RU2611653C1 - Composition for imaging and damaging of target cells - Google Patents

Composition for imaging and damaging of target cells Download PDF

Info

Publication number
RU2611653C1
RU2611653C1 RU2015155224A RU2015155224A RU2611653C1 RU 2611653 C1 RU2611653 C1 RU 2611653C1 RU 2015155224 A RU2015155224 A RU 2015155224A RU 2015155224 A RU2015155224 A RU 2015155224A RU 2611653 C1 RU2611653 C1 RU 2611653C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
composition
nanoparticles
yttrium
isotope
beta
Prior art date
Application number
RU2015155224A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Анатольевич Воденеев
Андрей Васильевич Звягин
Ирина Владимировна Балалаева
Наталья Юрьевна Шилягина
Андрей Владимирович Юдинцев
Алексей Васильевич Сень
Сергей Алексеевич Ермилов
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского"
Priority to RU2015155224A priority Critical patent/RU2611653C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2611653C1 publication Critical patent/RU2611653C1/en

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K51/00—Preparations containing radioactive substances for use in therapy or testing in vivo
    • A61K51/02—Preparations containing radioactive substances for use in therapy or testing in vivo characterised by the carrier, i.e. characterised by the agent or material covalently linked or complexing the radioactive nucleus
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y5/00—Nanobiotechnology or nanomedicine, e.g. protein engineering or drug delivery
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K2121/00—Preparations for use in therapy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pharmacology & Pharmacy (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Medicines Containing Antibodies Or Antigens For Use As Internal Diagnostic Agents (AREA)

Abstract

FIELD: pharmaceutics.
SUBSTANCE: invention relates to pharmaceutical industry, namely to composition for imaging and damaging of tumor cells, containing inorganic nanoparticles with size of 10–100 nm and dimensional dispersity of up to 6% of NaYF4, co-alloyed with ions of ytterbium (Yb) and erbium (Er) or ytterbium (Yb) and thulium (Tm), and including cytotoxic component represented by beta-isotope, which is isotope yttrium-90 (90Y), nanoparticles are transferred into hydrophilic state by using coating of at least one of compounds selected from polymaleic anhydride of octadecene, polyethyleneimine, poly(D,L-lactide), poly(lactide-glycolide), silicon dioxide, tetramethylammonium hydroxide, wherein nanoparticles are linked with humanized mini-antibody scFv 4D5 or high affinity peptide of non-immunoglobulin nature DARPin-29, which are specific to cancer associated antigen HER-2/new.
EFFECT: invention provides possibility of local directed therapeutic effect due to damaging action of beta-radiation simultaneously with possibility of optical visualization of pathological center with lower risk of poisoning of nearby tissues.
1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области медицины и экспериментальной биологии, касается композиции для визуализации и повреждения опухолевых клеток-мишеней и может быть использовано для получения противоопухолевых препаратов на основе наноразмерных частиц, содержащих радиоактивные вещества, в том числе бета-активные изотопы, предназначенных для таргетной терапии и визуализации патологических очагов, в том числе рецепторно-зависимых. Потенциально перспективы использования изобретения могут быть реализованы не только в онкологии, но и в лечении таких тяжелых аутоиммунных заболеваний, как ревматоидный артрит, осложненный системными проявлениями.The invention relates to medicine and experimental biology, relates to a composition for visualizing and damaging target tumor cells and can be used to obtain anticancer drugs based on nanoscale particles containing radioactive substances, including beta-active isotopes, intended for targeted therapy and imaging pathological foci, including receptor-dependent. Potentially, the prospects for using the invention can be realized not only in oncology, but also in the treatment of such severe autoimmune diseases as rheumatoid arthritis complicated by systemic manifestations.

Одним из важных результатов многолетней клинической и исследовательской работы международного онкологического сообщества является признание того, что таргетная терапия с применением иммунотоксинов должна дополняться химио- или лучевой терапией. Общим недостатком широко использующихся в настоящее время методов лучевой терапии является неадекватная точность воздействия. В основе лучевой терапии опухолевых заболеваний лежит известная в радиобиологии гиперчувствительность опухолевых тканей к ионизирующему излучению, в силу чего опухоли повреждаются сильнее, чем окружающие их здоровые ткани, подвергшиеся облучению. Радионуклиды, претерпевающие бета-распад (например, 32Р, 114Се, 90Y), среди которых предпочтение отдают радионуклидам с высокой энергией и относительно коротким периодом полураспада - от 2 дней до 2 недель, характеризуются оптимальной для биомедицинских применений длиной пробега в биологических тканях, измеряемой в сантиметрах. Использование таких радионуклидов значительно снижает побочное воздействие на здоровые ткани, однако требует их адресной доставки.One of the important results of the long-term clinical and research work of the international cancer community is the recognition that targeted therapy with immunotoxins should be supplemented with chemo- or radiation therapy. A common drawback of the currently widely used methods of radiation therapy is the inadequate accuracy of exposure. Radiation therapy of tumor diseases is based on the hypersensitivity of tumor tissues to ionizing radiation, known in radiobiology, due to which the tumors are damaged more than the healthy radiation surrounding them. Beta decay radionuclides (e.g. 32 P, 114 Ce, 90 Y), among which radionuclides with high energy and a relatively short half-life of 2 days to 2 weeks are preferred, have a mean free path in biological tissues for biomedical applications measured in centimeters. The use of such radionuclides significantly reduces the side effects on healthy tissues, but requires their targeted delivery.

Известна цитотоксическая композиция для повреждения клеток мишеней (RU 2218938 С1, кл. A6K 51/00, A61K 1/08, C07K 1900, C12N 15/62, опубл. 20.12.2003 г.), состоящая из цитотоксического агента, компонента для узнавания клеток-мишеней и транспорта цитотоксического агента внутрь клетки-мишени, компонента для специфического направленного транспорта цитотоксического агента в клеточное ядро и компонента-носителя, в которой в качестве цитотоксического агента используется излучатель альфа-частиц - астат-211, в качестве компонента специфического направленного транспорта излучателя альфа-частиц в клеточное ядро используется модифицированная последовательность большого Т-антигена вируса SV-40: Ser-Ser-Asp-Asp-Glu-Ala-Thr-Ala-Asp-Ala-Gln-His-Ala-Ala-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-Glu-Asp-Pro, в качестве компонента-носителя - бактериальная бета-галактозидаза, в качестве компонента для узнавания клеток-мишеней и транспорта излучателя альфа-частиц внутрь клетки-мишени путем специфического рецептор-опосредуемого эндоцитоза - эндоцитируемый лиганд. При этом компонент для специфического направленного транспорта излучателя альфа-частиц в клеточное ядро и компонент-носитель представлены химерным белком, эндоцитируемый лиганд представлен инсулином. Композиция обеспечивает адресную доставку радиоактивных изотопов путем присоединения низкомолекулярных носителей к направляющему модулю либо включения их в состав нанокапсулы, также, в свою очередь, снабженной направляющим модулем. Изобретение обеспечивает возможность повреждения определенного типа клеток, например опухолевых, при относительно низких концентрациях радионуклида и минимальном воздействии на окружающие ткани. Однако нестабильность радиоактивных изотопов приводит к нестабильности химической структуры препарата, что может, в свою очередь, приводить к возникновению риска отравления здоровых тканей как в непосредственной близости от опухолевого очага, так и в процессе выведения препарата из организма.Known cytotoxic composition for damage to target cells (RU 2218938 C1, class A6K 51/00, A61K 1/08, C07K 1900, C12N 15/62, publ. 12/20/2003), consisting of a cytotoxic agent, a component for recognizing cells targets and transport of the cytotoxic agent into the target cell, a component for specific directed transport of the cytotoxic agent into the cell nucleus, and a carrier component in which the alpha-particle emitter, astat-211, is used as a component of the specific directed transport of the alpha particle teacher into the cell nucleus uses a modified sequence of the large T-antigen of the SV-40 virus: Ser-Ser-Asp-Asp-Glu-Ala-Thr-Ala-Asp-Ala-Gln-His-Ala-Ala-Pro-Pro -Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-Glu-Asp-Pro, as a carrier component, bacterial beta-galactosidase, as a component for recognition of target cells and transport of an alpha particle emitter inside a target cell by specific receptor-mediated endocytosis - an endocytosed ligand. In this case, the component for specific directed transport of the alpha-particle emitter to the cell nucleus and the carrier component are represented by a chimeric protein, the endocytosed ligand is represented by insulin. The composition provides targeted delivery of radioactive isotopes by attaching low molecular weight carriers to the guide module or by including them in the nanocapsule, also, in turn, equipped with a guide module. The invention provides the possibility of damage to a certain type of cells, for example tumor cells, at relatively low concentrations of the radionuclide and with minimal impact on the surrounding tissue. However, the instability of radioactive isotopes leads to instability of the chemical structure of the drug, which can, in turn, lead to the risk of poisoning of healthy tissues both in the immediate vicinity of the tumor focus and in the process of removing the drug from the body.

Известно контрастное средство с направленной доставкой или лекарственное средство с направленной доставкой (RU 2007122479 А, A61K 49/18, опубл. 20.12.2008 г.), содержащее ядро, оболочку, модифицированную посредством присоединения по меньшей мере первого полипептида, содержащего по меньшей мере один цистеин, лиганд, содержащий второй комплементарный полипептид, содержащий по меньшей мере один цистеин, связанный с оболочкой через связующий элемент, который образуется посредством электростатической ассоциации между указанным первым полипептидом и указанным вторым комплементарным полипептидом с последующим образованием по меньшей мере одной дисульфидной связи между указанными цистеинами. При этом вещество, применяемое в качестве ядра, может быть выбрано из люминесцентного вещества, например, такого как нанофосфоры (например, редкоземельные компоненты с примесью YPO4 или LaPO4, или такого как 86Y, или выбрано из токсинов, радиоизотопов и химиотерапевтических средств; испускающих UV-С наночастиц, например, таких как YPO4:Pr; средств для фотодинамической терапии (PDT), например, таких как соединения на основе структур расширенного порфирина; нуклидов для лучевой терапии, например, таких как 157Sm, 177Lu, 212/3Bi, 186/8Re, 67Cu, 90Y, 131I, 114mIn, At, Ra, Но. Вещество, применяемое в качестве оболочки(ек), выбрано из карбоновых кислот, галогенангидридов, аминов, кислых ангидридов, активированных сложных эфиров, малеинимидов, изотиоцианатов, аминов, золота, SiO2, полифосфата (например, полифосфата кальция), аминокислот (например, цистеина), органического полимера (например, полиэтиленгликоль/PEG, поливинилспирт/PVA, полиамида, полиакрилата, полимочевины), органического функционального полимера (например, аммонийной соли 1,2-дистеароил-sn-глицеро-3-фосфоэтаноламин-N-[карбокси(полиэтиленгликоля)2000]), биополимера (например, полисахарида, такого как декстран, ксилан, гликоген, пектин, целлюлоза или полипептид, такой как коллаген, глобулин), цистеина или пептида с высоким содержанием цистеина или фосфолипида.Known contrast agent with targeted delivery or drug with targeted delivery (RU 2007122479 A, A61K 49/18, publ. 12/20/2008) containing a core, a shell modified by attaching at least the first polypeptide containing at least one cysteine, a ligand containing a second complementary polypeptide containing at least one cysteine bound to the membrane via a connecting element that is formed by electrostatic association between the first polypeptide and the decree the second complementary polypeptide, followed by the formation of at least one disulfide bond between said cysteines. In this case, the substance used as a core can be selected from a luminescent substance, for example, such as nanophosphors (for example, rare-earth components mixed with YPO 4 or LaPO 4 , or such as 86 Y, or selected from toxins, radioisotopes, and chemotherapeutic agents; UV-C emitting nanoparticles, for example, such as YPO 4 : Pr; photodynamic therapy (PDT) agents, for example, such as compounds based on expanded porphyrin structures; nuclides for radiation therapy, for example, such as 157 Sm, 177 Lu, 212 / 3 Bi, 186/8 Re, 67 Cu, 90 Y, 131 I, 114m In, At, Ra , Ho. Be ETS applied as a coating (ek) is selected from carboxylic acids, acid halides, amines, acid anhydrides, activated esters, maleimides, isothiocyanates, amines, gold, SiO 2, a polyphosphate (e.g. calcium polyphosphate), amino acids (e.g., cysteine ), an organic polymer (e.g. polyethylene glycol / PEG, polyvinyl alcohol / PVA, polyamide, polyacrylate, polyurea), an organic functional polymer (e.g., the ammonium salt of 1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine-N- [carboxy (polyethylene glycol) ) 2000]), biofields a measure (e.g., a polysaccharide such as dextran, xylan, glycogen, pectin, cellulose or a polypeptide such as collagen, globulin), a cysteine or a high cysteine or phospholipid peptide.

Недостатком указанного средства является обязательное наличие направляющего модуля (цистеин-содержащие полипептиды и лиганды) и потенциальная нестабильность структуры дочерних продуктов распада радиоактивных изотопов при их включении в состав ядра композиции.The disadvantage of this tool is the obligatory presence of a directing module (cysteine-containing polypeptides and ligands) and the potential instability of the structure of daughter products of the decay of radioactive isotopes when they are included in the composition core.

Известен способ интраоперационной визуализации патологических очагов (RU 2544094 С2, кл. А61В 5/00, В82В 1/00, G1N 33/543, C0K 11/77, опубл. 10.03.2015 г. ), включающий адресную доставку в патологические очаги конъюгатов наноразмерных антистоксовых фосфоров с молекулами на основе неорганического нанокристаллического матрикса NaYF4, солегированного ионами иттербия (Yb) и эрбия (Er) - NaYF4:Yb:Er, или иттербия (Yb) и тулия (Tm), NaYF4:Yb:Tm. Адресность доставки конъюгатов наноразмерных антистоксовых фосфоров осуществляется за счет преимущественного накопления в опухоли наноразмерных частиц (EPR-эффект, выраженный для частиц размером 10-100 нм), либо адресования с помощью направляющих модулей, содержащих молекулы, пептиды, антитела или их фрагменты, специфичные к рецепторам, экспрессируемым на поверхности опухолевых клеток. Однако способ не предполагает получения самостоятельного терапевтического эффекта при использовании конъюгатов наноразмерных антистоксовых фосфоров.A known method of intraoperative visualization of pathological foci (RU 2544094 C2, class A61B 5/00, B82B 1/00, G1N 33/543, C0K 11/77, published March 10, 2015), including targeted delivery of pathological foci of nanoscale conjugates anti-Stokes phosphors with molecules based on the inorganic nanocrystalline matrix NaYF 4 co-doped with ytterbium (Yb) and erbium (Er) ions - NaYF 4 : Yb: Er, or ytterbium (Yb) and thulium (Tm), NaYF 4 : Yb: Tm. Targeting of delivery of nanosized anti-Stokes phosphorus conjugates occurs due to the preferential accumulation of nanosized particles in the tumor (EPR effect, expressed for particles of 10-100 nm in size), or addressing using guide modules containing molecules, peptides, antibodies, or receptor specific fragments thereof expressed on the surface of tumor cells. However, the method does not involve obtaining an independent therapeutic effect when using conjugates of nanoscale anti-Stokes phosphorus.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является композиция для радиоизотопно-фотодинамической терапии злокачественных новообразований по заявкам WO 2012145671 А1, кл. A61K 39/395, опубл. 26.10.2012 г. и US 20140187843 А1, кл. A61N 5/06, A61N 5/10, опубл. 03.07.2014 г., принятая за ближайший аналог (прототип).The closest in technical essence and the achieved result to the proposed invention is a composition for radioisotope-photodynamic therapy of malignant neoplasms according to the application WO 2012145671 A1, cl. A61K 39/395, publ. 10/26/2012 and US 20140187843 A1, class A61N 5/06, A61N 5/10, publ. 07/03/2014, adopted for the closest analogue (prototype).

Композиция по прототипу содержит транспортный модуль и цитотоксический компонент, действие которого обусловлено конвертацией бета-излучения изотопа 32Р или трития в электромагнитное излучение оптического диапазона посредством наночастицы на основе кристаллического матрикса NaYF4, легированного редкоземельным металлом (лантанидом), с последующим преобразованием энергии оптического излучения в продукцию химического цитотоксического агента (синглетного кислорода) с использованием фотосенсибилизатора порфириновой природы. Композиция также включает целевой фрагмент, специфичный для опухоли, являющийся антителом, или фрагментом антиген-связывающим.The composition of the prototype contains a transport module and a cytotoxic component, the effect of which is due to the conversion of beta radiation of the 32 P isotope or tritium into electromagnetic radiation of the optical range by means of a nanoparticle based on a crystalline matrix NaYF 4 doped with a rare-earth metal (lanthanide), with subsequent conversion of the energy of optical radiation into production of a chemical cytotoxic agent (singlet oxygen) using a porphyrin photosensitizer. The composition also includes a target fragment specific for the tumor, which is an antibody or antigen-binding fragment.

К недостаткам композиции по прототипу следует отнести необходимость конвертации бета-излучения радиоактивного изотопа в оптическое излучение, невозможность осуществления оптического мониторинга распределения и динамики препарата в приповерхностных тканях, доступных для наблюдения органов без формирования цитотоксического эффекта, относительно большая величина периода полураспада бета-активного изотопа 32Р (342 часа), химическая агрессивность продукта распада (32S). Невозможность осуществления оптического мониторинга распределения и динамики препарата в приповерхностных тканях без формирования цитотоксического эффекта обусловлена присутствием в составе композиции фотосенсибилизатора, непосредственно конвертирующего световую энергию в продукцию цитотоксического агента (синглетного кислорода) либо осуществляющего конверсию излучения флуоресценции кристаллического матрикса NaYF4, легированного редкоземельным металлом. Химическая агрессивность дочернего продукта распада бета-активного изотопа 32Р обусловлена тем, что бета-активный изотоп не включается в структуру кристаллического матрикса, что обусловливает непрочную его связь с транспортным модулем, и, как следствие, в результате распада бета-активного изотопа 32Р дочерний продукт 32S может выходить из состава композиции и, попадая в кровоток, приводить к повышению токсической нагрузки на организм в целом.The disadvantages of the composition of the prototype include the need to convert beta radiation of a radioactive isotope into optical radiation, the impossibility of optical monitoring of the distribution and dynamics of the drug in the surface tissues, accessible for observation of organs without the formation of a cytotoxic effect, the relatively large half-life of the beta-active isotope 32 P (342 hours), chemical aggressiveness of the decay product ( 32 S). The impossibility of optical monitoring of the distribution and dynamics of the drug in the surface tissues without the formation of a cytotoxic effect is due to the presence of a photosensitizer in the composition that directly converts light energy into the production of a cytotoxic agent (singlet oxygen) or converts the fluorescence radiation of the crystalline matrix NaYF 4 doped with rare-earth metal. The chemical aggressiveness of the decay product of the beta-active isotope 32 P is due to the fact that the beta-active isotope is not included in the structure of the crystalline matrix, which causes its weak connection with the transport module, and, as a result, the decay of the beta-active isotope 32 P daughter 32 S product can leave the composition and, entering the bloodstream, lead to an increase in the toxic load on the body as a whole.

В задачу изобретения положено создание новой композиции для визуализации и повреждения опухолевых клеток-мишеней с бета-активным изотопом в структуре.The objective of the invention is the creation of a new composition for visualization and damage to tumor target cells with a beta-active isotope in the structure.

Техническим результатом от использования предлагаемого изобретения является возможность осуществления локального направленного терапевтического воздействия за счет повреждающего действия бета-излучения одновременно с возможностью оптической визуализации патологического очага при снижении риска отравления близлежащих тканей.The technical result from the use of the present invention is the possibility of a local directed therapeutic effect due to the damaging effect of beta radiation simultaneously with the possibility of optical visualization of the pathological focus while reducing the risk of poisoning of nearby tissues.

Поставленная задача достигается тем, что композиция для визуализации и повреждения опухолевых клеток-мишеней содержит неорганические наночастицы размером 10-100 нм и размерной дисперсностью до 6% состава NaYF4, солегированные ионами иттербия (Yb) и эрбия (Er) или иттербия (Yb) и тулия (Tm), и включает цитотоксический компонент, представленный бета-изотопом, которым является изотоп иттрия-90 (90Y), причем доля изотопа иттрия-90 к общему числу изотопов иттрия составляет от 10-5 до 100%, при этом наночастицы переведены в гидрофильную форму путем использования покрытия, представленного по крайней мере одним из соединений, выбранных из полималеинового ангидрида октадецена, полиэтиленимина, поли(D,L-лактида), поли(лактид-гликолида), диоксида кремния, тетраметиламмония гидроксида, при этом наночастицы связаны с гуманизированным мини-антителом scFv 4D5 или высокоаффинным пептидом неиммуноглобулиновой природы DARPin-29, которые специфичны к раковоассоциированному антигену HER-2/new.This object is achieved in that the composition for visualization and damage of tumor target cells contains inorganic nanoparticles with a size of 10-100 nm and a particle size dispersion of up to 6% of NaYF 4 composition, co-ionized with ytterbium (Yb) and erbium (Er) or ytterbium (Yb) ions and thulium (Tm), and includes the cytotoxic component represented by the beta isotope, which is the yttrium-90 isotope ( 90 Y), and the proportion of the yttrium-90 isotope to the total number of yttrium isotopes is from 10 -5 to 100%, while the nanoparticles are translated into hydrophilic form by using a coating represented by at least one of compounds selected from octadecene polymaleic anhydride, polyethyleneimine, poly (D, L-lactide), poly (lactide-glycolide), silicon dioxide, tetramethylammonium hydroxide, wherein the nanoparticles are bound to a humanized scFv mini-antibody 4D5 or a high affinity peptide of non-immunoglobulin nature DARPin-29, which are specific for the cancer-associated antigen HER-2 / new.

На фиг. 1 представлена диаграмма Яблонского для энергетических переходов в наночастицах состава NaYF4, солегированных редкоземельными элементами (цитируется по US 8088631 В2 "Lanthanide-doped NaYF4 nanocrystals, method of preparing and uses thereof").In FIG. Figure 1 shows the Yablonsky diagram for energy transitions in nanoparticles of the composition NaYF 4 doped with rare earth elements (cited in US 8088631 B2 "Lanthanide-doped NaYF4 nanocrystals, method of preparing and uses this").

На фиг. 2 представлены типичные спектры фотолюминесценции наночастиц состава NaYF4, солегированных редкоземельными элементами Yb и Tm.In FIG. Figure 2 shows typical photoluminescence spectra of nanoparticles of the composition NaYF 4 , doped with rare-earth elements Yb and Tm.

На фиг. 3 представлено изображение бета-активных наночастиц состава NaYF4, полученное при помощи трансмиссионной электронной микроскопии.In FIG. Figure 3 shows an image of beta-active nanoparticles of the composition NaYF 4 obtained by transmission electron microscopy.

На фиг. 4 представлено изображение бета-активных нанокристаллов состава NaYF4 без оболочки, полученное при помощи трансмиссионной электронной микроскопии.In FIG. Figure 4 shows an image of beta-active nanocrystals of the composition NaYF 4 without a shell, obtained using transmission electron microscopy.

На фиг. 5 представлено микроскопическое изображение клеток SKBR3 (клетки карциномы молочной железы человека), инкубированных в течение часа с наночастицами состава Na90YF4:Yb:Tm.In FIG. Figure 5 shows a microscopic image of SKBR3 cells (human breast carcinoma cells) incubated for one hour with nanoparticles of the composition Na 90 YF 4 : Yb: Tm.

На фиг. 6 представлены результаты эксперимента по оценке цитотоксического действия Na90YF4:Yb:Tm в отношении опухолевых клеток SKBR3 (клетки карциномы молочной железы человека) в культуре, где: а - микроскопические изображения клеток, инкубированных в течение 96 часов с наночастицами состава Na90YF4:Yb:Tm (опыт); б - результат эксперимента по оценке жизнеспособности опухолевых клеток SKBR3 после 96 часов инкубации с наночастицам состава Na90YF4:Yb:Tm (опыт), анализ жизнеспособности клеток выполнен методом МТТ-теста.In FIG. Figure 6 presents the results of an experiment evaluating the cytotoxic effect of Na 90 YF 4 : Yb: Tm against SKBR3 tumor cells (human breast carcinoma cells) in culture, where: a - microscopic images of cells incubated for 96 hours with nanoparticles of the composition Na 90 YF 4 : Yb: Tm (experience); b - the result of an experiment to assess the viability of SKBR3 tumor cells after 96 hours of incubation with nanoparticles of the composition Na 90 YF 4 : Yb: Tm (experiment), the analysis of cell viability was performed by the MTT test.

Композиция для визуализации и повреждения клеток-мишеней содержит неорганические наночастицы состава NaYF4 и цитотоксический компонент.The composition for visualizing and damaging target cells contains inorganic nanoparticles of the composition NaYF 4 and a cytotoxic component.

Неорганические наночастицы NaYF4, обладающие оптически-контрастными свойствами, солегированы редкоземельными элементами, представляющими собой нанокристаллы малого размера кубической α-кристаллической фазы, которые в процессе синтеза переводятся в β-гексагональную фазу, а затем покрываются оболочкой для увеличения квантового выхода антистоксовой фотолюминесценции и придания им гидрофильных свойств, обеспечивающих биосовместимость композиции. Средний размер частиц достигается в пределах 10-100 нм с размерной дисперсностью до 6%.Inorganic NaYF 4 nanoparticles with optically contrasting properties are ligated with rare earth elements, which are small nanocrystals of the cubic α-crystalline phase, which are converted into the β-hexagonal phase during synthesis and then coated with a shell to increase the quantum yield of anti-Stokes photoluminescence and impart them hydrophilic properties providing biocompatibility of the composition. The average particle size is achieved within 10-100 nm with a dimensional dispersion of up to 6%.

Для придания оптически-контрастных свойств наночастицам состава NaYF4 используется их солегирование редкоземельными металлами, что обусловливает возможность реализации антистоксовой фотолюминесценции. Для солегирования матрицы NaYF4 используется иттербий Yb и тулий Tm. Выбор элементов для солегирования обусловлен тем, что ионы Yb3+ поглощают излучение в ИК-диапазоне (~980 нм) и играют роль сенсибилизаторов, безызлучательно передавая энергию возбуждения соседним ионам Yb3+ или ионам Tm3+ (акцепторам). Ключевой процесс (ап-конверсия) происходит при взаимодействии возбужденного иона Tm3+ с возбужденным ионом Yb3+ (фиг. 1). Конечным следствием этого процесса становится высвечивание кванта света в видимой или ближней ИК-области, по энергии превосходящего единичный квант поглощенного излучения. Выбор иона-акцептора обуславливает спектр высвечиваемого излучения. Выбор в качестве акцептора Tm3+ обеспечит в дальнейшем получение нанофосфоров с излучением с основными максимумами при 801 нм и 474 нм (фиг. 2). Излучение в ближней ИК-области в окне прозрачности биотканей (801 нм) в дальнейшем обеспечит большую глубину проникновения излучения при проведении оптических диагностических процедур. В то же время излучение в видимом диапазоне (474 нм) обеспечит анализ образцов тканей и проведение клеточных исследований с применением довольно простого по конструкции микроскопического оборудования.To impart optical contrast properties to NaYF 4 nanoparticles, they are used for their co-alloying with rare-earth metals, which makes it possible to realize anti-Stokes photoluminescence. To coagulate the NaYF 4 matrix, ytterbium Yb and thulium Tm are used. The choice of elements for co-ligation is due to the fact that Yb 3+ ions absorb radiation in the IR range (~ 980 nm) and play the role of sensitizers, nonradiatively transferring excitation energy to neighboring Yb 3+ ions or Tm 3+ ions (acceptors). The key process (up-conversion) occurs during the interaction of the excited Tm 3+ ion with the excited Yb 3+ ion (Fig. 1). The final consequence of this process is the emission of a quantum of light in the visible or near infrared region, energy superior to a single quantum of absorbed radiation. The choice of an acceptor ion determines the spectrum of the emitted radiation. The choice of Tm 3+ as an acceptor will subsequently provide nanophosphors with radiation with the main maxima at 801 nm and 474 nm (Fig. 2). The radiation in the near infrared region in the transparency window of biological tissues (801 nm) will further provide a greater depth of radiation penetration during optical diagnostic procedures. At the same time, radiation in the visible range (474 nm) will provide for the analysis of tissue samples and cell research using fairly simple microscopic equipment.

Нанокристалл NaYF4 дополнительно покрывается оболочкой для предотвращения процессов тушения люминесценции при взаимодействии ядра с молекулами в окружающей среде. Характерное изображение нанокристаллов бета-активных наночастиц состава NaYF4, покрытых оболочкой, полученное при помощи трансмиссионной электронной микроскопии, представлено на фиг. 3.The NaYF 4 nanocrystal is additionally coated to prevent the quenching of luminescence during the interaction of the nucleus with molecules in the environment. A typical image of nanocrystals of beta-active nanoparticles of the composition NaYF 4 coated, obtained by transmission electron microscopy, is presented in FIG. 3.

Цитотоксический компонент композиции для визуализации и повреждения клеток-мишеней представлен бета-активным изотопом иттрия-90. Введение в структуру нанокристаллического матрикса состава NaYF4 бета-активного изотопа иттрия 90Y осуществляется на начальной стадии синтеза нанокристаллического матрикса. В присутствии раствора хлорида стабильного изотопа 89Y выделяется хлорида изотопа 90Y из раствора хлорида стронция-90, находящегося в радиоактивном равновесии с иттрием-90, что обеспечивает в дальнейшем получение оксида иттрия, меченного иттрием-90 (89Y2O3/90Y2O3), непосредственно используемого для синтеза нанокристаллического матрикса состава NaYF4.The cytotoxic component of the composition for visualizing and damaging target cells is represented by the beta-active yttrium-90 isotope. The composition of the NaYF 4 beta-active isotope of yttrium 90 Y is introduced into the structure of the nanocrystalline matrix at the initial stage of the synthesis of the nanocrystalline matrix. In the presence of chloride stable isotope solution 89 Y stands chloride isotope 90 Y of the chloride of strontium-90 solution in radioactive equilibrium with yttrium-90, which provides a further preparation of yttrium oxide, yttrium-90 (89 Y 2 O 3/90 Y 2 O 3 ), directly used for the synthesis of nanocrystalline matrix composition NaYF 4 .

Радиоактивность композиции для визуализации и повреждения клеток-мишеней обусловлена включением в состав препарата радиоактивного иттрия 90Y, период полураспада которого составляет 64,1 часа. Энергия частиц, имеющих широкий энергетический спектр, достигает максимальных значений 2,28 МэВ при среднем значении около 1 МэВ. Полная активность синтезированной композиции для визуализации и повреждения опухолевых клеток-мишеней определяется активностью препарата хлорида стронция-90, используемого в качестве источника бета-активного изотопа 90Y. Удельная активность синтезированной композиции для визуализации и повреждения клеток-мишеней определяется соотношением содержания стабильного и радиоактивного изотопов иттрия в смеси (89Y2O3/90Y2O3), используемой для синтеза нанокристаллического матрикса состава NaYF4.The radioactivity of the composition for visualization and damage to target cells is due to the inclusion of radioactive yttrium 90 Y, the half-life of which is 64.1 hours. The energy of particles having a wide energy spectrum reaches maximum values of 2.28 MeV with an average value of about 1 MeV. The full activity of the synthesized composition for visualization and damage to target tumor cells is determined by the activity of the preparation of strontium chloride-90, used as a source of beta-active isotope 90 Y. The specific activity of the synthesized composition for visualization and damage to target cells is determined by the ratio of the content of stable and radioactive yttrium isotopes in a mixture (89 Y 2 O 3/90 Y 2 O 3) used for the synthesis of nanocrystalline matrix structure NaYF 4.

Характер распада бета-активного изотопа 90YThe decay pattern of the beta-active isotope 90 Y

Figure 00000001
Figure 00000001

обусловливает постоянство химических свойств композиции для визуализации и повреждения клеток-мишеней, что в совокупности с жесткими связями в кристалле сохраняет структуру композиции. Это позволяет добиться снижения риска отравления здоровых тканей как в непосредственной близости от опухолевого очага, так и в процессе выведения препарата из организма, за счет удержания продуктов распада в нанокристаллическом матриксе.determines the constancy of the chemical properties of the composition for visualization and damage to target cells, which, together with rigid bonds in the crystal, preserves the structure of the composition. This allows to reduce the risk of poisoning of healthy tissues both in the immediate vicinity of the tumor site, and in the process of removing the drug from the body, by retaining the decay products in the nanocrystalline matrix.

Средний размер частиц композиции для визуализации и повреждения опухолевых клеток-мишеней, достигаемый в пределах 10-100 нм с размерной дисперсностью до 6%, позволяет осуществлять избирательное накопление их в опухоли за счет EPR-эффекта - наночастицы размером 10-100 нм обладают способностью проникать в опухоль за счет увеличенной проницаемости стенок сосудов опухоли и задерживаться в ней из-за отсутствия нормального лимфатического дренирования. Использование дополнительных направляющих модулей, содержащих молекулы, пептиды, антитела или их фрагменты, специфичные к рецепторам, экспрессируемым на поверхности опухолевых клеток, позволяет существенным образом увеличить направленность доставки композиции к патологическому очагу и снизить общую дозовую нагрузку на организм в целом.The average particle size of the composition for visualization and damage to target tumor cells, achieved within 10-100 nm with a particle size dispersion of up to 6%, allows for their selective accumulation in the tumor due to the EPR effect - nanoparticles 10-100 nm in size have the ability to penetrate the tumor due to increased permeability of the walls of the vessels of the tumor and stay in it due to the lack of normal lymphatic drainage. The use of additional directing modules containing molecules, peptides, antibodies or fragments thereof specific for receptors expressed on the surface of tumor cells can significantly increase the direction of delivery of the composition to the pathological focus and reduce the overall dose load on the body as a whole.

В первом частном случае реализации композиция для визуализации и повреждения клеток-мишеней содержит бета-активные изотопы иттрия-90 в отношении к общему числу изотопов иттрия, составляющем от 1 до 100%, что позволяет изменять в широких пределах общую активность композиции при сохранении ее массовой концентрации во вводимом в организм препарате.In the first particular case of implementation, the composition for visualizing and damaging target cells contains beta-active yttrium-90 isotopes in relation to the total number of yttrium isotopes ranging from 1 to 100%, which allows a wide variation in the total activity of the composition while maintaining its mass concentration in the drug administered to the body.

Во втором частном случае реализации композиция для визуализации и повреждения клеток-мишеней реализуется в гидрофильной форме за счет использования дополнительного гидрофильного покрытия, обеспечивающего биосовместимость наночастиц композиции.In the second particular case of implementation, the composition for visualizing and damaging target cells is realized in a hydrophilic form through the use of an additional hydrophilic coating that provides biocompatibility of the nanoparticles of the composition.

В третьем частном случае реализации композиция для визуализации и повреждения клеток-мишеней дополняется направляющим модулем, специфичным к раковоассоциированному антигену, что позволяет существенным образом увеличить направленность доставки композиции к патологическому очагу и снизить общую дозовую нагрузку на организм в целом.In the third particular case of implementation, the composition for visualizing and damaging target cells is supplemented with a guide module specific for the cancer-associated antigen, which can significantly increase the direction of delivery of the composition to the pathological focus and reduce the overall dose load on the body as a whole.

В четвертом частном случае реализации композиция для визуализации и повреждения опухолевых клеток-мишеней имеет направляющий модуль, специфичный к раковоассоциированному антигену HER2 (рецептор человеческого эпидермального фактора роста 2 типа) или его варианту, что позволяет использовать ее для терапии ряда злокачественных новообразований, в том числе рака молочной железы.In a fourth particular embodiment, the composition for visualizing and damaging target tumor cells has a guide module specific for the cancer-associated HER2 antigen (receptor for human epidermal growth factor type 2) or a variant thereof, which allows its use for the treatment of a number of malignant neoplasms, including cancer the mammary gland.

В пятом частном случае реализации композиция для визуализации и повреждения клеток-мишеней имеет в качестве направляющего модуля, специфичного к раковоассоциированному антигену HER2/new, гуманизированное мини-антитело scFv 4D5 или высокоаффинный пептид неиммуноглобулиновой природы DARPin-29.In the fifth particular embodiment, the composition for visualizing and damaging target cells has, as a guide module specific for the cancer-associated antigen HER2 / new, a humanized mini-antibody scFv 4D5 or a high affinity peptide of non-immunoglobulin nature DARPin-29.

В шестом частном случае реализации оптически-контрастные свойства композиции для визуализации и повреждения клеток-мишеней реализуются за счет легирования нанокристаллического матрикса NaYF4 ионами иттербия (Yb) и эрбия (Er), NaYF4:Yb:Er или иттербия (Yb) и тулия (Tm), NaYF4:Yb:Tm, что позволяет осуществлять оптический мониторинг распределения и динамики препарата в приповерхностных тканях доступных для наблюдения органов при использовании ап-конверсионных свойств композиции, что, в свою очередь, позволяет существенным образом увеличить толщину тканей, доступных для оптического мониторинга.In the sixth particular case of realization, the optical-contrast properties of the composition for visualizing and damaging target cells are realized by doping the NaYF 4 nanocrystalline matrix with ytterbium (Yb) and erbium (Er) ions, NaYF 4 : Yb: Er or ytterbium (Yb) and thulium ( Tm), NaYF 4: Yb: Tm, which allows monitoring of optical distribution and dynamics of the drug in the surface tissues of organs available for observation by using the up-conversion of the composition, which in turn allows significantly increase the thickness of tissues th are available for optical monitoring.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет реализовать возможность осуществления локального направленного терапевтического воздействия за счет повреждающего действия бета-излучения одновременно с возможностью оптической визуализации патологического очага при общем снижении риска отравления близлежащих тканей за счет выполнения цитотоксического компонента в виде бета-активного изотопа иттрия-90, являющегося структурным элементом антистоксовых наночастиц состава NaYF4, солегированных редкоземельными элементами, благодаря чему происходит удержание продуктов распада в нанокристаллическом матриксе, обеспечиваемое характером распада 90Y и жесткими связями в кристалле.Thus, the present invention allows to realize the possibility of a local directed therapeutic effect due to the damaging effect of beta radiation simultaneously with the possibility of optical visualization of a pathological focus with a general reduction in the risk of poisoning of nearby tissues due to the implementation of the cytotoxic component in the form of a beta-active isotope of yttrium-90, which a structural element of anti-Stokes nanoparticles of the composition NaYF4, which are co-doped with rare earth elements he retains the decay products in the nanocrystalline matrix, which is ensured by the decay character of 90 Y and rigid bonds in the crystal.

При осуществлении конкретной реализации изобретения был получен экспериментальный образец композиции для визуализации и повреждения клеток-мишеней в растворе объемом 1 мл с концентрацией 1 мг/мл.In the implementation of a specific implementation of the invention, an experimental sample of the composition was obtained for visualizing and damaging target cells in a 1 ml solution with a concentration of 1 mg / ml.

При синтезе нанокристаллического матрикса был получен гидроксид иттрия, меченный иттрием-90 (89Y(ОН)3/90Y(ОН)3) из оксида иттрия-89 и хлорида стронция-90, находящегося в радиоактивном равновесии с иттрием-90. Очистка гидроксида иттрия, меченного иттрием-90, от захваченных примесей стронция-90 осуществлялась в четыре этапа с использованием соляной кислоты и раствора аммиака.In the synthesis of nanocrystalline matrix yttrium hydroxide was prepared, labeled with yttrium-90 (89 Y (OH) 3/90 Y (OH) 3) of an oxide of yttrium-89 and strontium-90 chloride, is in radioactive equilibrium with yttrium-90. Purification of yttrium hydroxide labeled with yttrium-90 from trapped strontium-90 impurities was carried out in four stages using hydrochloric acid and ammonia solution.

Гидроксид иттрия, меченный иттрием-90 (89Y(ОН)3/90Y(ОН)3), переводился в оксид иттрия, меченный иттрием-90 (89Y2O3/90Y2O3), посредством окапывания пероксидом водорода и последующим озолением.Hydroxide of yttrium, yttrium-90 (89 Y (OH) 3/90 Y (OH) 3) was converted into oxide yttrium labeled with yttrium-90 (89 Y 2 O 3/90 Y 2 O 3) by entrenchment hydrogen peroxide and subsequent ashing.

Нанокристаллический матрикс состава NaYF4:Yb:Tm получался растворением оксидов иттрия, эрбия и тулия в молярной пропорции 1.325:0.34:0.034 в трифторуксусной кислоте, последующим упариванием, добавлением в присутствии олеиновой кислоты и 1-октадецена трифторацетата натрия, удалением остатков воды и кислорода вакуумированием и продувкой аргоном, разложением трифторацетатов при температуре выше 280°С, охлаждением и последующим центрифугированием в присутствии спиртов.The nanocrystalline matrix of the composition NaYF 4 : Yb: Tm was obtained by dissolving yttrium, erbium, and thulium oxides in a molar ratio of 1.325: 0.34: 0.034 in trifluoroacetic acid, followed by evaporation, adding sodium trifluoroacetate in the presence of oleic acid and 1-octadecene, and removing residual water and oxygen and purging with argon, decomposition of trifluoroacetates at temperatures above 280 ° C, cooling and subsequent centrifugation in the presence of alcohols.

Полученные нанокристаллы (фиг. 4) покрывались оболочкой для предотвращения деформации и повышения коэффициента конверсии за счет предотвращения гашения люминесценции при взаимодействии наночастицы с молекулами окружающей среды.The obtained nanocrystals (Fig. 4) were coated with a shell to prevent deformation and increase the conversion coefficient by preventing the quenching of luminescence during the interaction of the nanoparticles with environmental molecules.

Изображение бета-активных наночастиц состава NaYF4, покрытых оболочкой, полученное при помощи трансмиссионной электронной микроскопии, представлено на фиг. 3.An image of the beta-coated coated NaYF 4 nanoparticles obtained by transmission electron microscopy is shown in FIG. 3.

Анализ диаметров полученных наночастиц проводился в программе ImageJ (National Institutes of Health, США) для композиции, имеющей структуру «ядро/оболочка» (фиг. 3). Размер полученных частиц варьировался в пределах от 33,0 нм до 37,4 нм. Среднее значение максимального линейного размера составило 35,1 нм, размерная дисперсия полученных частиц составила при этом 4,7%, что позволяет классифицировать образец как монодисперсный (<6%). На основании анализа формы частиц, представленных на фиг. 4, а также на основании проведенного рентгеноструктурного анализа было установлено, что частицы композиции, имеющие структуру «ядро/оболочка», находятся в гексагональной фазе. Измеренная радиационная активность композиции для визуализации и повреждения клеток-мишеней составила 1 МБк/мг.An analysis of the diameters of the obtained nanoparticles was carried out in the ImageJ program (National Institutes of Health, USA) for a composition having a core / shell structure (Fig. 3). The size of the obtained particles ranged from 33.0 nm to 37.4 nm. The average maximum linear size was 35.1 nm; the size dispersion of the obtained particles was 4.7%, which allows us to classify the sample as monodisperse (<6%). Based on the particle shape analysis shown in FIG. 4, and also on the basis of an X-ray diffraction analysis, it was found that the particles of the composition having a core / shell structure are in the hexagonal phase. The measured radiation activity of the composition for visualization and damage to target cells was 1 MBq / mg.

Оптические свойства полученных антистоксовых нанофосфоров были изучены с использованием спектрофлуорофотометра при возбуждении на длине волны 978 нм. Полученные спектры фотолюминесценции представлены на фиг. 3. Исследования влияния формирования структуры «ядро/оболочка» на спектральные характеристики композиции показало, что интенсивность фотолюминесценции композиции с оболочкой выше в 3-10 раз по сравнению с композицией, не имеющей покрытия. Измеренный коэффициент конверсии композицией инфракрасного возбуждающего излучения в видимой или ближне-инфракрасной области превышает 1.8%.The optical properties of the obtained anti-Stokes nanophosphors were studied using a spectrofluorophotometer with excitation at a wavelength of 978 nm. The obtained photoluminescence spectra are shown in FIG. 3. Studies of the influence of the formation of the “core / shell” structure on the spectral characteristics of the composition showed that the photoluminescence intensity of the composition with the shell is 3–10 times higher compared to a composition that does not have a coating. The measured conversion coefficient of the composition of the infrared excitation radiation in the visible or near-infrared region exceeds 1.8%.

Для обеспечения биосовместимости полученная композиция была покрыта слоем диоксида кремния. Для интенсификации направленности доставки композиция была дополнена направляющим модулем, представляющим собой высокоаффинный пептид неиммуноглобулиновой природы DARPin-29, специфичный к раковоассоциированному антигену HER-2/new. На фиг. 5 приведено изображение клеток SKBR3 (клетки карциномы молочной железы человека), полученное методом конфокальной сканирующей микроскопии, верифицирующее проникновение композиции в клетку.To ensure biocompatibility, the resulting composition was coated with a layer of silicon dioxide. To intensify the direction of delivery, the composition was supplemented with a guide module, which is a high-affinity peptide of non-immunoglobulin nature DARPin-29, specific for the cancer-associated antigen HER-2 / new. In FIG. Figure 5 shows the image of SKBR3 cells (human breast carcinoma cells) obtained by confocal scanning microscopy, which verifies the penetration of the composition into the cell.

Цитотоксическое действие полученной композиции было подтверждено в экспериментах по оценке жизнеспособности опухолевых клеток SKBR3 (клетки карциномы молочной железы человека) после 96 часов инкубации с Na90YF4:Yb:Tm. На фиг. 6 представлены результаты эксперимента по оценке цитотоксического действия Na90YF4:Yb:Tm в отношении опухолевых клеток SKBR3 (клетки карциномы молочной железы человека) в культуре. Анализ жизнеспособности опухолевых клеток SKBR3 после инкубации с Na90YF4:Yb:Tm показал, что жизнеспособность клеток снижается на 95% по сравнению с контролем, что свидетельствует о цитотоксическом действии полученной композиции.The cytotoxic effect of the resulting composition was confirmed in experiments to evaluate the viability of SKBR3 tumor cells (human breast carcinoma cells) after 96 hours of incubation with Na 90 YF 4 : Yb: Tm. In FIG. Figure 6 presents the results of an experiment on the cytotoxic effect of Na 90 YF 4 : Yb: Tm against SKBR3 tumor cells (human breast carcinoma cells) in culture. Analysis of the viability of SKBR3 tumor cells after incubation with Na 90 YF 4 : Yb: Tm showed that cell viability is reduced by 95% compared with the control, indicating a cytotoxic effect of the resulting composition.

Приведенный пример иллюстрирует предлагаемое изобретение, но не ограничивает его. Так, в зависимости от вида опухолевых клеток предлагаемая композиция может быть использована с направляющими модулями, специфичными к соответствующим раковоассоциированным антигенам.The above example illustrates the invention, but does not limit it. So, depending on the type of tumor cells, the proposed composition can be used with directing modules specific to the corresponding cancer-associated antigens.

Предлагаемая композиция может быть использована в препарате, предназначенном как для диагностики и локализации, так и для терапии злокачественных новообразований. Использование препарата для диагностики возможно за счет способности солегированных редкоземельными металлами наночастиц к ап-конверсии инфракрасного излучения, что позволяет осуществлять оптический мониторинг распределения и динамики препарата в приповерхностных тканях, доступных для наблюдения органов. Терапевтический эффект препарата достигается за счет атомов бета-излучающих изотопов, например иттрия-90, включенных в состав матрикса NaYF4 в терапевтически значимом количестве. Направленность доставки препарата к опухолевому очагу достигается за счет преимущественного накопления в опухоли наноразмерных частиц (EPR-эффект, выраженный для частиц размером 10-100 нм) либо адресования с помощью направляющих модулей, содержащих молекулы, пептиды, антитела или их фрагменты, специфичные к рецепторам, экспрессируемым на поверхности опухолевых клеток, например гуманизированное мини-антитело scFv 4D5 или высокоаффинный пептид неиммуноглобулиновой природы DARPin-29, специфичные к раковоассоциированному антигену HER-2/new. Жесткие связи в кристалле и характер распада 90Y обусловливают возможность минимизации риска отравления здоровых тканей за счет удержания продуктов распада в нанокристаллическом матриксе.The proposed composition can be used in a preparation intended for both diagnosis and localization, and for the treatment of malignant neoplasms. The use of the preparation for diagnostics is possible due to the ability of up-conversion of infrared radiation, which is doped with rare-earth metals, which allows optical monitoring of the distribution and dynamics of the preparation in the surface tissues accessible for organ observation. The therapeutic effect of the drug is achieved by atoms of beta-emitting isotopes, for example, yttrium-90, included in the composition of the matrix NaYF 4 in a therapeutically significant amount. The targeted delivery of the drug to the tumor site is achieved through the preferential accumulation of nanosized particles in the tumor (EPR effect, expressed for particles of 10-100 nm in size) or by addressing using guiding modules containing molecules, peptides, antibodies or fragments specific to receptors, expressed on the surface of tumor cells, for example a humanized mini-antibody scFv 4D5 or a high affinity peptide of non-immunoglobulin nature DARPin-29, specific for the cancer-associated antigen HER-2 / new. Hard bonds in the crystal and the character of 90 Y decay make it possible to minimize the risk of poisoning of healthy tissues by retaining the decay products in the nanocrystalline matrix.

Claims (1)

Композиция для визуализации и повреждения опухолевых клеток-мишеней, содержащая неорганические наночастицы размером 10-100 нм и размерной дисперсностью до 6% состава NaYF4, солегированные ионами иттербия (Yb) и эрбия (Er) или иттербия (Yb) и тулия (Tm), и включающая цитотоксический компонент, представленный бета-изотопом, которым является изотоп иттрия-90 (90Y), причем доля изотопа иттрия-90 к общему числу изотопов иттрия составляет от 10-5 до 100%, при этом наночастицы переведены в гидрофильную форму путем использования покрытия, представленного по крайней мере одним из соединений, выбранных из полималеинового ангидрида октадецена, полиэтиленимина, поли(D,L-лактида), поли(лактид-гликолида), диоксида кремния, тетраметиламмония гидроксида, при этом наночастицы связаны с гуманизированным мини-антителом scFv 4D5 или высокоаффинным пептидом неиммуноглобулиновой природы DARPin-29, которые специфичны к раковоассоциированному антигену HER-2/new.Composition for visualization and damage of target tumor cells, containing inorganic nanoparticles with a size of 10-100 nm and a size dispersion of up to 6% of the composition NaYF 4 , ionized with ytterbium (Yb) and erbium (Er) or ytterbium (Yb) and thulium (Tm), and including the cytotoxic component represented by the beta isotope, which is the yttrium-90 isotope ( 90 Y), and the proportion of the yttrium-90 isotope to the total number of yttrium isotopes is from 10 -5 to 100%, while the nanoparticles are converted into a hydrophilic form by using cover provided by extreme one of the compounds selected from octalecene polymaleic anhydride, polyethyleneimine, poly (D, L-lactide), poly (lactide glycolide), silicon dioxide, tetramethylammonium hydroxide, and the nanoparticles are bound to a humanized mini-antibody scFv 4D5 or a high affinity peptide non-immunoglobulin nature of DARPin-29, which are specific for the cancer-associated antigen HER-2 / new.
RU2015155224A 2015-12-23 2015-12-23 Composition for imaging and damaging of target cells RU2611653C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015155224A RU2611653C1 (en) 2015-12-23 2015-12-23 Composition for imaging and damaging of target cells

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015155224A RU2611653C1 (en) 2015-12-23 2015-12-23 Composition for imaging and damaging of target cells

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2611653C1 true RU2611653C1 (en) 2017-02-28

Family

ID=58459108

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015155224A RU2611653C1 (en) 2015-12-23 2015-12-23 Composition for imaging and damaging of target cells

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2611653C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107663227A (en) * 2017-07-26 2018-02-06 中原大学 Novel peptide and application thereof
RU2745187C1 (en) * 2020-02-11 2021-03-22 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" Method for producing complex for tumor therapeutics based on anti-stokes nanophosphors and protein molecules

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140187843A1 (en) * 2011-04-20 2014-07-03 Joseph Friedberg Radioisotope-photodynamic therapy for cancer treatment
RU2554094C2 (en) * 2009-11-27 2015-06-27 Айсис Инновейшен Лимитед Method and device for energy focusing

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2554094C2 (en) * 2009-11-27 2015-06-27 Айсис Инновейшен Лимитед Method and device for energy focusing
US20140187843A1 (en) * 2011-04-20 2014-07-03 Joseph Friedberg Radioisotope-photodynamic therapy for cancer treatment

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Е.В. Хайдуков и др. Оптическая визуализация опухолевых тканей с применением антистоксовых наночастиц. Вестник РФФИ, No 4 (84) октябрь-декабрь 2014, С.7-14. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107663227A (en) * 2017-07-26 2018-02-06 中原大学 Novel peptide and application thereof
CN107663227B (en) * 2017-07-26 2020-12-08 中原大学 Novel peptide and application thereof
RU2745187C1 (en) * 2020-02-11 2021-03-22 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" Method for producing complex for tumor therapeutics based on anti-stokes nanophosphors and protein molecules

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kamkaew et al. Scintillating nanoparticles as energy mediators for enhanced photodynamic therapy
US9433800B2 (en) Activatable particles, preparation and uses
Zhang et al. Engineering lanthanide-based materials for nanomedicine
Mignot et al. A Top‐Down synthesis route to ultrasmall multifunctional Gd‐Based silica nanoparticles for theranostic applications
KR101639281B1 (en) Inorganic nanoparticles of high density to destroy cells in-vivo
CN105434366B (en) For the particle with radiotherapy treatment of cancer with combinations
JP6619231B2 (en) Inorganic nanoparticle composition in combination with ionizing radiation to treat cancer
US20130195979A1 (en) Core-Excited Nanoparticles and Methods of Their Use in the Diagnosis and Treatment of Disease
US20210261857A1 (en) Particle comprising at least one ferrimagnetic or ferromagnetic iron oxide nanoparticle associated with at least one compound for medical or cosmetic use
EA029635B1 (en) Use of a nanoparticle comprising metallic material covered with hafnium oxide material in oncology and composition comprising same
Isikawa et al. Microfluidic synthesis of theranostic nanoparticles with near-infrared scintillation: toward next-generation dosimetry in X-ray-induced photodynamic therapy
Ren et al. Tb-Doped core–shell–shell nanophosphors for enhanced X-ray induced luminescence and sensitization of radiodynamic therapy
Grunert et al. Multifunctional rare-earth element nanocrystals for cell labeling and multimodal imaging
RU2611653C1 (en) Composition for imaging and damaging of target cells
Boschi et al. Nanoparticles for Cerenkov and radioluminescent light enhancement for imaging and radiotherapy
Kirsanova et al. Nanomaterials for deep tumor treatment
Pudovkin et al. Fluoride nanoparticles for biomedical applications
Sharma et al. Multimodal applications of zinc gallate-based persistent luminescent nanoparticles in cancer treatment: tumor margining, diagnosis, and boron neutron capture therapy
Li et al. Anticancer effects and cell death pathways in ultralow-power 980 nm laser-triggered photodynamic therapy by Gd2O3: Yb, Tm nanoparticles
Lipiński et al. Wide band-gap oxide nanoparticles as potential drug carriers.
Mehata et al. Theranostic applications of upconversion nanoparticle-based drug-delivery systems
Hu et al. Application of lanthanide-doped luminescence nanoparticles in imaging and therapeutics
Xu et al. A bubble-enhanced lanthanide-doped up/down-conversion platform with tumor microenvironment response for dual-modal photoacoustic and near-infrared-II fluorescence imaging
Nigoghossian et al. NIR excitation of rare-earth ions in ceramics for diagnosis, bioimaging, and light-induced therapy
Mahata et al. Near-Infrared-Triggered Upconverting Nanoparticles for Biomedicine Applications. Biomedicines 2021, 9, 756

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE

Effective date: 20170721