TWI511751B - 鐵系粒子在製備治療癌症之藥物的用途 - Google Patents

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Description

鐵系粒子在製備治療癌症之藥物的用途
本發明係關於一種治療癌症的方法，尤指一種使用零價鐵之鐵系粒子治療癌症的方法。
本發明係主張於2012年3月12日所提出之美國專利申請號61/609,430之優先權(35 USC § 119(e)(1))，其專利名稱為「零價鐵系奈米粒子或粒子團治療癌症之應用(Application of zero-valent iron based nanoparticle or clusters in tumor therapeutics)」。
食物或食品添加劑、以及環境污染已成為近幾年來促發癌症的成因或催化因子。無獨有偶地，相同情況發生於發展中國家並遍及全世界，並警示著癌症的高發生率。根據美國癌症協會公布的數據，已證實癌症對公眾健康造成了重大的威脅。
一般治療癌症的方法包括手術、放射治療、化療及免疫治療。近年來，已發展了數種利用新抗癌機制而進行癌症治療的治療藥劑，且目前已證實病患可藉此藥劑之服用而提高治療的存活率。一般來說，治療藥劑可透過 抑制細胞週期進行、血管新生、法尼基轉移酶(farnesyl transferase)及酪氨酸激酶進行癌症治療，即使習知抗癌藥劑對癌症具有治療功效，然而該些藥劑的有效對象卻不具限制，舉例來說，一般化學藥劑不僅能夠殺死癌細胞，亦能殺死正常細胞。因此，目前亟需提供一種新穎的抗癌藥物，其僅能毒殺癌細胞，無法毒殺正常細胞。
另一方面，奈米粒子因尺寸大小而具有獨特的電性、化學性、物理性及光學性質等相關性質。目前已有將有機或無機粒子用於傳輸、遞送藥物或基因至目標器官或細胞之應用，且部分奈米粒子能夠轉換外部能量，來進行熱療、自由基生成及離子輻射。由於奈米粒子具有上述特性，因此，假使具有抗癌特性的奈米粒子能加以改善，則將更能夠提升其應用價值。
本發明提供一種治療癌症之方法，在對正常細胞不造成細胞毒性情況下，利用鐵系粒子選擇性殺死癌細胞。
為達成此目的，本發明首先提供第一種治療癌症的方法，包含：將有效劑量之複數個鐵系粒子施予一所需之受試者，其中該些鐵系粒子具有核-殼結構。在此，每一鐵系粒子包含：一鐵核心，其為零價鐵；以及一外殼層，係形成於該鐵核心之部分或全表面上，其中該外殼層之材料係一金屬、一摻雜金屬、一金屬合金、一聚合物、碳、一金屬氧化物或一非金屬氧化物，且該鐵系顆粒之形狀為 桿狀、球狀、立方狀或啞鈴狀，但上述金屬非為金。
本發明再提供第二種治療癌症之方法，包含：將有效劑量之複數個鐵系粒子施予一所需之受試者，其中每一鐵系奈米粒子係一具零價鐵之鐵粒子。
於本發明之治療癌症方法中，該些鐵系粒子包含鐵核心或零價鐵之鐵粒子，其能作為一種自我去毒性之抗癌藥物。當將本發明之有效劑量的鐵系粒子應用於治療癌症時，其能夠選擇性地殺死癌細胞並能抑制癌細胞生長。此外，本發明之鐵系粒子能夠在不毒害正常細胞情況下，選擇性殺死癌細胞，因此，當將鐵系粒子應用於癌症治療時，更能大幅降低其副作用。再者，本發明之鐵系粒子能用來作為一種診斷劑，例如像核磁共振(MRI)或斷層掃描(CT)之顯影劑，由此，當將鐵系粒子應用治所需之受試者時，則更能達到追蹤鐵系粒子的目的。因此，本發明之鐵系奈米粒子具有抗癌藥物及顯影劑之雙重功能。
於本發明之第一種方法中，外殼層的材料係銀、鉑、金屬氧化物、銀鉑合金、銀金合金或金鉑合金。較佳情況下，外殼層材料係銀或氧化鐵(Fe2O3)。
此外，於本發明第一種方法中，每一鐵系粒子的大小可為奈米或次微米(submicro)等級，舉例來說，每一鐵系粒子的大小係介於約5nm至約5μm間，較佳情況下，每一鐵系粒子的大小系介於5nm至1μm間，更佳情況下，每一鐵系粒子之大小系介於5nm至50nm間。
再者，於本發明第一種方法中，每一鐵系粒子 之鐵核心大小可為奈米或次微米等級，舉例來說，每一鐵核心之大小系介於約5nm至約5μm間，較佳情況下，每一鐵核心的大小系介於5nm至1μm間，更佳情況下，每一鐵核心之大小系介於5nm至50nm間。
除此之外，於本發明第一種方法中，於每一鐵系粒子中，外殼層可形成於部分或全部的鐵核心表面，較佳情況下，外殼層系完全形成於鐵核心之表面上。在此，於每一鐵系粒子中，外殼層的厚度可為奈米等級，較佳情況下，外殼層厚度係約0.7nm至約6nm。
於本發明第二種方法中，每一鐵系粒子的大小可為奈米或次微米等級，舉例來說，每一鐵系粒子的大小係介於5nm至約5μm間，較佳情況下，每一鐵系粒子的大小係介於5nm至1μm間，更佳情況下，每一鐵系粒子的大小係介於5nm至50nm間。
於本發明之第一及第二種方法中，癌症可為各種習知之癌症，例如膀胱癌、骨癌、腦癌、乳腺癌、子宮頸癌、結腸癌、子宮內膜癌、食道癌、白血病、肝癌、淋巴瘤、腎臟癌、骨肉瘤、卵巢癌、胰腺癌、前列腺癌、包括鱗狀上皮癌和黑色素瘤的皮膚癌、小腸癌、胃癌、胸腺癌和甲狀腺癌，但是本發明之應用範圍不限於此。較佳情況下，癌症為口腔癌，其可以被分類為不同的組織學類型，如畸胎瘤、衍生自於主、次之唾液腺癌、由扁桃體或其它淋巴組織之淋巴瘤、或由口頭粘膜的色素生成細胞之黑色素瘤。
此外，於本發明之第一種或第二種方法中，該受試者可為哺乳類動物，較佳為人類。
除了前述治療癌症之方法外，本發明更提供一種用於治療癌症之醫藥組成物，包含：一有效劑量之前述鐵系粒子；以及一醫藥可接受之載體。
本發明用於治療癌症之鐵系粒子及醫藥組成物可透過非腸胃、吸入、局部、直腸、鼻腔、舌下或陰道的途徑、或植入儲器的方式給藥。在此，「非腸胃式給藥」係包含皮下、真皮內、靜脈、關節內、動脈內、滑膜、胸膜內、鞘內、局部和顱內注射。
本發明醫藥組成物中，「醫藥可接受之載體」係指能夠呈載活性成分(較佳係能更穩定活性成分者)的載體，且不毒害受試者。上述載體可至少一選自由：活性劑、佐劑、分散劑、潤濕劑及懸浮劑所組成之群組。上述載體的粒子可為微晶纖維素、甘露糖醇、葡萄糖、非脂乳粉末、聚乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、澱粉或其組合。
此外，本發明中「治療」係指將鐵系粒子或含有鐵系粒子之醫藥組成物施予具有癌症徵狀或頃向之受試者，藉此達到治療、治愈、減輕、緩解、改變、補救、改善、改進、預防、或影響癌症的症狀或傾向。此外，「有效劑量」係指對受試者能達到治療效果的每一活性成分(例如鐵系粒子)的用量。上述有效劑量可依據施予途徑、賦形劑的使用及與其他活性成分的共用而有所改變。
本發明之其它目的、優點、和新穎特徵當將結 合附圖時將可從及下面列詳細描述而更加顯而易見。
圖1係本發明實施例1之鐵系粒子細胞毒性結果圖。
圖2係本發明實施例2之鐵系粒子細胞毒性結果圖。
圖3係本發明實施例3之鐵系粒子細胞毒性結果圖。
圖4係具有鐵核心金外殼之鐵系粒子細胞毒性結果圖。
本發明以說明的方式描述，然需了解，在此所使用之術語僅為說明之用途，並不加以限制，且可依據上述教示而進行各種修飾及改良。因此，除非有特別說明，否則在申請專利範圍下，皆可實施本發明。
[材料及方法]
實施例1-製備具零價鐵之鐵系粒子
為合成鐵系粒子，將20mL之1-十八烷烯及0.3mL之油胺於氬氣下120℃混合30分鐘，接著，於180℃連續氬氣下，將0.7mL之羰基鐵(iron pentacarbonyl)加入至1-十八烷烯及油胺混合物中反應20分鐘。將溶液冷卻至160℃後，再添加0.15mL之羰基鐵(iron pentacarbonyl)，隨後於160℃下，存在0.3mL之油酸(1mM)下熟化(aged)30分鐘。接著，將粒子以己烷與乙醇沖洗，並於使用前置放於氬氣中。
在此，鐵系粒子係置放於乾燥惰性氣體中，以避免鐵發生氧化反應。上述鐵系粒子亦可置放於低反應性的溶液中，例如缺氧酒精，以避免氧化。
在進行完上述製程後，可獲得鐵系粒子，其為具零價鐵之鐵之鐵粒子。在此，鐵系粒子之大小約為15.34±1.39nm，且形狀為球狀。
實施例2-製備具有鐵核心銀外殼層之鐵系粒子(Fe＠Ag)
將4.6mM之硫酸亞鐵(ferrous sulfate)以及0.46mM之檸檬酸鈉(trisodium citrate dehydrate)攪拌混合，將8.8mM之硼氫化鈉添加至該混合物中，於室溫下再攪拌10分鐘，接著，將0.05M之硝酸銀添加至該混合溶液中，並於室溫、氬氣下攪拌5分鐘。隨後，以乙醇沖洗該些顆粒三次，並以磁鐵收集。
在完成上述製程後，可獲得鐵核心及銀外殼層之鐵系粒子，於每一鐵系粒子中，銀外殼層係形成於鐵核心的整個表面上。在此，鐵系粒子的大小約為84.86±17.35nm，形狀為球形，且銀外殼層之厚度約為5nm。
實施例3-製備具有鐵核心氧化鐵(Fe 2 O 3 )外殼層之鐵系粒子(Fe＠氧化鐵)
為合成鐵＠氧化鐵粒子，將20mM之1-十八烷烯及0.3mL之油胺於氬氣下120℃混合30分鐘，接著，於180℃連續氬氣下，將0.7mL之羰基鐵(iron pentacarbonyl)加入至1-十八烷烯及油胺混合物中反應20分鐘。將溶液冷卻至160℃後，再添加0.15mL之羰基鐵(iron pentacarbonyl)，隨後於160℃下，存在0.3mL之油酸(1mM)下熟化(aged)30分鐘。接著，將粒子以己烷與乙醇沖洗，並 於使用前置放於氬氣中。在此，氧化鐵(Fe2O3)外殼層將會自動地於合適環境下形成，因此，可省略形成氧化鐵外殼層之步驟。
在完成上述製程後，可獲得具有鐵核心及氧化鐵外殼層之鐵系粒子，氧化鐵外殼層係完全形成於鐵核心之表面上。除此之外，須將所獲得的粒子存放於氬氣中，以避免鐵發生氧化。在此，鐵系粒子之大小約為18.76±2.11nm，形狀為球型。
細胞毒性測試(MTT測試)
為評估以上實施例之鐵粒子(實施例1)、Fe＠Ag(實施例2)及Fe＠Fe2O3(實施例3)的細胞毒性評估，故將指數生長階段的細胞種植96孔盤中，每孔5,000個細胞。在進行胞外實驗前，先將粒子回溶於濃度為10mg/mL之磷酸緩衝生理食鹽水溶液(PBS)中，形成一現成溶液(stock solution)，接著細胞再被添加指定濃度之粒子生長48小時。將上述溶於PBS之10倍MTT現成溶液(stock solution)(5mg/mL)以培養溶液稀釋，形成可供培養之工作溶液，接著將此工作溶液添加至細胞中，培養1小時。隨後，以50μL之DMSO置換工作溶液，以溶解紫色結晶。以微孔盤分析儀(Sunrise Absorbance Reader；Tecan,Männedorf,Switzerland)於490nm下分析其光學吸收。在此，細胞存活率定義為：(O.D.有添加的細胞-O.D.DMSO空白)/(O.D.未添加的細胞-O.D.DMSO空白) * 100%。
[結果]
評估實施例1製備之鐵系粒子的細胞毒性
以上述MTT實驗評估實施例1製備之鐵系例子的細胞毒性。在此，鐵系粒子對OECM1細胞株(癌細胞)、人類口腔角質細胞(Hnok，正常細胞)、人類牙齦成纖細胞(GF，正常細胞)亦已前述之MTT實驗評估，其結果如圖1所示。
圖1之X軸係鐵系粒子的添加量，Y軸係添加鐵系粒子之癌細胞及正常細胞的生存率，其中未添加有鐵系粒子的細胞生存率為100%。如圖1所示，當癌細胞被施予約10μg/mL劑量的鐵系粒子後，其生存率約為20%。然而，即使鐵系粒子的劑量為10μg/mL，正常細胞的存活率仍超過100%。此結果顯示，實施例1製備的鐵系粒子能夠選擇性地殺死癌細胞，但幾乎不殺死大多正常細胞。
評估實施例2製備之鐵系粒子(Fe＠Ag)的細胞毒性
以上述MTT實驗評估實施例2所製之Fe＠Ag粒子的細胞毒性。在此係使用OECM1細胞株(癌細胞)以及Vero細胞株(正常細胞)，結果如圖2所示。
圖2之X軸係Fe＠Ag粒子添加量，Y軸係癌細胞及正常細胞的存活率，其中未添加Fe＠Ag粒子的細胞，其存活率視為100%。如圖2所示，再將Fe＠Ag粒子施予癌細胞情況下，當Fe＠Ag粒子的劑量大於5μg/mL，則癌細胞的存活率約為5%。然而，既使Fe＠Ag粒子的劑量為50μg/mL，正常細胞的細胞存活率仍約為50%。此結果指出 實施例2製備的Fe＠Ag粒子能選擇性殺死癌細胞。
評估實施例3製備之鐵系粒子(Fe＠氧化鐵)的細胞毒性
以上述MTT實驗評估實施例3製備之Fe＠氧化鐵粒子的細胞毒性。在此係使用OECM1細胞株(癌細胞)及Vero細胞株(正常細胞)。結果如圖3所示。
圖3中的X軸係Fe＠氧化鐵粒子添加量，Y軸係癌細胞及正常細胞的存活率，其中未施予Fe＠氧化鐵粒子的細胞，其存活率視為100%。如圖3所示，以Fe＠氧化鐵粒子施予至癌細胞的情況下，當Fe＠氧化鐵粒子的劑量約為50μg/mL時，癌細胞的存活率幾乎為0%。然而，即使Fe＠氧化鐵粒子的劑量為50μg/mL，正常細胞的存活率仍約為60%。此結果指出實施例3製備的Fe＠氧化鐵粒子能夠選擇性地殺死癌細胞，但不殺死大多正常細胞。
評估Fe＠Au奈米粒子的細胞毒性
本實施例係藉由前述MTT實驗，評估具有鐵核心及金外殼層之鐵系粒子(Fe＠Au)對OECM 1細胞株的細胞毒性。結果如圖4所示。
圖4之X軸係Fe＠Au粒子添加量，Y軸係癌細胞及正常細胞的存活率。如圖4所示，Fe＠Au粒子對細胞毒性呈現劑量依賴性，此外，儲存於液態氮的Fe＠Au粒子同於新鮮配置的Fe＠Au粒子仍呈現細胞毒性。然而，相較於新鮮配置的Fe＠Au粒子，若將Fe＠Au粒子存放於室溫(RT)6個月，則會大幅降低其細胞毒性，而儲存於室溫(RT) 下6個月的Fe＠Au粒子粒子發生活性衰減的原因是因為鐵系粒子的鐵核心發生氧化所致。此結果證實，當鐵系粒子的鐵核心維持零價鐵狀態時，即便將鐵系粒子長期置放，亦能維持其活性。
總括來說，於本發明中，無論鐵系粒子是否具有核-殼結構，均無需過量使用藥物即能有效地選擇性毒殺癌細胞。此外，將本發明鐵系粒子儲存於低溫(例如液態氮)等適當環境下，即能夠維持鐵系粒子的活性。因此，本發明之鐵系粒子可預先製備，再施用於癌細胞治療。再者，鐵或鐵系核殼粒子皆具有磁性，因此能將其應用於例如像CT或MRI等各種診斷。除此之外，粒子上的金屬殼層之選擇能夠使診斷達到特定化，舉例來說形成於鐵系粒子上的銀外殼層具有非線性光學倍頻，故可應用於醫療影像。再者，鐵系粒子的鉑外殼層亦可用來做為CT影像的顯影劑。據此，本發明之鐵系粒子可依照病人徵狀、應用、診斷方法及治療方法而調製。
雖然本發明已由較佳之實施態樣進行說明，然必須了解的是，許多其它可能的修飾及變化可以在不悖離其精神及專利申請範圍而實施。

Claims (7)

  1. 一種鐵系粒子於製備治療口腔癌藥物之用途，其中，該鐵系粒子包含：一鐵核心，其為零價鐵，該鐵核心用以相對於人類口腔正常細胞選擇性地殺死人類口腔癌細胞；以及一外殼層，係形成於該鐵核心之部分或全表面上，其中該外殼層之材料係銀、鉑、一銀鉑合金、一摻雜金屬、一聚合物、碳、一金屬氧化物或一非金屬氧化物，且該些鐵系粒子的形狀係一桿狀、一球狀、一立方狀或一啞鈴狀，但該金屬非為金。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之用途，其中該外殼層之材料係銀。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之用塗，其中該金屬氧化物係氧化鐵。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之用途，其中該鐵系粒子之大小係介於5nm至5μm。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之用途，其中該鐵系粒子之大小係介於5nm至1μm。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之用途，其中該鐵系粒子之大小係介於5nm至50nm。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之用途，其中該鐵系粒子之該外殼層厚度係介於0.7nm至6nm。
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