El tamaño de partícula promedio de peso puede representarse por Cuando todas las partículas tienen el mismo tamaño, SN y Sw pueden ser iguales. En una modalidad, puede existir una distribución de tamaños, y SN puede ser diferente de Sw. La relación de promedio de peso al promedio de número puede definirse como el índice de polidispersión (SPOI). En una modalidad, SPOi puede ser igual a aproximadamente 1. En otras modalidades, respectivamente SPDi puede ser en un rango de aproximadamente 1 hasta aproximadamente 1.2, desde aproximadamente 1.2 hasta aproximadamente 1.4, desde aproximadamente 1.4 hasta aproximadamente 1.6, o desde aproximadamente 1.6 hasta aproximadamente 2.0. En una modalidad, SPOI puede estar en un rango que es mayor que aproximadamente 2.0.

En una modalidad una pluralidad de nanopartículas puede tener una distribución de tamaño de partícula seleccionada de un grupo que consiste de distribución normal, distribución monomodal, y distribución bimodal. Ciertas distribuciones de tamaño de partícula pueden ser útiles para proporcionar ciertos beneficios. Una distribución monomodal puede referirse a una distribución de tamaños de partícula distribuidos sobre un modo individual. En otra modalidad, las poblaciones de partículas que tienen dos rangos de tamaño sub-población distintos (una distribución bimodal) pueden incluirse en la composición.

Una nanopartícula puede tener una variedad de formas y geometrías transversales que pueden depender, en parte, del proceso utilizado para producir las partículas. En una modalidad , una nanopartícula puede tener una forma que es una esfera, una barra , un tubo, una hojuela, una fibra, una placa, un cable, un cubo, o un bigote. Una nanopartícula puede incluir partículas que tienen dos o más de las formas antes mencionadas. En una modalidad, una geometría transversal de la partícula puede ser uno o más de circular, de elipse, triangular, rectangular, o poligonal . En una modalidad, una nanopartícula puede consistir esencialmente de partículas no esféricas. Por ejemplo, tales partículas pueden tener la forma de elipsoides, que pueden tener los tres ejes principales de diferentes longitudes, o pueden ser elipsoides oblatos o prelados de revolución . Las nanopartículas no esféricas alternativamente pueden ser de forma laminal, en donde laminal se refiere a partículas en las cuales la dimensión máxima a lo largo de un eje es substancialmente menor que la dimensión máxima a lo largo de cada uno de otros dos ejes. Las nanopartículas no esféricas también pueden tener la forma de frusta de pirámides o conos, o de barras alargadas. En una modalidad, las nanopartículas pueden ser de forma irregular. En una modalidad, una pluralidad de nanopartículas puede consistir esencialmente de nanopartículas esféricas.

Una población de nanopartículas puede tener una alta relación de superficie o volumen. Una nanopartícula puede ser cristalina o amorfa. En una modalidad, un tipo individual (tamaño, forma, o similares) de nanopartícula puede utilizarse, o mezclas de diferentes tipos de nanopartículas pueden utilizarse. Si se utiliza una mezcla de nanopartículas pueden distribuirse homogénea o no homogéneamente en la composición.

En una modalidad, la nanopartícula puede ser estable hacia la formación de agregado o aglomerado. U n agregado puede incluir más de una nanopartícula en contacto físico con otra, mientras los ag lomerados pueden incluir más de un agregado en contacto físico con otro. En algunas modalidades, las nanopartículas pueden aglomerarse y/o agregarse fuertemente para que las partículas puedan dispersarse de forma relativamente fácil en la composición.

En una modalidad , el núcleo comprende un metal de transición.

Como se utiliza aqu í, "metal de transición' se refiere a elementos de los grupos 3-12 de la Tabla Periódica. En ciertas modalidades, el núcleo comprende uno o más compuestos de metal de transición , tal como óxidos, carburos, sulfuros, nitruros, fosfuros, boruros, haluros, seleniuros, y teluros, que contienen uno o más de estos elementos de metal de transición. Por consiguiente, en esta descripción el término "metal'' no necesariamente implica estar presente a un metal de valencia cero; en vez de esto, el uso de este término significa la presencia de un material metálico o no metálico que contiene un elemento de metal de transición como un constituyente.

En algunas modalidades, la nanopartícula puede comprender un n úcleo individual. En algunas otras modalidades, la nanopartícula puede comprender una pluralidad de núcleos. En modalidades en donde la nanopartícula comprende una pluralidad de núcleos, los núcleos pueden ser los mismos o diferentes. En algunas modalidades, la composición de nanopartícula comprende al menos dos núcleos. En otras modalidades, cada una de la composición de nanopartícula comprende únicamente un núcleo.

En algunas modalidades, el núcleo comprende un compuesto de metal de transición individual. En otra modalidad, el núcleo comprende dos o más compuestos de metal de transición . En modalidades en donde el núcleo comprende dos o más compuestos de metal de transición , el elemento de metal de transición o el catión de metal de transición pueden ser del mismo elemento o de dos o más elementos diferentes. Por ejemplo, en una modalidad, el núcleo puede comprender un compuesto de metal individual, tal como óxido de tantalio u óxido de hierro. En otra modalidad, el núcleo puede comprender dos o más elementos de metal diferentes, por ejemplo óxido de tantalio y óxido de hafnio y óxido de tantalio y nitruro de hafnio, u óxidos de fierro y manganeso. En otra modalidad, el núcleo puede comprender dos o más compuestos del mismo elemento de metal, por ejemplo óxido de tantalio y sulfuro de tantalio.

En una modalidad, el núcleo crea una mejora de contraste en imágenés de rayos X o de tomografía computarizada (CT) . Un escáner CT convencional utiliza un espectro amplio de energ ía de rayos X entre aproximadamente 1 0 keV y aproximadamente 1 50 keV. Aquellos expertos en la técnica reconocerán que la cantidad de atenuación de rayos X que pasa a través de un material particular por longitud de unidad se expresa como el coeficiente de atenuación lineal. A un espectro de energ ía de rayos X típico en imágenes CT, la atenuación de materiales está dominada por el efecto de absorción fotoeléctrica y el efecto de Dispersión, Compton. Además, el coeficiente de atenuación lineal es bien conocido para hacer una función de la energía de los rayos X incidentes, la densidad del material (relacionada con concentración molar), y el número atómico (Z) del material. Para compuestos moleculares o mezclas de diferentes átomos el 'número atómico efectivo', 'Ze , puede calcularse como una función del número atómico de los elementos constituyentes. El número atómico efectivo de un compuesto de fórmula química conocida se determina de la relación: en donde Zk es el número atómico de elementos metálicos, P la cantidad total de elementos de metal, con wfk es la fracción de peso de elementos de metal con respecto al peso molecular total de la molécula (relacionado con la concentración molar). La elección óptima de la energía de rayos X incidente para imágenes CT es una función del tamaño del objeto del que se van a crear imágenes y no se espera que varíe mucho de los valores nominales. Es bien conocido que el coeficiente de atenuación lineal del material de agente de contraste es linealmente dependiente de la densidad del material, es decir, el coeficiente de atenuación lineal puede aumentar si la densidad de material aumenta o si la concentración molar del material de contraste aumenta. Sin embargo, los aspectos prácticos de inyectar material de agente de contraste en pacientes, y los efectos de toxicidad asociados, limitan la concentración molar que puede lograrse. Por lo tanto es razonable separar materiales de agente de contraste potenciales de acuerdo con su número atómico efectivo. Basándose en simulaciones de la mejora de contraste CT de materiales típicos para un espectro de energ ía CT típico con una concentración molar de aproximadamente 50 mM, se estima que los materiales con un número atómico efectivo mayor que o igual a 34 pueden generar mejora de contraste apropiada de aproximadamente 30 unidades Hounsfield (HU) , o 3% de contraste más alto que el agua . Por lo tanto, en ciertas modalidades el núcleo comprende un material que tiene un número atómico efectivo mayor que o igual a 34. Ver, por ejemplo, Capítulo 1 en Handbook of Medical Imaging , volumen 1 . Physics and Psychophysics, edición J . Beutel, H . L. Kundel, R. L. Van Metter. SPI E Press, 2000.

Un núcleo que contiene metales de transición con un número atómico relativamente alto como se describe anteriormente puede proporcionar modalidades que tienen ciertas características deseables. En tales modalidades, el núcleo es substancialmente radiopaco, lo que significa que el material de núcleo prohibe significativamente que menos radiación de rayos X pase que los materiales típicamente encontrados en organismos vivos, proporcionando potencialmente a las partículas utilidad como agentes de contraste en aplicaciones de imágenes de rayos X, tal como tomografía computerizada (CT). Ejemplos de elementos de metal de transición que puede proporcionar esta propiedad incluyen tungsteno, tantalio, hafnio, circonio, molibdeno, plata, y zinc. El óxido de tantalio es un ejemplo particular de una composición de núcleo adecuada para uso en aplicaciones de imágenes de rayos X. En una o más modalidades, el núcleo de la nanopartícula comprende óxido de tantalio y la nanopartícula tiene un tamaño de partícula de hasta aproximadamente 6 nm. Esta modalidad puede ser particularmente atractiva para aplicaciones en técnicas de imágenes que aplican rayos X para generar datos de imágenes, debido al alto grado de radio opacidad del núcleo que contiene tantalio y el pequeño tamaño que ayuda a la limpieza renal rápida , por ejem plo.

En algunas modalidades, el núcleo de la nanopartícula comprende al menos aproximadamente 30% de material de metal de transición en peso. En ciertas modalidades, el núcleo comprende al menos aproximadamente 50% de material de metal en peso. I ncluso en modalidades adicionales, el otro comprende al menos aproximadamente 75% de material de metal de transición en peso. Tener un contenido de material de metal de transición alto en el núcleo proporciona a la nanopartícula con un grado más alto de radio opacidad por volumen de unidad, impartiendo consecuentemente más desempeño eficiente como un agente de contraste.

En otra modalidad, el núcleo comprende material que exhibe comportamiento magnético, que incluye, por ejemplo, comportamiento súper-paramagnético. El "material súper- paramagnético" como se utiliza aquí se refiera al material que puede exhibir un comportamiento similar al paramagnetismo incluso cuando a temperaturas bajo Kuri o temperatura Néel. Ejemplos de materiales magnéticos o súper-paramagnéticos potenciales incluyen materiales que comprenden uno o más de hierro, manganeso, cobre, cobalto, o n íquel. En una modalidad, el material súper-paramagnético comprende óxido de hierro súper-paramagnético. En algunas modalidades, las nanopartículas de la presente invención pueden utilizarse como agentes de contraste de resonancia magnética (MR) . Estas nanopartículas pueden generar una señal de resonancia magnética T2*, T2, o T1 con exposición a un campo magnético. En una o más modalidades, el núcleo de la nanopartícula comprende óxido de hierro súper-paramagnético y la nanopartícula tiene un tamaño de partícula de hasta aproximadamente 50 nm .

En una modalidad, la nanopartícula 1 0 comprende una cubierta 40 que cubre substancialmente el núcleo 20. Esta cubierta 40 puede servir para estabilizar el núcleo 20, es decir, la cubierta 40 puede prevenir que un núcleo 20 contacte un núcleo adyacente 20, con lo cual previene que una pluralidad de nanopartícula 1 0 se agregue o aglomere como se describe aquí , al prevenir la lixiviación de metal u óxido de metal, por ejemplo, en el escala de tiempo de experimentos de imágenes in vivo. En un ejemplo, la cubierta 40 puede ser de un grosor suficiente para estabilizar el núcleo 20 y para prevenir tal contacto. En una modalidad, la cubierta 40 tiene un grosor promedio de hasta aproximadamente 50 nm . En otra modalidad, la cubierta 40 tiene un grosor promedio de hasta aproximadamente 3 nm.

Como se utiliza aqu í, el término "que cubre substancialmente" significa que una cubierta de superficie en porcentaje de la nanoparticula es mayor que aproximadamente 20%. La cubierta de superficie en porcentaje se refiera a la relación de superficie de nanoparticula cubierta por la cubierta al área de superficie no cubierta por la cubierta. En algunas modalidades, la cubierta de superficie de porcentaje de la nanoparticula puede ser mayor que aproximadamente 40%.

En algunas modalidades, la cubierta puede facilitar la solubilidad de agua mejorada, reducir la formación de agregado, reducir la formación de aglomerado, prevenir la oxidación de nanopartículas, mantener la uniformidad de la entidad de núcleo-cubierta, o proporcionar biocompatibilidad para las nanopartículas. En otra modalidad , los materiales que comprenden la cubierta además pueden comprender otros materiales que están adaptados para una aplicación particular, tal como, pero no limitándose a, aplicaciones de diagnóstico. Por ejemplo, en una modalidad, la nanoparticula además puede ser funcionalizada con un ligando de objetivo. El ligando de objetivo puede ser una molécula o una estructura que proporciona objetivo de las nanopartículas a un órgano deseado, tejido o célula. El ligando de objetivo puede incluir, pero no está limitado a, proteínas, péptidos, anticuerpos, ácidos no cl ínicos, derivados de azúcar, o combinaciones de los mismos. En algunas modalidades, la nanoparticula además comprende agentes de objetivo para que, cuando se utilizan como agentes de contraste , las partículas puedan apuntarse a áreas enfermas específicas del cuerpo del sujeto. En algunas modalidades, las nanopartlculas pueden utilizarse como agentes de acumulación de sangre.

Los núcleos pueden estar cubiertos con una o más cubiertas.

En algunas modalidades, una pluralidad de núcleos puede estar cubierta con la misma cubierta. En una modalidad como una cubierta individual puede cubrir todos los núcleos presentes en la composición de nanopartícula. En algunas modalidades, los núcleos individuales pueden estar cubiertos con una o más cubiertas. En otra modalidad, todos los núcleos presentes en la nanopartícula pueden estar cubiertos con dos o más cubiertas. Una cubierta individual puede comprender el mismo material o puede comprender dos o más materiales diferentes. En modalidades en donde el núcleo puede estar cubierto con más de una cubierta, la cubierta puede ser de un material igual o diferente.

En una modalidad, la cubierta comprende al menos una porción zwiteriónica funcionalizada con silano, en donde la porción zwiteriónica funcionalizada con silano comprende una porción con silano y una porción zwiteriónica. En algunas modalidades, la porción de silano de la cubierta zwiteriónica funcionalizada con silano está directamente unida al núcleo.

En una modalidad, la cubierta comprende una pluralidad de porciones de silano, en donde al menos una de la pluralidad de porciones de silano está funcionalizada con al menos una porción zwiteriónica. En algunas modalidades, la cubierta com prende porciones zwiteriónicas funcionalizadas con silano y porciones no zwiteriónica funcionalizadas con silano. En tales modalidades, u na relación de porciones zwiteriónicas funcionalizadas con silano a porciones no zwiteriónicas funcionalizadas con silano es desde aproximadamente 0.01 hasta aproximadamente 1 00. En algunas otras modalidades, la relación de porciones zwiteriónicas funcionalizadas con silano a porciones no zwiteriónicas funcionalizadas con silano es desde aproximadamente 0.1 hasta aproximadamente 20.

En algunas modalidades, la cubierta comprende una pluralidad de porciones zwiteriónicas funcionalizadas con silano. El término "pluralidad de porciones zwiteriónicas funcionalizadas con silano" se refiere a múltiples casos de una porción de silano particular, funcionalizada con al menos una porción zwiteriónica . Las porciones de silano pueden ser iguales o diferentes. En una modalidad, cada núcleo está rodeado por una pluralidad de porciones zwiteriónicas funcionalizadas con silano, en donde todas las porciones de silano son del mismo tipo. En otra modalidad, cada núcleo está rodeado por una pluralidad de porciones zwiteriónicas funcionalizadas con silano, en donde las porciones de silano son de diferentes tipos. En una modalidad, cada una de las de la pluralidad de porciones de silano está funcionalizada con al menos una porción zwiteriónica. En una modalidad, al menos una pluralidad de porciones de silano está funcionalizada con una porción zwiteriónica para que cada nanopartícula, en promedio, comprenda al menos una porción zwiteriónica. En una o más modalidades, cada nanopartícula comprende la pluralidad de porciones zwiteriónicas.

En modalidades en donde la cubierta comprende una pluralidad de porciones zwiteriónicas funcionalizadas con silano, las porciones de silano y las porciones zwiteriónicas pueden ser iguales o diferentes. Por ejemplo, en una modalidad, todas las porciones de silano pueden ser iguales y todas las porciones zwiteriónicas pueden ser iguales. En otra modalidad, las porciones de silano son las m ismas pero las porciones zwiteriónicas son diferentes. Por ejemplo, la cubierta puede comprender dos porciones zwiteriónicas funcionalizadas con silano o diferentes. La primera comprende una porción de silano tipo 1 y una porción zwiteriónica tipo 1 . La segunda comprende una porción de silano tipo 1 y una porción zwiteriónica tipo 2, o una porción de silano tipo 2 pero una porción zwiteriónica tipo 1 , o una porción de silano tipo 2 y una porción zwiteriónica tipo 2. En una o más modalidades, la porción zwiteriónica funcionalizada con silano puede comprender dos o más porciones zwiteriónicas. En modalidades en donde la porción zwiteriónica funcionalizada con silano comprende dos o más porciones zwiteriónicas, las porciones zwiteriónicas pueden ser iguales o diferentes.

En algunas modalidades, la porción zwiteriónica funcionalizada con silano comprende una porción positivamente cargada, una porción negativamente cargada y un primer grupo espaciador entre la porción positivamente cargada y la porción negativamente cargada. La porción positivamente cargada puede originarse de bases orgánicas y la porción negativamente cargada puede orig inarse de ácidos orgánicos. La Figura 2 presenta una lista de ácidos y bases orgánicas ilustrativas de los cuales la porción negativamente cargada y la porción positivamente cargada pueden orig inarse.

En algunas modalidades, la porción positivamente cargada comprende aminas primarias protonadas, aminas secundarias protonadas, alquilaminas terciarias protonadas, amidinas protonadas, guanidinas protonadas, piridinas protonadas, pirimidinas protonadas, piracinas protonadas, purinas protonadas, y imidazoles protonados, pirróles protonados, alquilamidas cuaternarias, o combinaciones de los mismos.

En algunas modalidades, la poesía negativamente cargada comprende ácidos carboxílicos desprotonados, ácidos sulfónicos desprotonados, ácidos sulftnicos desprotonados, ácidos fosfónicos desprotonados, ácidos fosfóricos desprotonados, ácidos fosfínicos desprotonados, o combinaciones de los mismos.

En una o más modalidades, el primer grupo separador comprende grupos alquilo, grupos arito, grupos alquilo y arilo sustituido, grupos heteroalquilo, grupos heteroarilo, carboxi, éteres, amidas, ásteres, carbonatos, ureas, grupos alquilo de cadena recta de 1 a 10 átomos de carbono de longitud, o combinaciones de los mismos.

En algunas modalidades, un átomo de silicio de la porción zwiteriónica funcionalizada con silano está conectado a la porción positivamente o negativamente cargada a través de un segundo grupo separador. En algunas modalidades, el segundo grupo separador comprende grupos alquilo, grupos arilo, grupos alquilo y arilo sustituido, grupos heteroalquilo, grupos heteroarilo, grupo carboxi , éteres, amidas, ésteres, carbamatos, urea, grupos alquilo de cadena recta de 1 a 10 átomos de carbono de longitud, o combinaciones de los mismos.

En algunas modalidades, la porción zwiteriónica funcionalizada con silano comprende el producto de hidrólisis de un silano tri-alcoxi precursor, tal como aquellos ilustrados en las Figuras 3A-3D. En algunas modalidades, el silano tri-alcoxi precursor comprende N , N-dimetil-3-sulfo-N-(3-(trimetoxisilil)propil)propan-1 -aminio, ácido 3-(metil(3-(trimetoxisilil)propil)amino)propan-1 -sulfónico, ácido 3-(3-(trimetoxisilil)propilamino)propan-1 -sulfónico, 2-(2- (trimetilsilil)-etoxi(hidroxi)fosforiloxi)-N , N , N-trimetiletanaminio, 2-(2-(trimetoxisilil) etil(hidroxi)fosforiloxi)-N , N, N-trimetiletanaminio, N , N , N-trimetil-3-(N-3-(trimetoxisilil)propionilsulfamoil)propan- 1 -aminio, N-((2H-tetrazol-5-il)metil)-N, N-dimetil-3-(trimetoxisilil)propan-1 -aminio, N-(2-carboxietil)-N ,N-dimetil-3-(trimetoxisilil)propan-1 -aminio, ácido 3-(metil(3-(trimetoxisilil)propil)amino)propanoico, ácido 3-(3-(trimetoxisilil)propilamino) propanoico, N-(carboximetil)-N , N-dimetil-3-(trimetoxisilil)propan-1 -aminio, ácido 2-(metil(3- (trimetoxisilil)propil)amino)acético, ácido 2-(3- (trimetoxisilil)propilamino)acético, ácido 2-(4-(3- (trimetoxisilil)propilcarbamoil)piperazin-1 -il)acético, ácido 3-(4-(3-(trimetoxisilil)propilcarbamoil)piperazin-1 -il)propanoico, ácido 2- (metil(2-(3-(trimetoxisilil) propilureido)etil)amino)acético, ácido 2-(2-(3-(trimetoxisilil)propilureido)etil)aminoacético, o combinaciones de los mismos.

La composición que comprende una pluralidad de nanopartículas puede utilizarse como una composición de agente de diagnóstico. De esa forma, otro aspecto de la invención se refiere a una composición de agente de diagnóstico. La composición de agente diagnóstico comprende un portador farmacéuticamente aceptable y opcionalmente uno o más excipientes. En una modalidad el portador farmacéuticamente aceptable puede ser substancialmente agua. Los excipientes opcionales pueden comprender uno o más de sales, desintegradores, aglutinantes, rellenos, o lubricantes.

Un tamaño de partícula pequeño puede ser ventajoso al facilitar la limpieza de ríñones y otros órganos, por ejemplo. En una modalidad, la pluralidad de nanopartículas puede tener un tamaño de partícula mediano de hasta aproximadamente 50 nm . En otra modalidad, la pluralidad de nanopartículas puede tener un tamaño de partícula mediano de hasta aproximadamente 10 nm . En otra modalidad, la pluralidad de nanopartículas puede tener un tamaño partícula mediano de hasta aproximadamente 6 nm .

Un aspecto de la invención se refiere a métodos para hacer nanopartículas. En general, un método comprende (a) proporcionar un núcleo que tiene una superficie de núcleo esencialmente libre de sílice, y (b) disponer una cubierta unida a la superficie de núcleo, en donde la cubierta comprende una porción zwiteriónica funcionalizada con silano.

En una o más modalidades, el paso de proporcionar un núcleo comprende proporcionar un primer material precursor, en donde el primer material precursor comprende al menos un metal de transición. En una modalidad, el primer material precursor reacciona para generar el núcleo que comprende al menos un metal de transición. En una modalidad , el primer material precursor se descompone para generar el núcleo. En otra modalidad, el primer material precursor se hidroliza para generar el núcleo. En otra modalidad, el primer material precursor reacciona para formar el núcleo. Los métodos de síntesis de nanopartícula son bien conocidos en la técnica y cualquier método adecuado para ser un núcleo de nanopartícula de un material adecuado puede ser adecuado para uso en este método.

En una o más modalidades, el paso de disponer una cubierta comprende proporcionar un segundo material precursor, tal como un material que comprende una porción de silano o precursor para una porción de silano. La porción de silano puede reaccionar con el núcleo para formar una cubierta que comprende una porción de silano. En algunas modalidades, el precursor puede someterse a una reacción de hidrólisis antes de reaccionar con el núcleo. En algunas modalidades, la porción de silano puede ser funcionalizada con al menos una porción zwiteriónica o al menos un precursor para una porción zwiteriónica. En modalidades en donde la porción de silano es funcionalizada con al menos una porción zwiteriónica, la cubierta, de esa forma formada, comprende una porción zwiteriónica funcionalizada con silano. En modalidades en donde la porción de silano es funcionalizada con un precursor para una porción zwiteriónica, la cubierta, de esa forma producida, puede no ser zwiteriónica en naturaleza, pero puede reaccionar subsecuentemente con un reactivo apropiado para convertir el precursor en una porción zwiteriónica. En una o más modalidades, el segundo material precursor comprende la porción zwiteriónica funcionalizada con si lano o el precursor a una porción zwiteriónica funcionalizada con silano, tal como uno más de los tri-alcoxi silanos de precursor descritos anteriormente.

Se entenderá que el orden y/o la combinación de pasos puede variar. De esa forma, de acuerdo con algunas modalidades, los pasos (a) y (b) ocurren como pasos secuenciales para formar la nanopartícula del núcleo y el segundo material precursor. A manera de ejemplo y no de limitación, en algunas modalidades, el primer material precursor comprende al menos un metal de transición; en donde el núcleo comprende un óxido de al menos un metal de transición; y el paso (a) además comprende hidrólisis del primer material precursor. De acuerdo con algunas modalidades, el primer material precursor es un alcoxi o haluro del metal de transición, y el proceso de hidrólisis incluye combinar el primer material precursor con un ácido y agua en un solvente alcohólico. En algunas modalidades, es silano puede comprender grupos polimerizables. La polimerización puede proceder a través de la polimerización de condensación catalizada de ácido. En algunas otras modalidades, la porción de silano puede absorberse físicamente en el núcleo. En algunas modalidades, la porción de silano además puede ser funcionalizada con otros polímeros. El polímero puede ser soluble en agua y biocompatible. En una modalidad , los polímeros incluyen , pero no están limitados a, glicol de polietileno (PEG) , polietilenimina (PEI ), polimetacrilato, polivinilsulfato, polivinilpirrolidinona, o combinaciones de los mismos.

En algunas modalidades, el núcleo comprende óxidos de metal. En una modalidad, el núcleo de óxido de metal puede sintetizarse con la hidrólisis de un alcóxido de metal en la presencia de un ácido orgánico. En algunas modalidades, el alcóxido de metal puede ser alcóxido de tantalio tal como epoxi de tantalio, el ácido orgánico puede ser un ácido carboxílico tal como ácido isobutirico, ácido propiónico o ácido acético y la reacción de hidrólisis puede llevarse a cabo en la presencia de un solvente de alcohol tal como 1 -propranolol o metanol.

En otra modalidad, el núcleo y el segundo material precursor pueden llevarse en contacto entre sí. En una modalidad, el segundo material precursor puede comprender un silicio que contiene especies tal como tri-alcoxi silano órganofuncional o mezcla de tri-alcoxi silanos órganofuncionales. Al menos uno de los tri-alcoxi silanos órganofuncionales pueden contener al menos un grupo zwiteriónico o un precursor a un grupo de zwiteriónico, tal como cada nanopartícula, en promedio, puede contener al menos una porción zwiteriónica o un precursor para una porción zwiteriónica. En una modalidad , cada nanopartícula puede contener en promedio, una pl uralidad de porciones zwiteriónicas o precursores a porciones zwiteriónicas. En otras modalidades, el núcleo puede tratarse con una mezcla que contiene al menos dos porciones de silano. En una modalidad, una porción de silano es funcionalizada con una porción zwiteriónica, o un precursor a una porción zwiteriónica, y la segunda porción de silano puede no ser funcionalizada con cualquier porción zwiteriónica. Las porciones de silano cargadas pueden agregarse simultánea o secuencialmente. En algunas modalidades, una o más porciones de silano funcionalizadas con una porción zwiteriónica o con un precursor a una porción zwiteriónica , pueden agregarse a los núcleos funcionalizados con porciones de silano no zwiteriónicas, ya sea simultánea o secuencialmente.

En una modalidad, un núcleo de óxido de tantalio puede permitirse reaccionar con alcoxi siciliano que contiene tanto un nitrógeno cuaternario así como un grupo sulfonato o un grupo carboxi, por ejemplo, un grupo sulfobetaína o un grupo beta i na, En una modalidad del núcleo de óxido de tantalio puede permitirse reaccionar con (RO)3Si(C H2)x R/2(CH2)yS03, en donde R es un grupo alquilo o arilo, x es 1 -10, y es 1 -1 0, y R' es H, un grupo alquilo o un grupo arilo. En una modalidad, R es un grupo alquilo, tal como metilo o etilo, x es 3, y está entre 2-5, y R' es H o un grupo alquilo tal como metilo.

En una modalidad, los silanos funcionalizados con sulfobetaína pueden sintetizarse con la reacción de apertura de anillo o alq uil sultonas o una mezcla de alquil sultonas con silanos sustituidos de amina. En otra modalidad , alquil lactonas o mezclas de alqu il lactonas pueden utilizarse en lugar de alquil sultonas. En ciertas modalidades, la cubierta comprende una mezcla de sulfobetaína y silanos funcionales de beta ína. En otra modalidad, el núcleo de óxido de metal puede reaccionar con una sulfobetaína o una porción de si lano funcional de betaína, en donde el sulfonato o el grupo carboxi pueden protegerse químicamente.

En otra modalidad, el núcleo de óxido de tantalio puede permitirse reaccionar con un silano que contiene amina, tal como un trialcoxisilano amino-funcional, para formar un núcleo de amino de tantalio funcionalizado con el silano que contiene amina. En un segundo paso, el núcleo funcionalizado con el silano puede aislarse. En una modalidad alternativa, el núcleo funcionalizado con el silano puede utilizarse in-situ. El núcleo funcionalizado con el silano puede dejarse reaccionar con una vez con una alquil sultona, una alquil lactona, un ácido o éster haloalquil carboxílico, mezclas de alquil sultonas, mezclas de alquil lactonas, mezclas de ácidos o esteres haloalquil carboxílicos, o mezclas de alquil sultonas y alquil lactonas para formar una porción zwiteriónica. La cantidad de sultana, lactona o mezcla sultonas y/o lactonas puede ser suficiente para proporcionar, en promedio, al menos una porción zwiteriónica por nanopartícula. Ejemplos no limitantes de alquil sultonas incluyen propan sultona y butil sultona. Ejemplos no limitantes de lactonas incluyen propan lactona y butil lactona.

En una modalidad, el método además comprende fraccionar la pluralidad de nanoparticulas. El paso de fracción puede incluir filtrar las nanoparticulas. En otra modalidad, el método además puede comprender purificar la pluralidad de nanoparticulas. El paso de purificación puede incluir uso de diálisis, filtración de flujo tangencial, diafiltración , o combinaciones de los mismos. En otra modalidad, el método además comprende aislamiento de las nanoparticulas purificadas.

En combinación con cualquiera de las modalidades antes descritas, algunas modalidades se refieren a un método para hacer una composición de agente de diagnóstico para rayos X/tomografia computarizada o MRI. La composición de agente de diagnóstico comprende la pluralidad de nanoparticulas. En algunas modalidades , el tamaño de partícula mediano de la pluralidad de nanoparticulas puede no ser mayor que aproximadamente 10 nm, por ejemplo no más de aproximadamente 7 nm, y en modalidades particulares no más de aproximadamente 6 nm. Se entenderá que de acuerdo con algunas modalidades, el tamaño particular de la pluralidad de nanoparticulas puede seleccionarse para presentar la nanopartícula substancialmente eliminable por un riñón mam ífero, tal como un riñón humano, en forma de partículas.

En algunas modalidades, la presente invención está dirigida a un método para uso de la composición de agente diagnóstico que comprende una pluralidad de las nanoparticulas aquí descritas. En algunas modalidades, el método comprende la administración in vivo o in vitro de la composición de agente diagnóstico a un sujeto, que en algunos casos puede ser un sujeto vivo, tal como un mam ífero, y la generación de imagen subsecuente del sujeto con un dispositivo de rayos X/CT. Las nanopartículas, como se describió anteriormente, comprenden un núcleo y una cubierta, en donde la cubierta comprende al menos una porción zwiteriónica funcionalizada con silano. En una modalidad, el núcleo comprende óxido de tantalio. La nanopartícula puede introducirse al sujeto por una variedad de métodos conocidos. Ejemplos no limitantes para introducir la nanopartícula al sujeto incluyen administración intravenosa, intra-arterial u oral, aplicación dérmica, o inyección directa en el músculo, piel, la cavidad peritoneal u otros tejidos o compartimentos corporales.

En otra modalidad, el método comprende administrar la composición de agente de diagnóstico a un sujeto, y crear imágenes del sujeto con un dispositivo de diagnóstico. El dispositivo de diagnóstico emplea un método de imágenes, cuyos ejemplos incluyen, pero no están limitados, MRI , imágenes ópticas, tomografía de coherencia óptica, rayos X, tomografía computarizada , tomografía de emisión de positrón, o combinaciones de los mismos. En el método de uso el cuerpo también puede pre-administrarse con la composición de agente de diagnóstico. La composición de agente de diagnóstico, como se describió anteriormente, comprende una pluralidad de las nanopartículas 1 0.

En una modalidad, los métodos descritos anteriormente para uso del agente de contraste de diagnóstico además comprenden verificar el suministro de la composición de agente diagnóstico al sujeto con el dispositivo de diagnóstico, y diagnosticar al sujeto; en este método los datos pueden recopilarse y analizarse generalmente manteniéndose con operación común de equipo de imágenes de diagnóstico médico. La composición de agente de diagnóstico puede ser un agente de contraste de rayos X o CT, por ejemplo, tal como una composición que comprende un núcleo de óxido de tantalio. La composición de agente de diagnóstico puede proporcionar una señal CT en un rango desde aproximadamente 100 Hounsfield hasta aproximadamente 5000 unidades Hounsfield . En otro ejemplo, la composición de agente de diagnóstico puede ser un agente de contraste MRI , tal como un agente que comprende un núcleo de óxido de y hierro súper-paramagnético.

Una modalidad de la invención proporciona un método para determinación de la extensión a la cual las nanopartículas 1 0 aqu í descritas, tales como nanopartículas que tienen óxido de tantalio o núcleos de óxido de hierro, se distribuyen dentro de un sujeto. El sujeto puede ser un mam ífero o un material biológico que comprende una m uestra de tejido o una celda. El método puede ser un método in vivo o in vitro. La nanopartícula puede introducirse al sujeto a través de una variedad de métodos conocidos. Ejemplos no lim itantes para introducir la nanopartícula al sujeto incluyen cualquiera de los métodos conocidos antes descritos. En una modalidad, el método comprende (a) introducir las nanopartículas en el sujeto, y (b) determinar la distribución de las nanopartículas en el sujeto. La distribución dentro de un sujeto puede determinarse al utilizar una técnica de imágenes de diagnóstico tal como aquellas mencionadas previamente. Alternativamente, la distribución de la nanopartícula en el material biológico puede determinarse por análisis elemental. En un método, puede utilizarse la Espectroscopia de Masa de Plasma Inductivamente Acoplada (ICP-MS) para determinar la concentración de la nanopartícula en el material biológico.

Otro aspecto de la invención se refiere al uso de las nanopartículas 1 0 descrito previamente para la fabricación de una composición para uso como una composición de agente de diagnóstico.

Los siguientes ejemplos se incluyen para demostrar modalidades particulares de la presente invención. Se debe apreciar por aquellos expertos en la técnica que los métodos descritos en los ejemplos a continuación simplemente representan modalidades ilustrativas de la presente invención. Sin embargo, aquellos expertos en la técnica deben, en vista de la presente descripción, apreciar que pueden hacerse muchos cambios en las modalidades específicas descritas y aún obtener un resultado igual o similar sin apartarse del espíritu y alcance de la presente invención .

EJEMPLOS La práctica de la invención aún se entenderá más completamente a partir de los siguientes ejemplos, que se presentan aquí para ilustración únicamente y no deben interpretarse como limitando la invención de ninguna forma.

Las abreviaturas utilizadas en la sección de ejemplos se expanden como a continuación: "mg": miligramos; "mi": mililitros; "mg/ml": miligramos por mililitro; "mmoles": milimoles; "µ?' y pLs microlitros "LC": Cromatografía de Líquido; "DLS": Dispersión de Luz Dinámica; "DI": agua Desionizada, "ICP": Plasma inductivamente acoplado.

A menos que se observe de otra forma, todos los químicos de grado de reactivos se utilizaron como recibidos, y se utilizó agua de Millipore en la preparación de todas las soluciones acuosas.

Síntesis de nanopartículas basadas en óxido de tantalio Paso-1: síntesis de N,N-dimetil-3-sulfo-N-(3- (trimetoxisilil)propil)propan-1 -aminio Se agregaron tolueno (anhidro, 250 mi), N,N-dimetilaminotrimetoxisilano (25 gramos, 121 mmoles) y 1,3-propano sultona (13.4 g, 110 mmoles) a un frasco de fondo redondo de 500 mi que contiene una barra de agitación. La mezcla se agitó a temperatura ambiente durante 4 días. La mezcla entonces se filtró para aislar el producto precipitado, que se lavó subsecuentemente con tolueno anhidro fresco (2 * 60 mi). El producto de polvo blanco después de secado bajo vacío fue de 23.6 g .

Paso-2: reacción de N , N-dimetil-3-sulfo-N-(3- (trimetoxisilil)propil)propan-1 -aminio con óxido de núcleo basado en óxido de tantalio Método-1 : 1 -propanol como solvente Se cargó un frasco con fondo redondo de tres cuellos de 250 mi que contiene una barra de agitación con 1 -propranol (73 mi) , seguido por la adición de ácido isobutílico ( 1 . 16 mi, 12.51 mmoles, 1 .27 eq con respecto a Ta) y agua DI (1 .08 mi, 59.95 mmoles, 6.09 eq con respecto a Ta) para formar una mezcla de reacción. Se hizo burbujear nitrógeno a través de la mezcla de reacción durante 20 minutos seguido por la adición gota a gota de etóxido de tantalio de (Ta(OEt)5) (2.55 mi, 4 g , 9.84 mmoles) a la mezcla de reacción a temperatura ambiente con agitación por 1 5 minutos. Durante la adición de Ta(OEt)s, el nitrógeno continuó burbujeando a través de la mezcla de reacción. La mezcla de reacción antes mencionada se permitió agitar a temperatura ambiente bajo nitrógeno durante 1 6 horas después de que se completó la visión de Ta(OEt)5.

La mezcla de reacción se agitó a temperatura ambiente durante 1 6 horas y entonces se extrajo una alícuota ( 1 .5 mi) de la mezcla de reacción , filtrado a través de una membrana de filtración de 20 nm , y se midió el tamaño de partícula (como el radio hidrodinámico) en agua por DLS inmediatamente después del paso de filtración . El tamaño de partícula promedio se midió para ser aproximadamente 3.6 nm . Se disolvió N , N-dimetil-3-sulfo-N-(3- (trimetoxisilil)propil)propan- 1 -am inio (4.03 g , 1 2.23 mmoles, 1 .24 eq con respecto a Ta) en 50 mi de agua DI . Esta solución se agregó a la mezcla de reacción antes mencionada gota a gota por algunos m inutos. La mezcla de reacción incolora, homogénea cambió inmediatamente en una solución blanca turbia y finalmente se volvió una solución lechosa al final de la adición de la porción zwiteriónica funcionalizada con silano. Después de que se completó la adición, se unió un condensador al frasco, y la mezcla de reacción se mantuvo bajo una cubierta de nitrógeno. El frasco se colocó en un baño de aceite precalentado a 75°C y la mezcla de reacción se agitó durante 6 horas. La mezcla de reacción se volvió más clara. Después de 6 horas, la mezcla de reacción se enfrió a temperatura ambiente bajo una cubierta de aire. La mezcla de reacción heterogénea se neutralizó a un pH 6-7 al utilizar 1 (M) de NH4OH . La mezcla de reacción se transfirió dentro de un segundo frasco de fondo redondo bajo una cubierta de aire. Durante la transferencia de la mezcla de reacción al segundo frasco, una cantidad de material blanco permaneció en el frasco, y no se transfirió al segundo frasco (producto crudo A). Este producto crudo A se secó bajo un flujo de nitrógeno durante la noche. Mientras tanto, la solución del segundo frasco se evaporó al utilizar un evaporador giratorio a 50°C. El residuo blanco seco obtenido después de la evaporación de la solución, (producto crudo B) se dejó permanecer bajo un flujo de nitrógeno durante la noche.

El producto crudo A se secó durante la noche. Este sólido se disolvió completamente en agua DI . El producto crudo B se d isolvió completamente en agua DI, y las dos soluciones (producto crudo A y producto crudo B) se combinaron (volumen total fue 60 mi). La solución acuosa se filtró secuencialmente a través de 450 nm, y 200 nm y 100 nm de membranas de filtración y finalmente a través de una membrana de filtración de 20 nm. La solución entonces se dializó primero a un pH 7.0 al utilizar un regulador de pH de fosfato de sodio (tubería de celulosa regenerada de piel de serpiente recortada de peso molecular 1 0 K) y entonces tres veces en agua DI .

Finalmente, se aisló la nanopartícula mediante liofilización. El producto de polvo blanco = 1 .748 g (38% de producto basado en Ta) . El potencial Zeta: (-) 8.1 8 mV. Análisis elemental: 38.3 ± 0.3% de Ta , 4.8 ± 0. 1 % de Si. El tamaño de partícula promedio se midió para hacer 8.9 nm por DLS. La pureza de la nanopartícula se midió por Cromatografía de Líquido (LC)/Plasma I nductivamente Acoplada (ICP) .

Método-2: Trifluoroetanol como solvente Se cargó un frasco con fondo redondo con tres cuellos de 1 00 mi que contiene una barra de agitación con trifluoroetanol (42 mi). Mientras el solvente se rociaba con nitrógeno, ácido isobutílico (0.53 mi, 5.7 mmoles) seguido por agua (0.3 mi, 7.4 mmoles) se agregó al utilizar una jeringa. La solución se dejó agitar durante 1 5 minutos adicionales con burbujeo de nitrógeno continuo. Se agregó etóxido de tantalio (Ta(OEt)s) (2 g , 4.9 mmoles) gota a gota utilizando una jeringa. La solución ligeramente turbia se dejó agitar a temperatura ambiente bajo nitrógeno durante 1 7 horas. Se disolvió N , N-dimetil-3-sulfo-N-(3-(trimetoxisilil)propil)propan- 1 -aminio (ejemplo 1 , 3.2 g, 9.8 mmoles) en agua (1 5 mi). Esta solución homogénea, incolora se agregó a la mezcla de reacción que contiene tantalio gota a gota pero rápidamente bajo el aire con agitación . El frasco se adaptó con un condensador y entonces se colocó en un baño de aceite precalentado a 78°C. Después de la agitación a esta temperatura durante 6 horas, la mezcla de reacción incolora, homogénea se enfrió a temperatura ambiente. Se removió substancialmente trifluoroetanol en un evaporador giratorio después de agregar agua (20 mi). La solución acuosa se neutralizó al utilizar hidróxido de amonio concentrado y entonces se filtró sucesivamente a través de filtros de 200 nm, 100 nm y entonces 20 nm . La solución entonces se dializó al utilizar una tubería de diálisis de piel de serpiente de celulosa regenerada recortada de 3500 MW cuatro veces. La primera diálisis se realizó en 50: 50 de agua DI a un regulador de pH de fosfato pH 7.0. Se realizaron diálisis subsecuentes en agua DI . El producto de nanopartícula purificado no se aisló del agua. Se utilizó una prueba de sólidos en porcentaje en una alícuota para determinar que el producto de nanopartículas revestidas fue 1 .55 g. El tamaño de partícula promedio se determinó mediante dispersión de luz dinámica para ser 1 .6 nm.

Síntesis de nanopartícula basada en óxido de tantalio Paso-1 : síntesis de 2-(4-(3-(trimetoxisilil)-propilcarbamoil)piperazin-1 -il)acetato de etilo Se agregó(3-isocianatopropil)trimetoxisilano (4.106 g) a una solución de etilacetoxipiperazina (3.789 g) en cloruro de metileno (20 mi). La solución se agitó durante 16 horas, y entonces se removió el solvente bajo presión reducida, generando 8.37 g de material que se utilizó con purificación adicional.

Paso-2: reacción de 2-(4-(3-(trimetoxisilil)propilcarbamoil)piperazin-1 -il)acetato de etilo con núcleo basado en óxido de tantalio.

Se cargó un frasco de fondo redondo de 50 mi con n-propanol (99 mi), ácido isobutílico ( 1 .4 mi) y agua ( 1 .2 mi). La solución se agitó durante 5 minutos, entonces se agregó Ta(OEt)5 (5.37g) gota a gota la solución. La solución se agitó a temperatura ambiente bajo nitrógeno durante 18 horas. Entonces se agregó un total de 60 mi de esta solución a 2-(4-(3-(trimetoxisilil)propilcarbamoil)piperazin-1 -il)acetato de etilo (6.37 g) , y la solución se agitó bajo nitrógeno durante 2 horas a 100°C. La mezcla entonces se enfrió a temperatura am biente, se agregó agua (20 mi) y la mezcla se agitó durante 1 8 horas a temperatura ambiente. Entonces se agregó un total de 75 mi de 0.33 N ácido hidroclórico acuoso, y la solución se calentó a 60°C durante 6 horas. La mezcla entonces se enfrió a temperatura am biente, se agregaron 250 mi de 28% de amon íaco acuoso, y la mezcla se agitó durante 5 días. Se removieron amoníaco y propanol bajo presión reducida, entonces se vertió el material en 3000 MW de tubería de diálisis de celulosa regenerada recortada, y se d ializó contra agua destilada durante 48 horas, cambiando el regulador de pH de diálisis cada 1 2 horas. La solución entonces se filtró a través de 30,000 MW de filtros centrífugos recortados, generando partículas con un tamaño promedio de 4.5 nm , como medido por DLS.

S íntesis de nanopartícula basada en óxido de hierro Síntesis de nanopartículas de óxido de hierro súper-paramagnético Se cargó un frasco de fondo redondo de tres cuellos de 100 mi con 706 mg de Fe(acac)3 y 20 mi de alcohol bencílico anhídrido. La solución se roció con nitrógeno y entonces se calentó a 1 65°C durante 2 horas bajo una atmósfera de nitrógeno. La solución entonces se enfrió a, y se almacenó, a temperatura ambiente.

Reacción de 2-(4-(3-(trimetoxisilil)propilcarbamoil)piperazin- 1 -il)acetato de etilo con óxido de hierro súper-paramagnético.

Se diluyó una al ícuota de 1 0 m i de nanopartículas de óxido de hierro súper-paramagnético de alcohol bencílico (5.58 mg de Fe/ml) con 50 mi de tetrahidrofurano. Se agregaron 2.00 g de 2-(4-(3-(trimetoxisilil)propilcarbamoil)piperazin-1 -il)acetato de etilo, y la mezcla se calentó a 60°C con agitación durante 2 horas, seguido por el enfriamiento a temperatura ambiente. Se agregaron 50 mi de 1 .0 M de carbonato de potasio acuoso después de lo cual el frasco entonces se selló y calentó con agitación a 60°C durante 18 horas.

La mezcla entonces se enfrió y se centrifugó, y la capa acuosa se vertió en 100,000 MW de tubería de diálisis de celulosa regenerada recortada y se dializó contra 4 litros de 1 0 mM de citrato de sodio durante 48 horas, cambiando el regulador de pH de diálisis cada 1 2 horas. El volumen final de 94 mi, con un total de 0.416 mg de hierro por mi de solución. El material tuvo un tamaño de partícula promedio de 8.4 nm en cloruro de sodio en 100 mM de cloruro de sodio acuoso como medido por dispersión de luz dinámica.

Reacción de N , N-dimetil-3-sulfo-N-(3-(trimetoxisilil)propil)-propan-1 -aminio con óxido de hierro súper-paramagnético Se agregó un al ícuota de 16.75 mi de nanopartículas de óxido de hierro súper-paramagnético en alcohol bencílico (5.5 mg de Fe/ml) a tetrahidrofurano por un volumen total de 94.5 mi. Esta solución entonces se agregó a un frasco de presión, junto con 3. 1 g de N, N-dimetil-3-sulfo-N-(3-(trimetoxisilil)propil)propan-1 -aminio, y la mezcla se calentó a 5°C con agitación durante 2 horas. Después del enfriamiento a temperatura ambiente, se agregó un total de 31 mi de isopropanol y 76 mi de hidróxido de amonio acuoso concentrado (28% de NH3 en agua) ; el frasco entonces se selló y calentó a 50°C con agitación durante 18 horas. La mezcla se enfrió y lavó con hexanos ( 1 00 mi x 3). La capa acuosa se vertió en 1 0, 000 MW de tubería de diálisis de celulosa regenerada recortada, y se dializó contra 4 litros de 1 0 mM de citrato de sodio durante 1 8 horas. La solución final tuvo un total de 0.67 mg de hierro por mililitro de solución. El material tuvo un tamaño de partícula de 9.2 nm.

Determinación del tamaño de partícula y estabilidad de las nanopartículas en agua Se disolvieron nanopartículas del método 1 (36.2 mg) en 2 m i de agua DI. La solución se filtró a través de una mem brana de filtración de 20 nm. El tamaño de partícula promedio se midió como un radio hidrodinámico por dispersión de luz dinámica (DLS) , inmediatamente después del paso de filtración. La muestra se almacenó durante 15 días a 37°C, con verificación periódica por DLS. Los resultados se muestran en el Cuadro 1 .

CUADRO 1 *Tamaño de partícula promedio se midió a 37°C, utilizando DLS.

Estudios de biodistribución de nanoparticula Se llevaron a cabo estudios in vivo con ratas Lewis macho con un rango de tamaño entre 1 50 y 500 g de peso corporal. Las ratas se alojaron en alojamiento estándar con comida y agua ad libitum y un ciclo de iluminación de día-noche de 1 2 horas. Todos los animales utilizados para biodistribución de otra forma fueron sujetos normales, no tratados.

Se administraron nanopartículas como una solución esterilizada de filtro en agua o salina. La adm inistración se realizó bajo anestesia de isoflurano (4% de inducción, 2% de mantenim iento) a través de un catéter 26 G insertado en la vena de la cola lateral . Se determ inaron volúmenes de inyección basándose en la concentración de las nanopartículas en el inyectado y el tamaño de la rata, pero generalmente fueron menores que 10% del volumen de sangre del roedor. La dosis objetiva fue 1 00 mg de metal de núcleo (por ejemplo, tantalio) por kilogramo de peso corporal . Una vez inyectados, los animales se removieron de la anestesia y, después de un periodo de observación por efectos adversos, regresaron al alojamiento normal. En un periodo posterior tan corto como algunos minutos o tan largo como 6 meses, se les aplicó eutanasia a las ratas, y los órganos de interés se recolectaron, pesaron, y analizaron por su contenido de metal total (por ejemplo, tantalio) por análisis ICP. Junto con los órganos, se envió una muestra del material inyectado para determinar la concentración exacta del inyectado. Estos datos conminados determinaron el porcentaje de la dosis inyectada ("% de I D") permaneció en un tejido de interés. Estos datos se reportaron ya sea como %I D/órgano, o %ID/gramo de tejido. Los experimentos generalmente se realizaron con cuatro ratas duplicadas en cada punto de tiempo, permitiendo la determinación de error experimental (± desviación estándar).

CUADRO 2 El cuadro 2 describe la biodistribución de nanopartículas fraccionadas con revestimientos no zwiteriónicos (PHS) y zwiteriónicos (SZWIS y CZWIS) en órganos de limpieza mayores en una semana siguiendo la inyección IV. "ND" representa "no detectado".

La cantidad de tantalio retenido por órganos se representa en el Cuadro 2 como la fracción de la dosis inyectada. Las nanopartículas revestidas no zwiteriónicas con un tamaño comparable se retienen en niveles mucho más altos (casi un orden de magnitud) que los revestimientos zwiteriónicos probados.

Aunque se han ilustrado y descrito aquí ciertas características de la invención, muchas modificaciones y cambios ocurrirán para aquellos expertos en la técnica. Por lo tanto, se debe entender que las reivindicaciones anexas pretenden cubrir todas esas modificaciones y cambios que caen dentro del verdadero espíritu de la invención.

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1 . - Una nanopartícula ( 1 0) que com prende: a) un núcleo (20) que tiene una superficie de núcleo (30) esencialmente libre de sílice, y b) una cubierta (40) unida a la superficie de núcleo (30) ; en donde la cubierta (40) comprende al menos una porción zwiteriónica funcionalizada con silano.

2. - La nanopartícula de acuerdo con la reivindicación 1 , en donde el núcleo (20) comprende un metal de transición o un compuesto de metal de transición.

3. - La nanopartícula de acuerdo con la reivindicación 2 , en donde el núcleo (20) comprende un óxido de tantalio.

4. - La nanopartícula de acuerdo con la reivindicación 1 , en donde el núcleo (20) comprende un material súper-paramagnético.

5. - La nanopartícula de acuerdo con la reivindicación 4, en donde el núcleo (20) comprende un óxido de hierro súper-paramagnético.

6. - La nanopartícula de acuerdo con la reivindicación 1 , en donde la porción zwiteriónica funcionalizada con silano com prende una porción positivamente cargada, una porción negativamente cargada y un primer grupo separador entre la porción positivamente cargada y la porción negativamente cargada.

7. - La nanopartícula de acuerdo con la reivindicación 1 , en donde la nanopartícula ( 10) tiene un tamaño de partícula de hasta aproximadamente 50 nm .

8.- Una composición , que com prende una pluralidad de nanopartículas, en donde al menos una es una nanopartícula ( 1 0) de la reivindicación 1 .

9.- La composición de acuerdo con la reivindicación 8, para usarse como una composición de agente de diagnóstico.

10. - Un método para hacer nanopartículas ( 10) , el método comprende los pasos de: a) proporcionar un núcleo (20) que tiene una superficie de núcleo (30) esencialmente libre de sílice; y b) disponer una cubierta (40) unida a la superficie de núcleo (30), en donde la cubierta (40) comprende una porción zwiteriónica funcionalizada con silano.

1 1 . - El método de acuerdo con la reivindicación 1 0, en donde la provisión de un núcleo (20) comprende proporcionar un primer material precursor, en donde el primer material precursor comprende al menos un metal de transición.

12. - El método de acuerdo con la reivindicación 1 0, en donde la disposición de una cubierta (40) unida a la superficie de núcleo (30) comprende proporcionar un segundo material precursor y hacer reaccionar el segundo material precursor con el núcleo (20) para producir una cubierta (40) dispuesta en el núcleo (20) .

13. - El método de acuerdo con la reivindicación 1 2, en donde el segundo material precursor comprende una porción de silano.

14.- Un método de uso que comprende: administrar una composición de agente de diagnóstico a un sujeto, en donde la composición de agente de diagnóstico comprende una pluralidad de nanopartículas ( 10), en donde la nanopartícula (10) comprende un núcleo (20) que tiene una superficie de núcleo (30) esencialmente libre de sílice; y una cubierta (40) unida a la superficie de núcleo (30) ; en donde la cubierta (40) comprende al menos una porción zwiteriónica funcionalizada con silano, y crear imágenes del sujeto con un dispositivo de diagnóstico. 15.- Un método de uso que comprende: administrar una composición de agente de diagnóstico a un sujeto, en donde la composición de agente de diagnóstico comprende una pluralidad de nanopartículas ( 10), en donde la nanopartícula ( 10) comprende un núcleo (20) que tiene una superficie de núcleo (30) ; en donde el núcleo (20) comprende óxido de tantalio, y una cubierta (40) unida a la superficie de núcleo (30); en donde la cubierta (40) comprende al menos una porción zwiteriónica funcionalizada con silano, y crear imágenes del sujeto con un dispositivo de rayos X. 16 - El uso de nanopartículas de acuerdo con la reivindicación 1 , para la fabricación de una composición de agente de diagnóstico para usarse como un agente de diagnóstico. RESUME N Se proporcionan nanopartículas (10) funcionalizadas con a l menos una porción zwiteriónica, y composiciones que comprenden dichas nanopartículas. Las nanopartículas (1 0) tienen características que dan como resultado una retención mínima de las partículas en el cuerpo comparado con otras nanopartículas. La nanopartícula ( 1 0) comprende un núcleo (20), que tiene una superficie de núcleo (30) esencialmente libre de sílice y una cubierta (40) unida a la superficie de núcleo (30). La cubierta (40) comprende al menos una porción zwiteriónica funcionalizada con silano. Además, se proporcionan métodos para hacer dichas nanopartículas y métodos para su uso como agentes de diagnóstico.