RU2782384C2 - Nanoparticles for use in increasing brain working capacity or in stress treatment - Google Patents

Nanoparticles for use in increasing brain working capacity or in stress treatment Download PDF

Info

Publication number
RU2782384C2
RU2782384C2 RU2020123779A RU2020123779A RU2782384C2 RU 2782384 C2 RU2782384 C2 RU 2782384C2 RU 2020123779 A RU2020123779 A RU 2020123779A RU 2020123779 A RU2020123779 A RU 2020123779A RU 2782384 C2 RU2782384 C2 RU 2782384C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nanoparticles
nanoparticle
aggregate
aggregates
core
Prior art date
Application number
RU2020123779A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2020123779A3 (en
RU2020123779A (en
Inventor
Аньес Поттье
Лоран Леви
Мари-Эдит Мер
Original Assignee
Нанобиотикс
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 Нанобиотикс filed Critical Нанобиотикс
Priority claimed from PCT/EP2018/085689 external-priority patent/WO2019121813A1/en
Publication of RU2020123779A3 publication Critical patent/RU2020123779A3/ru
Publication of RU2020123779A publication Critical patent/RU2020123779A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2782384C2 publication Critical patent/RU2782384C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: use of a nanoparticle or an aggregate of nanoparticles and a composition based on them for improvement of training, memorizing, and attention in a subject is disclosed, where material of the nanoparticle or the aggregate of nanoparticles is selected from conductive material selected from Tl, Po, Ag, Pd, Ir, Pt, and/or Au, and organic material having adjacent sp2-hybridized carbon centers in its structure, and insulation material selected from La2O3, SiO2, SnO2, Ta2O5, ReO2, ZrO2, HfO2, Y2O3, and diamond-like carbon, where i) a median size of a core of the nanoparticle or the aggregate of nanoparticles of a population is at least 30 nm, when material is conductive material, where ii) the core of the nanoparticle or the aggregate of nanoparticles is covered with biocompatible coating providing a negative surface charge, where iii) nanoparticles or aggregates of nanoparticles are not used as a carrier of a therapeutic compound or a drug, and where iv) biocompatible coating providing the negative surface charge is selected from phosphate, dicarboxylic acid, succinic acid, or sulphate. The use of the above-described nanoparticles or the aggregate of nanoparticles and the composition based on them for the treatment of at least one symptom of pathological stress is also disclosed.
EFFECT: group of inventions provides treatment of diseases and improvement of conditions without impact on a nanoparticle or an aggregate of nanoparticles of an electric field or any other external activation source.
7 cl, 5 dwg, 3 tbl, 12 ex

Description

Настоящее изобретение относится к области медицины, в частности к повышению работоспособности мозга и к лечению патологического стресса. Более конкретно, настоящее изобретение относится к наночастице или агрегату наночастиц для применения в повышении работоспособности мозга или в профилактике или лечении патологического стресса у субъекта без воздействия на наночастицу или агрегат наночастиц электрического поля и предпочтительно без воздействия на них любого другого внешнего источника активации, такого как источник света, магнитное поле или источник ультразвука, где материал наночастицы или агрегата наночастиц выбран из проводникового материала, полупроводникового материала, изоляционного материала с диэлектрической проницаемостью εijk, равной или выше 200, и изоляционного материала с диэлектрической проницаемостью εijk, равной или ниже 100. Кроме того, оно относится к композициям и наборам, включающим такие наночастицы и/или агрегаты наночастиц, а также к их применениям без воздействия на них электрического поля и предпочтительно без воздействия на них любого другого внешнего источника активации, такого как источник света, магнитное поле или источник ультразвука. The present invention relates to the field of medicine, in particular to improving the performance of the brain and to the treatment of pathological stress. More specifically, the present invention relates to a nanoparticle or aggregate of nanoparticles for use in enhancing brain performance or in preventing or treating pathological stress in a subject without exposing the nanoparticle or aggregate of nanoparticles to an electric field, and preferably without exposing them to any other external source of activation, such as a source of light, magnetic field or ultrasound source, where the material of the nanoparticle or aggregate of nanoparticles is selected from a conductive material, a semiconductor material, an insulating material with a dielectric constant ε ijk equal to or higher than 200, and an insulating material with a dielectric constant ε ijk equal to or lower than 100. In addition furthermore, it relates to compositions and kits comprising such nanoparticles and/or aggregates of nanoparticles, as well as their uses without exposing them to an electric field and preferably without exposing them to any other external source of activation, such as sources to light, magnetic field or ultrasound source.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION

С продвижением в понимании нейронауки, мозг можно представить как электрическую сеть, кодирующую и передающую информацию по своим электрическим проводам, нейронам. Связь между нейронами проста и сложна одновременно: проста, потому что она основана на притоке/оттоке ионов внутри нейронов, которые приводят к потенциалам действия (или “спайкам” электрической активности); сложна, потому что сеть мозга состоит из сотен миллиардов нейронов, которые образуют узлы, хабы и модули, демонстрирующие скоординированные взаимодействия в различных пространственных и временных масштабах (Fornito et al., Nature Reviews Neuroscience, 2015, 16, 159-172: The connectomics of brain disorders). Нейронная связь зависит от анатомических компонентов, которые соединяют отдельные нейроны (структура) и от процесса передачи информации (функция). Оба аспекта влияют на общую работу нервной системы. Нейронные взаимодействия передаются колебаниями паттерна электрической активности мозга, которые обычно измеряют при помощи электроэнцефалограммы (ЭЭГ). Наблюдают разные полосы частот колебаний: дельта, тета, альфа, бета, гамма (Ward et al., Trends in Cognitive Sciences, 2003, 7(12), 553-559: Synchronous neural oscillations and cognitive processes). Структурно, наиболее яркой нейроанатомической особенностью мозга является обильная связь между нейронами, что отражает важность нейронной коммуникации. Синхронизация колебаний (“синхронность”) между одной областью мозга и другой, по-видимому, составляет последний уровень кодирования информации [первый уровень (нейрон): потенциалы действия; второй уровень (нейронная сеть(сети)): нейронные колебания] путем обеспечения пространственно-временной координации (Engel et al., Nature Reviews Neuroscience, 2001, 2, 704-716: Dynamic predictions: oscillations and synchrony in top-down processing). Важно отметить, что появляются доказательства того, что деликатно сбалансированный паттерн синхронизации и десинхронизации в пространстве и времени является основополагающим для функциональных показателей нервной системы (Schnitzler et al., Nature Reviews Neuroscience, 2005, 6, 285-296: Normal and pathological oscillatory communication in the brain).With advances in understanding of neuroscience, the brain can be thought of as an electrical network that encodes and transmits information along its electrical wires, the neurons. Communication between neurons is simple and complex at the same time: simple because it is based on the inflow/outflow of ions within neurons that lead to action potentials (or "spike" of electrical activity); complex because the brain network consists of hundreds of billions of neurons that form nodes, hubs, and modules that demonstrate coordinated interactions across different spatial and temporal scales ( Fornito et al ., Nature Reviews Neuroscience, 2015, 16, 159-172: The connectomics of brain disorders ). Neural communication depends on the anatomical components that connect individual neurons (structure) and on the process of information transfer (function). Both aspects affect the overall functioning of the nervous system. Neuronal interactions are transmitted by fluctuations in the pattern of electrical activity in the brain, which are usually measured using an electroencephalogram (EEG). Different bands of oscillation frequencies are observed: delta, theta, alpha, beta, gamma ( Ward et al., Trends in Cognitive Sciences, 2003, 7(12), 553-559: Synchronous neural oscillations and cognitive processes ). Structurally, the most striking neuroanatomical feature of the brain is the abundant connectivity between neurons, reflecting the importance of neural communication. Synchronization of oscillations (“synchronism”) between one area of the brain and another, apparently, constitutes the last level of information encoding [the first level (neuron): action potentials; second layer (neural network(s)): neural oscillations] by providing spatiotemporal coordination ( Engel et al., Nature Reviews Neuroscience, 2001, 2, 704-716: Dynamic predictions: oscillations and synchronization in top-down processing ). Importantly, evidence is emerging that a delicately balanced pattern of synchronization and desynchronization in space and time is fundamental to the functional performance of the nervous system ( Schnitzler et al., Nature Reviews Neuroscience, 2005, 6, 285-296: Normal and pathological oscillatory communication in the brain ).

Развитие определенных навыков, креативности или генерации идей у определенных людей, а у других нет, является чем-то очень загадочным, и это до сих пор не объяснено. Однако изучение определенных заболеваний и их симптомов может помочь понять функционирование “нормального” и “аномального” головного мозга. Например, было отмечено, что у людей с нейродегенеративным заболеванием, таким как лобно-височная деменция, развиваются навыки рисования и живописи с развитием их заболевания (Miller et al., Neurology, 1998, 978-982: Emergence of artistic talent in frontotemporal dementia). Несколько публикаций показывают, что склонность к развитию неврологического заболевания, такого как биполярный синдром, шизофрения или аутизм, выше у людей (и их родственников первой степени), работающих в творческой сфере (инженерия, литература, живопись), чем для “не творческих людей” (Andreasen N.C., American Journal of Psychiatry, 1987, 144(10), 1288-1292: Creativity and mental illness: prevalence rates in writers and their first-degree relatives; Baron-Cohen et al., Autism, 1997, 101-109: Is there a link between engineering and autism; Sussman et al., Stanford Journal of Neuroscience, 2007, 1(1), 21-24: Mental illness and creativity: a neurological view of the “tortured artist”). Для описания процесса создания и генерации идей было разработано несколько моделей: модель полушария, которая предполагает, что недоминантное полушарие специализируется на творческой активности, или совсем недавно разработанная фронтотемпоральная модель, которая предполагает, что изменения в височной доле могут увеличивать генерацию идей, тогда как изменения в лобной доле могут уменьшить ее (Flaherty et al., J Comp Neurol, 2005, 493(1), 147-153: Frontotemporal and dopaminergic control of idea generation and creative drive). Действительно, некоторые ученые могут выполнять эзотерические числовые вычисления, в то же время имея недостаточные знания элементарной арифметики (Snyder et al., Proceedings of the Royal Society of London B, 1999, 266, 587-592: Is integer arithmetic fundamental to mental processing?: the mind’s secret arithmetic). Интересно, что есть свидетельства того, что такая необычная способность связана с торможением в левом (доминирующем) полушарии вместе с фасилитацией в правом (недоминантном) полушарии (Treffert D.A., Philosophical Transactions of the Royal Society B, 2009, 364, 1351-1357: The savant syndrome: an extraordinary condition. A synopsis: past, present, future).The development of certain skills, creativity or idea generation in certain people and not in others is something very mysterious, and it has not yet been explained. However, the study of certain diseases and their symptoms can help to understand the functioning of the “normal” and “abnormal” brain. For example, people with a neurodegenerative disease such as frontotemporal dementia have been noted to develop drawing and painting skills as their disease progresses ( Miller et al., Neurology, 1998, 978-982: Emergence of artistic talent in frontotemporal dementia ) . Several publications show that the propensity to develop a neurological disease, such as bipolar syndrome, schizophrenia, or autism, is higher in people (and their first-degree relatives) working in a creative field (engineering, writing, painting) than in "non-creative people" ( Andreasen NC, American Journal of Psychiatry, 1987, 144(10), 1288-1292: Creativity and mental illness: prevalence rates in writers and their first-degree relatives; Baron-Cohen et al., Autism, 1997, 101-109 : Is there a link between engineering and autism; Sussman et al., Stanford Journal of Neuroscience, 2007, 1(1), 21-24: Mental illness and creativity: a neurological view of the “tortured artist” ). Several models have been developed to describe the process of creating and generating ideas: the hemispheric model, which suggests that the non-dominant hemisphere specializes in creative activity, or the more recently developed frontotemporal model, which suggests that changes in the temporal lobe can increase idea generation, while changes in frontal lobe can reduce it ( Flaherty et al., J Comp Neurol, 2005, 493(1), 147-153: Frontotemporal and dopaminergic control of idea generation and creative drive ). Indeed, some scientists can perform esoteric numerical calculations while having little knowledge of elementary arithmetic ( Snyder et al. , Proceedings of the Royal Society of London B, 1999, 266, 587-592: Is integer arithmetic fundamental to mental processing? : the mind's secret arithmetic ). Interestingly, there is evidence that this unusual ability is associated with inhibition in the left (dominant) hemisphere along with facilitation in the right (non-dominant) hemisphere ( Treffert DA, Philosophical Transactions of the Royal Society B, 2009, 364, 1351-1357: The savant syndrome: an extraordinary condition. A synopsis: past, present, future ).

Таким образом, мозг представляет собой динамическую систему, в которой специфические состояния церебрального функционирования происходят в результате сложных возбуждающих и ингибирующих взаимодействий между популяциями нейронов. Таким образом, “аномальное” состояние отражает дисбаланс между сложными возбуждающими и ингибирующими взаимодействиями между популяциями нейронов (Kapur et al., Brain, 1996, 119, 1775-1790: Paradoxical functional facilitation in brain-behaviour research, a critical review).Thus, the brain is a dynamic system in which specific states of cerebral functioning result from complex excitatory and inhibitory interactions between populations of neurons. Thus, the “abnormal” state reflects an imbalance between complex excitatory and inhibitory interactions between populations of neurons ( Kapur et al., Brain, 1996, 119, 1775-1790: Paradoxical functional facilitation in brain-behavior research, a review critical ).

Настоящее изобретение относится к наночастицам и/или агрегатам наночастиц (агрегаты наночастиц) для применения в повышении, увеличении или улучшении работоспособности/производительности мозга или для профилактики или лечения/для применения в профилактике или лечении патологического стресса или по меньшей мере одного его симптома.The present invention relates to nanoparticles and/or nanoparticle aggregates (nanoparticle aggregates) for use in increasing, increasing or improving brain performance/performance, or for preventing or treating/for use in preventing or treating pathological stress or at least one symptom thereof.

Наночастицы и агрегаты наночастиц, описанные авторами в настоящей заявке, не требуют применения/индукции электрического тока или поля/стимула и предпочтительно не требуют воздействия любого другого внешнего источника активации, такого как источник света, магнитное поле или источник ультразвука, чтобы проявить их функцию (т.е. быть эффективными). Для описанных в настоящей заявке наночастиц и агрегатов наночастиц не требуется воздействия на них электрического тока или поля/стимула, и предпочтительно не требуется воздействия любого другого внешнего источника активации, такого как источник света, магнитное поле или источник ультразвука, чтобы они были функциональными в контексте описанных в настоящей заявке применений. Разработчики изобретения обнаружили, что эти наночастицы или агрегаты наночастиц можно выгодно и неожиданно эффективно использовать без воздействия или без воздействия на субъекта, которому их вводят, электрического тока или поля/стимула, обычно электрического тока или поля/стимула, воздействующего на указанного субъекта, например, путем транскраниальной электростимуляции (TES), путем транскраниальной магнитной стимуляции (TMS), и предпочтительно без воздействия любого другого внешнего источника активации, такого как источник света, магнитное поле или источник ультразвука. Это означает, что получающий лечение субъект не будет испытывать негативных побочных эффектов воздействия электрического тока или поля/стимула или любого другого внешнего источника активации, такого как источник света, магнитное поле или источник ультразвука, благодаря настоящему изобретению.The nanoparticles and aggregates of nanoparticles described by the authors in this application do not require the application/induction of an electric current or field/stimulus and preferably do not require exposure to any other external source of activation, such as a light source, a magnetic field or an ultrasound source, in order to manifest their function (i.e., .e. to be effective). The nanoparticles and nanoparticle aggregates described herein do not require an electrical current or field/stimulus, and preferably do not require any other external source of activation, such as a light source, a magnetic field, or an ultrasound source, to be functional in the context of the described in this Application Application. The inventors have found that these nanoparticles or aggregates of nanoparticles can be advantageously and unexpectedly effectively used without exposing the subject to which they are administered to an electric current or field/stimulus, usually an electric current or field/stimulus, affecting said subject, for example, by transcranial electrical stimulation (TES) , by transcranial magnetic stimulation (TMS), and preferably without any other external activation source such as a light source, magnetic field or ultrasound source. This means that the treated subject will not experience the negative side effects of exposure to an electric current or field/stimulus or any other external source of activation such as a light source, a magnetic field or an ultrasound source due to the present invention.

Как хорошо известно специалисту в данной области техники, наночастица имеет повышенное/высокое отношение поверхность/объем, обычно приблизительно 35-40% атомов локализовано на поверхности наночастицы размером 10 нм по сравнению с менее чем 20% для наночастицы размером более 30 нм. Это высокое отношение поверхность/объем связано с высокой поверхностной реактивностью, которая зависит от размера. В результате, наночастицы (особенно те, которые размером менее 20 нм) могут проявлять новые свойства по сравнению с объемными материалами. Например, известно, что частицы золота химически инертны и устойчивы к окислению в макроскопическом масштабе, тогда как частицы золота размером менее 10 нм имеют химически активную поверхность. Токсичными механизмами, связанными с химической дестабилизацией металлических наночастиц, могут быть (i) прямое высвобождение металлов в растворах (процесс растворения), (ii) каталитические свойства металлических наночастиц и (iii) окислительно-восстановительная эволюция поверхности наночастиц, которые могут окислять белки, генерировать активные формы кислорода (АФК) и вызывать окислительный стресс (см. M. Auffan et al., Environmental Pollution 157 (2009) 1127-1133: Chemical Stability of metallic nanoparticles: a parameter controlling their potential cellular toxicity in vitro).As is well known to one skilled in the art, a nanoparticle has an increased/high surface/volume ratio, typically about 35-40% of the atoms are localized on the surface of a 10 nm nanoparticle compared to less than 20% for a nanoparticle larger than 30 nm. This high surface/volume ratio is associated with high surface reactivity, which is size dependent. As a result, nanoparticles (especially those smaller than 20 nm) can exhibit new properties compared to bulk materials. For example, gold particles are known to be chemically inert and resistant to oxidation on a macroscopic scale, while gold particles smaller than 10 nm have a reactive surface. The toxic mechanisms associated with the chemical destabilization of metal nanoparticles can be (i) direct release of metals in solutions (dissolution process), (ii) catalytic properties of metal nanoparticles, and (iii) redox evolution of the surface of nanoparticles that can oxidize proteins, generate active oxygen species (ROS) and cause oxidative stress (see M. Auffan et al., Environmental Pollution 157 (2009) 1127-1133: Chemical Stability of metallic nanoparticles: a parameter controlling their potential cellular toxicity in vitro ).

Помимо описанных выше наночастиц золота, которые обладают каталитическими свойствами, наночастицы оксида церия (7 нм частица CeO2) или оксида железа (20 нм частица Fe3O4) показали окислительно-восстановительную модификацию их поверхности, что приводит к цитотоксическим эффектам, связанным с окислительным стрессом in vitro (см. M. Auffan et al., Environmental Pollution 157 (2009) 1127-1133: Chemical Stability of metallic nanoparticles: a parameter controlling their potential cellular toxicity in vitro). Кроме того, 11-нм наноструктура диоксида кремния разрушается биологическими средами (см. S-A Yang et al., Scientific Reports 2018 8:185: Silica nanoparticle stability in biological media revisited).In addition to the gold nanoparticles described above, which have catalytic properties, nanoparticles of cerium oxide (7 nm CeO 2 particle) or iron oxide (20 nm Fe 3 O 4 particle) showed redox modification of their surface, which leads to cytotoxic effects associated with oxidative stress in vitro (see M. Auffan et al., Environmental Pollution 157 (2009) 1127-1133: Chemical Stability of metallic nanoparticles: a parameter controlling their potential cellular toxicity in vitro ). In addition, the 11 nm silica nanostructure is degraded by biological media (see SA Yang et al., Scientific Reports 2018 8:185: Silica nanoparticle stability in biological media revisited ).

Как поясняется авторами изобретения ниже, наночастицы, имеющие размер менее 30 нм, должны быть тщательно отобраны, когда предполагают их использование in vivo у субъекта, обычно у млекопитающего, в частности у человекаAs explained by the inventors below, nanoparticles having a size of less than 30 nm must be carefully selected when considering their use in vivo in a subject, usually a mammal, in particular a human.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Обеспечивается преимущество, состоящее в том, что в настоящей заявке впервые описаны наночастица или агрегат наночастиц для применения в повышении, увеличении или улучшении работоспособности/производительности мозга или для профилактики или лечения/для применения в профилактике или лечении патологического стресса или по меньшей мере одного его симптома у субъекта без воздействия на наночастицу или агрегат наночастиц электрического поля и предпочтительно без воздействия на них любого другого внешнего источника активации, такого как источник света, магнитное поле или источник ультразвука. Материал наночастицы или агрегата наночастиц обычно выбирают из проводникового материала, полупроводникового материала, изоляционного материала с диэлектрической проницаемостью εijk, равной или выше 200, и изоляционного материала с диэлектрической проницаемостью εijk, равной или ниже 100.Provides the advantage that the present application describes for the first time a nanoparticle or an aggregate of nanoparticles for use in increasing, increasing or improving brain performance/performance or for preventing or treating/for use in preventing or treating pathological stress or at least one symptom thereof in a subject without exposing the nanoparticle or aggregate of nanoparticles to an electric field, and preferably without exposing them to any other external source of activation, such as a light source, a magnetic field, or an ultrasound source. The material of the nanoparticle or nanoparticle aggregate is typically selected from a conductive material, a semiconductor material, an insulating material with a dielectric constant ε ijk equal to or greater than 200, and an insulating material with a dielectric constant ε ijk equal to or lower than 100.

В настоящей заявке авторы изобретения описывают, в конкретном аспекте, наночастицу или агрегат наночастиц для применения в повышении работоспособности мозга или для применения в профилактике или лечении патологического стресса у субъекта без воздействия на наночастицу или агрегат наночастиц электрического поля или любого другого внешнего источника активации, где материал наночастицы или агрегата наночастиц выбран из проводникового материала, полупроводникового материала, изоляционного материала с диэлектрической проницаемостью εijk, равной или выше 200, и изоляционного материала с диэлектрической проницаемостью εijk, равной или ниже 100, где i) наибольший медианный размер ядра наночастицы или агрегата наночастиц популяции составляет по меньшей мере 30 нм, когда материал представляет собой проводниковый материал, полупроводниковый материал или изоляционный материал с диэлектрической проницаемостью εijk, равной или выше 200, и где ii) ядро наночастицы или агрегата наночастиц покрыто биосовместимым покрытием, обеспечивающим нейтральный или отрицательный поверхностный заряд, при измерении в растворе воды, имеющем концентрацию электролитов от 0,001 до 0,2 M, концентрацию материала наночастиц или агрегатов наночастиц от 0,01 до 10 г/л и рН между 6 и 8.In the present application, the inventors describe, in a specific aspect, a nanoparticle or aggregate of nanoparticles for use in improving brain performance or for use in the prevention or treatment of pathological stress in a subject without exposing the nanoparticle or aggregate of nanoparticles to an electric field or any other external source of activation, where the material nanoparticles or aggregate of nanoparticles is selected from a conductive material, a semiconductor material, an insulating material with a permittivity ε ijk equal to or greater than 200, and an insulating material with a permittivity ε ijk equal to or lower than 100, where i) the largest median size of the nanoparticle core or aggregate of nanoparticles population is at least 30 nm when the material is a conductive material, a semiconductor material, or an insulating material with a dielectric constant ε ijk equal to or greater than 200, and where ii) the core of the nanoparticle or nanoparticle aggregate is coated o a biocompatible coating providing a neutral or negative surface charge when measured in a water solution having an electrolyte concentration of 0.001 to 0.2 M, a concentration of nanoparticle material or nanoparticle aggregates of 0.01 to 10 g/l, and a pH between 6 and 8.

Также в настоящей заявке описано применение наночастицы или агрегата наночастиц для получения композиции для повышения, увеличения или улучшения работоспособности/производительности мозга или для профилактики или лечения патологического стресса или по меньшей мере одного его симптома у нуждающегося в этом субъекта без воздействия на наночастицу или агрегат наночастиц электрического поля и предпочтительно без воздействия на них любого другого внешнего источника активации, такого как источник света, магнитное поле или источник ультразвука.The present application also describes the use of a nanoparticle or an aggregate of nanoparticles to obtain a composition for increasing, increasing or improving the performance/performance of the brain or for the prevention or treatment of pathological stress or at least one symptom thereof in a subject in need without exposing the nanoparticle or aggregate of nanoparticles to an electrical fields and preferably without being exposed to any other external source of activation, such as a light source, a magnetic field or an ultrasound source.

Также в настоящей заявке описана композиция для применения в повышении работоспособности мозга или для профилактики или лечения/для применения в профилактике или лечении патологического стресса или по меньшей мере одного его симптома у субъекта, где композиция включает или состоит из наночастиц и/или агрегатов наночастиц и фармацевтически приемлемого носителя, где материал наночастицы или агрегата наночастиц обычно выбирают из проводникового материала, полупроводникового материала, изоляционного материала с диэлектрической проницаемостью εijk, равной или выше 200, и изоляционного материала с диэлектрической проницаемостью εijk, равной или ниже 100, и где повышение работоспособности мозга или профилактику или лечение патологического стресса осуществляют без воздействия электрического поля на вводимые субъекту посредством композиции наночастицы или агрегаты наночастиц, и предпочтительно без воздействия на них любого другого внешнего источника активации, такого как источник света, магнитное поле или источник ультразвука.The present application also describes a composition for use in improving brain performance or for prevention or treatment/for use in the prevention or treatment of pathological stress or at least one of its symptoms in a subject, where the composition includes or consists of nanoparticles and/or aggregates of nanoparticles and pharmaceutically acceptable carrier, where the material of the nanoparticle or aggregate of nanoparticles is usually selected from a conductive material, a semiconductor material, an insulating material with a dielectric constant ε ijk equal to or higher than 200, and an insulating material with a dielectric constant ε ijk equal to or lower than 100, and where the increase in brain performance or the prevention or treatment of pathological stress is carried out without exposing the nanoparticles or aggregates of nanoparticles administered to the subject by means of the composition to an electric field, and preferably without exposing them to any other external source of activation, such as a light source, magic filament field or ultrasound source.

Кроме того, в настоящей заявке описан набор, включающий или состоящий из по меньшей мере из двух отдельных наночастиц и/или агрегатов наночастиц, при этом каждая наночастица или агрегат наночастиц состоит из отдельного материала, обычно выбранного из проводникового материала, полупроводникового материала, изоляционного материала с диэлектрической проницаемостью εijk, равной или выше 200, и изоляционного материала с диэлектрической проницаемостью εijk, равной или ниже 100, и его применения типично в повышении работоспособности мозга или в способе для повышения работоспособности мозга, или в профилактике или лечении патологического стресса или по меньшей мере одного его симптома у субъекта без воздействия на наночастицы или агрегаты наночастиц электрического поля, и предпочтительно без воздействия на них любого другого внешнего источника активации, такого как источник света, магнитное поле или источник ультразвука.In addition, the present application describes a set comprising or consisting of at least two separate nanoparticles and/or nanoparticle aggregates, with each nanoparticle or nanoparticle aggregate consisting of a separate material, usually selected from a conductive material, a semiconductor material, an insulating material with a dielectric constant ε ijk equal to or higher than 200, and an insulating material with a dielectric constant ε ijk equal to or lower than 100, and its use is typically in improving brain performance or in a method for improving brain performance, or in the prevention or treatment of pathological stress, or at least at least one of its symptoms in the subject without exposing the nanoparticles or aggregates of nanoparticles to an electric field, and preferably without exposing them to any other external source of activation, such as a light source, a magnetic field or an ultrasound source.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

По оценкам, нервная система человека состоит примерно из 80-120 миллиардов нервных клеток (Herculano-Houzel S. Frontier in Human Neuroscience (2009), 3(31): 1-11, The human brain in numbers: a linearly scaled-up primate brain). Определяющей характеристикой нейрона (или нервной клетки) является его способность передавать электрические сигналы в виде потенциалов действия.The human nervous system is estimated to be composed of approximately 80-120 billion nerve cells ( Herculano-Houzel S. Frontier in Human Neuroscience (2009), 3(31): 1-11, The human brain in numbers: a linearly scaled-up primate brain ). The defining characteristic of a neuron (or nerve cell) is its ability to transmit electrical signals in the form of action potentials.

Нейрон/нервная клетка составляет элементарный узел головного мозга. Структура нейрона/нервной клетки состоит из: “сомы” или “тела клетки”, которое содержит ядро и может быть удлинено дендритами, “аксона”, который передает электрический сигнал, и терминали аксона, которая состоит из синаптических окончаний.A neuron/nerve cell makes up the elementary node of the brain. The structure of a neuron/nerve cell consists of: a "soma" or "cell body" which contains a nucleus and can be elongated by dendrites, an "axon" which transmits an electrical signal, and an axon terminal which consists of synaptic endings.

Нейрон/нервная клетка составляет элементарный узел головного мозга. Нервные клетки могут сообщаться друг с другом высоко структурированным образом, образуя нейронные сети. Нейрон передает сигналы через синаптические связи. Внутри нейрона, наносхемы образуют основной биохимический механизм, опосредующий ключевые нейронные свойства, такие как обучение и память, а также генез ритмичности нейронов.A neuron/nerve cell makes up the elementary node of the brain. Nerve cells can communicate with each other in a highly structured way, forming neural networks. A neuron transmits signals through synaptic connections. Inside the neuron, nanocircuits form the main biochemical mechanism that mediates key neuronal properties such as learning and memory, as well as the genesis of neuronal rhythmicity.

Микросхема может быть сформирована только с несколькими взаимосвязанными нейронами и может выполнять сложные задачи, такие как опосредование рефлексов, обработка сенсорной информации, инициация двигательной активности, а также посредничество в обучении и запоминании. Макросхема представляет собой более сложную сеть, состоящую из нескольких встроенных микросхем. Макросхемы опосредуют более высокие функции мозга, такие как распознавание объектов и познавательная способность. Таким образом, несколько уровней сетей расположены в нервной системе.A microcircuit can be formed with only a few interconnected neurons and can perform complex tasks such as mediating reflexes, processing sensory information, initiating motor activity, and mediating learning and memory. A microcircuit is a more complex network consisting of several embedded microcircuits. Macrocircuits mediate higher brain functions such as object recognition and cognition. Thus, several levels of networks are located in the nervous system.

Возбудимость нейронной сетиNeural network excitability

Нейроны посылают сообщения электрохимически (то есть химические вещества/ионы вызывают электрический сигнал). Важными ионами в нервной системе являются натрий и калий, кальций и хлорид. Когда нейрон не посылает сигнал, он находится «в покое». Когда нейрон находится в состоянии покоя, внутренняя часть нейрона отрицательна по отношению к внешней части. Хотя концентрации различных ионов пытаются найти баланс на обеих сторонах мембраны, они не могут это сделать, потому что клеточная мембрана пропускает только некоторые ионы через каналы (ионные каналы). В дополнение к этим селективным ионным каналам есть насос, который использует энергию для перемещения трех ионов натрия из нейрона для каждых двух ионов калия, которые он вводит. Наконец, когда все эти силы уравновешиваются и измерена разница в напряжении между внутренней и внешней частью нейрона, потенциал покоящейся мембраны (также называемый “потенциал покоя”) нейрона составляет около -70 мВ. Это означает, что внутри нейрона на 70 мВ меньше, чем снаружи. В состоянии покоя снаружи нейрона находится относительно больше ионов натрия, а внутри этого нейрона больше ионов калия. Потенциал действия (также обозначаемый как “спайк” или “импульс”) возникает, когда нейрон посылает информацию вниз по аксону, от тела клетки. Это означает, что некоторое событие (стимул) заставляет потенциал покоя двигаться к 0 мВ. Когда деполяризация достигает около -55 мВ, нейрон запускает потенциал действия. Если деполяризация не достигает этого критического порогового уровня, то не срабатывает потенциал действия (механизм включения/выключения). Кроме того, при достижении порогового уровня всегда срабатывает потенциал действия с фиксированной амплитудой. Следовательно, либо деполяризация не достигает порога, либо генерируется полный потенциал действия.Neurons send messages electrochemically (that is, chemicals/ions cause an electrical signal). Important ions in the nervous system are sodium and potassium, calcium and chloride. When a neuron is not sending a signal, it is "at rest". When the neuron is at rest, the inside of the neuron is negative with respect to the outside. Although the concentrations of the various ions try to find a balance on both sides of the membrane, they cannot do so because the cell membrane only allows some of the ions to pass through the channels (ion channels). In addition to these selective ion channels, there is a pump that uses energy to move three sodium ions out of the neuron for every two potassium ions it injects. Finally, when all these forces are balanced and the difference in voltage between the inside and outside of the neuron is measured, the resting membrane potential (also called “resting potential”) of the neuron is about -70 mV. This means that inside the neuron is 70 mV less than outside. At rest, there are relatively more sodium ions outside the neuron, and there are more potassium ions inside this neuron. An action potential (also referred to as a “spike” or “pulse”) occurs when a neuron sends information down its axon, away from the cell body. This means that some event (stimulus) causes the resting potential to move towards 0 mV. When depolarization reaches about -55 mV, the neuron fires an action potential. If the depolarization does not reach this critical threshold level, then the action potential (on/off mechanism) does not fire. In addition, when the threshold level is reached, an action potential with a fixed amplitude is always fired. Therefore, either the depolarization does not reach the threshold or a full action potential is generated.

Большая вариабельность обнаружена в скорости распространения потенциалов действия. Фактически, скорость распространения потенциалов действия в нервах может варьироваться от 100 метров в секунду до менее одной десятой метра в секунду. В то время как постоянная времени является показателем того, насколько быстро мембрана будет отвечать на стимул по времени, пространственная постоянная (также постоянная длины) является показателем того, насколько хорошо электрический потенциал будет распространяться вдоль аксона в качестве функции расстояния.Greater variability was found in the rate of propagation of action potentials. In fact, the propagation speed of action potentials in nerves can vary from 100 meters per second to less than one-tenth of a meter per second. While the time constant is a measure of how quickly the membrane will respond to a stimulus over time, the space constant (also the length constant) is a measure of how well the electrical potential will propagate along the axon as a function of distance.

Структура коры головного мозгаStructure of the cerebral cortex

Существует два широких класса кортикальных нейронов: “ингибирующие нейроны” или “промежуточные нейроны”, которые создают только ближние локальные связи; и “возбуждающие нейроны” или “проекционные нейроны” или “пирамидальные нейроны”, у которых аксоны протягиваются к отдаленным внутрикортикальным, подкорковым и субцеребральным мишеням. “Ингибирующие нейроны” или “промежуточные нейроны” составляют меньшинство (20%) кортикальных нейронов; большая часть приходится на “пирамидальные нейроны” (Shipp S., Current Biology, 2007, 17(12), R443-449: Structure and function of the cerebral cortex). Проекционные нейроны представляют собой глутаматергические нейроны, которые передают информацию между различными областями неокортекса и другими областями мозга (Bikson et al., J Physiol, 2004, 557(1), 175-190: Effects of uniform extracellular DC electric fields on excitability in rat hippocampal slices in vitro). Проекционные нейроны или пирамидальные нейроны названы из-за их выдающегося апикального дендрита, который обычно выделяется на поверхности, обеспечивая им пирамидальную морфологию. Как правило, нейрон “принадлежит” слою, в котором находится его клеточное тело (или “сома”) - даже если апикальный и базальный дендриты между ними охватывают еще несколько слоев, улавливая более широкий диапазон сигналов (Shipp S., Current Biology, 2007, 17(12), R443-449: Structure and function of the cerebral cortex).There are two broad classes of cortical neurons: "inhibitory neurons" or "intermediate neurons" that make only near local connections; and "excitatory neurons" or "projection neurons" or "pyramidal neurons" in which axons extend to distant intracortical, subcortical, and subcerebral targets. “Inhibitory neurons” or “interneurons” make up a minority (20%) of cortical neurons; most are “pyramidal neurons” ( Shipp S., Current Biology, 2007, 17(12), R443-449: Structure and function of the cerebral cortex ). Projection neurons are glutamatergic neurons that relay information between different areas of the neocortex and other areas of the brain ( Bikson et al., J Physiol, 2004, 557(1), 175-190: Effects of uniform extracellular DC electric fields on excitability in rat hippocampal slices in vitro ). Projection neurons or pyramidal neurons are named for their prominent apical dendrite, which usually protrudes at the surface, giving them a pyramidal morphology. As a rule, a neuron “belongs” to the layer in which its cell body (or “soma”) is located - even if the apical and basal dendrites between them cover several more layers, capturing a wider range of signals ( Shipp S., Current Biology, 2007, 17(12), R443-449: Structure and function of the cerebral cortex ).

Серое вещество коры головного мозга представляет собой извилистый, слоистый пласт ткани, толщиной 2-3 мм у человека, но с площадью поверхности в несколько сотен квадратных сантиметров (Shipp S., Current Biology, 2007, 17(12), R443-449: Structure and function of the cerebral cortex). В коре головного мозга распознают шесть основных слоев:The gray matter of the cerebral cortex is a tortuous, layered sheet of tissue, 2-3 mm thick in humans, but with a surface area of several hundred square centimeters ( Shipp S., Current Biology, 2007, 17(12), R443-449: Structure and function of the cerebral cortex ). There are six main layers in the cerebral cortex:

- Слой I, молекулярный слой, содержит мало рассеянных нейронов и состоит в основном из расширений апикальных дендритных пучков пирамидальных нейронов и горизонтально ориентированных аксонов, а также глиальных клеток;- Layer I, the molecular layer, contains few scattered neurons and consists mainly of extensions of the apical dendritic bundles of pyramidal neurons and horizontally oriented axons, as well as glial cells;

- Слой II, внешний зернистый слой, содержит преимущественно мелкие и средние пирамидальные нейроны и многочисленные звездчатые нейроны;- Layer II, the outer granular layer, contains predominantly small and medium pyramidal neurons and numerous stellate neurons;

- Слой III, внешний пирамидальный слой, содержит преимущественно мелкие и средние пирамидальные нейроны, а также непирамидальные нейроны с вертикально ориентированными интракортикальными аксонами;- Layer III, the outer pyramidal layer, contains predominantly small and medium pyramidal neurons, as well as non-pyramidal neurons with vertically oriented intracortical axons;

- Слой IV, внутренний зернистый слой, содержит различные типы звездчатых и пирамидальных нейронов;- Layer IV, the inner granular layer, contains various types of stellate and pyramidal neurons;

- Слой V, содержит крупные пирамидальные нейроны, которые дают начало аксонам, покидающим кору и спускающимся в подкорковые структуры (такие как базальные ганглии). В первичной моторной коре лобной доли слой V содержит клетки, аксоны которых проходят через внутреннюю капсулу, ствол головного мозга и спинной мозг, образуя корково-спинномозговой путь, который является основным путем для произвольного моторного контроля; и- Layer V, contains large pyramidal neurons that give rise to axons that leave the cortex and descend into subcortical structures (such as the basal ganglia). In the primary motor cortex of the frontal lobe, layer V contains cells whose axons pass through the internal capsule, brainstem, and spinal cord to form the corticospinal tract, which is the main pathway for voluntary motor control; and

- Слой VI, полиморфный или многоформный слой, содержит мало крупных пирамидальных нейронов и много мелких веретенообразных пирамидальных и многоформных нейронов; слой VI направляет эфферентные волокна к таламусу, устанавливая очень точное взаимное соединение между корой и таламусом.- Layer VI, polymorphic or multiform layer, contains few large pyramidal neurons and many small spindle-shaped pyramidal and multiform neurons; layer VI directs efferent fibers to the thalamus, establishing a very precise interconnection between the cortex and the thalamus.

Эти слои по-разному развиваются в различных областях коры головного мозга, например, пирамидальные слои более развиты в двигательных центрах, а зернистые слои в сенсорных центрах коры головного мозга.These layers develop differently in different areas of the cerebral cortex, for example, the pyramidal layers are more developed in the motor centers, and the granular layers in the sensory centers of the cerebral cortex.

Связь внутри и между нейронными сетямиCommunication within and between neural networks

Существует три типа сетей связи, которые используются для изучения передачи сигналов внутри головного мозга и по всему головному мозгу. Структурная связность основана на обнаружении проводящих путей, которые физически соединяют области мозга. Это анатомические сетевые карты, которые указывают возможные пути прохождения сигналов в мозге. Функциональная связность идентифицирует активность в областях мозга, которые имеют сходную частоту, фазу и/или амплитуду коррелированной активности. Эффективная связность использует информацию о функциональной связности и делает еще один шаг в определении прямого или косвенного влияния, которое одна нейронная система может оказывать на другую, более конкретно, направление динамического информационного потока в мозге (Bowyer et al., Neuropsychiatric Electrophysiology, 2016, 2(1), 1-12: Coherence a measure of the brain networks: past and present).There are three types of communication networks that are used to study the transmission of signals within the brain and throughout the brain. Structural connectivity is based on the discovery of pathways that physically connect brain regions. These are anatomical network maps that indicate the possible pathways for signals in the brain. Functional connectivity identifies activity in areas of the brain that have a similar frequency, phase, and/or amplitude of correlated activity. Effective connectivity uses information about functional connectivity and goes one step further in determining the direct or indirect influence that one neural system can have on another, more specifically the direction of dynamic information flow in the brain ( Bowyer et al., Neuropsychiatric Electrophysiology, 2016, 2( 1), 1-12: Coherence a measure of the brain networks: past and present ).

Синхронизированная активность в нейронной сети может быть обнаружена при помощи магнитоэнцефалограммы (МЭГ), электроэнцефалограммы (ЭЭГ), функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) или позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), затем изображения с использованием анализа связности в сети. МЭГ (магнитоэнцефалограмма) или ЭЭГ (электроэнцефалограмма) являются предпочтительными, поскольку они имеют высокое временное разрешение для анализа динамического потока информации. Анализ связности мозга осуществляют для установления сетей связи, необходимых для функционирования мозга. Отдельные области мозга специализируются на обработке определенных типов информации. Методы визуализации показали, что эти области связаны и взаимодействуют с другими специализированными областями через сети в мозге. “Когерентность” (Bowyer et al., Neuropsychiatric Electrophysiology, 2016, 2(1), 1-12: Coherence a measure of the brain networks: past and present.) представляет собой математический метод, который количественно определяет частоту и амплитуду синхроничности (состояния синхронности или синхронизации) нейронных паттернов колебательной активности мозга. Детекцию синхронной активации нейронов можно использовать для определения благополучия или целостности функциональных связей в мозге человека. Наложение карт функциональной связности на изображения структурной связности, а также использование направления потока информации, полученного из эффективной связности, обеспечивает всеобъемлющее понимание того, как функционирует мозг.Synchronized activity in the neural network can be detected using magnetoencephalogram (MEG), electroencephalogram (EEG), functional magnetic resonance imaging (fMRI), or positron emission tomography (PET), then imaging using network connectivity analysis. MEG (Magnetoencephalogram) or EEG (Electroencephalogram) are preferred because they have high temporal resolution for dynamic information flow analysis. Brain connectivity analysis is performed to establish communication networks necessary for brain function. Certain areas of the brain are specialized for processing certain types of information. Imaging techniques have shown that these areas are connected and interact with other specialized areas through networks in the brain. “Coherence” ( Bowyer et al., Neuropsychiatric Electrophysiology, 2016, 2(1), 1-12: Coherence a measure of the brain networks: past and present. ) is a mathematical method that quantifies the frequency and amplitude of synchronicity (states synchrony or synchronization) neural patterns of oscillatory activity of the brain. The detection of synchronous neuronal activation can be used to determine the well-being or integrity of functional connections in the human brain. Overlaying functional connectivity maps on images of structural connectivity, as well as using the direction of information flow derived from effective connectivity, provides a comprehensive understanding of how the brain functions.

Интактный (т.е. “нормальный” или “здоровый”) мозг экспрессирует сложные паттерны (“нормальной” или “здоровой”) синхронной активности, ассоциированные с различными ‘состояниями’ организма, от медленного дельта-ритма (0,5-4 Гц), до тета (4-8 Гц), альфа (8-12 Гц), бета (15-30 Гц) и гамма (30-70 Гц) колебаний. Интересно отметить, что диссоциированная культура кортикальных структур предлагает удобную систему для изучения правил, которые определяют возникновение, генерацию и распространение сетевых ипульсов (спайки) и ‘взрыва’ импульса (кластеры спайков) в популяциях плотно связанных друг с другом нейронов. Активность сети можно регистрировать в течение длительных периодов времени неинвазивным способом и с конечным временным разрешением с использованием мультиэлектродных матриц. Двумерную диссоциированную культуру можно использовать в качестве жизнеспособной тестовой системы для изучения правил, которые регулируют формирование и поддержание активности сети в мозге, позволяя проверить гипотезу, которая не может быть проверена в интактном мозге (Cohen E. et al., Brain Research, 2008, 1235, 21-30: Determinants of spontaneous activity in networks of cultured hippocampus). The intact (i.e. “normal” or “healthy”) brain expresses complex patterns of (“normal” or “healthy”) synchronous activity associated with various body 'states', ranging from a slow delta rhythm (0.5-4 Hz ), to theta (4-8 Hz), alpha (8-12 Hz), beta (15-30 Hz) and gamma (30-70 Hz) vibrations. It is interesting to note that the dissociated culture of cortical structures offers a convenient system for studying the rules that govern the emergence, generation, and propagation of network impulses (spikes) and impulse 'bursts' (spike clusters) in densely connected populations of neurons. Network activity can be recorded over long periods of time in a non-invasive manner and with finite time resolution using multielectrode arrays. A two-dimensional dissociated culture can be used as a viable test system to study the rules that govern the formation and maintenance of network activity in the brain, allowing a hypothesis to be tested that cannot be tested in an intact brain ( Cohen E. et al. , Brain Research, 2008, 1235 , 21-30: Determinants of spontaneous activity in networks of cultured hippocampus).

Умственные способности человека или работоспособность мозга, такая как интеллект, являются особенно сложными. Понимание этих способностей в механистическом плане может способствовать их улучшению. Исследования с использованием энцефалограмм и связанных с событиями потенциалов показывают, что скорость и надежность нейронной передачи связаны с более высокой работоспособностью, как правило, с более высоким интеллектом. Ранние исследования нейровизуализации с использованием ПЭТ показали, что интеллект отрицательно коррелирует с метаболизмом глюкозы в мозге во время умственной деятельности, что приводит к формулировке гипотезы ‘эффективности нейронов’. Согласно этой гипотезе, более умные люди расходуют меньше нейронных ресурсов для выполнения действий на заданном уровне. Интеллект в смысле рассуждений и новых способностей к решению проблем постоянно связан с целостностью, структурой и функцией латеральной префронтальной коры и, возможно, с другими областями. Нерешенные вопросы о нейронных основах интеллекта включают, среди прочего, взаимосвязи между психометрическим интеллектом (т.е. интеллектом, измеряемым тестом IQ-типа, обычно оценивающим точность ответа (а не скорость)), и (i) функциональной связностью между компонентами сетей рабочей памяти, как показано в исследованиях на основе электроэнцефалограмм, и (ii) пластичностью нейронов (т.е. используемой для обозначения тех процессов, которые охватывают большую часть изменений в связности нервной системы в ответ на переживаемое и которые, согласно наблюдениям, перестают действовать в зрелом возрасте у человека). Сообщали, что развитие нейронных связей согласуется с развитием интеллекта (Gray J.R. et al., Nature Review Neuroscience, 2004, 5, 471-482: Neurobiology of intelligence: science and ethics; Garlick D., Psychological Review, 2002, 109(1), 116-136: Understanding the nature of general factor of intelligence: the role of individual difference in neural plasticity as an explanatory mechanism.). Human mental capacity or brain performance, such as intelligence, is particularly complex. Understanding these abilities in a mechanistic way can help improve them. Studies using encephalograms and event-related potentials show that the speed and reliability of neural transmission is associated with higher performance, generally higher intelligence. Early neuroimaging studies using PET showed that intelligence is negatively correlated with brain glucose metabolism during mental activity, leading to the formulation of the 'neuron efficiency' hypothesis. According to this hypothesis, smarter people expend less neural resources to perform actions at a given level. Intelligence in the sense of reasoning and new problem-solving abilities is constantly associated with the integrity, structure and function of the lateral prefrontal cortex and possibly other areas. Unresolved questions about the neural basis of intelligence include, among others, the relationships between psychometric intelligence (i.e. intelligence as measured by an IQ-type test, usually assessing response accuracy (rather than speed)), and (i) functional connectivity between components of working memory networks , as shown in electroencephalogram-based studies, and (ii) neuronal plasticity (i.e., used to refer to those processes that capture most of the changes in the connectivity of the nervous system in response to experience and which, according to observations, cease to operate in adulthood in a person). The development of neural connections has been reported to be consistent with the development of intelligence (Gray JR et al. , Nature Review Neuroscience, 2004, 5, 471-482: Neurobiology of intelligence: science and ethics; Garlick D., Psychological Review, 2002, 109(1) , 116-136: Understanding the nature of general factor of intelligence: the role of individual difference in neural plasticity as an explanatory mechanism.).

Коммуникация между нейронами действительно важна для высших функций мозга, таких как восприятие, память и движение (Massobrio P et al. Neural Plasticity, 2015, Article ID 196195, In vitro studies of neuronal networks and synaptic plasticity in invertebrates and in mammals using multi electrode arrays). Хотя предполагается, что формирование и развитие связей имеют решающее значение в процессе обучения, их сохранение, по-видимому, необходимо для памяти. Синаптическая пластичность уже давно наблюдается в когнитивные процессах, такие как обучение и память. Синаптическая пластичность на сетевом уровне обеспечивает распределенный механизм для преобразования и хранения временной информации в пространственно распределенных паттернах синаптических модификаций. Каждый раз, когда что-то узнается, сеть развивает новые способности к взаимодействию и инкорпорирует новоузнанные факты.Communication between neurons is indeed important for higher brain functions such as perception, memory, and movement ( Massobrio P et al. Neural Plasticity, 2015, Article ID 196195, In vitro studies of neuronal networks and synaptic plasticity in invertebrates and in mammals using multi electrode arrays ). Although it is assumed that the formation and development of connections are crucial in the learning process, their maintenance seems to be necessary for memory. Synaptic plasticity has long been observed in cognitive processes such as learning and memory. Synaptic plasticity at the network level provides a distributed mechanism for transforming and storing temporal information in spatially distributed patterns of synaptic modifications. Every time something is learned, the network develops new interoperability and incorporates the newly learned facts.

Эффективные связи между нейронами могут быть обнаружены с использованием типичных методов визуализации, хорошо известных специалисту, таких как электронные методы визуализации, которые предоставляют структурную информацию о синаптической связности, обычно электронная микроскопия (ЭМ), например, электронная микроскопия серийных блоков-поверхностей (SBFEM), сканирующая электронная микроскопия серийных срезов (SSSEM), автоматизированная трансмиссионная электронная микроскопия (ATEM) и т.д.; методы визуализации на основе фотонов, например “Брэйнбоу” (Lichtman JW et al., Curr Opin Neurobiol, 2008, 22, 144-153: Ome sweet ome: what can the genome tell us about the connectome?; Cai D., et al., Nat Methods, 2013, 10(6), 540-547: Improved tools for the Brainbow toolbox), “матричная томография” (AT) (Micheva KD., et al., 2007, Neuron, 55, 25-36: Array tomography: a new tool for imaging the molecular architecture and ultrastructure of neural circuits; Micheva KD., et al., 2010, Neuron, 68, 639-653: Single-synapse analysis of a diverse synapse population: proteomic imaging methods and markers), воспроизведение GFP по синаптическим партнерам («GRASP») (“GRASP”), в частности GRASP млекопитающих “mGRASP” (Kim J, et al., 2012, Nat Methods, 9(1), 96-102: mGRASP enables mapping mammalian synaptic connectivity with light microscopy; Feng L, et al., 2012, Bioinformatics, 28, i25-i31: Improved synapse detection for mGRASP-assisted brain connectivity.), транссинаптическое маркирование вирусом бешенства (Osakada F, et al., 2011, Neuron, 71, 617-631: New rabies virus variants for monitoring and manipulating activity and gene expression in defined neural circuits; Wickersham IR, et al., 2007, Nat Methods, 4(1), 47-49: Retrograde neuronal tracing with a deletion-mitant rabies virus; Wickersham IR, et al., 2007, Neuron, 53(5), 639-647: Monosynaptic restriction of transsynaptic tracing from single, genetically targeted neurons), флуоресцентная селективная микроскопия плоскостного освещения (fSPIM) (Tomer R, et al., 2012 Nat methods, 9, 755-763: Quantitative high-speed imaging of entire developing embryos with simultaneous Multiview light-sheet microscopy; York AG, et al., 2012, Nat Methods, 9(7), 749-754: Resolution doubling in live, multicellular organisms via multifocal structured illumination microscopy.), предпочтительно в сочетании с разъясняющим методом, таким как “CLARITY” (Chung K, et al., 2013, Nature, 497 (7449), 332-337: Structural and molecular interrogation of intact biological systems.); а также оптогенетические методы, такие как методы визуализации родопсиновых каналов и/или двухфотонные микроскопические методы визуализации кальция, которые позволяют картировать пространственное распределение синаптических связей вместе с измерениями синаптической силы (Petreanu L, et al., 2007, Nat Neurosci, 10, 663-668: Channelrhodopsin-2-assisted circuit mapping of long-range callosal projections; Wang H, et al., 2007, Proc Natl Acad Sci USA, 104, 8143-8148: High-speed mapping of synaptic connectivity using photostimulation in channelrhodopsin-2 transgenic mice), а также детекция активных синапсов, иннервируемых разными входами (Little JP, et al., 2012, J Neurosci: Off J Soc Neurosci, 32(37), 12808-12819: Subcellular synaptic connectivity of layer 2 pyramidal neurons in the medial prefrontal cortex; MacAskill AF, et al., 2012, Nat Neurosci, 15(12), 1624-1626: Subcellular connectivity underlies pathway-specific signaling in the nucleus accumbens); или любые комбинации этих различных методов (Yook C. et al., Cellular and Molecular Life Sciences, 2013, 70, 4747-4757: Mapping mammalian synaptic connectivity). Effective connections between neurons can be detected using typical imaging techniques well known to those skilled in the art, such as electronic imaging techniques that provide structural information about synaptic connectivity, typically electron microscopy (EM), such as serial block surface electron microscopy (SBFEM), scanning electron microscopy of serial sections (SSSEM), automated transmission electron microscopy (ATEM), etc.; photon-based imaging techniques such as Brainbow (Lichtman JW et al., Curr Opin Neurobiol, 2008, 22, 144-153: Ome sweet ome: what can the genome tell us about the connectome?; Cai D., et al ., Nat Methods, 2013, 10(6), 540-547: Improved tools for the Brainbow toolbox) , “matrix tomography” (AT) (Micheva KD., et al., 2007, Neuron, 55, 25-36: Array tomography: a new tool for imaging the molecular architecture and ultrastructure of neural circuits Micheva KD., et al., 2010, Neuron, 68, 639-653: Single-synapse analysis of a diverse synapse population: proteomic imaging methods and markers ) , reproduction of GFP by synaptic partners (“GRASP”) (“GRASP”), in particular mammalian GRASP “mGRASP” (Kim J, et al., 2012, Nat Methods, 9(1), 96-102: mGRASP enables mapping mammalian synaptic connectivity with light microscopy; Feng L, et al., 2012, Bioinformatics, 28, i25-i31: Improved synapse detection for mGRASP-assisted brain connectivity.) , transsynaptic virus labeling rabies virus variants for monitoring and manipulating activity and gene expression in defined neural circuits; Neuron, 71, 617-631; Wickersham IR, et al., 2007, Nat Methods, 4(1), 47-49: Retrograde neuronal tracing with a deletion-mitant rabies virus; Wickersham IR, et al., 2007, Neuron, 53(5), 639-647: Monosynaptic restriction of transsynaptic tracing from single, genetically targeted neurons) , fluorescence selective planar illumination microscopy (fSPIM) (Tomer R, et al., 2012 York AG, et al., 2012, Nat Methods, 9(7), 749-754: Resolution doubling in live, multicellular organisms via multifocal structured illumination microscopy.), preferably in combination with an explanatory method such as “CLARITY” (Chung K, et al., 2013, Nature, 497 (7449), 332-337: Structural and molecular interrogation of intact biological systems.) ; as well as optogenetic methods, such as rhodopsin channel imaging and/or two-photon microscopic calcium imaging methods, which map the spatial distribution of synaptic connections along with measurements of synaptic strength (Petreanu L, et al ., 2007, Nat Neurosci, 10, 663-668 : Channelrhodopsin-2-assisted circuit mapping of long-range callosal projections Wang H, et al ., 2007, Proc Natl Acad Sci USA, 104, 8143-8148: High-speed mapping of synaptic connectivity using photostimulation in channelrhodopsin-2 transgenic mice), as well as detection of active synapses innervated by different inputs (Little JP, et al., 2012, J Neurosci: Off J Soc Neurosci, 32(37), 12808-12819: Subcellular synaptic connectivity of layer 2 pyramidal neurons in the medial prefrontal cortex; MacAskill AF, et al., 2012, Nat Neurosci, 15(12), 1624-1626: Subcellular connectivity underlies pathway-specific signaling in the nucleus accumbens) ; or any combination of these various methods (Yook C. et al., Cellular and Molecular Life Sciences, 2013, 70, 4747-4757: Mapping mammalian synaptic connectivity).

Обеспечивается преимущество, состоящее в том, что в настоящей заявке впервые описаны наночастица или агрегат наночастиц для применения в повышении, увеличении или улучшении работоспособности/производительности мозга или для профилактики или лечения/для применения в профилактике или лечении патологического стресса или по меньшей мере одного его симптома без воздействия на наночастицу или агрегат наночастиц электрического поля и предпочтительно без воздействия на них любого другого внешнего источника активации, такого как источник света, магнитное поле или источник ультразвука. Такое воздействие (терапевтическое или диагностическое) электрического поля или любого другого (терапевтического или диагностического) внешнего источника активации, такого как источник света, магнитное поле или источник ультразвука, в настоящей заявке следует понимать, как правило, как терапевтическое или диагностическое воздействие, обычно осуществляемое медицинским персоналом, например, врачом или медсестрой.Provides the advantage that the present application describes for the first time a nanoparticle or an aggregate of nanoparticles for use in increasing, increasing or improving brain performance/performance or for preventing or treating/for use in preventing or treating pathological stress or at least one symptom thereof without exposing the nanoparticle or aggregate of nanoparticles to an electric field, and preferably without exposing them to any other external source of activation, such as a light source, a magnetic field, or an ultrasound source. Such exposure (therapeutic or diagnostic) to an electric field or any other (therapeutic or diagnostic) external source of activation, such as a light source, magnetic field or ultrasound source, in this application should be understood, as a rule, as a therapeutic or diagnostic intervention, usually carried out by a medical staff, such as a doctor or nurse.

Материал наночастицы или агрегата наночастиц обычно выбирают из проводникового материала, полупроводникового материала, изоляционного материала с диэлектрической проницаемостью εijk, равной или выше 200, и изоляционного материала с диэлектрической проницаемостью εijk, равной или ниже 100.The material of the nanoparticle or nanoparticle aggregate is typically selected from a conductive material, a semiconductor material, an insulating material with a dielectric constant ε ijk equal to or greater than 200, and an insulating material with a dielectric constant ε ijk equal to or lower than 100.

В типичном аспекте, наночастица или агрегат наночастиц, описанные в настоящей заявке, предназначены для применения для улучшения физической деятельности или для улучшения когнитивной деятельности, т.е. обучения, запоминания, чувственного восприятия, внимания и/или принятия решений субъектом, без воздействия на наночастицу или агрегат наночастиц электрического поля и предпочтительно без воздействия на них любого другого внешнего источника активации, такого как источник света, магнитное поле или источник ультразвука.In a typical aspect, the nanoparticle or aggregate of nanoparticles described herein is for use in improving physical performance or in improving cognitive performance, i. learning, memorization, sensory perception, attention and/or decision making by the subject, without exposing the nanoparticle or aggregate of nanoparticles to an electric field, and preferably without exposing them to any other external source of activation, such as a light source, a magnetic field, or an ultrasound source.

НАНОЧАСТИЦЫNANOPARTICLES

В настоящей заявке описаны наночастица или агрегат наночастиц для применения в соответствии с настоящим изобретением для повышения работоспособности мозга или в лечении патологического стресса или по меньшей мере одного его симптома у субъекта без воздействия на наночастицу или агрегат наночастиц электрического поля и предпочтительно без воздействия на указанную наночастицу или агрегат наночастиц любого другого внешнего источника активации, такого как источник света, магнитное поле или источник ультразвука, где материал наночастицы или агрегата наночастиц обычно выбирают из проводникового материала, полупроводникового материала, изоляционного материала с диэлектрической проницаемостью εijk, равной или выше 200, и изоляционного материала с диэлектрической проницаемостью εijk, равной или ниже 100.This application describes a nanoparticle or aggregate of nanoparticles for use in accordance with the present invention to improve brain performance or in the treatment of pathological stress or at least one symptom thereof in a subject without exposing the nanoparticle or aggregate of nanoparticles to an electric field and preferably without exposing said nanoparticle or an aggregate of nanoparticles of any other external source of activation, such as a light source, a magnetic field, or an ultrasound source, where the material of the nanoparticle or aggregate of nanoparticles is usually selected from a conductive material, a semiconductor material, an insulating material with a dielectric constant ε ijk equal to or greater than 200, and an insulating material with a permittivity ε ijk equal to or less than 100.

Величина или размер наночастиц или агрегата наночастицSize or size of nanoparticles or aggregate of nanoparticles

В соответствии с настоящим изобретением, термины “наночастица” или “агрегат наночастиц” относятся к продукту, в частности, синтетическому продукту, с размером в нанометровом диапазоне, обычно от 1 нм до 1000 нм или от 1 нм до 500 нм, например от по меньшей мере 10 нм до около 500 нм или до около 1000 нм, от по меньшей мере 30 нм до около 500 нм или до около 1000 нм, от по меньшей мере 40 нм до около 500 нм или до около 1000 нм, от по меньшей мере 45 нм до около 500 нм или до около 1000 нм, предпочтительно ниже 500 нм.In accordance with the present invention, the terms "nanoparticle" or "aggregate of nanoparticles" refers to a product, in particular a synthetic product, with a size in the nanometer range, usually from 1 nm to 1000 nm or from 1 nm to 500 nm, for example from at least at least 10 nm to about 500 nm or up to about 1000 nm, from at least 30 nm to about 500 nm or up to about 1000 nm, from at least 40 nm to about 500 nm or up to about 1000 nm, from at least 45 nm up to about 500 nm or up to about 1000 nm, preferably below 500 nm.

Термин “агрегат наночастиц” или “агрегат, состоящий из наночастиц” относится к совокупности наночастиц, которые сильно, как правило ковалентно, связаны друг с другом.The term "aggregate of nanoparticles" or "aggregate consisting of nanoparticles" refers to a collection of nanoparticles that are strongly, usually covalently, linked to each other.

Электронная микроскопия, такая как сканирующая электронная микроскопия (SEM), просвечивающая электронная микроскопия (TEM), или крио-TEM, может использоваться для измерения размера наночастицы или агрегата наночастиц и, в частности, размера ядра наночастицы или агрегата наночастиц, т.е., наночастицы или агрегата наночастиц без их биосовместимого покрытия. Фактически, биосовместимое покрытие обычно состоит из соединений, которые состоят в основном из легких элементов (полимерные или органические соединения), чьи упругие взаимодействия с электронами повышенной энергии относительно слабы, что приводит к плохому контрасту изображения. TEM измеряет проецируемые изображения частиц, нанесенных на электронно-прозрачную подложку. Записанное изображение более чем около 50, предпочтительно более чем около 100, 150 или 200 наночастиц или агрегатов наночастиц на образец, как правило, следует обработать для оценки размера. Таким образом, записанное изображение более чем около 50 или предпочтительно более чем около 100, 150 или 200 наночастиц или агрегатов наночастиц позволяет установить наибольший медианный размер ядра наночастиц или агрегатов наночастиц популяции, а также размер ядра наночастиц или агрегатов наночастиц, представляющих 30%-70% процентиль популяции наночастиц и агрегатов наночастиц. Типичный протокол анализа можно найти в “NIST - NCL Joint Assay Protocol, PCC-7; Measuring the size of using transmission electron microscopy (TEM); version 1,1 December 2009”.Electron microscopy, such as scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), or cryo-TEM, can be used to measure the size of a nanoparticle or nanoparticle aggregate and, in particular, the size of the nanoparticle core or nanoparticle aggregate, i.e., nanoparticles or an aggregate of nanoparticles without their biocompatible coating. In fact, a biocompatible coating usually consists of compounds that consist primarily of light elements (polymeric or organic compounds) whose elastic interactions with high energy electrons are relatively weak, resulting in poor image contrast. TEM measures the projected images of particles deposited on an electronically transparent substrate. A recorded image of more than about 50, preferably more than about 100, 150, or 200 nanoparticles or nanoparticle aggregates per sample will typically need to be processed for size estimation. Thus, a recorded image of more than about 50, or preferably more than about 100, 150, or 200 nanoparticles or nanoparticle aggregates allows the largest median core size of the nanoparticles or nanoparticle aggregates of the population to be established, as well as the core size of the nanoparticles or nanoparticle aggregates representing 30%-70% percentile of the population of nanoparticles and aggregates of nanoparticles. A typical assay protocol can be found in “NIST - NCL Joint Assay Protocol, PCC-7; Measuring the size of using transmission electron microscopy (TEM); version 1.1 December 2009”.

Кроме того, динамическое рассеяние света (DLS) можно использовать для измерения гидродинамического диаметра наночастиц или агрегатов наночастиц (т.е. диаметра наночастиц или агрегата наночастиц, включающего как их ядро, так и их биосовместимое покрытие) в растворе. Гидродинамический диаметр это диаметр эквивалентной твердой сферы, которая диффундирует с той же скоростью, что и аналит. Типичный протокол анализа можно найти в “NIST - NCL Joint Assay Protocol, PCC-1; Measuring the size of nanoparticles in aqueous media using batch-mode dynamic light scattering; version 1,1 February 2010”. Результаты измерения размера частиц методом DLS могут не совпадать с результатами других методов (например, электронной микроскопии). Частично это связано с различиями в физических свойствах, которые фактически измеряются (например, гидродинамическая диффузия в сравнении с проектируемой площадью). Кроме того, DLS чувствителен к присутствию небольших количеств крупных частиц или кластеров более мелких частиц, тогда как электронная микроскопия обычно отражает размер первичных частиц (т.е. размер ядра наночастиц или агрегатов наночастиц) (см. NIST - NCL Joint Assay Protocol, PCC-1; Measuring the size of nanoparticles in aqueous media using batch-mode dynamic light scattering; version 1.1 February 2010).In addition, dynamic light scattering (DLS) can be used to measure the hydrodynamic diameter of nanoparticles or nanoparticle aggregates (ie, the diameter of nanoparticles or a nanoparticle aggregate including both their core and their biocompatible coating) in solution. The hydrodynamic diameter is the diameter of an equivalent hard sphere that diffuses at the same rate as the analyte. A typical assay protocol can be found in “NIST - NCL Joint Assay Protocol, PCC-1; Measuring the size of nanoparticles in aqueous media using batch-mode dynamic light scattering; version 1,1 February 2010”. DLS particle size measurement results may not match other methods (eg electron microscopy). This is partly due to differences in the physical properties that are actually measured (eg hydrodynamic diffusion versus projected area). In addition, DLS is sensitive to the presence of small amounts of large particles or clusters of smaller particles, while electron microscopy usually reflects the size of primary particles (i.e., the size of the core of nanoparticles or aggregates of nanoparticles) (see NIST - NCL Joint Assay Protocol, PCC- 1; Measuring the size of nanoparticles in aqueous media using batch-mode dynamic light scattering; version 1.1 February 2010).

Эти два метода, DLS и электронная микроскопия, могут далее использоваться один за другим для сравнения размеров и подтверждения указанного размера. Предпочтительным методом измерения размера наночастиц и агрегатов наночастиц является DLS (см. International Standard ISO22412 Particle Size Analysis - Dynamic Light Scattering, International Organisation for Standardisation (ISO) 2008). Средний гидродинамический диаметр наночастицы или агрегата наночастиц, измеренный при помощи DLS в растворе, представлен как распределение частиц по размерам по интенсивности (интенсивность рассеяния света пропорциональна размеру частиц) и измеренное при комнатной температуре (около 25°C).These two methods, DLS and electron microscopy, can then be used one after the other to compare sizes and confirm the indicated size. The preferred method for measuring the size of nanoparticles and nanoparticle aggregates is DLS (see International Standard ISO22412 Particle Size Analysis - Dynamic Light Scattering, International Organization for Standardization (ISO) 2008 ). The average hydrodynamic diameter of a nanoparticle or an aggregate of nanoparticles, measured by DLS in solution, is presented as particle size distribution by intensity (light scattering intensity is proportional to particle size) and measured at room temperature (about 25°C).

Как правило, самая большая величина или размер представляет собой диаметр наночастицы круглой или сферической формы или самую большую длину наночастицы яйцевидной или овальной формы.Typically, the largest value or size is the diameter of a round or spherical nanoparticle or the largest length of an ovoid or oval nanoparticle.

Самая большая величина наночастицы или агрегата, как определено в настоящей заявке, обычно составляет от около 2 нм до около 250 нм или до около 500 нм, предпочтительно от около 4 нм или 10 нм до около 100 нм или до около 200 нм, даже более предпочтительно от около (предпочтительно, по меньшей мере) 10 нм до около 150 нм, от около (предпочтительно, по меньшей мере) 30 нм до около 150 нм, от около (предпочтительно, по меньшей мере) 40 нм до около 500 нм, от около (предпочтительно, по меньшей мере) 45 нм до около 500 нм, предпочтительно ниже 500 нм.The largest size of a nanoparticle or aggregate as defined herein is typically about 2 nm to about 250 nm or up to about 500 nm, preferably about 4 nm or 10 nm to about 100 nm or up to about 200 nm, even more preferably from about (preferably at least) 10 nm to about 150 nm, from about (preferably at least) 30 nm to about 150 nm, from about (preferably at least) 40 nm to about 500 nm, from about (preferably at least) 45 nm to about 500 nm, preferably below 500 nm.

При измерении среднего гидродинамического диаметра наночастицы или агрегата наночастиц в растворе обычно используют метод DLS. Определенный с использованием DLS, средний гидродинамический диаметр наночастицы или агрегата наночастиц в растворе обычно составляет от около 10 нм до около 500 нм, предпочтительно от около 10 нм или около 30 нм до около 100 нм или до около 500 нм, даже более предпочтительно от около 10 нм или около 30 нм до около 100 нм, около 150 нм, около 200 нм, около 250 нм, около 300 нм, около 350 нм, около 400 нм, около 450 нм или около 500 нм.When measuring the average hydrodynamic diameter of a nanoparticle or an aggregate of nanoparticles in solution, the DLS method is usually used. Determined using DLS, the mean hydrodynamic diameter of a nanoparticle or nanoparticle aggregate in solution is typically from about 10 nm to about 500 nm, preferably from about 10 nm or about 30 nm to about 100 nm or up to about 500 nm, even more preferably from about 10 nm or about 30 nm to about 100 nm, about 150 nm, about 200 nm, about 250 nm, about 300 nm, about 350 nm, about 400 nm, about 450 nm or about 500 nm.

При измерении ядра наночастицы или агрегата наночастиц обычно используют метод электронной микроскопии. При использовании электронной микроскопии медианное значение наибольшего размера (также указано далее как “наибольший медианный размер”) ядра наночастицы или агрегата наночастиц популяции обычно составляет от около 5 нм до около 250 нм или до около 500 нм, предпочтительно от около 5 нм, около 6 нм, около 7 нм, около 8 нм, около 9 нм, около 10 нм, около 11 нм, около 12 нм, около 13 нм, около 14 нм, около 15 нм, около 16 нм, около 17 нм, около 18 нм, около 19 нм, около 20 нм, около 21 нм, около 22 нм, около 23 нм, около 24 нм, около 25 нм, около 26 нм, около 27 нм, около 28 нм, около 29 нм, около 30 нм, около 31 нм, около 32 нм, около 33 нм, около 34 нм, около 35 нм, около 36 нм, около 37 нм, около 38 нм, около 39 нм, около 40 нм, около 41 нм, около 42 нм, около 43 нм, около 44 нм или около 45 нм до около 75 нм, около 76 нм, около 77 нм, около 78 нм, около 79 нм, около 80 нм, около 81 нм, около 82 нм, около 83 нм, около 84 нм, около 85 нм, около 86 нм, около 87 нм, около 88 нм, около 89 нм, около 90 нм, около 91 нм, около 92 нм, около 93 нм, около 94 нм, около 95 нм, около 96 нм, около 97 нм, около 98 нм, около 99 нм, около 100 нм, около 101 нм, около 102 нм, около 103 нм, около 104 нм, около 105 нм, около 106 нм, около 107 нм, около 108 нм, около 109 нм, около 110 нм, около 111 нм, около 112 нм, около 113 нм, около 114 нм, около 115 нм, около 116 нм, около 117 нм, около 118 нм, около 119 нм, около 120 нм, около 121 нм, около 122 нм, около 123 нм, около 124 нм, около 125 нм, около 130 нм, около 140 нм, около 150 нм, около 200 нм, около 250 нм, около 300 нм, около 350 нм, около 400 нм, около 450 нм или около 500 нм.When measuring the core of a nanoparticle or an aggregate of nanoparticles, the method of electron microscopy is usually used. When using electron microscopy, the median value of the largest size (also referred to below as "largest median size") of the core of a nanoparticle or aggregate of nanoparticles of a population is usually from about 5 nm to about 250 nm or up to about 500 nm, preferably from about 5 nm, about 6 nm , about 7 nm, about 8 nm, about 9 nm, about 10 nm, about 11 nm, about 12 nm, about 13 nm, about 14 nm, about 15 nm, about 16 nm, about 17 nm, about 18 nm, about 19 nm, about 20 nm, about 21 nm, about 22 nm, about 23 nm, about 24 nm, about 25 nm, about 26 nm, about 27 nm, about 28 nm, about 29 nm, about 30 nm, about 31 nm , about 32 nm, about 33 nm, about 34 nm, about 35 nm, about 36 nm, about 37 nm, about 38 nm, about 39 nm, about 40 nm, about 41 nm, about 42 nm, about 43 nm, about 44 nm or about 45 nm to about 75 nm, about 76 nm, about 77 nm, about 78 nm, about 79 nm, about 80 nm, about 81 nm, about 82 nm, about 83 nm, about 84 nm, about 85 nm , about 86 nm, about 87 nm, about 88 nm, about 89 nm, about 90 nm, about 91 nm, about 92 nm, about 93 nm, about 94 nm, about 95 nm, about 96 nm, about 97 nm, about 98 nm, about 99 nm, about 100 nm, about 101 nm, approx. 102 nm, approx. 103 nm, approx. 104 nm, approx. 105 nm, approx. 106 nm, approx. 107 nm, approx. 108 nm, approx. 109 nm, approx. 110 nm, approx. nm, about 115 nm, about 116 nm, about 117 nm, about 118 nm, about 119 nm, about 120 nm, about 121 nm, about 122 nm, about 123 nm, about 124 nm, about 125 nm, about 130 nm, about 140 nm, about 150 nm, about 200 nm, about 250 nm, about 300 nm, about 350 nm, about 400 nm, about 450 nm or about 500 nm.

Обычно, при измерении размера ядра наночастицы или агрегата наночастиц при помощи инструментов электронной микроскопии, размер ядра наночастицы или агрегата наночастиц, представляющий 30%-70% процентиль популяции наночастиц и агрегатов наночастиц, составляет от около 5 нм, около 6 нм, около 7 нм, около 8 нм, около 9 нм, около 10 нм, около 11 нм, около 12 нм, около 13 нм, около 14 нм, около 15 нм, около 16 нм, около 17 нм, около 18 нм, около 19 нм, около 20 нм, около 21 нм, около 22 нм, около 23 нм, около 24 нм, около 25 нм, около 26 нм, около 27 нм, около 28 нм, около 29 нм, около 30 нм, около 31 нм, около 32 нм, около 33 нм, около 34 нм, около 35 нм, около 36 нм, около 37 нм, около 38 нм, около 39 нм, около 40 нм, около 41 нм, около 42 нм, около 43 нм, около 44 нм или около 45 нм до около 75 нм, около 76 нм, около 77 нм, около 78 нм, около 79 нм, около 80 нм, около 81 нм, около 82 нм, около 83 нм, около 84 нм, около 85 нм, около 86 нм, около 87 нм, около 88 нм, около 89 нм, около 90 нм, около 91 нм, около 92 нм, около 93 нм, около 94 нм, около 95 нм, около 96 нм, около 97 нм, около 98 нм, около 99 нм, около 100 нм, около 101 нм, около 102 нм, около 103 нм, около 104 нм, около 105 нм, около 106 нм, около 107 нм, около 108 нм, около 109 нм, около 110 нм, около 111 нм, около 112 нм, около 113 нм, около 114 нм, около 115 нм, около 116 нм, около 117 нм, около 118 нм, около 119 нм, около 120 нм, около 121 нм, около 122 нм, около 123 нм, около 124 нм, около 125 нм, около 130 нм, около 140 нм, около 150 нм, около 200 нм, около 250 нм, около 300 нм, около 350 нм, около 400 нм, около 450 нм, около 500 нм или около 520 нм.Typically, when measuring the size of a nanoparticle core or nanoparticle aggregate using electron microscopy instruments, the size of the nanoparticle core or nanoparticle aggregate representing the 30%-70% percentile of the population of nanoparticles and nanoparticle aggregates is between about 5 nm, about 6 nm, about 7 nm, about 8 nm, about 9 nm, about 10 nm, about 11 nm, about 12 nm, about 13 nm, about 14 nm, about 15 nm, about 16 nm, about 17 nm, about 18 nm, about 19 nm, about 20 nm, about 21 nm, about 22 nm, about 23 nm, about 24 nm, about 25 nm, about 26 nm, about 27 nm, about 28 nm, about 29 nm, about 30 nm, about 31 nm, about 32 nm, about 33 nm, about 34 nm, about 35 nm, about 36 nm, about 37 nm, about 38 nm, about 39 nm, about 40 nm, about 41 nm, about 42 nm, about 43 nm, about 44 nm or about 45 nm to about 75 nm, about 76 nm, about 77 nm, about 78 nm, about 79 nm, about 80 nm, about 81 nm, about 82 nm, about 83 nm, about 84 nm, about 85 nm, about 86 nm, about 87 nm, about 88 nm, about 89 nm, about 90 n m, about 91 nm, about 92 nm, about 93 nm, about 94 nm, about 95 nm, about 96 nm, about 97 nm, about 98 nm, about 99 nm, about 100 nm, about 101 nm, about 102 nm, approx. 103 nm, approx. 104 nm, approx. 105 nm, approx. 106 nm, approx. 107 nm, approx. 108 nm, approx. 109 nm, approx. 110 nm, approx. 111 nm, approx. nm, about 116 nm, about 117 nm, about 118 nm, about 119 nm, about 120 nm, about 121 nm, about 122 nm, about 123 nm, about 124 nm, about 125 nm, about 130 nm, about 140 nm, about 150 nm, about 200 nm, about 250 nm, about 300 nm, about 350 nm, about 400 nm, about 450 nm, about 500 nm, or about 520 nm.

Композиция наночастицComposition of nanoparticles

Наночастица, полученная из проводникового материалаNanoparticle obtained from a conductive material

Наночастица, полученная из проводникового материала, представляет собой органическую наночастицу или неорганическую наночастицу.The nanoparticle obtained from the conductive material is an organic nanoparticle or an inorganic nanoparticle.

Неорганическую наночастицу из проводникового материала обычно получают из металлического элемента, имеющего значение стандартного потенциала восстановления E°, равное или выше около 0,01, обычно измеряемое при 25°C и давлении 1 атм относительно стандартного водородного электрода (см. Table 2 “reduction reactions having E° values more positive than that of the standard hydrogen electrode”, 8-25, Handbook of chemistry and physics; David R. Lide; 88 th Edition), более предпочтительно, равное или выше около 0,1, 0,2, 0,3, 0,4 или 0,5. Типичные металлические элементы, используемые для получения наночастицы, можно выбрать из Tl, Po, Ag, Pd, Ir, Pt, Au и их смесей. Предпочтительно металлический элемент, используемый в качестве проводникового материала для получения наночастицы, выбран из Ir, Pd, Pt, Au и их смеси, даже более предпочтительно выбран из Au, Pt, Pd и любой их смеси. Особенно предпочтительными материалами являются Au и Pt.An inorganic nanoparticle of conductive material is typically prepared from a metal element having a standard reduction potential E° equal to or greater than about 0.01, typically measured at 25°C and 1 atm pressure relative to a standard hydrogen electrode ( see Table 2 “reduction reactions having E° values more positive than that of the standard hydrogen electrode”, 8-25, Handbook of chemistry and physics; David R. Lide; 88 th Edition ), more preferably equal to or higher than about 0.1, 0.2, 0 .3, 0.4 or 0.5. Typical metallic elements used to produce the nanoparticle can be selected from Tl, Po, Ag, Pd, Ir, Pt, Au, and mixtures thereof. Preferably, the metal element used as the conductor material for producing the nanoparticle is selected from Ir, Pd, Pt, Au and mixtures thereof, even more preferably selected from Au, Pt, Pd and any mixture thereof. Particularly preferred materials are Au and Pt.

Обычно, наночастицы золота проявляют каталитическую активность, когда их размер уменьшается до нескольких нм (см. M. Auffan et al., Nature Nanotechnology 2009, 4(10), 634-641: Towards a definition of inorganic nanoparticles from an environmental, health and safety perspective). Для того, чтобы уменьшить отношение поверхность/объем и, таким образом, минимизировать вклад поверхности неорганической наночастицы в каталитическую активность, предпочтительным является наибольший медианный размер ядра наночастицы или агрегата наночастиц популяции, составляющий по меньшей мере 30 нм, обычно по меньшей мере 40 нм или по меньшей мере 45 нм.Typically, gold nanoparticles exhibit catalytic activity when their size is reduced to a few nm (see M. Auffan et al., Nature Nanotechnology 2009, 4(10), 634-641: Towards a definition of inorganic nanoparticles from an environmental, health and safety perspective) . In order to reduce the surface/volume ratio and thus minimize the contribution of the surface of the inorganic nanoparticle to catalytic activity, it is preferred that the largest median size of the nanoparticle core or population aggregate of at least 30 nm, typically at least 40 nm or more at least 45 nm.

Органическую наночастицу из проводникового материала обычно получают из органического материала, имеющего в своей структуре смежные sp2-гибридизированные углеродные центры (т.е. двойную углеродную связь или ароматические циклы, содержащие гетероатомы, обычно N или S, в ароматическом цикле или вне ароматического цикла). Предпочтительные органические материалы выбирают из полианилина, полипиррола, полиацетилена, политиофена, поликарбазола, полипирена, поли(3,4-этилендиокситиофена) и/или поли(3,4-этилендиокситиофен)полистиролсульфоната.An organic conductive material nanoparticle is typically prepared from an organic material having adjacent sp2 hybridized carbon centers in its structure (i.e. carbon double bond or aromatic rings containing heteroatoms, usually N or S, in or out of the aromatic ring). Preferred organic materials are selected from polyaniline, polypyrrole, polyacetylene, polythiophene, polycarbazole, polypyrene, poly(3,4-ethylenedioxythiophene) and/or poly(3,4-ethylenedioxythiophene)polystyrenesulfonate.

В конкретном аспекте наибольший медианный размер ядра наночастицы или агрегата наночастиц популяции составляет по меньшей мере 30 нм или по меньшей мере 40 нм и предпочтительно ниже 500 нм, как описано выше, например 45 нм, когда материал представляет собой проводниковый материал, как описано выше, в частности, металлический материал, обычно металл, имеющий стандартный потенциал восстановления E° выше 0,2, или органический материал, обычно органический материал, имеющий в своей структуре смежные sp2 гибридизированные углеродные центры, предпочтительно металлический материал, как описано выше, в частности, любой один из Au, Pt, Pd и любая их смесь.In a particular aspect, the largest median core size of a nanoparticle or population nanoparticle aggregate is at least 30 nm, or at least 40 nm, and preferably below 500 nm, as described above, such as 45 nm when the material is a conductive material, as described above, in in particular a metallic material, typically a metal having a standard E° reduction potential greater than 0.2, or an organic material, typically an organic material having adjacent sp2 hybridized carbon centers in its structure, preferably a metallic material as described above, in particular any one from Au, Pt, Pd and any mixture thereof.

Наночастица, полученная из полупроводникового материалаNanoparticle obtained from a semiconductor material

Наночастица, полученная из полупроводникового материала обычно представляет собой неорганическую наночастицу.A nanoparticle obtained from a semiconductor material is usually an inorganic nanoparticle.

Неорганические наночастицы обычно получают с использованием полупроводникового материала, имеющего относительно малую энергию запрещенной зоны (Eg) между его валентной зоной и зоной проводимости. Обычно полупроводниковый материал имеет энергию запрещенной зоны (энергетическую щель) Eg ниже 3,0 эВ, обычно при измерении при комнатной температуре (около 25°C) (см., например, table 12-77, Table 3; Handbook of chemistry and physics; David R. Lide; 88 th Edition). В конкретном аспекте, материал представляет собой беспримесный полупроводниковый материал или примесный полупроводниковый материал, как дополнительно описано ниже.Inorganic nanoparticles are typically made using a semiconductor material having a relatively small band gap (Eg) between its valence and conduction bands. Typically, a semiconductor material has a band gap Eg below 3.0 eV, typically when measured at room temperature (about 25°C) ( see, for example, table 12-77, Table 3; Handbook of chemistry and physics; David R. Lide; 88th Edition ) . In a particular aspect, the material is a pure semiconductor material or a doped semiconductor material, as further described below.

Беспримесные полупроводниковые материалы обычно состоят из элемента из группы IV A периодической таблицы Менделеева, такого как кремний (Si) или германий (Ge), в смешанной композиции элементов из групп III и V периодической таблицы Менделеева, такой как AlSb, AlN, GaP, GaN, InP, InN и т.д., или в смешанной композиции элементов из групп II и VI периодической таблицы Менделеева, такой как ZnSe, ZnTe, CdTe и т.д.Pure semiconductor materials usually consist of an element from group IV A of the periodic table, such as silicon (Si) or germanium (Ge), in a mixed composition of elements from groups III and V of the periodic table, such as AlSb, AlN, GaP, GaN, InP, InN, etc., or in a mixed composition of elements from groups II and VI of the periodic table, such as ZnSe, ZnTe, CdTe, etc.

Примесные полупроводниковые материалы обычно включают или состоят из беспримесного полупроводника, полученного с высокой степенью химической чистоты, причем беспримесный полупроводниковый материал содержит легирующую примесь. В конкретном аспекте, когда примесный полупроводниковый материал наночастиц или агрегата наночастиц состоит из элемента из группы IVA периодической таблицы Менделеева, он легируется носителем заряда, выбранным из Al, B, Ga, In и P. Такие примесные полупроводниковые материалы могут быть либо n-типа, в которых преобладают отрицательные носители заряда, либо p-типа, в которых преобладают положительные носители заряда. Типичный примесный полупроводниковый материал p-типа состоит из кремния (Si) или германия (Ge), легированного заряженным носителем, выбранным из алюминия (Al), бора (B), галлия (Ga) и индия (In); Типичный примесный полупроводниковый материал p-типа состоит из кремния (Si) или германия (Ge), обычно легированного фосфором (P).Doped semiconductor materials typically include or consist of a pure semiconductor obtained with a high degree of chemical purity, and the pure semiconductor material contains a dopant. In a specific aspect, when the semiconductor dopant material of the nanoparticles or nanoparticle aggregate consists of an element from group IVA of the periodic table, it is doped with a charge carrier selected from Al, B, Ga, In, and P. Such semiconductor dopant materials can be either n-type, in which negative charge carriers predominate, or p-type, in which positive charge carriers predominate. A typical p-type semiconductor dopant material consists of silicon (Si) or germanium (Ge) doped with a charged carrier selected from aluminum (Al), boron (B), gallium (Ga), and indium (In); A typical p-type doped semiconductor material consists of silicon (Si) or germanium (Ge), usually doped with phosphorus (P).

Как правило, было показано, что энергия запрещенной зоны полупроводниковых наночастиц увеличивается, когда размер наночастиц уменьшается ниже 10 нм (см. M. Auffan et al., Nature Nanotechnology 2009, 4(10), 634-641: Towards a definition of inorganic nanoparticles from an environmental, health and safety perspective). Чтобы обеспечить низкое отношение поверхность/объем и поддерживать объемную энергетическую щель наночастиц или агрегатов наночастиц ниже 3,0 эВ, предпочтительным является наибольший медианный размер ядра наночастицы или агрегата наночастиц популяции, составляющий по меньшей мере 30 нм, предпочтительно по меньшей мере 40 нм.Generally, it has been shown that the band gap energy of semiconductor nanoparticles increases when the nanoparticle size decreases below 10 nm (see M. Auffan et al., Nature Nanotechnology 2009, 4(10), 634-641: Towards a definition of inorganic nanoparticles from an environmental, health and safety perspective) . In order to provide a low surface/volume ratio and to keep the volume energy gap of the nanoparticles or nanoparticle aggregates below 3.0 eV, the largest median core size of the nanoparticle or population nanoparticle aggregate is preferably at least 30 nm, preferably at least 40 nm.

Таким образом, в конкретном аспекте наибольший медианный размер ядра наночастицы или агрегата наночастиц популяции составляет по меньшей мере 30 нм или по меньшей мере 40 нм и предпочтительно ниже 500 нм, когда материал представляет собой полупроводниковый материал, как описано выше, в частности, полупроводниковый материал с энергетической щелью Eg ниже 3,0 эВ, обычно материал, состоящий из элемента из группы IVA периодической таблицы Менделеева, в частности, элемента из группы IVA периодической таблицы Менделеева, легированного носителем заряда, выбранным из Al, B, Ga, In и P, или смешанной композиции элементов из группы III и V периодической таблицы Менделеева или смешанной композиции элементов из группы II и VI периодической таблицы Менделеева.Thus, in a specific aspect, the largest median core size of a nanoparticle or aggregate of nanoparticles in a population is at least 30 nm, or at least 40 nm, and preferably below 500 nm, when the material is a semiconductor material as described above, in particular a semiconductor material with energy gap Eg below 3.0 eV, typically a material consisting of an element from group IVA of the periodic table, in particular an element from group IVA of the periodic table, doped with a charge carrier selected from Al, B, Ga, In and P, or a mixed composition of elements from groups III and V of the periodic table of Mendeleev or a mixed composition of elements from groups II and VI of the periodic table of Mendeleev.

Наночастица, полученная из изоляционного материала, имеющего высокую относительную диэлектрическую проницаемость (диэлектрическую проницаемость), т.е. равную или выше 200A nanoparticle obtained from an insulating material having a high relative permittivity (permittivity), i.e. equal to or higher than 200

Наночастицы, полученные из, или состоящие из, изоляционного материала, имеющего высокую относительную диэлектрическую проницаемость εijk (также называемую диэлектрической проницаемостью), обычно получают из материала, имеющего величину энергетической щели Eg, равную или выше 3,0 эВ, обычно при измерении при комнатной температуре (около 25°C), и относительную диэлектрическую проницаемость εijk, равную или выше 200, которую обычно измеряют между 20°C и 30°C и от 102 Гц до частоты инфракрасного диапазона (см., например, table 12-45 “Permittivity (dielectric constant) of inorganic solid”; Handbook of chemistry and physics; David R. Lide; 88 th Edition; Compilation of the static dielectric constant of inorganic solid. K.F. Young and H.P.R. Frederikse. J. Phys. Chem. Ref. Data, Vol. 2, No. 2, 1973).Nanoparticles made from, or consisting of, an insulating material having a high relative permittivity ε ijk (also referred to as permittivity) are typically made from a material having an energy gap Eg equal to or greater than 3.0 eV, typically when measured at room temperature. temperature (about 25°C), and a relative permittivity ε ijk equal to or greater than 200, which is usually measured between 20°C and 30°C and from 10 2 Hz to infrared frequency ( see, for example, table 12-45 “Permittivity (dielectric constant) of inorganic solid”, Handbook of chemistry and physics, David R. Lide, 88th Edition , Compilation of the static dielectric constant of inorganic solid, KF Young and HPR Frederikse, J. Phys. Chem. Ref. Data, Vol. 2, No. 2, 1973 ).

Такие наночастицы обычно получают из диэлектрического материала, который представляет собой смешанный металлооксид, предпочтительно выбранный из BaTiO3, PbTiO3, KTaNbO3, KTaO3, SrTiO3, BaSrTiO3 и т.д.Such nanoparticles are usually prepared from a dielectric material which is a mixed metal oxide, preferably selected from BaTiO 3 , PbTiO 3 , KTaNbO 3 , KTaO 3 , SrTiO 3 , BaSrTiO 3 , etc.

Как правило, структура типа перовскита PbTiO3 наночастиц показала изменение температуры их перехода из параэлектрической в сегнетоэлектрическую фазу для наночастиц размером менее 20 нм - 30 нм (см. M. Auffan et al., Nature Nanotechnology 2009, 4(10), 634-641: Towards a definition of inorganic nanoparticles from an environmental, health and safety perspective). Для обеспечения низкого соотношения поверхность/объем и поддержания диэлектрических свойств наночастиц или агрегатов наночастиц предпочтительным является наибольший медианный размер ядра наночастицы или агрегата наночастиц популяции, составляющий по меньшей мере 30 нм, обычно по меньшей мере 40 нм.As a rule, the structure of the perovskite type of PbTiO 3 nanoparticles showed a change in the temperature of their transition from the paraelectric to the ferroelectric phase for nanoparticles smaller than 20 nm - 30 nm (see M. Auffan et al., Nature Nanotechnology 2009, 4(10), 634-641 : Towards a definition of inorganic nanoparticles from an environmental, health and safety perspective) . To provide a low surface/volume ratio and maintain the dielectric properties of the nanoparticles or nanoparticle aggregates, the largest median core size of the nanoparticle or population aggregate of at least 30 nm, typically at least 40 nm, is preferred.

Таким образом, в конкретном аспекте наибольший медианный размер ядра наночастицы или агрегата наночастиц популяции составляет по меньшей мере 30 нм или по меньшей мере 40 нм и предпочтительно ниже 500 нм, когда материал представляет собой изоляционный материал, как описано выше, имеющий высокую относительную диэлектрическую проницаемость εijk, равную или выше 200, в частности, изоляционный материал с энергетической щелью Eg, равной или выше 3,0 эВ, предпочтительно смешанный металлооксид, выбранный из BaTiO3, KTaNbO3, KTaO3, SrTiO3 и BaSrTiO3.Thus, in a particular aspect, the largest median size of a nanoparticle core or population nanoparticle aggregate is at least 30 nm or at least 40 nm and preferably below 500 nm when the material is an insulating material as described above having a high relative permittivity ε ijk equal to or higher than 200, in particular an insulating material with an energy gap Eg equal to or higher than 3.0 eV, preferably a mixed metal oxide selected from BaTiO 3 , KTaNbO 3 , KTaO 3 , SrTiO 3 and BaSrTiO 3 .

Наночастица, полученная из изоляционного материала, имеющего низкую относительную диэлектрическую проницаемость (диэлектрическую проницаемость), т.е. равную или ниже 100A nanoparticle obtained from an insulating material having a low relative permittivity (permittivity), i.e. equal to or below 100

Наночастицы, полученные из, или состоящие из, изоляционного материала, имеющего низкую относительную диэлектрическую проницаемость, обычно получают из материала, имеющего величину энергетической щели Eg, равную или выше 3,0 эВ, обычно при измерении при комнатной температуре (около 25°C), и относительную диэлектрическую проницаемость εijk, равную или ниже 100, предпочтительно ниже 50 или ниже 20, которую обычно измеряют между 20°C и 30°C и от 102 Гц до частоты инфракрасного диапазона, (см., например, table 12-45 “Permittivity (dielectric constant) of inorganic solid”; Handbook of chemistry and physics; David R. Lide; 88th Edition; Compilation of the static dielectric constant of inorganic solid. K.F. Young and H.P.R. Frederikse. J. Phys. Chem. Ref. Data, Vol. 2, No. 2, 1973).Nanoparticles made from, or consisting of, an insulating material having a low relative dielectric constant are usually made from a material having an energy gap Eg equal to or greater than 3.0 eV, usually when measured at room temperature (about 25°C), and a relative permittivity ε ijk equal to or less than 100, preferably less than 50 or less than 20, which is usually measured between 20°C and 30°C and from 10 2 Hz to infrared frequency, ( see, for example, table 12-45 "Permittivity (dielectric constant) of inorganic solid"; Handbook of chemistry and physics; David R. Lide; 88th Edition; Compilation of the static dielectric constant of inorganic solid. KF Young and HPR Frederikse. J. Phys. Chem. Ref. Data , Vol. 2, No. 2, 1973 ).

Такие наночастицы обычно получают из диэлектрического материала, который выбран из оксида металла, смешанного оксида металла, металлический элемент которого выбран из периода 3, 5 или 6 периодической таблицы Менделеева или лантаноида, и углеродного материала. Диэлектрический материал предпочтительно выбирают из Al2O3, LaAlO3, La2O3, SiO2, SnO2, Ta2O5, ReO2, ZrO2, HfO2, Y2O3 и алмазоподобного углерода. Более предпочтительно, диэлектрический материал представляет собой оксид металла, выбранный из ReO2, ZrO2, HfO2 и любой их смеси. Особенно предпочтительным является диэлектрический материал, выбранный из ZrO2 и HfO2. В конкретном и предпочтительном аспекте диэлектрический материал или оксид металла не является CeO2 (оксид церия), Fe3O4 (оксид железа), SiO2 (диоксид кремния) или любой их смесью.Such nanoparticles are usually made from a dielectric material which is selected from a metal oxide, a mixed metal oxide whose metal element is selected from period 3, 5 or 6 of the periodic table or a lanthanide, and a carbon material. The dielectric material is preferably selected from Al 2 O 3 , LaAlO 3 , La 2 O 3 , SiO 2 , SnO 2 , Ta 2 O 5 , ReO 2 , ZrO 2 , HfO 2 , Y 2 O 3 and diamond-like carbon. More preferably, the dielectric material is a metal oxide selected from ReO 2 , ZrO 2 , HfO 2 and any mixture thereof. Particularly preferred is a dielectric material selected from ZrO 2 and HfO 2 . In a specific and preferred aspect, the dielectric material or metal oxide is not CeO 2 (cerium oxide), Fe 3 O 4 (iron oxide), SiO 2 (silicon dioxide) or any mixture thereof.

Цирконий (Zr) и гафний (Hf) оба являются элементами в состоянии окисления 4+, а элементы Zr4+ и Hf4+ практически идентичны по размеру и химическим свойствам; именно поэтому эти два иона рассматривают вместе при установлении химии их водных растворов (см. chapter 8, section 8,2 Zr4+ and Hf4+, p. 147 “The hydrolysis of cations”, Baes C.F. & Mesmer R.E.; John Wiley and Sons, Inc. reprint Edition 1986).Zirconium (Zr) and hafnium (Hf) are both elements in the 4+ oxidation state, and the elements Zr 4+ and Hf 4+ are almost identical in size and chemical properties; that is why these two ions are considered together when establishing the chemistry of their aqueous solutions (see chapter 8, section 8.2 Zr4+ and Hf4+, p. 147 “The hydrolysis of cations”, Baes CF & Mesmer RE; John Wiley and Sons, Inc. reprint Edition 1986 ).

В конкретном аспекте наибольший медианный размер ядра наночастицы или агрегата наночастиц популяции составляет по меньшей мере 10 нм и предпочтительно ниже 500 нм, как описано выше, когда материал выбран из ReO2, ZrO2, HfO2, предпочтительно из ZrO2 и HfO2, и любой их смеси, как описано выше.In a specific aspect, the largest median core size of a nanoparticle or population nanoparticle aggregate is at least 10 nm, and preferably below 500 nm, as described above, when the material is selected from ReO 2 , ZrO 2 , HfO 2 , preferably from ZrO 2 and HfO 2 , and any mixture thereof, as described above.

Форма наночастиц или агрегата наночастицShape of nanoparticles or aggregate of nanoparticles

Поскольку форма частицы или агрегата может влиять на их «биосовместимость», предпочтительными являются частица или агрегат, имеющие довольно однородную форму. По фармакокинетическим причинам предпочтительными являются наночастицы или агрегаты по существу сферической, круглой или яйцевидной формы. Такая форма также способствует взаимодействию наночастицы или агрегата с клетками или поглощению клетками. Сферическая или круглая форма является особенно предпочтительной.Since the shape of a particle or aggregate can affect its "biocompatibility", a particle or aggregate having a fairly uniform shape is preferred. For pharmacokinetic reasons, nanoparticles or aggregates that are substantially spherical, round or egg-shaped are preferred. This shape also promotes the interaction of the nanoparticle or aggregate with cells or absorption by cells. A spherical or round shape is particularly preferred.

Форму наночастицы или агрегата наночастиц обычно оценивают при помощи электронной микроскопии, такой как просвечивающая электронная микроскопия (TEM).The shape of a nanoparticle or an aggregate of nanoparticles is usually assessed using electron microscopy, such as transmission electron microscopy (TEM).

Биосовместимое покрытие наночастиц или агрегатов наночастицBiocompatible coating of nanoparticles or aggregates of nanoparticles

В предпочтительном варианте осуществления ядро наночастицы или агрегата наночастиц, используемых в контексте настоящего изобретения для получения представляющей интерес композиции, может быть покрыто биосовместимым материалом, выбранным из агента, проявляющего малозаметные свойства. Агент, проявляющий малозаметные свойства, может быть агентом, демонстрирующим стерическую группу. Такая группа может быть выбрана, например, из полиакрилата; полиакриламид(поли(N-изопропилакриламида)); поликарбамида; биополимера; полисахарида, такого как декстран или ксилан; и коллагена. В другом предпочтительном варианте осуществления ядро наночастиц или агрегатов наночастиц может быть покрыто биосовместимым материалом, выбранным из агента, обеспечивающего взаимодействие с биологической мишенью. Такой агент обычно может вносить положительный или отрицательный заряд на поверхность наночастиц или агрегата наночастиц. Агент, образующий положительный заряд на поверхности наночастицы или агрегата наночастиц, может представлять собой, например, аминопропилтриэтоксисилан или полилизин. Агент, образующий отрицательный заряд на поверхности наночастицы или агрегата наночастиц, может представлять собой, например, фосфат (например, полифосфат, метафосфат, пирофосфат и т.д.), карбоксилат (например, цитрат или дикарбоновую кислоту, в частности, янтарную кислоту) или сульфат.In a preferred embodiment, the core of the nanoparticle or aggregate of nanoparticles used in the context of the present invention to obtain a composition of interest may be coated with a biocompatible material selected from an agent exhibiting subtle properties. The agent exhibiting subtle properties may be an agent exhibiting a steric group. Such a group may be selected from, for example, polyacrylate; polyacrylamide (poly(N-isopropylacrylamide)); polyurea; biopolymer; a polysaccharide such as dextran or xylan; and collagen. In another preferred embodiment, the core of the nanoparticles or aggregates of nanoparticles may be coated with a biocompatible material selected from a biological target interaction agent. Such an agent can typically impart a positive or negative charge to the surface of the nanoparticles or nanoparticle aggregate. The agent that forms a positive charge on the surface of a nanoparticle or an aggregate of nanoparticles may be, for example, aminopropyltriethoxysilane or polylysine. The agent that forms a negative charge on the surface of a nanoparticle or an aggregate of nanoparticles can be, for example, a phosphate (eg polyphosphate, metaphosphate, pyrophosphate, etc.), a carboxylate (eg citrate or a dicarboxylic acid, in particular succinic acid) or sulfate.

В предпочтительном варианте осуществления ядро наночастицы или агрегата наночастиц, используемых в контексте настоящего изобретения, представляет гидрофильный нейтральный поверхностный заряд или покрыто биосовместимым материалом (т.е. агентом для покрытия), выбранным из гидрофильного агента, придающего нейтральный поверхностный заряд наночастице. Действительно, когда наночастицы по настоящему изобретению вводят субъекту, наночастицы, представляющие гидрофильный нейтральный поверхностный заряд, или ядро наночастиц, покрытых биосовместимым агентом, выбранным из гидрофильного агента, придающего нейтральный поверхностный заряд наночастицам, являются особенно выгодными для оптимизации использования описанных в настоящей заявке наночастиц.In a preferred embodiment, the core of the nanoparticle or aggregate of nanoparticles used in the context of the present invention is a hydrophilic surface charge neutral or coated with a biocompatible material (i.e. coating agent) selected from a hydrophilic agent imparting a neutral surface charge to the nanoparticle. Indeed, when the nanoparticles of the present invention are administered to a subject, nanoparticles presenting a hydrophilic neutral surface charge or a core of nanoparticles coated with a biocompatible agent selected from a hydrophilic agent imparting a neutral surface charge to the nanoparticles are particularly advantageous for optimizing the use of the nanoparticles described herein.

Гидрофильный агент, придающий нейтральный поверхностный заряд ядру наночастицы или агрегата наночастиц, может представлять собой агент, включающий функциональную группу, выбранную из спирта (R-OH), альдегида (R-COH), кетона (R-CO- R), сложного эфира (R-COOR), кислоты (R-COOH), тиола (R-SH), сахарида (например, глюкозы, фруктозы, рибозы), ангидрида (RCOOOC-R) и пиррола. Гидрофильный агент, придающий нейтральный поверхностный заряд ядру наночастицы или агрегата наночастиц, может представлять собой мономер, димер, олигомер, полимер или сополимер. Когда агент представляет собой олигомер, он может представлять собой олигосахарид, такой как циклодекстрин. Когда агент представляет собой полимер, он может быть сложным полиэфиром (таким как поли(молочная кислота) или полигидроксиалкановая кислота), простым полиэфиром, полиэтиленоксидом, полиэтиленгликолем, поливиниловым спиртом, поликапролактоном, поливинилпирролидоном, полисахаридом, таким как целлюлоза, полипирролом и т.д.The hydrophilic agent imparting a neutral surface charge to the core of a nanoparticle or an aggregate of nanoparticles may be an agent containing a functional group selected from alcohol (R-OH), aldehyde (R-COH), ketone (R-CO-R), ester ( R-COOR), acid (R-COOH), thiol (R-SH), saccharide (eg glucose, fructose, ribose), anhydride (RCOOOC-R), and pyrrole. The hydrophilic agent imparting a neutral surface charge to the core of a nanoparticle or aggregate of nanoparticles may be a monomer, dimer, oligomer, polymer, or copolymer. When the agent is an oligomer, it may be an oligosaccharide such as cyclodextrin. When the agent is a polymer, it may be a polyester (such as poly(lactic acid) or polyhydroxyalkanoic acid), polyether, polyethylene oxide, polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, polycaprolactone, polyvinylpyrrolidone, a polysaccharide such as cellulose, polypyrrole, etc.

Кроме того, гидрофильный агент, придающий нейтральный поверхностный заряд ядру наночастицы или агрегата наночастиц, может представлять собой агент, включающий специфические группы (R-), способные взаимодействовать с поверхностью наночастицы или агрегата наночастиц. R обычно выбирают из тиольной, силановой, карбоксильной и фосфатной группы.In addition, the hydrophilic agent imparting a neutral surface charge to the core of the nanoparticle or nanoparticle aggregate may be an agent containing specific groups (R-) capable of interacting with the surface of the nanoparticle or nanoparticle aggregate. R is usually selected from a thiol, silane, carboxyl and phosphate group.

Когда ядро наночастицы или агрегата наночастиц представляет собой проводник или полупроводник и металлическую наночастицу, R предпочтительно представляет собой тиольную, тиоэфирную, сложную тиоэфирную, дитиолановую или карбоксильную группу. Предпочтительно, гидрофильный нейтральный агент для покрытия выбран из тиоглюкозы, 2-меркаптоэтанола, 1-тиоглицерина, тиодигликоля и гидроксимасляной кислоты.When the core of the nanoparticle or aggregate of nanoparticles is a conductor or semiconductor and a metal nanoparticle, R is preferably a thiol, thioether, thioether, dithiolane, or carboxyl group. Preferably, the hydrophilic neutral coating agent is selected from thioglucose, 2-mercaptoethanol, 1-thioglycerol, thiodiglycol and hydroxybutyric acid.

Когда ядро наночастицы или агрегата наночастиц представляет собой диэлектрик и оксидную или смешанную оксидную наночастицу, R предпочтительно представляет собой силановую или фосфатную группу. Предпочтительно, гидрофильный нейтральный агент для покрытия представляет собой гидроксиметилтриэтоксисилан, фруктозо-6-фосфатное или глюкозо-6-фосфатное соединение.When the core of the nanoparticle or aggregate of nanoparticles is a dielectric and an oxide or mixed oxide nanoparticle, R is preferably a silane or phosphate group. Preferably, the hydrophilic neutral coating agent is hydroxymethyltriethoxysilane, a fructose-6-phosphate or glucose-6-phosphate compound.

Гидрофильный агент, придающий нейтральный поверхностный заряд ядру наночастицы или агрегата наночастиц, может представлять собой цвиттерионное соединение, такое как аминокислота, пептид, полипептид, витамин или фосфолипид.The hydrophilic agent imparting a neutral surface charge to the core of a nanoparticle or an aggregate of nanoparticles may be a zwitterionic compound such as an amino acid, peptide, polypeptide, vitamin, or phospholipid.

Поверхностный заряд наночастицы или агрегата наночастиц обычно определяют, как хорошо известно специалисту, путем измерения зета-потенциала, обычно в (растворе) в воде, имеющем концентрацию материала наночастиц или агрегатов наночастиц от 0,01 до 10 г/л, рН между 6 и 8 и типично концентрацию электролитов (в воде) от 0,001 до 0,2 M, например 0,01 M или 0,15 M. В условиях, определенных выше, поверхностный заряд наночастицы или агрегата наночастиц обычно составляет от -10 мВ до+10 мВ (соответствует нейтральному поверхностному заряду), от -20 мВ до+20 мВ или от -35 мВ до+35 мВ. В нейтральном состоянии поверхностный заряд наночастиц или агрегатов наночастиц обычно находится в диапазоне от -10 мВ, -9 мВ, -8 мВ, -7 мВ, -6 мВ, -5 мВ, -4 мВ, -3 мВ, -2 мВ или -1 мВ до 1мВ, 2 мВ, 3 мВ, 4 мВ, 5 мВ, 6 мВ, 7 мВ, 8 мВ, 9 мВ или 10 мВ. При отрицательном значении поверхностный заряд наночастиц или агрегата наночастиц обычно ниже -11 мВ, -12 мВ, -13 мВ, -14 мВ -15 мВ, -16 мВ, -17 мВ, -18 мВ, -19 мВ, -20 мВ, -21 мВ, -22 мВ, -23 мВ, -24 мВ, -25 мВ, -26 мВ, -27 мВ, -28 мВ, -29 мВ, -30 мВ, -31 мВ, -32 мВ, -33 мВ, -34 мВ или -35 мВ.The surface charge of a nanoparticle or nanoparticle aggregate is usually determined, as is well known to the skilled person, by measuring the zeta potential, typically in (solution) in water, having a concentration of nanoparticle or nanoparticle aggregate material between 0.01 and 10 g/l, pH between 6 and 8 and typically an electrolyte concentration (in water) of 0.001 to 0.2 M, such as 0.01 M or 0.15 M. Under the conditions defined above, the surface charge of a nanoparticle or aggregate of nanoparticles is typically -10 mV to +10 mV ( corresponds to neutral surface charge), -20 mV to +20 mV or -35 mV to +35 mV. In the neutral state, the surface charge of nanoparticles or nanoparticle aggregates is typically in the range of -10 mV, -9 mV, -8 mV, -7 mV, -6 mV, -5 mV, -4 mV, -3 mV, -2 mV, or -1mV to 1mV, 2mV, 3mV, 4mV, 5mV, 6mV, 7mV, 8mV, 9mV or 10mV. With a negative value, the surface charge of the nanoparticles or nanoparticle aggregate is usually below -11 mV, -12 mV, -13 mV, -14 mV -15 mV, -16 mV, -17 mV, -18 mV, -19 mV, -20 mV, -21mV, -22mV, -23mV, -24mV, -25mV, -26mV, -27mV, -28mV, -29mV, -30mV, -31mV, -32mV, -33 mV, -34 mV or -35 mV.

Полное биосовместимое покрытие наночастицы или агрегата может быть выгодным в контексте настоящего изобретения, чтобы избежать какого-либо электрического заряда на поверхности наночастицы, когда наночастица представляет гидрофильный нейтральный поверхностный заряд. “Полное покрытие” подразумевает наличие очень высокой плотности/компактности биосовместимых молекул, способных создавать по меньшей мере полный монослой на поверхности частицы.A complete biocompatible coating of a nanoparticle or aggregate may be advantageous in the context of the present invention to avoid any electrical charge on the surface of the nanoparticle when the nanoparticle presents a hydrophilic neutral surface charge. "Full coverage" implies the presence of a very high density/compactness of biocompatible molecules capable of creating at least a complete monolayer on the surface of the particle.

Биосовместимое покрытие обеспечивает, в частности, стабильность наночастиц в жидкости, такой как физиологическая жидкость (кровь, плазма, сыворотка и т.д.) или любой изотонической среде или физиологической среде, необходимой для фармацевтического введения.The biocompatible coating provides, in particular, the stability of the nanoparticles in a liquid, such as a physiological fluid (blood, plasma, serum, etc.) or any isotonic medium or physiological medium necessary for pharmaceutical administration.

Стабильность может быть подтверждена количественным определением сухого экстракта с использованием сушильной печи и измерением на суспензии наночастиц до и после фильтрации, обычно на фильтре 0,45 мкм.Stability can be confirmed by quantitative determination of the dry extract using a drying oven and by measurement on a suspension of nanoparticles before and after filtration, usually on a 0.45 µm filter.

Преимущественно покрытие сохраняет целостность частицы in vivo, обеспечивает или улучшает ее биосовместимость и облегчает ее необязательную функционализацию (например, с молекулами спейсера, биосовместимыми полимерами, таргетирующими агентами, белками и т.д.).Advantageously, the coating maintains the integrity of the particle in vivo , provides or improves its biocompatibility, and facilitates its optional functionalization (eg, with spacer molecules, biocompatible polymers, targeting agents, proteins, etc.).

Биосовместимая наночастица или агрегат наночастиц по изобретению не должна ни растворять, ни высвобождать токсичные вещества после введения in vivo (т.е. при физиологическом pH), ни представлять окислительно-восстановительное поведение, обычно для того, чтобы указанную наночастицу или агрегат наночастиц считали биосовместимой, то есть для безопасного применения для субъекта, в частности млекопитающего, предпочтительно человека.The biocompatible nanoparticle or nanoparticle aggregate of the invention must neither dissolve nor release toxic substances after administration in vivo (i.e. at physiological pH) nor exhibit redox behavior, typically in order for said nanoparticle or nanoparticle aggregate to be considered biocompatible, that is, for safe use in a subject, in particular a mammal, preferably a human.

Другой конкретный объект, описанный в настоящей заявке, относится к композиции, в частности, фармацевтической композиции, включающей наночастицы и/или агрегаты наночастиц, такие, которые определены выше, предпочтительно вместе с фармацевтически приемлемым носителем или растворителем.Another specific object described in this application relates to a composition, in particular a pharmaceutical composition comprising nanoparticles and/or aggregates of nanoparticles as defined above, preferably together with a pharmaceutically acceptable carrier or diluent.

В частности, в настоящей заявке описана композиция для применения в повышении работоспособности мозга или для профилактики или лечения/для применения в профилактике или лечении патологического стресса или по меньшей мере одного его симптома, как описано в настоящей заявке, у субъекта без воздействия на наночастицы или агрегаты наночастиц электрического поля, и предпочтительно без воздействия на них любого другого внешнего источника активации, такого как источник света, магнитное поле или источник ультразвука, где композиция включает или состоит из наночастиц и/или агрегатов наночастиц и фармацевтически приемлемого носителя, и где материал наночастицы или агрегата наночастиц обычно выбирают из проводникового материала, полупроводникового материала, изоляционного материала с диэлектрической проницаемостью εijk, равной или выше 200, и изоляционного материала с диэлектрической проницаемостью εijk, равной или ниже 100 как описано и объяснено выше.In particular, this application describes a composition for use in improving brain performance or for prevention or treatment / for use in the prevention or treatment of pathological stress or at least one of its symptoms, as described in this application, in a subject without exposure to nanoparticles or aggregates nanoparticles of an electric field, and preferably without exposure to any other external source of activation, such as a light source, a magnetic field or an ultrasound source, where the composition includes or consists of nanoparticles and/or aggregates of nanoparticles and a pharmaceutically acceptable carrier, and where the material of the nanoparticle or aggregate The nanoparticles are typically selected from a conductive material, a semiconductor material, an insulating material with a dielectric constant ε ijk equal to or greater than 200, and an insulating material with a dielectric constant ε ijk equal to or lower than 100 as described and explained above.

В предпочтительном аспекте, композиция включает или состоит из по меньшей мере двух отдельных наночастиц и/или агрегатов наночастиц, при этом каждая наночастица или агрегат наночастиц состоит из отдельного материала, обычно выбранного из проводникового материала, полупроводникового материала, изоляционного материала с диэлектрической проницаемостью εijk, равной или выше 200, и изоляционного материала с диэлектрической проницаемостью εijk, равной или ниже 100.In a preferred aspect, the composition comprises or consists of at least two separate nanoparticles and/or aggregates of nanoparticles, with each nanoparticle or aggregate of nanoparticles consisting of a separate material, usually selected from a conductive material, a semiconductor material, an insulating material with a dielectric constant ε ijk , equal to or higher than 200, and an insulating material with a dielectric constant ε ijk equal to or lower than 100.

В типичном аспекте изобретения описанные в настоящей заявке наночастица(ы) или агрегат(ы) наночастиц не используются в качестве носителя(носителей) (активного) терапевтического соединения(соединений) или лекарственного средства(средств).In a typical aspect of the invention, the nanoparticle(s) or aggregate(s) of nanoparticles described herein are not used as carrier(s) (active) therapeutic compound(s) or drug(s).

Композиция может быть в форме твердого вещества, жидкости (частицы в суспензии), аэрозоля, геля, пасты и т.п. Предпочтительные композиции находятся в форме жидкости или геля. Особенно предпочтительные композиции находятся в жидкой форме.The composition may be in the form of a solid, liquid (particles in suspension), aerosol, gel, paste, and the like. Preferred compositions are in the form of a liquid or gel. Particularly preferred compositions are in liquid form.

Используемая фармацевтически приемлемая подложка или носитель может представлять собой любой классический носитель, известный специалистам в данной области, такой как, например, солевой, изотонический, стерильный, буферный раствор, неводный раствор носителя и т.п.The pharmaceutically acceptable carrier or carrier used may be any conventional carrier known to those skilled in the art, such as, for example, saline, isotonic, sterile, buffered, non-aqueous carrier solutions, and the like.

Композиция также может включать стабилизаторы, подсластители, поверхностно-активные вещества, полимеры и т.п.The composition may also include stabilizers, sweeteners, surfactants, polymers, and the like.

Она может быть сформулирована, например, в виде ампулы, аэрозоля, флакона, таблетки, капсулы с использованием методов формулирования фармацевтических препаратов, известных специалисту в данной области.It may be formulated, for example, as an ampoule, aerosol, vial, tablet, capsule, using pharmaceutical formulation methods known to those skilled in the art.

Наночастицы или агрегаты наночастиц по изобретению можно вводить субъекту с использованием различных возможных путей, таких как внутричерепной, внутривенный (IV), через дыхательные пути (ингаляция), интратекальный, внутриглазной или пероральный путь (per os), интрацеребровентрикулярный (ICV), предпочтительно с использованием внутричерепного или интратекального пути.The nanoparticles or aggregates of nanoparticles of the invention can be administered to a subject using various possible routes such as intracranial, intravenous (IV), respiratory (inhalation), intrathecal, intraocular or oral (per os), intracerebroventricular (ICV), preferably using intracranial or intrathecal route.

При необходимости можно использовать повторные инъекции или введения наночастиц. Предпочтительно, наночастицы или агрегаты наночастиц должны вводиться один раз.If necessary, repeated injections or injections of nanoparticles can be used. Preferably, nanoparticles or aggregates of nanoparticles should be introduced once.

После введения наночастицы и/или агрегаты наночастиц обычно взаимодействуют с нейронами. В предпочтительном аспекте это взаимодействие представляет собой длительное взаимодействие, то есть взаимодействие в течение нескольких часов, дней, недель или месяцев. В конкретном аспекте наночастицы или агрегаты наночастиц остаются в организме субъекта.After administration, nanoparticles and/or aggregates of nanoparticles typically interact with neurons. In a preferred aspect, this interaction is a long-term interaction, that is, an interaction over several hours, days, weeks or months. In a particular aspect, the nanoparticles or aggregates of nanoparticles remain in the subject's body.

В настоящей заявке описаны наночастицы, агрегаты наночастиц и композиции, включающие такие наночастицы или агрегаты наночастиц, предназначенные для применения у субъекта, обычно для применения у животного, предпочтительно у млекопитающего, даже более предпочтительно у человека, независимо от его возраста и пола.The present application describes nanoparticles, nanoparticle aggregates and compositions comprising such nanoparticles or nanoparticle aggregates for use in a subject, usually for use in an animal, preferably a mammal, even more preferably a human, regardless of age and sex.

Типичное количество(количества) наночастиц или агрегатов наночастиц, вводимых в кору головного мозга, гиппокамп или миндалевидное тело субъекта, составляет(составляют) от 105 до 1017, от 105 до 1016 или от 105 до 1015, предпочтительно от 107 до 1014, более предпочтительно от 109 до 1012. Кроме того, типичное количество(количества) наночастиц или агрегатов наночастиц, вводимых в кору головного мозга, гиппокамп или миндалевидное тело субъекта, составляет(составляют) от 102 до 1012 наночастиц или агрегатов наночастиц на см3.The typical amount(s) of nanoparticles or nanoparticle aggregates administered to the cerebral cortex, hippocampus, or amygdala of a subject is(are) from 105 to 1017, from 105 to 1016or from 105 to 10fifteen, preferably from 107 to 10fourteen, more preferably from 109 to 1012. In addition, the typical amount(s) of nanoparticles or nanoparticle aggregates administered to the cerebral cortex, hippocampus, or amygdala of a subject is(are) from 102 to 1012 nanoparticles or aggregates of nanoparticles per cm3.

Типичное количество(количества) наночастиц или агрегата наночастиц, вводимых глубоко в мозг субъекта, составляет(составляют) от 104 до 1017, от 104 до 1016, от 104 до 1015 или от 104 до 1014, предпочтительно от 106 до 1012, более предпочтительно от 108 до 1011. Кроме того, типичное количество(количества) наночастиц или агрегатов наночастиц, вводимых глубоко в мозг субъекта, составляет(составляют) от 101 до 1011 наночастиц или агрегатов наночастиц на см3.The typical amount(s) of nanoparticles or nanoparticle aggregate injected deep into the subject's brain is(are) 104 to 1017 , 104 to 1016 , 104 to 1015 , or 104 to 1014 , preferably 10 6 to 10 12 , more preferably 10 8 to 10 11 . In addition, the typical amount(s) of nanoparticles or nanoparticle aggregates injected deep into the brain of a subject is(are) from 10 1 to 10 11 nanoparticles or nanoparticle aggregates per cm 3 .

Кроме того, в настоящей заявке описаны способ для повышения работоспособности мозга у субъекта и способ для лечения патологического стресса или по меньшей мере одного его симптома у субъекта, где каждый способ включает стадию введения любых из описанных в настоящей заявке наночастиц или агрегатов наночастиц субъекту. Этот способ обычно не включает какую-либо стадию воздействия на субъекта, и более точно на наночастицы или агрегаты наночастиц, которые были введены указанному субъекту, электрического поля, и предпочтительно также не включает какую-либо стадию воздействия на субъекта, и более точно на наночастицы или агрегаты наночастиц, которые были введены указанному субъекту, любого другого внешнего источника активации, такого как источник света, магнитное поле или источник ультразвука.In addition, the present application describes a method for improving brain performance in a subject and a method for treating pathological stress or at least one symptom thereof in a subject, where each method includes the step of introducing any of the nanoparticles or aggregates of nanoparticles described in this application to the subject. This method generally does not include any step of exposing the subject, and more specifically the nanoparticles or aggregates of nanoparticles that have been administered to said subject, to an electric field, and preferably also does not include any step of exposing the subject, and more specifically the nanoparticles or aggregates of nanoparticles that have been introduced to the specified subject, any other external source of activation, such as a light source, a magnetic field or an ultrasound source.

Следующий объект, описанный в настоящей заявке, относится к набору, включающему по меньшей мере две отдельные наночастицы и/или агрегаты наночастиц, как описано в настоящей заявке, при этом каждая наночастица или агрегат наночастиц состоит из отдельного материала, обычно выбранного из проводникового материала, полупроводникового материала, изоляционного материала с диэлектрической проницаемостью εijk, равной или выше 200, и изоляционного материала с диэлектрической проницаемостью εijk, равной или ниже 100, как описано в настоящей заявке.The following object, described in this application, refers to a set including at least two separate nanoparticles and/or aggregates of nanoparticles, as described in this application, with each nanoparticle or aggregate of nanoparticles consists of a separate material, usually selected from a conductive material, semiconductor material, an insulating material with a dielectric constant ε ijk equal to or higher than 200, and an insulating material with a dielectric constant ε ijk equal to or lower than 100, as described in this application.

В конкретном варианте осуществления набор включает, в отдельных контейнерах, отдельные наночастицы и/или агрегаты наночастиц, как описано в настоящей заявке, (которые предназначены для контакта, обычно в смешанном виде, либо in situ, т.е. на участке-мишени, либо in vitro, либо ex vivo до осаждения смеси на участке-мишени).In a specific embodiment, the kit includes, in separate containers, individual nanoparticles and/or aggregates of nanoparticles as described herein (which are intended to be contacted, usually in a mixed form, either in situ , i.e. at the target site, or in vitro or ex vivo until the mixture is deposited on the target site).

Также в настоящей заявке описано применение, in vivo, in vitro или ex vivo, такого набора в способе, описанном в настоящей заявке, для повышения работоспособности/ производительности мозга, обычно для повышения синаптической пластичности, синаптической связности и/или емкости памяти нейронной сети у субъекта, или в способе для профилактики или лечения патологического стресса или по меньшей мере одного его симптома у нуждающегося в этом субъекта, без воздействия на наночастицы или агрегаты наночастиц, вводимые субъекту, электрического поля, и предпочтительно без воздействия на них любого другого внешнего источника активации, такого как источник света, магнитное поле или источник ультразвука. Кроме того, в настоящей заявке раскрыт набор, описанный выше, для применения в профилактике или лечении патологического стресса или по меньшей мере одного его симптома у субъекта без воздействия на наночастицы или агрегаты наночастиц, вводимые субъекту, электрического поля, и предпочтительно без воздействия на них любого другого внешнего источника активации, такого как источник света, магнитное поле или источник ультразвука.The present application also describes the use, in vivo , in vitro or ex vivo , of such a kit in the method described in this application to improve brain performance/performance, usually to increase synaptic plasticity, synaptic connectivity and/or memory capacity of a neural network in a subject , or in a method for preventing or treating pathological stress or at least one symptom thereof in a subject in need thereof, without exposing the nanoparticles or aggregates of nanoparticles administered to the subject to an electric field, and preferably without exposing them to any other external source of activation, such as a light source, magnetic field or ultrasound source. In addition, the present application discloses the kit described above for use in the prevention or treatment of pathological stress or at least one symptom thereof in a subject without exposing the nanoparticles or aggregates of nanoparticles administered to the subject to an electric field, and preferably without exposing them to any another external source of activation, such as a light source, a magnetic field, or an ultrasound source.

В конкретном аспекте, наночастица или агрегат наночастиц, описанные в настоящей заявке, предназначены для применения для, или для применения в способе лечения для, улучшения физической деятельности или улучшения обучения, запоминания, чувственного восприятия, внимания и/или принятия решений субъектом, нуждающимся в таком лечении, без воздействия на указанную наночастицу или агрегат наночастиц электрического поля, и предпочтительно без воздействия на них любого другого внешнего источника активации, такого как источник света, магнитное поле или источник ультразвука.In a specific aspect, the nanoparticle or aggregate of nanoparticles described herein is for use in, or for use in a method of treatment for, improving physical performance, or improving learning, memory, sensory perception, attention, and/or decision making by a subject in need of such treatment, without exposing said nanoparticle or aggregate of nanoparticles to an electric field, and preferably without exposing them to any other external source of activation, such as a light source, a magnetic field, or an ultrasound source.

У грызунов, как правило, у мышей, надежные доказательства психометрического интеллекта могут быть получены из батарей тестов, включающих различные задачи. Эти тесты обычно включают задачи на обучение, такие как распознавание запахов или пространственная навигация. Тест обучения связан с сенсорными, двигательными или мотивационными требованиями, предъявляемыми к животному. Например, для оценки мышления у мышей можно использовать тест, основанный на концепции “быстрое картирование” (Carey S, et al., Proceedings of the Standford Child Language Conference., 1978, 15, 17-29: Acquiring a single new word), чтобы оценить задачу на внимание у мышей, можно использовать “тест Струпа для мышей”, и для оценки эффективности рабочей памяти или объема рабочей памяти у мышей можно использовать анализ “радиальный восьмирукавный лабиринт” (Matzel L.D et al. Current Directions in Psychological Science, 2013, 22(5), 342-348: The architecture of intelligence. Converging evidence from studies of humans and animals). In rodents, usually mice, reliable evidence of psychometric intelligence can be obtained from battery tests involving various tasks. These tests usually include learning tasks such as smell recognition or spatial navigation. The learning test is related to the sensory, motor or motivational requirements placed on the animal. For example, a test based on the concept of "quick mapping" ( Carey S, et al., Proceedings of the Standford Child Language Conference., 1978, 15, 17-29: Acquiring a single new word) can be used to assess thinking in mice. the “Mouse Stroop test” can be used to assess the attention task in mice, and the “radial eight-arm maze” analysis can be used to evaluate working memory performance or working memory capacity in mice (Matzel LD et al. Current Directions in Psychological Science, 2013 , 22(5), 342-348: The architecture of intelligence Converging evidence from studies of humans and animals).

Тест на IQ может быть использован для оценки объема памяти у человека. Тесты на IQ, такие как матрица Равена или шкала оценки интеллекта взрослых по Векслеру, хорошо известны специалистам и обычно используются для оценки объема рабочей памяти у человека. Тест Струпа словесно-цветовой интерференции (Stroop JR, Journal of Experimental Psychology, 1935, 18, 643-652: Studies of interference in serial verbal reactions) также можно использовать для человека для прогнозирования общего интеллекта (Huang L, et al., Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance, 2012, 38, 414-428: Measuring the interrelations among multiple paradigms of visual attention: an individual differences approach).An IQ test can be used to assess a person's memory capacity. IQ tests such as the Raven Matrix or the Wechsler Adult Intelligence Rating Scale are well known in the art and are commonly used to assess a person's working memory capacity. The Stroop test of word-color interference (Stroop JR, Journal of Experimental Psychology, 1935, 18, 643-652: Studies of interference in serial verbal reactions) can also be used in humans to predict general intelligence (Huang L, et al., Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance, 2012, 38, 414-428: Measuring the interrelations among multiple paradigms of visual attention: an individual differences approach) .

В другом конкретном аспекте наночастица или агрегат наночастиц, описанный в настоящей заявке, предназначен для применения в повышении нейронных связей/связей нейронов, функциональной связности и/или синаптической пластичности в головном мозге субъекта, нуждающегося в таком лечении, без воздействия на наночастицу или агрегат наночастиц электрического поля и предпочтительно без воздействия на них любого другого внешнего источника активации, такого как источник света, магнитное поле или источник ультразвука.In another specific aspect, the nanoparticle or nanoparticle aggregate described herein is for use in enhancing neuronal/neuronal connectivity, functional connectivity, and/or synaptic plasticity in the brain of a subject in need of such treatment, without exposing the nanoparticle or nanoparticle aggregate to electrical fields and preferably without being exposed to any other external source of activation, such as a light source, a magnetic field or an ultrasound source.

В типичном аспекте наночастица или агрегат наночастиц, описанные в настоящей заявке, предназначены для профилактики или лечения/для применения в профилактике или лечении субъекта, страдающего измененной функциональной активностью мозга, без воздействия на наночастицу или агрегат наночастиц электрического поля и предпочтительно без воздействия на них любого другого внешнего источника активации, такого как источник света, магнитное поле или источник ультразвука.In a typical aspect, the nanoparticle or aggregate of nanoparticles described in this application is intended for prevention or treatment/for use in the prevention or treatment of a subject suffering from altered functional activity of the brain, without exposing the nanoparticle or aggregate of nanoparticles to an electric field and preferably without exposing them to any other an external source of activation, such as a light source, a magnetic field, or an ultrasound source.

В другом конкретном аспекте наночастица или агрегат наночастиц, описанные в настоящей заявке, предназначены для профилактики или лечения/для применения в профилактике или лечении субъекта, страдающего от патологического стресса или по меньшей мере от одного его симптома, в частности от хронического стресса, без воздействия на наночастицы или агрегаты наночастиц электрического поля, и предпочтительно без воздействия на них любого другого внешнего источника активации, такого как источник света, магнитное поле или источник ультразвука. Все живые организмы стремятся к динамическому равновесию, которое называется гомеостазом. Этому равновесию угрожают определенные физические и психологические события. Интерфейс между поступающей сенсорной информацией и процессом оценки формируется лимбическими структурами головного мозга, в которые входят гиппокамп, миндалевидное тело и префронтальная кора. Стресс может быть вызван различными ситуациями, такими как новизна, неопределенность, разочарование, конфликт, страх, боль и т.д. Постоянное воздействие неблагоприятной окружающей среды, включая раздражители, такие как шум, загрязнение и межличностные конфликты, также может вызывать стресс.In another specific aspect, the nanoparticle or aggregate of nanoparticles described in this application is intended for prevention or treatment/for use in the prevention or treatment of a subject suffering from pathological stress or at least one symptom thereof, in particular chronic stress, without affecting nanoparticles or aggregates of nanoparticles of the electric field, and preferably without exposure to any other external source of activation, such as a light source, a magnetic field or an ultrasound source. All living organisms strive for a dynamic balance, which is called homeostasis. This balance is threatened by certain physical and psychological events. The interface between incoming sensory information and the evaluation process is formed by the limbic structures of the brain, which include the hippocampus, amygdala, and prefrontal cortex. Stress can be caused by various situations such as novelty, uncertainty, disappointment, conflict, fear, pain, etc. Constant exposure to an unfavorable environment, including irritants such as noise, pollution, and interpersonal conflict, can also cause stress.

Патологический стресс, возникающий в результате таких кумулятивных и/или повторяющихся ситуаций, изменяет структуру (морфологию) и/или связи клеток мозга и/или функциональные свойства клеток мозга. Как следствие, патологический стресс сильно влияет на здоровье и ограничивает качество жизни человека.Pathological stress resulting from such cumulative and/or repetitive situations alters the structure (morphology) and/or connections of brain cells and/or functional properties of brain cells. As a result, pathological stress greatly affects health and limits the quality of human life.

Неконтролируемый стресс может иметь серьезные неблагоприятные последствия и вызывать симптомы, включая ухудшение способности к обучению и памяти. При умеренном уровне стресса некоторые нейрохимические системы (например, катехоламины, глюкокортикоиды) могут влиять на обучение. По мере увеличения уровня стресса (по продолжительности и/или интенсивности) в гиппокампе наблюдают некоторые временные и постоянные изменения, включая изменения синаптической пластичности, клеточные морфологические изменения, подавление нейрогенеза у взрослых и/или деструкцию или атрофию нейронов (эти изменения описаны в настоящей заявке как симптомы патологического стресса). Эти связанные со стрессом изменения в мозге влияют на процессы обучения и памяти. Действительно, гиппокамп, миндалевидное тело и префронтальная кора подвергаются стресс-индуцированному структурному ремоделированию, которое изменяет поведенческие и физиологические реакции. Хронический стресс вызывает атрофию нейронов в гиппокампе и префронтальной коре, а также в областях мозга, участвующих в памяти, избирательном внимании и исполнительной функции, и вызывает гипертрофию нейронов в миндалевидном теле, области мозга, связанной со страхом, а также агрессивностью. Способность к обучению, запоминанию и принятию решений может быть поставлена под угрозу и, как правило, снижается вследствие хронического стресса и может сопровождаться повышенной агрессивностью.Uncontrolled stress can have serious adverse effects and cause symptoms, including learning and memory impairment. Under moderate levels of stress, certain neurochemical systems (eg, catecholamines, glucocorticoids) can influence learning. As the level of stress (in duration and/or intensity) increases, several temporary and permanent changes are observed in the hippocampus, including changes in synaptic plasticity, cellular morphological changes, suppression of adult neurogenesis, and/or neuronal destruction or atrophy (these changes are described in this application as symptoms of pathological stress). These stress-related changes in the brain affect learning and memory. Indeed, the hippocampus, amygdala, and prefrontal cortex undergo stress-induced structural remodeling that alters behavioral and physiological responses. Chronic stress causes neuronal atrophy in the hippocampus and prefrontal cortex, as well as brain regions involved in memory, selective attention, and executive function, and causes neuronal hypertrophy in the amygdala, a brain area associated with fear as well as aggressiveness. The ability to learn, remember and make decisions can be compromised and is usually reduced by chronic stress and may be accompanied by increased aggressiveness.

Обширные наблюдения, проведенные в электрофизиологических исследованиях in vitro и in vivo, подтверждают, что стресс и гормоны стресса ослабляют долгосрочное потенцирование (LTP) (т.е. длительное облегчение нейротрансмиссии в синапсе после естественной или искусственной стимуляции синапса, что, как полагают, является клеточным механизмом пластичности в мозге и особенно вовлеченном в обучение и память).Extensive observations from in vitro and in vivo electrophysiological studies support that stress and stress hormones attenuate long-term potentiation (LTP) (i.e., long-term facilitation of neurotransmission at the synapse following natural or artificial stimulation of the synapse, which is believed to be cellular mechanism of plasticity in the brain and especially involved in learning and memory).

Существует много фармацевтических средств, таких как снотворные препараты, анксиолитики и бета-блокаторы, которые противодействуют некоторым проблемам, связанным с патологическим стрессом. Аналогичным образом, лекарственные средства, которые уменьшают окислительный стресс или воспаление, блокируют синтез или абсорбцию холестерина и лечат инсулинорезистентность или хроническую боль, могут помочь справиться с метаболическими и неврологическими последствиями “патологического опустошения”. Все эти лекарственные средства в некоторой степени ценны, но, к сожалению, у каждого из них есть свои побочные эффекты и ограничения (Kim J.J. et al. Nature Reviews Neuroscience, 2002, 3, 453-462: The stressed hippocampus, synaptic plasticity and lost memories; McEwen B.X. Physiological Review, 2007, 87, 873-904: Physiology and neurobiology of stress and adaptation: central role of the brain). Описанные в настоящей заявке наночастицы теперь можно преимущественно использовать для лечения субъекта, страдающего таким патологическим стрессом, в частности хроническим стрессом, обычно субъекта, имеющего связанные со стрессом изменения, обнаруженные в головном мозге, как описано выше.There are many pharmaceuticals, such as sleeping pills, anxiolytics, and beta-blockers, that counteract some of the problems associated with pathological stress. Similarly, drugs that reduce oxidative stress or inflammation, block cholesterol synthesis or absorption, and treat insulin resistance or chronic pain may help manage the metabolic and neurological consequences of "pathological devastation." All of these drugs are valuable to some extent, but unfortunately each has its own side effects and limitations (Kim JJ et al. Nature Reviews Neuroscience, 2002, 3, 453-462: The stressed hippocampus, synaptic plasticity and lost memories; McEwen BX Physiological Review, 2007, 87, 873-904: Physiology and neurobiology of stress and adaptation: central role of the brain) . The nanoparticles described herein can now advantageously be used to treat a subject suffering from such pathological stress, in particular chronic stress, typically a subject having stress-related changes found in the brain as described above.

Термин “лечение” относится к терапевтическому лечению или мерам, способным предотвратить, облегчить или вылечить патологический стресс или его симптом, как описано выше в настоящей заявке, в частности, хронический стресс. Такое лечение предназначено для субъекта-млекопитающего, предпочтительно субъекта-человека, нуждающегося в нем. В качестве таковых рассматриваются субъекты, уже идентифицированные (диагностированные) как страдающие патологическим стрессом, как описано в настоящей заявке, или лица, которые считаются «подверженными риску развития» такого патологического стресса, для которых лечение является превентивным или профилактическим лечением. Конкретными субъектами, страдающими патологическим стрессом, являются субъекты, которым назначают лекарственное средство, выбранное из снотворного препарата, анксиолитика и бета-блокатора.The term "treatment" refers to therapeutic treatment or measures capable of preventing, alleviating or curing pathological stress or a symptom thereof, as described above in this application, in particular chronic stress. Such treatment is intended for a mammalian subject, preferably a human subject, in need thereof. As such, subjects are considered to be already identified (diagnosed) as suffering from pathological stress, as described in this application, or individuals who are considered "at risk of developing" such pathological stress, for which treatment is a preventive or prophylactic treatment. Specific subjects suffering from pathological stress are subjects who are prescribed a drug selected from a hypnotic, an anxiolytic, and a beta-blocker.

Патологический стресс отличается от окислительного стресса. Согласно М. Ауффану и соавторам (см. M. Auffan et al., Environmental Pollution 157 (2009) 1127-1133: Chemical Stability of metallic nanoparticles: a parameter controlling their potential cellular toxicity in vitro), окислительный стресс представляет собой состояние нарушенного окислительно-восстановительного равновесия, при котором продуцирование ROS (активные формы кислорода) (клеткой или самой наночастицей) превосходит антиоксидантную защитную способность клетки, тем самым приводя к неблагоприятным биологическим последствиям: повреждению макромолекул, липидов, ДНК или белков, приводящие к избыточной пролиферации клеток, апоптозу, перекисному окислению липидов или мутагенезу. В клетках, продукцию ROS можно отслеживать, например, при помощи флуоресцентных красителей, таких как диацетат дихлорфлуоресцеина.Pathological stress is different from oxidative stress. According to M. Auffan et al. (see M. Auffan et al., Environmental Pollution 157 (2009) 1127-1133: Chemical Stability of metallic nanoparticles: a parameter controlling their potential cellular toxicity in vitro ), oxidative stress is a state of impaired oxidative - reductive equilibrium, in which the production of ROS (reactive oxygen species) (by the cell or by the nanoparticle itself) exceeds the antioxidant protective capacity of the cell, thereby leading to adverse biological consequences: damage to macromolecules, lipids, DNA or proteins, leading to excessive cell proliferation, apoptosis, lipid peroxidation or mutagenesis. In cells, ROS production can be monitored, for example, using fluorescent dyes such as dichlorofluorescein diacetate.

Следующие примеры и соответствующие им чертежи иллюстрируют изобретение, не ограничивая его объем.The following examples and their corresponding drawings illustrate the invention without limiting its scope.

ЧЕРТЕЖИBLUEPRINTS

Фиг. 1. Схема двух упрощенных вспышек, показывающая некоторые из параметров, которые можно извлечь из регистрации электрической активности. Указываются параметры, описывающие общую активность (спайк, вспышка, интервал между вспышками (IBI) и период вспышки) и структуру вспышки (длительность вспышки, плато вспышки, амплитуда вспышки, интервал между импульсами вспышки (ISI) и площадь вспышки). Стандартные отклонения (SD) этих параметров являются показателями регулярности общей активности и структуры вспышки, соответственно. Коэффициент вариации во времени (CVtime) отражает временную регулярность паттерна активности каждой единицы. CVtime рассчитывают как отношение стандартного отклонения параметра к среднему значению. Коэффициент вариации среди сети (CVnet) отражает синхронизацию между нейронами в сети. CVnet рассчитывают как отношение стандартного отклонения параметра к среднему значению по сети. Большие значения CVnet предполагают широкий диапазон изменений активности в сети, что означает меньшую синхронизацию и более высокую синаптическую пластичность и синаптическую связность. Fig. 1. Schematic of two simplified flashes showing some of the parameters that can be extracted from electrical activity registration. Parameters are provided that describe the overall activity (spike, burst, burst interval (IBI), and burst period) and burst structure (burst duration, burst plateau, burst amplitude, burst interval (ISI), and burst area). The standard deviations (SD) of these parameters are indicative of the regularity of the overall activity and outbreak structure, respectively. The coefficient of variation over time (CVtime) reflects the temporal regularity of the activity pattern of each unit. CVtime is calculated as the ratio of the standard deviation of the parameter to the mean. The coefficient of variation among a network (CVnet) reflects the synchronization between neurons in a network. CVnet is calculated as the ratio of the standard deviation of the parameter to the network mean. Larger CVnet values suggest a wide range of changes in network activity, which means less synchronization and higher synaptic plasticity and synaptic connectivity.

Фиг. 2. Функциональные эффекты наночастиц из примера 1, наблюдаемые в группе “Наночастицы”, по сравнению с водой, используемой в “Контрольной” группе, на активность сети лобной коры. Результаты указывают на более высокую синаптическую пластичность и синаптическую связность на клеточном уровне в присутствии наночастиц. Fig. 2. Functional effects of the nanoparticles from Example 1 observed in the "Nanoparticles" group, compared with water used in the "Control" group, on the activity of the frontal cortex network. The results indicate higher synaptic plasticity and synaptic connectivity at the cellular level in the presence of nanoparticles.

Фиг. 3. Функциональные эффекты наночастиц из примера 2, наблюдаемые в группе “Наночастицы”, по сравнению с водой, используемой в “Контрольной” группе, на активность сети лобной коры. Результаты указывают на более высокую синаптическую пластичность и синаптическую связность на клеточном уровне в присутствии наночастиц. Fig. Fig. 3. Functional effects of the nanoparticles from Example 2 observed in the "Nanoparticles" group, compared with water used in the "Control" group, on the activity of the frontal cortex network. The results indicate higher synaptic plasticity and synaptic connectivity at the cellular level in the presence of nanoparticles.

Фиг. 4. Функциональные эффекты наночастиц из примера 3, наблюдаемые в группе “Наночастицы”, по сравнению с водой, используемой в “Контрольной” группе, на активность сети лобной коры. Результаты указывают на более высокую синаптическую пластичность и синаптическую связность на клеточном уровне в присутствии наночастиц. Fig. 4. Functional effects of the nanoparticles from Example 3 observed in the "Nanoparticles" group, compared with water used in the "Control" group, on the activity of the frontal cortex network. The results indicate higher synaptic plasticity and synaptic connectivity at the cellular level in the presence of nanoparticles.

Фиг. 5. Функциональные эффекты наночастиц из примера 5, наблюдаемые в группе “Наночастицы”, по сравнению с водой, используемой в “Контрольной” группе, на активность сети лобной коры. Результаты указывают на более высокую синаптическую пластичность и синаптическую связность на клеточном уровне в присутствии наночастиц. Fig. 5. Functional effects of the nanoparticles from Example 5 observed in the "Nanoparticles" group, compared to water used in the "Control" group, on the activity of the frontal cortex network. The results indicate higher synaptic plasticity and synaptic connectivity at the cellular level in the presence of nanoparticles.

ПРИМЕРЫEXAMPLES

Исследования нейронов in vitro In vitro studies of neurons

На уровне нейронов пэтч-кламп метод очень полезен для определения потенциалов действия, поскольку он позволяет одновременно напрямую измерять и контролировать мембранный потенциал нейрона.At the level of neurons, the patch clamp method is very useful for determining action potentials, since it allows you to directly measure and control the membrane potential of a neuron at the same time.

Этот метод используют для оценки эффектов наночастиц на отдельный нейрон.This method is used to evaluate the effects of nanoparticles on an individual neuron.

In vitro исследования сети нейронов In vitro neuronal network studies

Диссоциированные нейронные культуры, связанные с мультиэлектродными матрицами (MEA), широко используют для лучшего понимания сложности сетей мозга. Кроме того, использование диссоциированных нейронных агрегатов позволяет манипулировать и контролировать связность сети (Poli D. et al, Frontiers in Neural Circuits, 2015, 9 (article 57), 1-14: Functional connectivity in in vitro neuronal assemblies).Dissociated neural cultures coupled to multielectrode arrays (MEAs) are widely used to better understand the complexity of brain networks. In addition, the use of dissociated neural aggregates allows manipulation and control of network connectivity (Poli D. et al, Frontiers in Neural Circuits, 2015, 9 (article 57), 1-14: Functional connectivity in in vitro neuronal assemblies) .

Система MEA позволяет осуществлять неинвазивные длительные одновременные внеклеточные регистрации из нескольких участков в нейронной сети в режиме реального времени, увеличивая пространственное разрешение и тем самым обеспечивая надежное измерение активности сети. Одновременный сбор данных о потенциале действия и потенциале поля в течение длительных периодов времени позволяет осуществлять мониторинг функций сети, возникающих в результате взаимодействия всех клеточных механизмов, ответственных за образование пространственно-временных паттернов (Johnstone A. F. M. et al., Neurotoxicology (2010), 31: 331-350, Microelectrode arrays: a physiologically based neurotoxicity testing platform for the 21 st century). По сравнению с пэтч-кламп методом и другими одноэлектродными методами регистрации, MEA измеряет отклики всей сети, объединяя глобальную информацию о взаимодействии всех рецепторов, синапсов и типов нейронов, присутствующих в сети (Novellino A. et al., Frontiers in Neuroengineering. (2011), 4(4), 1-14, Development of micro-electrode array based tests for neurotoxicity: assessment of interlaboratory reproducibility with neuroactive chemicals.). Как таковые, MEA регистрации применяются для понимания нейронной коммуникации, кодирования, распространения и обработки информации в нейронных культурах (Taketani, M., et al., (2006). Advances in Network Electrophysiology. New York, NY: Springer; Obien et al., Frontiers in Neurosciences, 2015, 8(423): Revealing neuronal functions through microelectrode array recordings). Технология MEA представляет собой усовершенствованный фенотипический многопараметрический способ скрининга для характеристики функциональных изменений в активности сети в электрически активных клеточных культурах, который очень чувствителен к нейрогенезу, а также к нейрорегенеративным и нейродегенеративным аспектам. Более того, известно, что нейронные сети, выращенные на MEA, способны реагировать на нейроактивные или нейротоксичные соединения примерно в тех же диапазонах концентраций, которые изменяют функции интактной нервной системы млекопитающих (Xia et al., Alcohol, 2003, 30, 167-174: Histiotypic electrophysiological responses of cultured neuronal networks to ethanol; Gramowski et al., European Journal of Neuroscience, 2006, 24, 455-465: Functional screening of traditional antidepressants with primary cortical neuronal networks grown on multielectrode neurochips; Gramowski et al., Frontiers in Neurology, 2015, 6(158): Enhancement of cortical network activity in vitro and promotion of GABAergic neurogenesis by stimulation with an electromagnetic field with 150MHz carrier wave pulsed with an alternating 10 and 16 Hz modulation).The MEA system allows for non-invasive long-term simultaneous extracellular registrations from multiple sites in a neural network in real time, increasing the spatial resolution and thus providing a reliable measurement of network activity. Simultaneous collection of action potential and field potential data over long periods of time allows monitoring of network functions resulting from the interaction of all cellular mechanisms responsible for the formation of spatiotemporal patterns (Johnstone AFM et al., Neurotoxicology (2010), 31: 331 -350, Microelectrode arrays: a physiologically based neurotoxicity testing platform for the 21st century ) . Compared to patch clamp and other single electrode recording methods, MEA measures the responses of the entire network by integrating global information about the interaction of all receptors, synapses and neuron types present in the network (Novellino A. et al., Frontiers in Neuroengineering. (2011) , 4(4), 1-14, Development of micro-electrode array based tests for neurotoxicity: assessment of interlaboratory reproducibility with neuroactive chemicals.) . As such, MEA registrations are applied to understanding neural communication, encoding, dissemination, and information processing in neural cultures (Taketani, M., et al., (2006). Advances in Network Electrophysiology. New York, NY: Springer; Obien et al. , Frontiers in Neurosciences, 2015, 8(423): Revealing neuronal functions through microelectrode array recordings) . MEA technology is an advanced phenotypic multiparameter screening method for characterizing functional changes in network activity in electrically active cell cultures that is highly sensitive to neurogenesis as well as neuroregenerative and neurodegenerative aspects. Moreover, neural networks grown on MEA are known to be able to respond to neuroactive or neurotoxic compounds in approximately the same concentration ranges that alter the functions of the intact mammalian nervous system (Xia et al., Alcohol, 2003, 30, 167-174: Histiotypic electrophysiological responses of cultured neuronal networks to ethanol; Gramowski et al., European Journal of Neuroscience, 2006, 24, 455-465: Functional screening of traditional antidepressants with primary cortical neuronal networks grown on multielectrode neurochips; Gramowski et al., Frontiers in Neurology, 2015, 6(158): Enhancement of cortical network activity in vitro and promotion of GABAergic neurogenesis by stimulation with an electromagnetic field with 150MHz carrier wave pulsed with an alternating 10 and 16 Hz modulation) .

Этот метод используют для оценки эффекта наночастиц на нейронную сеть(сети).This method is used to evaluate the effect of nanoparticles on neural network(s).

Исследования in vivo сети нейронов In vivo studies of the network of neurons

Считают, что подходящая животная модель позволяет оценить эффект наночастиц по изобретению на нейронные сети животных.It is believed that a suitable animal model allows one to evaluate the effect of the nanoparticles of the invention on the neural networks of animals.

Например, лабиринты используют для изучения пространственного обучения и памяти у крыс или мышей. Исследования с использованием лабиринта помогают раскрыть общие принципы обучения, которые можно применять ко многим видам, включая людей. Сегодня лабиринты обычно используют для определения того, влияют ли различные методы лечения или условия на обучение и память у крыс.For example, mazes are used to study spatial learning and memory in rats or mice. Maze research helps uncover general principles of learning that can be applied to many species, including humans. Today, mazes are commonly used to determine whether different treatments or conditions affect learning and memory in rats.

ПРИМЕР 1. Наночастицы, полученные из проводникового материала: синтез наночастиц золота, покрытых биосовместимым покрытием, имеющим нейтральный поверхностный заряд.EXAMPLE 1. Nanoparticles obtained from a conductive material: synthesis of gold nanoparticles coated with a biocompatible coating having a neutral surface charge.

Наночастицы золота синтезировали путем восстановления соли хлорида золота (HAuCl4) защитным агентом (цитрат натрия) (протокол был адаптирован из G. Frens Nature Physical Science 241 (1973) 21). В типичном эксперименте раствор HAuCl4 нагревали до кипения. Затем добавляли раствор цитрата натрия. Полученный раствор поддерживали при кипении в течение дополнительных 5 минут.Gold nanoparticles were synthesized by reduction of a gold chloride salt (HAuCl 4 ) with a protective agent (sodium citrate) (protocol adapted from G. Frens Nature Physical Science 241 (1973) 21). In a typical experiment, a solution of HAuCl 4 was heated to boiling. Then sodium citrate solution was added. The resulting solution was kept at the boil for an additional 5 minutes.

Осуществляли 0,22 мкм фильтрацию (фильтрующая мембрана: поли(эфирсульфон) (PES)) суспензии наночастиц и концентрацию золота в суспензии определяли при помощи спектроскопии в видимой области УФ-излучения при 530 нм.A 0.22 µm filtration (filter membrane: poly(ethersulfone) (PES)) of the nanoparticle suspension was performed, and the gold concentration in the suspension was determined by UV visible spectroscopy at 530 nm.

Покрытие поверхности осуществляли с использованием α-метокси-ω-меркаптополи(этиленгликоля) 20 кДа (“тиол-ПЭГ20кДа”). Достаточное количество “тиол-ПЭГ 20кДа” добавляли к суспензии наночастиц, чтобы достичь по меньшей мере половины покрытия монослоем (2,5 молекулы/нм2) на поверхности наночастицы золота. Уровень рН регулировали между 7 и 7,2, и суспензию наночастиц перемешивали в течение ночи.The surface was coated with α-methoxy-ω-mercaptopoly(ethylene glycol) 20 kDa (“thiol-PEG20 kDa”). Sufficient "thiol-PEG 20kDa" was added to the nanoparticle suspension to achieve at least half of the monolayer coverage (2.5 molecules/nm 2 ) on the surface of the gold nanoparticle. The pH was adjusted between 7 and 7.2 and the nanoparticle suspension was stirred overnight.

Гидродинамический диаметр (измерение интенсивности) определяли при помощи динамического рассеяния света (DLS) при комнатной температуре (около 25°C) с использованием нанозетасайзера (Nano-Zetasizer) (Malvern) под углом рассеяния 173° с использованием лазера, излучающего при 633 нм, путем разбавления суспензии наночастиц в воде (конечная концентрация: [Au] = 0,1 г/л). Было обнаружено, что гидродинамический диаметр полученных таким образом биосовместимых наночастиц золота в суспензии равен 118 нм, с индексом полидисперсности (дисперсия популяции наночастиц по размеру), равным 0,13.The hydrodynamic diameter (intensity measurement) was determined using dynamic light scattering (DLS) at room temperature (about 25°C) using a Nano-Zetasizer (Malvern) at a scattering angle of 173° using a laser emitting at 633 nm, by dilution of the suspension of nanoparticles in water (final concentration: [Au] = 0.1 g/l). The hydrodynamic diameter of the thus obtained biocompatible gold nanoparticles in suspension was found to be 118 nm, with a polydispersity index (dispersion of the population of nanoparticles by size) of 0.13.

Зета-потенциал определяли путем измерения электрофоретической подвижности наночастиц (Нанозетасайзер, Malvern) путем разбавления суспензии наночастиц в растворе NaCl при 1 мМ при pH 7 (конечная концентрация: [Au] = 0,1г/л). Зета-потенциал при pH 7 был найден равным -1мВ.Zeta potential was determined by measuring the electrophoretic mobility of the nanoparticles (Nanozetasizer, Malvern) by diluting a suspension of nanoparticles in a NaCl solution at 1 mM at pH 7 (final concentration: [Au] = 0.1 g/l). The zeta potential at pH 7 was found to be -1mV.

ПРИМЕР 2. Наночастицы, полученные из проводникового материала: синтез наночастиц золота, покрытых биосовместимым покрытием, имеющим отрицательный поверхностный заряд.EXAMPLE 2. Nanoparticles obtained from a conductive material: synthesis of gold nanoparticles coated with a biocompatible coating having a negative surface charge.

Наночастицы золота получали как описано в примере 1 (такое же ядро неорганического золота).Gold nanoparticles were prepared as described in Example 1 (same inorganic gold core).

Осуществляли 0,22 мкм фильтрацию на мембранном фильтре PES и концентрацию золота в суспензии определяли при помощи спектроскопии в видимой области УФ-излучения при 530 нм.0.22 µm filtration was carried out on a PES membrane filter and the concentration of gold in the suspension was determined by spectroscopy in the visible region of UV radiation at 530 nm.

Биосовместимое поверхностное покрытие наносили с использованием мезо-2,3-димеркаптосукциновой кислоты (DMSA). Достаточное количество DMSA добавляли к суспензии наночастиц, чтобы достичь по меньшей мере половины покрытия монослоем (2,5 молекулы/нм2) на поверхности. Уровень рН регулировали между 7 и 7,2, и суспензию наночастиц перемешивали в течение ночи.The biocompatible surface coating was applied using meso-2,3-dimercaptosuccinic acid (DMSA). Sufficient DMSA was added to the nanoparticle suspension to achieve at least half monolayer coverage (2.5 molecules/nm 2 ) on the surface. The pH was adjusted between 7 and 7.2 and the nanoparticle slurry was stirred overnight.

Гидродинамический диаметр (измерение интенсивности) определяли при помощи динамического рассеяния света (DLS) при комнатной температуре (около 25°C) с использованием нанозетасайзера (Malvern) под углом рассеяния 173° с использованием лазера, излучающего при 633 нм, путем разбавления суспензии наночастиц в воде (конечная концентрация: [Au] = 0,1 г/л). Гидродинамический диаметр полученных таким образом наночастиц в суспензии был равен 76 нм, с индексом полидисперсности (дисперсия популяции наночастиц по размеру), равным 0,46.The hydrodynamic diameter (intensity measurement) was determined by dynamic light scattering (DLS) at room temperature (about 25°C) using a nanozetasizer (Malvern) at a scattering angle of 173° using a laser emitting at 633 nm by diluting a suspension of nanoparticles in water (final concentration: [Au] = 0.1 g/l). The hydrodynamic diameter of the thus obtained nanoparticles in suspension was 76 nm, with a polydispersity index (dispersion of the population of nanoparticles by size) equal to 0.46.

Зета-потенциал определяли путем измерения электрофоретической подвижности наночастиц (Нанозетасайзер, Malvern) путем разбавления суспензии наночастиц в растворе NaCl при 1 мМ при pH 7 (конечная концентрация: [Au] = 0,1г/л). Зета-потенциал при pH 7 был найден равным -23мВ.Zeta potential was determined by measuring the electrophoretic mobility of the nanoparticles (Nanozetasizer, Malvern) by diluting a suspension of nanoparticles in a NaCl solution at 1 mM at pH 7 (final concentration: [Au] = 0.1 g/l). The zeta potential at pH 7 was found to be -23mV.

ПРИМЕР 3. Наночастицы, полученные из изоляционного материала, имеющего низкую относительную диэлектрическую проницаемость, равную или ниже 100: синтез наночастиц оксида циркония, покрытых биосовместимым покрытием, имеющим нейтральный поверхностный заряд.EXAMPLE 3 Nanoparticles prepared from an insulating material having a low relative dielectric constant equal to or below 100: Synthesis of zirconium oxide nanoparticles coated with a biocompatible coating having a neutral surface charge.

Наночастицы оксида циркония (ZrO2) синтезировали путем осаждения хлорида циркония (ZrCl4) гидроксидом тетраметиламмония (ТМАОН) при основном значении pH. Полученную суспензию переносили в автоклав и нагревали при температуре выше 110°C. После охлаждения суспензию промывали деионизированной водой и подкисляли.Zirconium oxide (ZrO 2 ) nanoparticles were synthesized by precipitation of zirconium chloride (ZrCl 4 ) with tetramethylammonium hydroxide (TMAOH) at basic pH. The resulting suspension was transferred to an autoclave and heated at a temperature above 110°C. After cooling, the suspension was washed with deionized water and acidified.

Наибольший медианный размер ядра наночастиц или агрегатов наночастиц популяции и размер ядра наночастиц или агрегатов наночастиц, представляющих 30-70% процентиль популяции наночастиц и агрегатов наночастиц, оценивали с использованием электронной микроскопии и находили равным 10 нм и 8 нм - 12 нм соответственно. Было подсчитано 446 наночастиц и измерен их наибольший размер.The largest median size of the core of nanoparticles or aggregates of nanoparticles of the population and the size of the core of nanoparticles or aggregates of nanoparticles representing 30-70% percentile of the population of nanoparticles and aggregates of nanoparticles were estimated using electron microscopy and found to be 10 nm and 8 nm - 12 nm, respectively. 446 nanoparticles were counted and their largest size was measured.

Осуществляли 0,22 мкм фильтрацию на мембранном фильтре PES и определяли концентрацию наночастиц (ZrO2) путем сушки водного раствора до состояния порошка и взвешивания полученной таким образом массы.0.22 μm filtration was carried out on a PES membrane filter and the concentration of nanoparticles (ZrO 2 ) was determined by drying the aqueous solution to a powder state and weighing the thus obtained mass.

Биосовместимое покрытие получали с использованием силан-поли (этилен)гликоля 2кДа (“Si-ПЭГ 2кДа”). Достаточное количество “Si-ПЭГ 2кДа” добавляли к суспензии наночастиц, чтобы достичь по меньшей мере половины покрытия монослоем (2,5 молекулы/нм2) на поверхности. Суспензию наночастиц перемешивали в течение ночи и затем рН доводили до 7.A biocompatible coating was obtained using a 2kDa silane-poly(ethylene)glycol (“Si-PEG 2kDa”). Sufficient "Si-PEG 2kDa" was added to the nanoparticle suspension to achieve at least half of the monolayer coverage (2.5 molecules/nm 2 ) on the surface. The nanoparticle suspension was stirred overnight and then the pH was adjusted to 7.

Гидродинамический диаметр (измерение интенсивности) определяли при помощи динамического рассеяния света (DLS) при комнатной температуре (около 25°C) с использованием нанозетасайзера (Malvern) под углом рассеяния 173° с использованием лазера, излучающего при 633 нм, путем разбавления суспензии наночастиц в воде (конечная концентрация ZrO2, составляющего ядро наночастицы: [ZrO2] = 0,1 г/л). Гидродинамический диаметр наночастиц был найден равным 55 нм, с индексом полидисперсности (дисперсия популяции наночастиц по размеру), равным 0,1.Hydrodynamic diameter (intensity measurement) was determined by dynamic light scattering (DLS) at room temperature (about 25°C) using a nanozetasizer (Malvern) at a scattering angle of 173° using a laser emitting at 633 nm by diluting a suspension of nanoparticles in water (final concentration of ZrO 2 constituting the core of the nanoparticle: [ZrO 2 ] = 0.1 g/l). The hydrodynamic diameter of the nanoparticles was found to be 55 nm, with a polydispersity index (dispersion of the population of nanoparticles by size) equal to 0.1.

Зета-потенциал определяли путем измерения электрофоретической подвижности наночастиц (Нанозетасайзер, Malvern) путем разбавления суспензии наночастиц в растворе NaCl при 1 мМ при pH 7 (конечная концентрация: [ZrO2] = 0,1г/л). Зета-потенциал при pH 7 был найден равным -1мВ.Zeta potential was determined by measuring the electrophoretic mobility of the nanoparticles (Nanozetasizer, Malvern) by diluting a suspension of nanoparticles in a NaCl solution at 1 mM at pH 7 (final concentration: [ZrO 2 ] = 0.1 g/l). The zeta potential at pH 7 was found to be -1mV.

ПРИМЕР 4. Наночастицы, полученные из изоляционного материала, имеющего низкую относительную диэлектрическую проницаемость, равную или ниже 100: синтез наночастиц оксида циркония, покрытых биосовместимым покрытием, имеющим отрицательный поверхностный заряд.EXAMPLE 4 Nanoparticles prepared from an insulating material having a low relative dielectric constant equal to or below 100: Synthesis of zirconium oxide nanoparticles coated with a biocompatible coating having a negative surface charge.

Наночастицы оксида циркония получали как описано в примере 3 (такое же неорганическое ядро).Zirconium oxide nanoparticles were prepared as described in Example 3 (same inorganic core).

Осуществляли 0,22 мкм фильтрацию на мембранном фильтре PES и определяли концентрацию наночастиц (ZrO2) путем сушки водного раствора до порошка и взвешивания полученной таким образом массы.0.22 μm filtration was carried out on a PES membrane filter and the concentration of nanoparticles (ZrO 2 ) was determined by drying the aqueous solution to a powder and weighing the thus obtained mass.

Функционализацию поверхности осуществляли с использованием гексаметафосфата натрия. Достаточную массу гексаметафосфата натрия добавляли к суспензии наночастиц, чтобы достичь по меньшей мере половины покрытия монослоем (2,5 молекулы/нм2) на поверхности. Суспензию наночастиц перемешивали в течение ночи и затем рН доводили до 7.Surface functionalization was carried out using sodium hexametaphosphate. Sufficient mass of sodium hexametaphosphate was added to the nanoparticle suspension to achieve at least half of the monolayer coverage (2.5 molecules/nm 2 ) on the surface. The nanoparticle suspension was stirred overnight and then the pH was adjusted to 7.

Гидродинамический диаметр (измерение интенсивности) определяли при помощи динамического рассеяния света (DLS) при комнатной температуре (около 25°C) с использованием нанозетасайзера (Malvern) под углом рассеяния 173° с использованием лазера, излучающего при 633 нм, путем разбавления суспензии наночастиц в воде (конечная концентрация ZrO2, составляющего ядро наночастицы: [ZrO2] = 0,1 г/л). Гидродинамический диаметр наночастиц был найден равным 70 нм, с индексом полидисперсности (дисперсия популяции наночастиц по размеру), равным 0,11.Hydrodynamic diameter (intensity measurement) was determined by dynamic light scattering (DLS) at room temperature (about 25°C) using a nanozetasizer (Malvern) at a scattering angle of 173° using a laser emitting at 633 nm by diluting a suspension of nanoparticles in water (final concentration of ZrO 2 constituting the core of the nanoparticle: [ZrO 2 ] = 0.1 g/l). The hydrodynamic diameter of the nanoparticles was found to be 70 nm, with a polydispersity index (dispersion of the population of nanoparticles by size) of 0.11.

Зета-потенциал определяли путем измерения электрофоретической подвижности наночастиц (Нанозетасайзер, Malvern) путем разбавления суспензии наночастиц в растворе NaCl при 1 мМ при pH 7 (конечная концентрация: [ZrO2] = 0,1г/л). Зета-потенциал при pH 7 был найден равным -33мВ.Zeta potential was determined by measuring the electrophoretic mobility of the nanoparticles (Nanozetasizer, Malvern) by diluting a suspension of nanoparticles in NaCl solution at 1 mM at pH 7 (final concentration: [ZrO 2 ] = 0.1 g/l). The zeta potential at pH 7 was found to be -33mV.

ПРИМЕР 5. Наночастицы, полученные из полупроводникового материала: наночастицы кремния, покрытые биосовместимым покрытием, имеющим нейтральный поверхностный заряд.EXAMPLE 5 Nanoparticles made from a semiconductor material: silicon nanoparticles coated with a biocompatible coating having a neutral surface charge.

Наночастицы кремния (Si) (порошок) получали от US Research Nanomaterials Inc. Они были покрыты PVP (1 масс.%), что составляет менее 0,1 молекулы/нм2 на поверхности.Silicon (Si) nanoparticles (powder) were obtained from US Research Nanomaterials Inc. They were coated with PVP (1 wt%), which is less than 0.1 molecule/nm 2 on the surface.

Наибольший медианный размер ядра наночастиц или агрегатов наночастиц популяции и размер ядра наночастиц или агрегатов наночастиц, представляющих 30-70% процентиль популяции наночастиц и агрегатов наночастиц, оценивали с использованием электронной микроскопии и находили равным 53 нм и 45-61 нм, соответственно. Были подсчитаны семьдесят одна (71) наночастица и был измерен их наибольший размер.The largest median core size of the population of nanoparticles or aggregates of nanoparticles and the size of the core of nanoparticles or aggregates of nanoparticles representing 30-70% percentile of the population of nanoparticles and aggregates of nanoparticles were estimated using electron microscopy and found to be 53 nm and 45-61 nm, respectively. Seventy-one (71) nanoparticles were counted and their largest size measured.

Затем их покрывали силан-поли(этиленгликолем) 20кДа (Si-ПЭГ 20кДа), добавляя массу, достаточную для получения по меньшей мере половины монослоя (2,5 молекулы/нм2) и инкубируя покрытый раствор в течение ночи при основном рН. Затем их диспергировали в воде при концентрации 30г/л при обработке ультразвуком (при помощи зонда).They were then coated with silane-poly(ethylene glycol) 20kDa (Si-PEG 20kDa) by adding a mass sufficient to obtain at least half of the monolayer (2.5 molecules/nm 2 ) and incubating the coated solution overnight at basic pH. Then they were dispersed in water at a concentration of 30 g/l under sonication (using a probe).

Осуществляли 0,22 мкм фильтрацию на мембранном фильтре PES и определяли концентрацию наночастиц (Si) путем сушки суспензии до порошка и взвешивания полученной таким образом массы.0.22 µm filtration was carried out on a PES membrane filter and the concentration of nanoparticles (Si) was determined by drying the suspension to a powder and weighing the thus obtained mass.

Гидродинамический диаметр (измерение интенсивности) определяли методом динамического рассеяния света (DLS) при комнатной температуре (около 25°C) с использованием нанозетасайзера (Malvern) под углом рассеяния 173° с использованием лазера, излучающего при 633 нм, путем разбавления суспензии наночастиц в воде (конечная концентрация Si, составляющего ядро наночастицы: [Si] = 0,1 г/л). Гидродинамический диаметр наночастиц был найден равным 195 нм, с индексом полидисперсности (дисперсия популяции наночастиц по размеру), равным 0,10,The hydrodynamic diameter (intensity measurement) was determined by dynamic light scattering (DLS) at room temperature (about 25°C) using a nanozetasizer (Malvern) at a scattering angle of 173° using a laser emitting at 633 nm, by diluting a suspension of nanoparticles in water ( final concentration of Si constituting the core of the nanoparticle: [Si] = 0.1 g/l). The hydrodynamic diameter of the nanoparticles was found to be 195 nm, with a polydispersity index (dispersion of the population of nanoparticles by size) equal to 0.10,

Зета-потенциал определяли путем измерения электрофоретической подвижности наночастиц (Нанозетасайзер, Malvern) путем разбавления суспензии наночастиц в растворе NaCl при 1 мМ при pH 7 (конечная концентрация: [Si] = 0,1г/л). Зета-потенциал при pH 7 был найден равным -3мВ.Zeta potential was determined by measuring the electrophoretic mobility of the nanoparticles (Nanozetasizer, Malvern) by diluting a suspension of nanoparticles in a NaCl solution at 1 mM at pH 7 (final concentration: [Si] = 0.1 g/l). The zeta potential at pH 7 was found to be -3mV.

ПРИМЕР 6. Наночастицы, полученные из полупроводникового материала: кремния наночастицы покрытых биосовместимым покрытием, имеющим отрицательный поверхностный заряд.EXAMPLE 6. Nanoparticles obtained from a semiconductor material: silicon nanoparticles coated with a biocompatible coating having a negative surface charge.

Наночастицы кремния (Si) (порошок) получали от US Research Nanomaterials Inc. Они были покрыты PVP (1 масс.%), что составляет менее 0,1 молекулы/нм2 на поверхности.Silicon (Si) nanoparticles (powder) were obtained from US Research Nanomaterials Inc. They were coated with PVP (1 wt%), which is less than 0.1 molecule/nm 2 on the surface.

Их диспергировали в воде при 30 г/л при обработке ультразвуком (при помощи зонда).They were dispersed in water at 30 g/l under sonication (using a probe).

Осуществляли 0,22 мкм фильтрацию на мембранном фильтре PES и определяли концентрацию наночастиц (Si) путем сушки суспензии до порошка и взвешивания полученной таким образом массы.0.22 µm filtration was carried out on a PES membrane filter and the concentration of nanoparticles (Si) was determined by drying the suspension to a powder and weighing the thus obtained mass.

Гидродинамический диаметр (измерение интенсивности) определяли при помощи динамического рассеяния света (DLS) при комнатной температуре (около 25°C) с использованием нанозетасайзера (Malvern) под углом рассеяния 173° с использованием лазера, излучающего при 633 нм, путем разбавления суспензии наночастиц в воде (конечная концентрация Si, составляющего ядро наночастицы: [Si] = 0,1 г/л). Гидродинамический диаметр наночастиц был найден равным 164 нм, с индексом полидисперсности (дисперсия популяции наночастиц по размеру), равным 0,16.The hydrodynamic diameter (intensity measurement) was determined by dynamic light scattering (DLS) at room temperature (about 25°C) using a nanozetasizer (Malvern) at a scattering angle of 173° using a laser emitting at 633 nm by diluting a suspension of nanoparticles in water (final concentration of Si constituting the core of the nanoparticle: [Si] = 0.1 g/l). The hydrodynamic diameter of the nanoparticles was found to be 164 nm, with a polydispersity index (dispersion of the population of nanoparticles by size) of 0.16.

Наибольший медианный размер ядра наночастиц или агрегатов наночастиц популяции и размер ядра наночастиц или агрегатов наночастиц, представляющих 30-70% процентиль популяции наночастиц и агрегатов наночастиц, оценивали с использованием электронной микроскопии и находили равным 53 нм и 45-61 нм соответственно. Были подсчитаны семьдесят одна (71) наночастица и был измерен их наибольший размер.The largest median core size of the population of nanoparticles or aggregates of nanoparticles and the size of the core of nanoparticles or aggregates of nanoparticles representing 30-70% percentile of the population of nanoparticles and aggregates of nanoparticles were estimated using electron microscopy and found to be 53 nm and 45-61 nm, respectively. Seventy-one (71) nanoparticles were counted and their largest size measured.

Зета-потенциал определяли путем измерения электрофоретической подвижности наночастиц (Нанозетасайзер, Malvern) путем разбавления суспензии наночастиц в растворе NaCl при 1 мМ при pH 7 (конечная концентрация: [Si] = 0,1г/л). Зета-потенциал при pH 7 был найден равным -19мВ.Zeta potential was determined by measuring the electrophoretic mobility of the nanoparticles (Nanozetasizer, Malvern) by diluting a suspension of nanoparticles in a NaCl solution at 1 mM at pH 7 (final concentration: [Si] = 0.1 g/l). The zeta potential at pH 7 was found to be -19mV.

ПРИМЕР 7. Наночастицы, полученные из изоляционного материала, имеющего высокую относительную диэлектрическую проницаемость, равную или выше 200: наночастицы титаната бария, покрытые биосовместимым покрытием, имеющим отрицательный поверхностный заряд.EXAMPLE 7 Nanoparticles prepared from an insulating material having a high relative dielectric constant equal to or greater than 200: barium titanate nanoparticles coated with a biocompatible coating having a negative surface charge.

Суспензию наночастиц титаната бария (BaTiO3) (20 масс.% в воде) получали от US Research Materials Inc. (US3835).A suspension of barium titanate (BaTiO 3 ) nanoparticles (20 wt% in water) was obtained from US Research Materials Inc. (US3835).

Функционализацию поверхности осуществляли с использованием силан-поли(этилен)гликоля 10кДа (“Si-ПЭГ 10кДа”). Вкратце, “Si-ПЭГ 10кДа” сначала растворяли в растворе этанол/вода (1/3 об/об) и добавляли к суспензии BaTiO3 (20 масс.% в воде) для достижения полного монослойного покрытия на поверхности наночастиц. Суспензию обрабатывали ультразвуком и затем перемешивали в течение ночи. После 0,22 мкм фильтрации (фильтрующая мембрана: поли(эфирсульфон)) осуществляли стадию промывки для удаления непрореагировавших полимеров “Si-ПЭГ 10кДа”.The surface was functionalized using silane-poly(ethylene)glycol 10 kDa (“Si-PEG 10 kDa”). Briefly, "Si-PEG 10kDa" was first dissolved in an ethanol/water solution (1/3 v/v) and added to a suspension of BaTiO 3 (20 wt.% in water) to achieve a complete monolayer coating on the surface of the nanoparticles. The suspension was sonicated and then stirred overnight. After 0.22 µm filtration (filter membrane: poly(ethersulfone)) a washing step was carried out to remove unreacted “Si-PEG 10kDa” polymers.

Гидродинамический диаметр (измерение интенсивности) определяли при помощи динамического рассеяния света (DLS) при комнатной температуре (около 25°C) с использованием нанозетасайзера (Malvern) под углом рассеяния 173° с использованием лазера, излучающего при 633 нм, путем разбавления суспензии наночастиц в воде (конечная концентрация BaTiO3, составляющего ядро наночастицы: [BaTiO3] = 0,1 г/л). Гидродинамический диаметр наночастиц был найден равным 164 нм, с индексом полидисперсности (дисперсия популяции наночастиц по размеру), равным 0,16.The hydrodynamic diameter (intensity measurement) was determined by dynamic light scattering (DLS) at room temperature (about 25°C) using a nanozetasizer (Malvern) at a scattering angle of 173° using a laser emitting at 633 nm by diluting a suspension of nanoparticles in water (final concentration of BaTiO3, constituting the core of the nanoparticle: [BaTiO3] = 0.1 g/l). The hydrodynamic diameter of the nanoparticles was found to be 164 nm, with a polydispersity index (dispersion of the population of nanoparticles by size) of 0.16.

Зета-потенциал определяли путем измерения электрофоретической подвижности наночастиц (Нанозетасайзер, Malvern) путем разбавления суспензии наночастиц в растворе NaCl при 1 мМ при pH 7 (конечная концентрация: [BaTiO3] = 0,1г/л). Зета-потенциал при pH 7 был обнаружен при -11мВ.The zeta potential was determined by measuring the electrophoretic mobility of the nanoparticles (Nanozetasizer, Malvern) by diluting a suspension of the nanoparticles in a NaCl solution at 1 mM at pH 7 (final concentration: [BaTiO 3 ] = 0.1 g/l). Zeta potential at pH 7 was found at -11mV.

Наибольший медианный размер ядра наночастиц или агрегатов наночастиц популяции и размер ядра наночастиц или агрегатов наночастиц, представляющих 30-70% процентиль популяции наночастиц и агрегатов наночастиц, оценивали с использованием электронной микроскопии и находили равным 67 нм и 60-77 нм соответственно. Были подсчитаны пятьдесят одна (51) наночастица и был измерен их наибольший размер.The largest median core size of the population of nanoparticles or aggregates of nanoparticles and the size of the core of nanoparticles or aggregates of nanoparticles representing 30-70% percentile of the population of nanoparticles and aggregates of nanoparticles were estimated using electron microscopy and found to be 67 nm and 60-77 nm, respectively. Fifty-one (51) nanoparticles were counted and their largest size was measured.

ПРИМЕР 8. Функциональная оценка наночастиц по изобретению (наночастицы из примеров 1 и 2) на культурах нейронов лобной коры с использованием мультиэлектродных матриц (MEA).EXAMPLE 8. Functional evaluation of the nanoparticles of the invention (nanoparticles from examples 1 and 2) on frontal cortex neuron cultures using multielectrode arrays (MEA).

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫMATERIALS AND METHODS

Нейрочипы с микроэлектродной матрицейNeurochips with microelectrode array

Нейрочипы с 48-луночной микроэлектродной матрицей приобретали у Axion Biosystems Inc. Эти чипы имеют 16 пассивных электродов на лунку. Поверхность в течение 1 часа покрывали полиэтиленимином (PEI, 50% в боратном буфере), промывали и высушивали на воздухе.Neurochips with a 48-well microelectrode array were purchased from Axion Biosystems Inc. These chips have 16 passive electrodes per well. The surface was covered with polyethyleneimine (PEI, 50% in borate buffer) for 1 hour, washed and air dried.

Первичная культура клеток, условия обработкиPrimary cell culture, processing conditions

Ткань лобной коры собирали у эмбрионов (день 15/16) chr:NMRI мышей (Charles River). Мышей умерщвляли путем цервикальной дислокации. Ткань диссоциировали ферментативным расщеплением (133,3 единицы Кунитца/мл ДНКазы; 10 единиц/мл папаина) и механическим растиранием в порошок, подсчитывали, контролировали жизнеспособность и высевали в 20 мкл каплю DMEM, содержащей ламинин (10 мкг/мл), 10% фетальной бычьей сыворотки и 10% лошадиной сыворотки, на MEA. Культуры на MEA инкубировали при 37°C в атмосфере 10% CO2 до готовности к применению. Культуральные среды пополняли два раза в неделю DMEM, содержащей 10% лошадиной сыворотки. Развивающиеся совместные культуры обрабатывали ингибиторами митоза 5-фтор-2’-дезоксиуридином (25 мкМ) и уридином (63 мкМ) в день 5 после посева для предотвращения дальнейшей глиальной пролиферации.Frontal cortex tissue was harvested from embryos (day 15/16) of chr:NMRI mice (Charles River). Mice were sacrificed by cervical dislocation. The tissue was dissociated by enzymatic digestion (133.3 Kunitz units/ml DNase; 10 units/ml papain) and mechanical trituration, counted, viability monitored and seeded in a 20 µl drop of DMEM containing laminin (10 µg/ml), 10% fetal bovine serum and 10% horse serum, per MEA. Cultures on MEA were incubated at 37°C in an atmosphere of 10% CO 2 until ready for use. Culture media were replenished twice a week with DMEM containing 10% horse serum. Developing co-cultures were treated with mitosis inhibitors 5-fluoro-2'-deoxyuridine (25 μM) and uridine (63 μM) on day 5 post-seeding to prevent further glial proliferation.

Лобную кору культивировали в течение 26 дней (период культивирования, также обозначаемый как “нативная фаза”). Подсчитывали количество активных лунок и к активным лункам добавляли суспензии наночастиц ([Au] = 800 мкМ) (группы “Наночастицы”) или воду (“Контрольная” группа). После 2 дней (48 часов) инкубации активность регистрировали в течение 2 часов (значения получали из 60-секундных групп данных, взятых из 30-минутного промежутка).The frontal cortex was cultured for 26 days (culture period, also referred to as "native phase"). The number of active wells was counted, and suspensions of nanoparticles ([Au] = 800 µM) (Nanoparticle groups) or water (Control group) were added to the active wells. After 2 days (48 hours) of incubation, activity was recorded for 2 hours (values obtained from 60-second data sets taken from a 30-minute span).

Многоканальная регистрация и многопараметрический анализ данныхMulti-channel registration and multi-parameter data analysis

Для регистрации использовали многоканальную систему регистрации MAESTRO от Axion Biosystems (США). Для внеклеточной регистрации 48-луночные МЕА помещали на регистрирующую станцию MAESTRO и поддерживали при 37°C. Регистрации осуществляли в DMEM/10% термоинактивированной лошадиной сыворотке. рH поддерживали на уровне 7,4 с использованием непрерывного потока отфильтрованного увлажненного воздушного потока с 10% CO2.The MAESTRO multichannel registration system from Axion Biosystems (USA) was used for registration. For extracellular recording, 48-well MEAs were placed on a MAESTRO recording station and maintained at 37°C. Registrations were made in DMEM/10% heat-inactivated horse serum. pH was maintained at 7.4 using a continuous stream of filtered humidified air with 10% CO 2 .

Каждая единица представляет активность, исходящую от одного нейрона, зарегистрированную на одном электроде. Единицы разделяются в начале регистрации. Для каждой единицы потенциалы действия (т.е. спайки) регистрировали как последовательности спайков, которые объединены в так называемые “вспышки”. Вспышки количественно описывали при помощи прямого анализа последовательности спайков с использованием программ Spike Wrangler и NPWaveX (обе от компании NeuroProof GmbH, Rostock, Germany). Вспышки определялись началом и концом коротких спайковых событий (см. Фиг. 1).Each unit represents the activity emanating from one neuron, registered on one electrode. Units are separated at the beginning of registration. For each unit, action potentials (ie, spikes) were recorded as sequences of spikes, which are combined into so-called "bursts". Flares were quantified by direct spike sequence analysis using Spike Wrangler and NPWaveX software (both from NeuroProof GmbH, Rostock, Germany). Flares were determined by the beginning and end of short spike events (see Fig. 1).

При помощи многопараметрического высокопроизводительного анализа паттернов активности сети получали 204 описывающих активность параметра последовательности спайков. Эти параметры позволяют получить точное описание изменений активности в следующих четырех категориях: общая активность, структура вспышки, характеристика колебаний и синхронность.Using a multi-parameter high-throughput analysis of network activity patterns, 204 spike sequences describing the activity of a parameter were obtained. These parameters provide an accurate description of activity changes in the following four categories: overall activity, burst pattern, oscillation pattern, and synchronicity.

- Изменения в “параметрах общей активности” описывают эффекты на частоту потенциалов действия (скорость спайков), скорость вспышки и период вспышки как время между вспышками.- Changes in “general activity parameters” describe the effects on the frequency of action potentials (speed of spikes), flash rate and flash period as the time between flashes.

- “Параметры структуры вспышки” определяют не только внутреннюю структуру спайков в высокочастотной спайковой фазе (“вспышка”), например, частоту спайков во вспышках, скорость спайков во вспышках и плотность спайков вспышки, но также общую структуру вспышки, такую как длительность, площадь и плато.- “Flash structure parameters” define not only the internal structure of the spikes in the high-frequency spike phase (“flash”), such as the frequency of the spikes in the bursts, the speed of the spikes in the bursts, and the density of the spikes of the burst, but also the overall structure of the burst, such as duration, area, and plateau.

- “Параметры колебаний” количественно определяют регулярность возникновения или структуру вспышек, которые рассчитывают по коэффициентам вариации параметров первичной активности, описывающих вариабельность параметров (общая активность, структура вспышки) в экспериментальных эпизодах (Gramowski A. et al., Eur. J. Neurosci., 2004, 19, 2815-2825: Substance identification by quantitative characterization of oscillator activity in murine spinal cord networks on microelectrode arrays). Более высокие значения указывают на менее регулярную структуру вспышки или менее регулярную общую активность (например, пульсация, ‘взрыв’ импульса).- “Variation parameters” quantify the regularity of occurrence or structure of outbreaks, which are calculated from the coefficients of variation of primary activity parameters describing the variability of parameters (general activity, outbreak structure) in experimental episodes ( Gramowski A. et al., Eur. J. Neurosci., 2004, 19, 2815-2825: Substance identification by quantitative characterization of oscillator activity in murine spinal cord networks on microelectrode arrays ). Higher values indicate a less regular flash pattern or less regular overall activity (eg ripple, pulse 'burst').

- В качестве меры синхроничности в последовательности спайков, “параметры CVnet” отражают “синхронизацию” между нейронами в сети (Gramowski A. et al., Eur. J. Neurosci., 2004, 19, 2815-2825: Substance identification by quantitative characterization of oscillator activity in murine spinal cord networks on microelectrode arrays). CVnet представляет собой коэффициент вариации по сети. Большие значения CVnet предполагают широкий диапазон изменений активности в сети, что означает меньшую синхронизацию. (Gramowski A. et al., Frontiers in Neurology, 2015, 6(158): Enhancement of cortical network activity in vitro and promotion of GABAergic neurogenesis by stimulation with an electromagnetic field with 150MHz carrier wave pulsed with an alternating 10 and 16 Hz modulation).- As a measure of synchronicity in a sequence of spikes, “CVnet parameters” reflect “synchronization” between neurons in a network ( Gramowski A. et al., Eur. J. Neurosci., 2004, 19, 2815-2825: Substance identification by quantitative characterization of oscillator activity in murine spinal cord networks on microelectrode arrays ). CVnet is the coefficient of variation over the network. Larger CVnet values imply a wide range of network activity changes, which means less synchronization. ( Gramowski A. et al., Frontiers in Neurology, 2015, 6(158): Enhancement of cortical network activity in vitro and promotion of GABAergic neurogenesis by stimulation with an electromagnetic field with 150MHz carrier wave pulsed with an alternating 10 and 16 Hz modulation ).

CVtime отражает периодическое поведение, паттерн активности, отдельной единицы (одиночного нейрона), тогда как CVnet показывает координацию между различными нейронами в определенный период времени и является мерой синхроничности. Если популяция нейронов (сеть) синхронизирована, но колеблется в своем временном паттерне, наблюдаются низкое значение CVnet и высокое CVtime. И наоборот, несинхронизированная сеть с несколькими периодическими паттернами дает высокое значение CVnet и низкое CVtime. Высокое значение CVnet обычно достигается в естественных условиях (то есть в здоровых условиях и при отсутствии какого-либо лечения), когда синаптическая связность (которая обозначает ансамбль химических и электрических связей между нейронами) максимальна.CVtime reflects the periodic behavior, activity pattern, of a single unit (single neuron), while CVnet shows the coordination between different neurons in a certain period of time and is a measure of synchronicity. If the population of neurons (network) is synchronized but fluctuates in its time pattern, a low CVnet value and a high CVtime are observed. Conversely, an unsynchronized network with multiple periodic patterns results in high CVnet and low CVtime. High CVnet is usually achieved in vivo (i.e., under healthy conditions and in the absence of any treatment) when synaptic connectivity (which refers to the ensemble of chemical and electrical connections between neurons) is maximized.

Функциональные эффекты, индуцируемые наночастицами по изобретению на нейронную сеть, оценивали по описанным выше параметрам (также обобщенно представлены для некоторых из них в таблице 1 ниже).The functional effects induced by the nanoparticles of the invention on the neural network were evaluated by the parameters described above (also summarized for some of them in Table 1 below).

Таблица 1
Параметры, описывающие активность из многопараметрического анализа данных в следующих двух категориях: общая активность и синхроничность
Table 1
Parameters describing activity from multivariate data analysis in the following two categories: general activity and synchronicity
Общая активностьGeneral activity Скорость спайковSpike speed Количество спайков в секунду, усредненное по всем зарегистрированным последовательностям спайковNumber of spikes per second averaged over all recorded spike sequences Скорость вспышкиFlash Speed Количество вспышек в минуту, усредненное по всем зарегистрированным единицамNumber of flashes per minute, averaged over all registered units СинхроничностьSynchronicity Скорость спайков CVnetCVnet Spike Rate CVnet скорости спайков, отражающий сетевую вариабельность скорости спайков в экспериментальных эпизодах. Уменьшение этого параметра указывает на увеличение синхронизации в сети, тогда как увеличение этого параметра указывает на снижение синхронизацииSpike rate CVnet, reflecting the network variability of spike rates in experimental episodes. Decreasing this setting indicates an increase in synchronization on the network, while increasing this setting indicates a decrease in synchronization. Скорость вспышки CVnetCVnet flash rate CVnet скорости вспышки, отражающий изменение скорости вспышки по сети во время экспериментальных эпизодовFlash rate CVnet reflecting the change in flash rate over the network during experimental episodes Высота и частота пиков
вспышки CVnet
Height and frequency of peaks
flash CVnet
CVnet длительности вспышки, отражающий изменение длительности вспышки по сети во время экспериментальных эпизодовFlash duration CVnet, reflecting the change in flash duration over the network during experimental episodes
Амплитуда вспышки CVnetFlash Amplitude CVnet CVnet амплитуды вспышки, отражающий изменение амплитуд вспышек в интервалах вспышек в экспериментальных эпизодах по всей сети. Уменьшение этого параметра отражает увеличение синхронизации в сети, тогда как увеличение этого параметра указывает на снижение синхронизацииCVnet of flare amplitude, reflecting the change in flare amplitudes in flare intervals in experimental episodes throughout the network. A decrease in this parameter indicates an increase in network synchronization, while an increase in this parameter indicates a decrease in synchronization. Период вспышки CVnetCVnet flash period CVnet периода вспышки (расстояние между началом последовательных вспышек), отражающий вариабельность частоты вспышек в экспериментальных эпизодах по всей сети. Уменьшение этого параметра отражает увеличение синхронизации в сети, тогда как увеличение этого параметра указывает на снижение синхронизацииThe CVnet of the burst period (distance between the onset of successive bursts), reflecting the variability in flash frequency in experimental episodes across the network. A decrease in this parameter indicates an increase in network synchronization, while an increase in this parameter indicates a decrease in synchronization.

Регистрировали функциональные эффекты на активность сети в присутствии или в отсутствие тестируемых наночастиц. Значения абсолютной активности (значения параметров) выражали как среднее значение ± SEM независимых сетей. Для каждой группы “Наночастицы” или “Контрольной” группы, по меньшей мере 8 активных лунок (“активные” означает лунки с достаточным количеством электродов измерения электрической активности) были включены в анализ. Распределения абсолютных параметров тестировали на нормальность и статистическую значимость между группами оценивали при помощи однофакторного дисперсионного анализа.The functional effects on network activity were recorded in the presence or absence of the tested nanoparticles. Absolute activity values (parameter values) were expressed as mean ± SEM of independent networks. For each "Nanoparticles" or "Control" group, at least 8 active wells ("active" means wells with a sufficient number of electrical activity electrodes) were included in the analysis. Distributions of absolute parameters were tested for normality and statistical significance between groups was assessed using one-way analysis of variance.

Фиг. 2 (наночастицы из примера 1) и 3 (наночастицы из примера 2) представляют некоторые репрезентативные параметры (общая активность и синхронность), характеризующие функциональные эффекты, наблюдаемые в группах “Наночастицы” и в “Контрольной” группе. По сравнению с водой (используемой в “Контрольной” группе), наночастицы увеличивают вариабельность сетевой коммуникации (повышенные значения CVnet параметров). Это может быть связано с повышением синаптической пластичности и синаптической связности и, следовательно, с увеличением емкости памяти сети.Fig. 2 (nanoparticles from example 1) and 3 (nanoparticles from example 2) represent some representative parameters (general activity and synchrony) characterizing the functional effects observed in the groups "Nanoparticles" and in the "Control" group. Compared to water (used in the "Control" group), nanoparticles increase the variability of network communication (increased values of CVnet parameters). This may be due to an increase in synaptic plasticity and synaptic connectivity, and thus an increase in network memory capacity.

ПРИМЕР 9. Функциональная оценка наночастиц по изобретению (наночастицы из примеров 3 и 5) на культурах нейронов лобной коры с использованием мультиэлектродных матриц (MEA).EXAMPLE 9 Functional evaluation of the nanoparticles of the invention (nanoparticles from Examples 3 and 5) in cultures of frontal cortex neurons using multielectrode arrays (MEA).

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫMATERIALS AND METHODS

Нейрочипы с микроэлектродной матрицейNeurochips with microelectrode array

Нейрочипы с 48-луночной микроэлектродной матрицей приобретали у Axion Biosystems Inc. Эти чипы имеют 16 пассивных электродов на лунку. Поверхность в течение 1 часа покрывали полиэтиленимином (PEI, 50% в боратном буфере), промывали и высушивали на воздухе.Neurochips with a 48-well microelectrode array were purchased from Axion Biosystems Inc. These chips have 16 passive electrodes per well. The surface was covered with polyethyleneimine (PEI, 50% in borate buffer) for 1 hour, washed and air dried.

Первичная культура клеток, условия обработкиPrimary cell culture, processing conditions

Ткань лобной коры собирали у эмбрионов (день 15/16) chr:NMRI мышей (Charles River). Мышей умерщвляли путем цервикальной дислокации. Ткань диссоциировали ферментативным расщеплением (133,3 единицы Кунитца/мл ДНКазы; 10 единиц/мл папаина) и механическим растиранием в порошок, подсчитывали, контролировали жизнеспособность и высевали в DMEM, содержащую 10% фетальной бычьей сыворотки и 10% лошадиной сыворотки, на покрытые поли-D-лизином и ламинином MEA. Культуры на MEA инкубировали при 37°C в атмосфере 10% CO2 до готовности к применению. Культуральные среды пополняли два раза в неделю DMEM, содержащей 10% лошадиной сыворотки. Развивающиеся совместные культуры обрабатывали ингибиторами митоза 5-фтор-2’-дезоксиуридином (25 мкМ) и уридином (63 мкМ) в день 5 после посева для предотвращения дальнейшей глиальной пролиферации.Frontal cortex tissue was harvested from embryos (day 15/16) of chr:NMRI mice (Charles River). Mice were sacrificed by cervical dislocation. The tissue was dissociated by enzymatic digestion (133.3 Kunitz units/ml DNase; 10 units/ml papain) and mechanical trituration, counted, viability monitored, and plated in DMEM containing 10% fetal bovine serum and 10% horse serum on coated poly -D-lysine and laminin MEA. Cultures on MEA were incubated at 37°C in an atmosphere of 10% CO 2 until ready for use. Culture media were replenished twice a week with DMEM containing 10% horse serum. Developing co-cultures were treated with mitosis inhibitors 5-fluoro-2'-deoxyuridine (25 μM) and uridine (63 μM) on day 5 post-seeding to prevent further glial proliferation.

Лобную кору культивировали в течение по меньшей мере 4 недель (период культивирования, также обозначаемый как “нативная фаза”). Подсчитывали количество активных лунок и к активным лункам добавляли суспензии наночастиц ([Si] = 800 мкМ для суспензии наночастиц из примера 5 и [ZrO2] = 400 мкМ для суспензии наночастиц из примера 3) (группы “Наночастицы”) или воду (“Контрольная” группа). После 4 дней (96 часов) инкубации активность регистрировали в течение 2 часов (значения получали из 60-секундных групп данных, взятых из 30-минутного промежутка).The frontal cortex was cultured for at least 4 weeks (culture period, also referred to as "native phase"). The number of active wells was counted, and suspensions of nanoparticles ([Si] = 800 µM for a suspension of nanoparticles from example 5 and [ZrO 2 ] = 400 µM for a suspension of nanoparticles from example 3) (groups “Nanoparticles”) or water (“Control group”) were added to the active wells. " Group). After 4 days (96 hours) of incubation, activity was recorded for 2 hours (values obtained from 60 second data sets taken from a 30 minute span).

Многоканальная регистрация и многопараметрический анализ данныхMulti-channel registration and multi-parameter data analysis

Для регистрации использовали многоканальную систему регистрации MAESTRO от Axion Biosystems (США). Для внеклеточной регистрации 48-луночные МЕА помещали на регистрирующую станцию MAESTRO и поддерживали при 37°C. Регистрации осуществляли в DMEM/10% термоинактивированной лошадиной сыворотке. рH поддерживали на уровне 7,4 с использованием непрерывного потока отфильтрованного увлажненного воздушного потока с 10% CO2.The MAESTRO multichannel registration system from Axion Biosystems (USA) was used for registration. For extracellular recording, 48-well MEAs were placed on a MAESTRO recording station and maintained at 37°C. Registrations were made in DMEM/10% heat-inactivated horse serum. pH was maintained at 7.4 using a continuous stream of filtered humidified air with 10% CO 2 .

Каждая единица представляет активность, исходящую от одного нейрона, зарегистрированную на одном электроде. Единицы разделяются в начале регистрации. Для каждой единицы потенциалы действия (т.е. спайки) регистрировали как последовательности спайков, которые объединены в так называемые “вспышки”. Вспышки количественно описывали при помощи прямого анализа последовательности спайков с использованием программ Spike Wrangler и NPWaveX (обе от компании NeuroProof GmbH, Rostock, Germany). Вспышки определялись началом и концом коротких спайковых событий (см. Фиг. 1).Each unit represents the activity emanating from one neuron, registered on one electrode. Units are separated at the beginning of registration. For each unit, action potentials (ie, spikes) were recorded as sequences of spikes, which are combined into so-called "bursts". Flares were quantified by direct spike sequence analysis using Spike Wrangler and NPWaveX software (both from NeuroProof GmbH, Rostock, Germany). Flares were determined by the beginning and end of short spike events (see Fig. 1).

При помощи многопараметрического высокопроизводительного анализа паттернов активности сети получали 204 описывающих активность параметра последовательности спайков. Эти параметры позволяют получить точное описание изменений активности в следующих четырех категориях: общая активность, структура вспышки, характеристика колебаний и синхронность.Using a multi-parameter high-throughput analysis of network activity patterns, 204 spike sequences describing the activity of a parameter were obtained. These parameters provide an accurate description of activity changes in the following four categories: overall activity, burst pattern, oscillation pattern, and synchronicity.

- Изменения в “параметрах общей активности” описывают эффекты на частоту потенциалов действия (скорость спайков), скорость вспышки и период вспышки как время между вспышками.- Changes in “general activity parameters” describe the effects on the frequency of action potentials (speed of spikes), flash rate and flash period as the time between flashes.

- “Параметры структуры вспышки” определяют не только внутреннюю структуру спайков в высокочастотной спайковой фазе (“вспышка”), например, частоту спайков во вспышках, скорость спайков во вспышках и плотность спайков вспышки, но также общую структуру вспышки, такую как длительность, площадь и плато.- “Flash structure parameters” define not only the internal structure of the spikes in the high-frequency spike phase (“flash”), such as the frequency of the spikes in the bursts, the speed of the spikes in the bursts, and the density of the spikes of the burst, but also the overall structure of the burst, such as duration, area, and plateau.

- “Параметры колебаний” количественно определяют регулярность возникновения или структуру вспышек, которые рассчитывают по коэффициентам вариации параметров первичной активности, описывающих вариабельность параметров (общая активность, структура вспышки) в экспериментальных эпизодах (Gramowski A. et al., Eur. J. Neurosci., 2004, 19, 2815-2825: Substance identification by quantitative characterization of oscillator activity in murine spinal cord networks on microelectrode arrays). Более высокие значения указывают на менее регулярную структуру вспышки или менее регулярную общую активность (например, пульсация, ‘взрыв’ импульса).- “Variation parameters” quantify the regularity of occurrence or structure of outbreaks, which are calculated from the coefficients of variation of primary activity parameters describing the variability of parameters (general activity, outbreak structure) in experimental episodes ( Gramowski A. et al., Eur. J. Neurosci., 2004, 19, 2815-2825: Substance identification by quantitative characterization of oscillator activity in murine spinal cord networks on microelectrode arrays ). Higher values indicate a less regular flash pattern or less regular overall activity (eg ripple, pulse 'burst').

- В качестве меры синхроничности в последовательности спайков, “CVnet параметры” отражают “синхронизацию” между нейронами в сети (Gramowski A. et al., Eur. J. Neurosci., 2004, 19, 2815-2825: Substance identification by quantitative characterization of oscillator activity in murine spinal cord networks on microelectrode arrays). CVnet представляет собой коэффициент вариации по сети. Большие значения CVnet предполагают широкий диапазон изменений активности в сети, что означает меньшую синхронизацию. (Gramowski A. et al., Frontiers in Neurology, 2015, 6(158): Enhancement of cortical network activity in vitro and promotion of GABAergic neurogenesis by stimulation with an electromagnetic field with 150MHz carrier wave pulsed with an alternating 10 and 16 Hz modulation).- As a measure of synchronicity in a sequence of spikes, “CVnet parameters” reflect the “synchronization” between neurons in a network ( Gramowski A. et al., Eur. J. Neurosci., 2004, 19, 2815-2825: Substance identification by quantitative characterization of oscillator activity in murine spinal cord networks on microelectrode arrays ). CVnet is the coefficient of variation over the network. Larger CVnet values imply a wide range of network activity changes, which means less synchronization. ( Gramowski A. et al., Frontiers in Neurology, 2015, 6(158): Enhancement of cortical network activity in vitro and promotion of GABAergic neurogenesis by stimulation with an electromagnetic field with 150MHz carrier wave pulsed with an alternating 10 and 16 Hz modulation ).

CVtime отражает периодическое поведение, паттерн активности, отдельной единицы (одиночного нейрона), тогда как CVnet показывает координацию между различными нейронами в определенный период времени и является мерой синхроничности. Если популяция нейронов (сеть) синхронизирована, но колеблется в своем временном паттерне, наблюдаются низкий CVnet и высокий CVtime. И наоборот, несинхронизированная сеть с несколькими периодическими паттернами дает высокий CVnet и низкий CVtime. Высокое значение CVnet обычно достигается в естественных условиях (то есть в здоровых условиях и при отсутствии какого-либо лечения), когда синаптическая связность (которая обозначает ансамбль химических и электрических связей между нейронами) максимальна.CVtime reflects the periodic behavior, activity pattern, of a single unit (single neuron), while CVnet shows the coordination between different neurons in a certain period of time and is a measure of synchronicity. If the population of neurons (network) is synchronized but fluctuates in its time pattern, low CVnet and high CVtime are observed. Conversely, an unsynchronized network with multiple periodic patterns results in high CVnet and low CVtime. High CVnet is usually achieved in vivo (i.e., under healthy conditions and in the absence of any treatment) when synaptic connectivity (which refers to the ensemble of chemical and electrical connections between neurons) is maximized.

Функциональные эффекты, индуцированные наночастицами по изобретению на нейронную сеть, оценивали по описанным выше параметрам (также обобщенно представлены для некоторых из них в таблице 2 ниже).The functional effects induced by the nanoparticles of the invention on the neural network were evaluated by the parameters described above (also summarized for some of them in Table 2 below).

Таблица 2
Параметры, описывающие активность, из многопараметрического анализа данных в следующих двух категориях: общая активность и синхроничность
table 2
Parameters describing activity from multivariate data analysis in the following two categories: general activity and synchronicity
Общая активностьGeneral activity СкоростьспайковSpike speed Количество спайков в секунду, усредненное по всем зарегистрированным последовательностям спайковNumber of spikes per second averaged over all recorded spike sequences Скорость вспышкиFlash Speed Количество вспышек в минуту, усредненное по всем зарегистрированным единицамNumber of flashes per minute, averaged over all registered units СинхроничностьSynchronicity Скорость спайков
CVnet
Spike speed
CVnet
CVnet скорости спайков, отражающий сетевую вариабельность скорости спайков в экспериментальных эпизодах. Уменьшение этого параметра указывает на увеличение синхронизации в сети, тогда как увеличение этого параметра указывает на снижение синхронизацииSpike rate CVnet, reflecting the network variability of spike rates in experimental episodes. Decreasing this setting indicates an increase in synchronization on the network, while increasing this setting indicates a decrease in synchronization.
Скорость вспышки
CVnet
Flash Speed
CVnet
CVnet скорости вспышки, отражающий изменение скорости вспышки по сети во время экспериментальных эпизодовFlash rate CVnet reflecting the change in flash rate over the network during experimental episodes
Высота и частота пиков вспышки CVnetHeight and Peak Frequency of CVnet Flash CVnet длительности вспышки, отражающий изменение длительности вспышки по сети во время экспериментальных эпизодовFlash duration CVnet, reflecting the change in flash duration over the network during experimental episodes Амплитуда вспышки
CVnet
Flash Amplitude
CVnet
CVnet амплитуды вспышки, отражающий изменение амплитуд вспышек в интервалах вспышек в экспериментальных эпизодах по всей сети. Уменьшение этого параметра отражает увеличение синхронизации в сети, тогда как увеличение этого параметра указывает на снижение синхронизацииCVnet of flare amplitude, reflecting the change in flare amplitudes in flare intervals in experimental episodes throughout the network. A decrease in this parameter indicates an increase in network synchronization, while an increase in this parameter indicates a decrease in synchronization.
Период вспышки CVnetCVnet flash period CVnet периода вспышки (расстояние между началом последовательных вспышек), отражающий вариабельность частоты вспышек в экспериментальных эпизодах по всей сети. Уменьшение этого параметра отражает увеличение синхронизации в сети, тогда как увеличение этого параметра указывает на снижение синхронизацииThe CVnet of the burst period (distance between the onset of successive bursts), reflecting the variability in flash frequency in experimental episodes across the network. A decrease in this parameter indicates an increase in network synchronization, while an increase in this parameter indicates a decrease in synchronization.

Регистрировали функциональные эффекты на активность сети в присутствии или в отсутствие тестируемых наночастиц. Значения активности (значения параметров) были нормализованы к соответствующей нативной активности, установленной на 100% для каждого эксперимента (значения для нативной активности получали из 60-секундных групп данных, взятых из 30-минутного промежутка после 30-минутной стабилизации активности). Значения относительной активности выражали как среднее значение ± SEM независимых сетей. Для каждой группы “Наночастицы” или “Контрольной” группы по меньшей мере 8 активных лунок (“активные” означает лунки с достаточным количеством электродов измерения электрической активности) были включены в анализ. Распределения абсолютных параметров тестировали на нормальность и статистическую значимость между группами оценивали при помощи однофакторного дисперсионного анализа.The functional effects on network activity were recorded in the presence or absence of the tested nanoparticles. Activity values (parameter values) were normalized to the corresponding native activity set to 100% for each experiment (native activity values were obtained from 60-second data sets taken from a 30-minute window after 30-minute activity stabilization). Relative activity values were expressed as mean ± SEM of independent networks. For each "Nanoparticles" or "Control" group, at least 8 active wells ("active" means wells with a sufficient number of electrical activity electrodes) were included in the analysis. Distributions of absolute parameters were tested for normality and statistical significance between groups was assessed using one-way analysis of variance.

Фиг. 4 (наночастицы из примера 3) и 5 (наночастицы из примера 5) представляют некоторые репрезентативные параметры (общая активность и синхронность), характеризующие функциональные эффекты, наблюдаемые в группах “Наночастицы” группы и в “Контрольной” группе. По сравнению с водой (используемой в “Контрольной” группе), наночастицы увеличивают вариабельность сетевой коммуникации (повышенные значения CVnet параметров). Это может быть связано с повышением синаптической пластичности и синаптической связности и, следовательно, с увеличением емкости памяти сети.Fig. 4 (nanoparticles from example 3) and 5 (nanoparticles from example 5) represent some representative parameters (total activity and synchrony) characterizing the functional effects observed in the "Nanoparticles" groups of the group and in the "Control" group. Compared to water (used in the "Control" group), nanoparticles increase the variability of network communication (increased values of CVnet parameters). This may be due to an increase in synaptic plasticity and synaptic connectivity, and thus an increase in network memory capacity.

Эти результаты подчеркивают выгодные характеристики наночастиц, описанных в настоящей заявке, в повышении функциональных эффектов (синаптической пластичности и синаптической связности в нейронной сети) в нейронной сети.These results highlight the advantageous characteristics of the nanoparticles described herein in enhancing functional effects (synaptic plasticity and synaptic connectivity in a neural network) in a neural network.

ПРИМЕР 10: Синтез и физико-химическая характеристика наночастиц золота с различными размерами, имеющих нейтральный поверхностный заряд.EXAMPLE 10: Synthesis and physico-chemical characterization of gold nanoparticles with different sizes, having a neutral surface charge.

Наночастицы золота получают восстановлением хлорида золота цитратом натрия в водном растворе. Протокол был адаптирован из G. Frens Nature Physical Science 241 (1973) 21.Gold nanoparticles are obtained by reducing gold chloride with sodium citrate in an aqueous solution. The protocol has been adapted from G. Frens Nature Physical Science 241 (1973) 21.

В типичном эксперименте раствор HAuCl4 нагревали до кипения. Затем добавляли раствор цитрата натрия. Полученную суспензию поддерживали при кипении в течение дополнительных 5 минут.In a typical experiment, a solution of HAuCl 4 was heated to boiling. Then sodium citrate solution was added. The resulting suspension was kept at the boil for an additional 5 minutes.

Размер наночастиц регулировали от примерно 15 нм до примерно 110 нм путем осторожной модификации соотношения цитрата к предшественнику золота (см. Таблицу 3).The nanoparticle size was adjusted from about 15 nm to about 110 nm by carefully modifying the ratio of citrate to gold precursor (see Table 3).

Полученную суспензию наночастиц золота затем концентрировали, используя ультрафильтрационное устройство (кювета с перемешиванием Amicon, модель 8400 от Millipore) с целлюлозной мембраной, имеющей соответствующую границу отсечки по молекулярному весу задерживаемых компонентов (MWCO) и фильтровали через 0,22 мкМ мембранный фильтр с отсечкой (мембрана PES от Millipore) в ламинарном шкафу.The resulting suspension of gold nanoparticles was then concentrated using an ultrafiltration device (Amicon stirred cell model 8400 from Millipore) with a cellulose membrane having an appropriate molecular weight cut-off of retained components (MWCO) and filtered through a 0.22 μM cut-off membrane filter (membrane PES from Millipore) in a laminar flow hood.

Покрытие поверхности осуществляли с использованием α-метокси-ω-меркаптополи(этиленгликоля) 20 кДа (“тиол-ПЭГ20кДа”). Достаточное количество “тиол-ПЭГ 20кДа” добавляли к суспензии наночастиц для получения монослойного покрытия на поверхности наночастиц золота. pH регулировали в пределах между 6,8 и 7,4 и суспензию наночастиц перемешивали в течение ночи. Избыток тиол-ПЭГ 20кДа удаляли при помощи ультрафильтрационного центрифужного фильтра (Vivaspin от Sartorius или Amicon Ultra от Merck Millipore) с соответствующей мембраной MWCO в ламинарном шкафу и полученную суспензию хранили при 4°C.Surface coating was carried out using α-methoxy-ω-mercaptopoly(ethylene glycol) 20 kDa (“thiol-PEG20 kDa”). A sufficient amount of "thiol-PEG 20 kDa" was added to the suspension of nanoparticles to obtain a monolayer coating on the surface of the gold nanoparticles. The pH was adjusted between 6.8 and 7.4 and the nanoparticle suspension was stirred overnight. Excess thiol-PEG 20 kDa was removed using an ultrafiltration centrifuge filter (Vivaspin from Sartorius or Amicon Ultra from Merck Millipore) with an appropriate MWCO membrane in a laminar flow cabinet and the resulting suspension was stored at 4°C.

Размер частиц определяли при помощи просвечивающей электронной микроскопии путем подсчета по меньшей мере 200 наночастиц, беря самый большой размер наночастиц для определения размера. Наибольший медианный размер ядра наночастиц или агрегатов наночастиц популяции и размер ядра наночастиц или агрегатов наночастиц, представляющий 30% - 70% процентиль популяции наночастиц и агрегатов наночастиц, представлены в Таблице 3 вместе с концентрацией золота ([Au]), измеренной при помощи оптико-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ICP-OES), и зета-потенциалом, определенным путем измерения электрофоретической подвижности наночастиц (Нанозетасайзер, Malvern) путем разбавления суспензии наночастиц в растворе NaCl при 1 мМ, при концентрации золота ([Au]) от 0,01 до 0,05 г/л и при pH около 7.Particle size was determined by transmission electron microscopy by counting at least 200 nanoparticles, taking the largest nanoparticle size for size determination. The largest median core size of the population of nanoparticles or aggregates of nanoparticles and the core size of nanoparticles or aggregates of nanoparticles, representing the 30% - 70% percentile of the population of nanoparticles and aggregates of nanoparticles, are presented in Table 3 along with the concentration of gold ([Au]) measured using optical emission inductively coupled plasma spectrometry (ICP-OES), and zeta potential determined by measuring the electrophoretic mobility of nanoparticles (Nanozetasizer, Malvern) by diluting a suspension of nanoparticles in a NaCl solution at 1 mM, at a concentration of gold ([Au]) from 0, 01 to 0.05 g/l and at a pH of about 7.

Таблица 3Table 3 ОбразцыSamples Соотношение цитрат/Au в процессе синтеза (моль/моль)Citrate/Au ratio during synthesis (mol/mol) Наибольший медианный размер ядра наночастицы (нм)Largest median size of the nanoparticle core (nm) 30%-70% процентиль (нм)30%-70% percentile (nm) Зета-потенциал (мВ)Zeta potential (mV) [Au] мг/мл (по ICP-OES)[Au] mg/ml (by ICP-OES) GOLD-15GOLD-15 3,53.5 15fifteen 14-1614-16 -3-3 3,63.6 GOLD-30GOLD-30 1,961.96 3434 30-3730-37 -3-3 3,93.9 GOLD-45
Такое же ядро наночастиц, как наночастицы из примеров 1 & 2
GOLD-45
Same core of nanoparticles as the nanoparticles from Examples 1 & 2
1,261.26 4545 42-4942-49 -4-four 3,63.6
GOLD-80GOLD-80 0,80.8 8383 77-9377-93 -2-2 3,43.4 GOLD-110GOLD-110 0,70.7 108108 91-12391-123 -2-2 2,92.9

ПРИМЕР 11. Синтез наночастиц, полученных из проводникового материала: поли(3,4-этилендиокситиофеновые) наночастицы (PEDOT наночастицы), имеющие отрицательный поверхностный заряд.EXAMPLE 11 Synthesis of nanoparticles derived from conductive material: poly(3,4-ethylenedioxythiophene) nanoparticles (PEDOT nanoparticles) having a negative surface charge.

Дисперсию поли(3,4-этилендиокситиофеновых) наночастиц (наночастиц PEDOT) в воде (1,1% масс/масс) получали от Sigma (Sigma 675288) и использовали без дополнительной очистки.A dispersion of poly(3,4-ethylenedioxythiophene) nanoparticles (PEDOT nanoparticles) in water (1.1% w/w) was obtained from Sigma (Sigma 675288) and used without further purification.

Зета-потенциал определяли путем измерения электрофоретической подвижности наночастиц (Нанозетасайзер, Malvern) путем разбавления суспензии наночастиц в растворе NaCl при 1 мМ при pH 7,3 (конечная концентрация PEDOT: 1г/л). Зета-потенциал при pH 7,3 был найден равным -53мВ.The zeta potential was determined by measuring the electrophoretic mobility of the nanoparticles (Nanozetasizer, Malvern) by diluting a suspension of the nanoparticles in a 1 mM NaCl solution at pH 7.3 (PEDOT final concentration: 1g/l). The zeta potential at pH 7.3 was found to be -53mV.

Наибольший медианный размер наночастиц или агрегатов наночастиц популяции и размер ядра наночастиц или агрегатов наночастиц, представляющий 30%-70% процентиль популяции наночастиц и агрегатов наночастиц, оценивали с использованием сканирующей электронной микроскопии (SEM), и они были равны 408 нм и 311 нм - 518 нм, соответственно (были подсчитаны 56 наночастиц и был измерен их наибольший размер).The largest median size of the population of nanoparticles or aggregates of nanoparticles and the size of the core of nanoparticles or aggregates of nanoparticles, representing the 30%-70% percentile of the population of nanoparticles and aggregates of nanoparticles, were estimated using scanning electron microscopy (SEM), and they were equal to 408 nm and 311 nm - 518 nm, respectively (56 nanoparticles were counted and their largest size was measured).

ПРИМЕР 12. Синтез наночастиц, полученных из изоляционного материала, имеющего низкую относительную диэлектрическую проницаемость, равную или ниже 100: синтез наночастиц оксида гафния, покрытых биосовместимым покрытием, имеющим отрицательный поверхностный заряд.EXAMPLE 12 Synthesis of nanoparticles obtained from an insulating material having a low relative dielectric constant equal to or below 100: synthesis of hafnium oxide nanoparticles coated with a biocompatible coating having a negative surface charge.

Наночастицы оксида гафния (HfO2) синтезировали путем осаждения хлорида гафния (HfCl4) гидроксидом тетраметиламмония (ТМАОН) при основном значении pH. Полученную суспензию переносили в автоклав и нагревали при температуре выше 110°C. После охлаждения суспензию промывали деионизированной водой и подкисляли.Hafnium oxide (HfO 2 ) nanoparticles were synthesized by precipitation of hafnium chloride (HfCl 4 ) with tetramethylammonium hydroxide (TMAOH) at basic pH. The resulting suspension was transferred to an autoclave and heated at a temperature above 110°C. After cooling, the suspension was washed with deionized water and acidified.

Функционализацию поверхности осуществляли с использованием гексаметафосфата натрия. Достаточную массу гексаметафосфата натрия добавляли к суспензии наночастиц, чтобы достичь по меньшей мере половины покрытия монослоем (2,5 молекулы/нм2) на поверхности. Суспензию наночастиц перемешивали в течение ночи и затем рН доводили до 7.Surface functionalization was carried out using sodium hexametaphosphate. Sufficient mass of sodium hexametaphosphate was added to the nanoparticle suspension to achieve at least half of the monolayer coverage (2.5 molecules/nm 2 ) on the surface. The nanoparticle suspension was stirred overnight and then the pH was adjusted to 7.

Claims (7)

1. Применение наночастицы или агрегата наночастиц для улучшения обучения, запоминания и внимания у субъекта без воздействия на наночастицу или агрегат наночастиц электрического поля или любого другого внешнего источника активации, где материал наночастицы или агрегата наночастиц выбран из проводникового материала, выбранного из металла, имеющего стандартный потенциал восстановления Е° выше 0,2, выбранного из Tl, Po, Ag, Pd, Ir, Pt и/или Au, и органического материала, имеющего смежные sp2-гибридизированные углеродные центры в своей структуре, и изоляционного материала с относительной диэлектрической проницаемостью εijk, равной или ниже 100, выбранного из La2O3, SiO2, SnO2, Ta2O5, ReO2, ZrO2, HfO2, Y2O3 и алмазоподобного углерода, при измерении относительной диэлектрической проницаемости εijk в диапазоне от 20°C до 30°C и от 102 Гц до частоты инфракрасного диапазона, где i) медианный размер ядра наночастицы или агрегата наночастиц популяции составляет по меньшей мере 30 нм, когда материал представляет собой проводниковый материал, и где ii) ядро наночастицы или агрегата наночастиц покрыто биосовместимым покрытием, обеспечивающим отрицательный поверхностный заряд, при измерении в растворе воды, имеющем концентрацию электролитов от 0,001 до 0,2 M, концентрацию материала наночастиц или агрегатов наночастиц от 0,01 до 10 г/л и рН между 6 и 8, где iii) наночастицы или агрегаты наночастиц не используются в качестве носителя терапевтического соединения или лекарственного средства и где iv) биосовместимое покрытие, обеспечивающее отрицательный поверхностный заряд, выбирают из фосфата, дикарбоновой кислоты, янтарной кислоты или сульфата.1. The use of a nanoparticle or an aggregate of nanoparticles to improve learning, memorization and attention in a subject without exposing the nanoparticle or aggregate of nanoparticles to an electric field or any other external source of activation, where the material of the nanoparticle or aggregate of nanoparticles is selected from a conductive material selected from a metal having a standard potential recovery E° above 0.2 selected from Tl, Po, Ag, Pd, Ir, Pt and/or Au, and an organic material having adjacent sp2-hybridized carbon centers in its structure, and an insulating material with a relative permittivity ε ijk , equal to or less than 100, selected from La 2 O 3 , SiO 2 , SnO 2 , Ta 2 O 5 , ReO 2 , ZrO 2 , HfO 2 , Y 2 O 3 and diamond-like carbon, when measuring the relative permittivity ε ijk in the range from 20°C to 30°C and from 10 2 Hz to infrared frequency, where i) the median size of the core of the nanoparticle or aggregate of nanoparticles of the population is at least 30 nm when the material is a conductive material, and where ii) the core of the nanoparticle or aggregate of nanoparticles is coated with a biocompatible coating providing a negative surface charge when measured in a water solution having an electrolyte concentration of 0.001 to 0.2 M, the concentration of the nanoparticle material, or nanoparticle aggregates from 0.01 to 10 g/l and a pH between 6 and 8, where iii) nanoparticles or nanoparticle aggregates are not used as a carrier of a therapeutic compound or drug and where iv) a biocompatible coating providing a negative surface charge is selected from phosphate , dicarboxylic acid, succinic acid or sulfate. 2. Применение наночастицы или агрегата наночастиц для лечения по меньшей мере одного симптома патологического стресса у субъекта без воздействия на наночастицу или агрегат наночастиц электрического поля или любого другого внешнего источника активации, где материал наночастицы или агрегата наночастиц выбран из проводникового материала, выбранного из металла, имеющего стандартный потенциал восстановления Е° выше 0,2, выбранного из Tl, Po, Ag, Pd, Ir, Pt и/или Au, и органического материала, имеющего смежные sp2-гибридизированные углеродные центры в своей структуре, и изоляционного материала с относительной диэлектрической проницаемостью εijk, равной или ниже 100, выбраного из La2O3, SiO2, SnO2, Ta2O5, ReO2, ZrO2, HfO2, Y2O3 и алмазоподобного углерода, при измерении относительной диэлектрической проницаемости εijk в диапазоне от 20°C до 30°C и от 102 Гц до частоты инфракрасного диапазона, где i) медианный размер ядра наночастицы или агрегата наночастиц популяции составляет по меньшей мере 30 нм, когда материал представляет собой проводниковый материал, и где ii) ядро наночастицы или агрегата наночастиц покрыто биосовместимым покрытием, обеспечивающим отрицательный поверхностный заряд, при измерении в растворе воды, имеющем концентрацию электролитов от 0,001 до 0,2 M, концентрацию материала наночастиц или агрегатов наночастиц от 0,01 до 10 г/л и рН между 6 и 8, где iii) наночастицы или агрегаты наночастиц не используются в качестве носителя терапевтического соединения или лекарственного средства и где iv) биосовместимое покрытие, обеспечивающее отрицательный поверхностный заряд, выбирают из фосфата, дикарбоновой кислоты, янтарной кислоты или сульфата.2. The use of a nanoparticle or aggregate of nanoparticles for the treatment of at least one symptom of pathological stress in a subject without exposing the nanoparticle or aggregate of nanoparticles to an electric field or any other external source of activation, where the material of the nanoparticle or aggregate of nanoparticles is selected from a conductive material selected from a metal having standard reduction potential E° above 0.2 selected from Tl, Po, Ag, Pd, Ir, Pt and/or Au, and an organic material having adjacent sp2 hybridized carbon centers in its structure, and an insulating material with a relative permittivity ε ijk equal to or less than 100 selected from La 2 O 3 , SiO 2 , SnO 2 , Ta 2 O 5 , ReO 2 , ZrO 2 , HfO 2 , Y 2 O 3 and diamond-like carbon, when measuring the relative permittivity ε ijk in the range from 20°C to 30°C and from 10 2 Hz to the frequency of the infrared range, where i) the median size of the core of a nanoparticle or aggregate of nanoparticles of the population with is at least 30 nm when the material is a conductive material, and where ii) the core of the nanoparticle or aggregate of nanoparticles is coated with a biocompatible coating providing a negative surface charge, when measured in a water solution having an electrolyte concentration of 0.001 to 0.2 M, a concentration material of nanoparticles or aggregates of nanoparticles from 0.01 to 10 g/l and a pH between 6 and 8, where iii) the nanoparticles or aggregates of nanoparticles are not used as a carrier of a therapeutic compound or drug and where iv) a biocompatible coating that provides a negative surface charge, selected from phosphate, dicarboxylic acid, succinic acid or sulfate. 3. Применение по п. 1 или 2, где материал наночастицы или агрегата наночастиц выбран из металлической наночастицы, где металлический элемент представляет собой Ir, Pd, Pt, Au или любую их смесь, и органической наночастицы, состоящей из полианилина, полипиррола, полиацетилена, политиофена, поликарбазола и/или полипирена.3. Use according to claim 1 or 2, where the material of the nanoparticle or aggregate of nanoparticles is selected from a metal nanoparticle, where the metal element is Ir, Pd, Pt, Au, or any mixture thereof, and an organic nanoparticle consisting of polyaniline, polypyrrole, polyacetylene, polythiophene, polycarbazole and/or polypyrene. 4. Применение по п. 1 или 2, где изоляционный материал с относительной диэлектрической проницаемостью εijk, равной или ниже 100, представляет собой оксид металла, выбранный из ReO2, ZrO2 и HfO2.4. Use according to claim 1 or 2, wherein the insulating material with a relative permittivity ε ijk equal to or less than 100 is a metal oxide selected from ReO 2 , ZrO 2 and HfO 2 . 5. Применение композиции, включающей наночастицы и/или агрегаты наночастиц, определенные в любом из пп. 1-4, и фармацевтически приемлемый носитель, для улучшения обучения, запоминания и внимания у субъекта без воздействия на наночастицы и/или агрегаты наночастиц электрического поля или любого другого внешнего источника активации.5. The use of a composition comprising nanoparticles and/or aggregates of nanoparticles defined in any one of paragraphs. 1-4, and a pharmaceutically acceptable carrier, for improving learning, memory, and attention in a subject without exposing the nanoparticles and/or aggregates of nanoparticles to an electric field or any other external source of activation. 6. Применение композиции, включающей наночастицы и/или агрегаты наночастиц, определенные в любом из пп. 1-4, и фармацевтически приемлемый носитель, для лечения по меньшей мере одного симптома патологического стресса у субъекта без воздействия на наночастицы и/или агрегаты наночастиц электрического поля или любого другого внешнего источника активации.6. The use of a composition comprising nanoparticles and/or aggregates of nanoparticles defined in any one of paragraphs. 1-4, and a pharmaceutically acceptable carrier, for treating at least one symptom of pathological stress in a subject without exposing the nanoparticles and/or aggregates of nanoparticles to an electric field or any other external source of activation. 7. Применение по п. 5 или 6, где композиция включает по меньшей мере две отдельные наночастицы и/или агрегаты наночастиц, определенные в любом из пп. 1-4.7. Use according to claim 5 or 6, where the composition includes at least two separate nanoparticles and/or aggregates of nanoparticles defined in any one of paragraphs. 1-4.
RU2020123779A 2017-12-19 2018-12-18 Nanoparticles for use in increasing brain working capacity or in stress treatment RU2782384C2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP17306831 2017-12-19
EP17306831.3 2017-12-19
PCT/EP2018/085689 WO2019121813A1 (en) 2017-12-19 2018-12-18 Nanoparticles for use in enhancing brain performances or in treating stress

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2020123779A3 RU2020123779A3 (en) 2022-01-21
RU2020123779A RU2020123779A (en) 2022-01-21
RU2782384C2 true RU2782384C2 (en) 2022-10-26

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100113358A1 (en) * 2005-09-07 2010-05-06 Nikolaos Tezapsidis Leptin compositions and methods for treating progressive cognitive function disorders resulting from accumulation of neurofibrillary tangles and amlyoid beta
US20140056813A1 (en) * 2011-01-31 2014-02-27 Nanobiotix Nanoparticles delivery systems, preparation and uses thereof
US9034392B2 (en) * 2012-06-13 2015-05-19 Cerion, Llc Nanoceria for the treatment of oxidative stress
RU2552957C2 (en) * 2010-02-26 2015-06-10 Универсидад Де Наварра Nanoparticle (versions), composition containing said nanoparticle, food product including said composition and method of producing said nanoparticle (versions)
US20160051481A1 (en) * 2006-08-08 2016-02-25 Board Of Regents Of The University Of Texas System Multistage delivery of active agents
US20170290916A1 (en) * 2016-04-07 2017-10-12 The Florida International University Board Of Trustees Materials and Methods for the Delivery of a Nanocarrier to the Brain
US20170348350A1 (en) * 2009-07-08 2017-12-07 Clene Nanomedicine, Inc. Novel Gold-Based Nanocrystals for Medical Treatments and Electrochemical Manufacturing Processes Therefor

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100113358A1 (en) * 2005-09-07 2010-05-06 Nikolaos Tezapsidis Leptin compositions and methods for treating progressive cognitive function disorders resulting from accumulation of neurofibrillary tangles and amlyoid beta
US20160051481A1 (en) * 2006-08-08 2016-02-25 Board Of Regents Of The University Of Texas System Multistage delivery of active agents
US20170348350A1 (en) * 2009-07-08 2017-12-07 Clene Nanomedicine, Inc. Novel Gold-Based Nanocrystals for Medical Treatments and Electrochemical Manufacturing Processes Therefor
RU2552957C2 (en) * 2010-02-26 2015-06-10 Универсидад Де Наварра Nanoparticle (versions), composition containing said nanoparticle, food product including said composition and method of producing said nanoparticle (versions)
US20140056813A1 (en) * 2011-01-31 2014-02-27 Nanobiotix Nanoparticles delivery systems, preparation and uses thereof
US9034392B2 (en) * 2012-06-13 2015-05-19 Cerion, Llc Nanoceria for the treatment of oxidative stress
US20170290916A1 (en) * 2016-04-07 2017-10-12 The Florida International University Board Of Trustees Materials and Methods for the Delivery of a Nanocarrier to the Brain

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KIM K.M. et al. Surface treatment of silica nanoparticles for stable and charge-controlled colloidal silica // International Journal of Nanomedicine, 2014, V.9, pp.29-40. ZAMIRI R. et al. Dielectrical Properties of CeO2 Nanoparticles at Different Temperatures // PLoS ONE, 2015, V.10, pp.1-11. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11247054B2 (en) Nanoparticles for use for enhancing brain performances or for treating stress
US11717684B2 (en) Nanoparticles for use for treating a neuronal disorder
JP2024038335A (en) Nanoparticles for use in treating neurological disorders
US11471482B2 (en) Nanoparticles for use in enhancing brain performances or in treating stress
RU2782384C2 (en) Nanoparticles for use in increasing brain working capacity or in stress treatment
RU2779758C2 (en) Nanoparticles for use for treatment of neurological disorder
EA044639B1 (en) USE OF NANOPARTICLES OR AGGREGATE OF NANOPARTICLES TO IMPROVE BRAIN ACTIVITY OR TO TREAT STRESS
EA044573B1 (en) USE OF NANOPARTICLES OR NANOPARTICLE AGGREGATE FOR TREATMENT OF NEUROLOGICAL DISORDER