WO2021060498A1 - 多孔性シリカを含むナノ粒子およびその製造方法、ならびに放射線治療用医薬組成物 - Google Patents

多孔性シリカを含むナノ粒子およびその製造方法、ならびに放射線治療用医薬組成物 Download PDF

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冬彦 玉野井
光太郎 松本
寛之 齋藤
鮎美 ▲瀬▼ノ内
俊樹 田島
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国立大学法人京都大学
国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構
ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア
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Definitions

  • the present invention is a nanoparticle, a method for producing the same, and a pharmaceutical composition for radiotherapy, wherein the nanoparticles of the present invention are made of porous silica; and gadolinium atom, iodine atom, gold atom, silver atom and platinum atom. Containing nanoparticles, including compounds, including at least one high Z atom selected from the group.
  • the present invention also relates to a method for treating solid tumors or suppressing the growth or growth of solid cancers using the nanoparticles or a pharmaceutical composition for radiotherapy.
  • X-ray therapy is widely used as one of the main methods of cancer treatment.
  • existing X-rays contain a wide range of wavelengths, there is a problem that X-rays are absorbed on the skin surface and are difficult to reach cancer tissues.
  • X-rays used for radiation therapy also affect normal tissues, for example, the absorption of X-rays on the surface of the skin causes damage such as skin inflammation, and cells in front of the target tissue. There was also the problem of damaging the.
  • Non-Patent Document 1 2 an approach of irradiating a high Z atom with X-rays of a specific energy and applying the Auger electron emitted from the K shell of the high Z atom by the Auger effect to cancer treatment is being studied (Non-Patent Document 1, 2).
  • This approach is called photon activation therapy (PAT) and has been studied for effects such as DNA damage and cell damage.
  • PAT photon activation therapy
  • X-rays of a specific energy have a narrow energy range, so they are expected to have little effect on the human body, and are unintended secondary. It is unlikely to cause concomitant effects. That is, X-rays of a specific energy may not have an adverse effect on normal cells.
  • Patent Documents 1 to 5 Some attempts have been made to irradiate nanoparticles with light rays such as radiation and utilize the actions generated by the nanoparticles for medical purposes such as treatment. However, there is no one that induces the Auger effect by using X-rays in a specific narrow energy region.
  • An object of the present invention is to provide nanoparticles and a method for producing the same, and a pharmaceutical composition for radiotherapy, which are suitable for radiotherapy of solid cancer.
  • Another object of the present invention is to provide a method for treating solid cancer or suppressing the growth or growth of solid cancer using nanoparticles or a pharmaceutical composition for radiotherapy. To do.
  • the present invention includes, but is not limited to, the following embodiments.
  • Porous silica and At least one high Z atom selected from the group consisting of gadolinium atom, iodine atom, gold atom, silver atom and platinum atom, Nanoparticles containing a compound, comprising (hereinafter, may be referred to as "nanoparticles of the present invention" in the present specification).
  • nanoparticles of the present invention in the present specification.
  • the nanoparticles according to [1] wherein the high Z atom is present on or inside the porous silica.
  • the nanoparticles according to [6], wherein the group that suppresses the aggregation of the nanoparticles is a phosphonate group, a sulfonate group, or a carboxylate group.
  • [10-1] The nanoparticles according to any one of [1] to [10] for X-ray irradiation.
  • [11] The nanoparticles according to any one of [1] to [10], which are irradiated with X-rays capable of exciting K-shell electrons of the high Z atom.
  • [12] The nanoparticles according to [10-1] or [11], wherein the X-rays are monochromatic X-rays or characteristic X-rays.
  • a pharmaceutical composition for radiotherapy containing the nanoparticles according to any one of [1] to [12] and a pharmaceutically acceptable carrier (hereinafter, "the present invention" in the present specification.
  • composition for radiotherapy It can be referred to as a "pharmaceutical composition for radiotherapy").
  • pharmaceutical composition for radiotherapy according to [13], wherein X-rays are irradiated as radiation for irradiation.
  • the pharmaceutical composition for radiotherapy according to [15] wherein the solid cancer is a brain tumor, a lung cancer, an ovarian cancer, a digestive system cancer, an osteosarcoma, or a head and neck cancer.
  • a method for producing nanoparticles which comprises at least one of the steps selected from (hereinafter, may be referred to as "the production method of the present invention” in the present specification).
  • the production method of the present invention may be referred to as "the production method of the present invention” in the present specification).
  • [18-1] The method for producing nanoparticles according to any one of [1] to [12].
  • a substance containing an iodine atom and a substance containing a group for binding to a compound containing a gadolinium atom or a substance containing the precursor group thereof are added to the precursor substance for forming the porous silica to form the structure of the porous silica.
  • the porous silica contains a bonding group or a precursor group thereof with a compound containing the gadolinium atom, and then a bonding group or a precursor thereof with the compound containing the gadolinium atom.
  • a method for producing nanoparticles which comprises a step of chemically bonding a compound containing a gadolinium atom to porous silica via an inducing group from the group.
  • X-rays are X-rays having spectral peaks in the range of E-0.03 keV or more and E + 0.5 keV or less with respect to the K-shell electronic excitation energy E of high Z atoms, [11] or [12]. ], Or the radiotherapy pharmaceutical composition according to [14], or the method according to [17].
  • X-rays are monochromatic X-rays with energies of 50.25 keV or 50.40 keV, and high Z atoms are gadolinium atoms; Or The X-ray is a monochromatic X-ray containing an energy of 33.20 keV, and the high Z atom is an iodine atom.
  • the pharmaceutical composition for radiotherapy according to any one of the above.
  • nanoparticles and a method for producing the same, and a pharmaceutical composition for radiotherapy, which are suitable for radiotherapy of solid cancer, and the nanoparticles of the present invention include porous silica; and a gadolinium atom.
  • Nanoparticles comprising, at least one high Z atom selected from the group consisting of iodine atom, gold atom, silver atom and platinum atom, can be provided.
  • a method for treating solid cancer or suppressing the growth or growth of solid cancer using the nanoparticles or the pharmaceutical composition for radiotherapy be able to.
  • Example 6 is an SEM image of the nanoparticles (Gd-MSN) of Example 1. It is a TEM image of the nanoparticles (Gd-MSN) of Example 1. It is a measurement result of FT-IR of the nanoparticles (Gd-MSN) of Example 1. It is a measurement result of thermogravimetric analysis (TGA) of nanoparticles (Gd-MSN) of Example 1. It is a measurement result of the adsorption / desorption of nitrogen of the nanoparticles (Gd-MSN) of Example 1. This is the result of the pore size distribution of the nanoparticles (Gd-MSN) of Example 1. It is a measurement result of the zeta potential of the nanoparticles (Gd-MSN) of Example 1.
  • TGA thermogravimetric analysis
  • the invention relates to certain nanoparticles, the nanoparticles of the invention being porous silica; and gadolinium atoms, iodine atoms, gold atoms, silver atoms and platinum. Includes compounds, including at least one high Z atom, selected from the group consisting of atoms.
  • the nanoparticles of the present invention may be nanoparticles composed of porous silica and the compound containing the high Z atom.
  • Porous silica is a substance containing silicon dioxide (silica: SiO 2 ) as a main component and having a large number of pores.
  • the porous silica may be in the form of particles.
  • the porous silica can constitute the main component of the components constituting the nanoparticles of the present invention.
  • the specific surface area of the porous silica is increased due to the pores, and high Z atoms can be efficiently retained.
  • the porous silica may be nanoparticles or nanopolymers.
  • a nanomolecule means a nano-sized molecule, and a nano-polymer means a nano-sized polymer.
  • the molecules of silicon dioxide can constitute porous silica.
  • the porous silica may be a nanocarrier.
  • the nano-carrier means a nano-sized carrier.
  • the porous silica nanocarrier can function as a support and / or substrate for retaining high Z atoms.
  • the nanosize usually refers to 10 nm or more and 500 nm or less, and the preferable nanosize is 40 nm or more and 400 nm or less.
  • the nanoparticles of the present invention have high Z atoms.
  • the high Z atom is one or more atoms selected from the group consisting of a gadolinium atom (Gd), an iodine atom (I), a gold atom (Au), a silver atom (Ag) and a platinum atom (Pt).
  • Gd gadolinium atom
  • I iodine atom
  • Au gold atom
  • Au silver atom
  • Pt platinum atom
  • a high Z atom means an atom having a relatively large atomic number.
  • the high Z atom represents an atom having an atomic number of 47 or more.
  • the atomic numbers of the high Z atom are 64 for Gd, 53 for I, 79 for Au, 47 for Ag, and 78 for Pt.
  • the above-mentioned high Z atom has an advantage that it is easy to adjust X-rays capable of exciting the K-shell electron of the atom and it is easy to obtain the Auger effect.
  • the "Auger effect” is a phenomenon in which when an atom excited by gaining energy transitions to its original ground state, instead of emitting excess energy, it is given to an electron in the atom to emit an electron.
  • the "Auger electron” means an electron emitted by the Auger effect.
  • X-ray irradiation emits K-shell electrons, and electrons are transferred from the L-shell or M-shell to fill the voids formed by the emission.
  • the energy generated at this time is given to other electrons and released.
  • the Auger effect due to the energy for exciting the K-shell electron of a high Z atom can be utilized.
  • high Z atoms are present on the surface or inside of the porous silica.
  • the high Z atom is present on the surface of the porous silica.
  • the high Z atom is present inside the porous silica.
  • the high Z atom is present both on the surface and inside the porous silica. The presence of high Z atoms on or inside the porous silica facilitates the Auger effect of X-ray irradiation.
  • the high Z atom may be bonded to porous silica. Since the high Z atom is bonded to the porous silica, the high Z atom can be strongly retained by the porous silica. In one preferred embodiment, the high Z atom or the group containing the high Z atom is chemically bonded to the porous silica. Since the bond between the high Z atom and the porous silica is a chemical bond, the high Z atom can be retained more strongly.
  • the form of bonding between the high Z atom and the porous silica may be one in which the high Z atom is directly bonded to the porous silica, or the high Z atom may be bonded to the porous silica directly via another group. May be combined with.
  • the form of the chemical bond may be a covalent bond, an ionic bond, a metal bond, a hydrogen bond, or the like.
  • the porous silica may contain a high Z atom or a bonding group with a group containing a high Z atom.
  • the porous silica comprises a high Z atom or a bonding group with a group containing a high Z atom.
  • the high Z atom binds to the porous silica, at least via a bonding group of the porous silica.
  • the bonding group of the porous silica may be a functional group composed of a component other than silicon dioxide (SiO 2).
  • the binding group is preferably an amino group, a carboxy group, or a hydroxy group, more preferably an amino group.
  • the high Z atom is preferably a gadolinium atom.
  • the gadolinium atom is preferably present as part of gadopentetic acid (Gd (III) DTPA), which binds to an amino group on the porous silica to turn the Gd atom into the porous silica.
  • Gd (III) DTPA gadopentetic acid
  • DTPA means diethylenetriaminepentaacetic acid.
  • the chemical structure of gadopentetoic acid is shown below. In gadopentetic acid, Gd 3+ and DTPA ions form a complex.
  • the acid of DTPA non-ionized carboxylic acid
  • the amino group are condensed, and the gadolinium atom can be present in the nanoparticles in an ionized state (specifically, Gd 3+).
  • the binding group is preferably present on the surface of the porous silica.
  • the gadolinium atom is preferably present on the surface of the porous silica.
  • the porous silica does not have to contain a high Z atom or a bonding group with a group containing a high Z atom. In a particular preferred embodiment, the porous silica does not contain a high Z atom or a bonding group with a group containing a high Z atom. A high Z atom or a group containing a high Z atom directly bonds with the porous silica.
  • the porous silica does not have to contain a bonding group.
  • the iodine atom is preferably present as part of an alkyl iodide group, and the alkyl iodide group is bonded to silicon (Si) constituting the porous silica to make the iodine atom (I) porous.
  • Si silicon
  • the alkyl iodide group include a propyl iodide group.
  • Iodine atoms can be introduced by using a silane compound having an iodine atom as a raw material for porous silica. Therefore, the iodine atom can be bonded to the porous silica via a covalent bond.
  • the iodine atom is preferably present inside the porous silica.
  • gadolinium atom and iodine atom are particularly preferable.
  • the gadolinium atom can also be used as a contrast agent for magnetic resonance imaging (MRI). Therefore, the gadolinium atom can serve as both a contrast medium and an X-ray irradiator that produces an Auger effect.
  • MRI magnetic resonance imaging
  • the iodine atom has an advantage that the energy for exciting the K-shell electron is lower than that of other high Z atoms, and X-rays having a lower energy can be used.
  • the nanoparticles of the present invention may contain a plurality of types of high Z atoms.
  • nanoparticles can contain gadolinium and iodine atoms.
  • one type of high Z atom is present inside the porous silica and another type of high Z atom is present on the surface of the porous silica.
  • iodine atoms are present inside the porous silica and gadolinium atoms are present on the surface of the porous silica.
  • the iodine atom can be introduced into the porous silica via an alkyl iodide group
  • the gadolinium atom can be introduced into the porous silica by the bond of gadopentate acid and an amino group. can do.
  • the utility value may increase.
  • the Auger effect can be produced by irradiating the iodine atom with X-rays while performing imaging with the gadolinium atom. Therefore, it becomes possible to perform diagnosis and radiation therapy at the same time.
  • the combination of a plurality of types of high Z atoms is not limited to the combination of a gadolinium atom and an iodine atom.
  • the nanoparticles contain more than one type of high Z atom, it is preferred that at least one of them is on the surface and the other one is inside.
  • the porous silica may contain a group that suppresses the aggregation of nanoparticles with each other (which may be referred to as a “group that suppresses the aggregation of nanoparticles” in the present specification).
  • the porous silica comprises a group that suppresses the aggregation of nanoparticles.
  • the nanoparticles may agglomerate, but the agglomeration of the nanoparticles can be suppressed by the group that suppresses the agglomeration of the nanoparticles.
  • Aggregation of nanoparticles can cause various disadvantages such as decreased uptake into cells and difficulty in formulation, but the detriment is reduced or eliminated by the group that suppresses the aggregation of nanoparticles. It becomes possible to do.
  • the group that suppresses the aggregation of nanoparticles is preferably present on the surface of the porous silica. As a result, aggregation can be efficiently suppressed.
  • Examples of the group that suppresses the aggregation of nanoparticles include, but are not limited to, a phosphonate group, a sulfonate group, or a carboxylate group, and preferably a phosphonate group.
  • the group that suppresses the aggregation of nanoparticles can efficiently suppress the aggregation of nanoparticles.
  • the surface of nanoparticles can be negatively charged to suppress aggregation and further enhance dispersibility.
  • the porous silica does not contain a group that suppresses the aggregation of nanoparticles.
  • the nanoparticles of the present invention preferably have a particle size of 40 to 400 nm in diameter. Such particle size facilitates the uptake of nanoparticles into cells.
  • the particle size can be measured herein by observation with an electron microscope (preferably a transmission electron microscope (TEM)).
  • TEM transmission electron microscope
  • the particle size of one particle adopts the length along the longest diagonal line of the particle.
  • the average particle size is obtained, it can be obtained from a predetermined number, for example, the average particle size of 100 nanoparticles.
  • the particle size of the nanoparticles is more preferably 50 to 300 nm in diameter. Therefore, the average particle size of the nanoparticles is preferably 40 to 400 nm, more preferably 50 to 300 nm.
  • the porous silica is mesoporous silica.
  • Mesoporous silica has a large number of pores having a pore diameter (pore diameter) of usually 2 to 50 nm.
  • Mesoporous silica has a larger specific surface area and can retain high Z atoms more efficiently.
  • mesoporous silica has an advantage that it is easily taken up by cells, as will be described later. Unless otherwise specified, all the porous silicas described in the present specification can be replaced with mesoporous silicas.
  • the mesoporous silica may be biodegradable mesoporous silica.
  • Biodegradable mesoporous silica can be degraded in vivo over time. The mechanism of decomposition includes an enzymatic reaction.
  • nanoparticles can be decomposed in the body and their components can be discharged, which makes it possible to perform treatment and the like more safely.
  • Biodegradable mesoporous silica can be obtained by using a silane compound having a biodegradable structure as a raw material.
  • Biodegradable structures include, for example, the bonds represented by SS and / or SSSS.
  • bis [3- (triethoxysilyl) propyl] tetrasulfide is a silane compound having an SSS bond between two Sis, and when this compound is incorporated into the structure of mesoporous silica, A structure containing an SSS bond between two Sis can be formed on the mesoporous silica.
  • SS and SSSS have relatively weak binding forces and are therefore prone to biodegradation.
  • the ratio of the high Z atom to the porous silica is not particularly limited, but may be, for example, in the range of 0.001 to 1 by weight, and further. This ratio is preferably 0.01 to 0.5, and more preferably 0.05 to 0.2. This ratio (high Z atom / porous silica) is particularly preferably 0.08 or more.
  • the weight of the high Z atom can be obtained by analyzing the high Z atom in the nanoparticles by inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy (ICP-AES).
  • the ratio of high Z atoms to porous silica can also be specified in terms of molar ratio, and the molar ratio (for example, Gd / Si) is the above weight ratio. It can be calculated from.
  • the nanoparticles of the present invention can be used for X-ray irradiation.
  • the nanoparticles can preferably be irradiated with X-rays capable of exciting K-shell electrons of high Z atoms.
  • the X-rays are preferably monochromatic X-rays or characteristic X-rays. Details of X-ray irradiation of nanoparticles will be described later.
  • the present invention relates to the above-mentioned method for producing nanoparticles.
  • the method for producing nanoparticles of the present invention (A) A step of adding a substance containing an iodine atom to a precursor substance for forming porous silica and encapsulating the iodine atom inside the structure of the porous silica; and, (B) To the precursor material for forming the porous silica, a group for binding to a compound containing a gadolinium atom or a substance containing the precursor group thereof is added, and the porous silica is combined with the compound containing the gadolinium atom.
  • the compound containing the gadrinium atom is chemically bonded to the porous silica via the binding group with the compound containing the gadolinium atom or the inducing group from the precursor group.
  • Process Includes at least one of the steps selected from.
  • the precursor substance for forming the porous silica examples include a silane compound.
  • the silane compound means a compound in which an organic group is bonded to a silicon atom (Si).
  • the precursor substance those known as raw materials for porous silica (particularly mesoporous silica) can be used.
  • the precursor material is not particularly limited, and examples thereof include alkoxysilane and alkylalkoxysilane.
  • Porous silica can be formed by reacting and condensing the precursor material.
  • the precursor material specifically, can be used tetraalkoxy silane, eg, tetraethoxysilane (aka: tetraethyl orthosilicate, chemical formula: Si (OC 2 H 5) 4, abbreviation: TEOS) and the like
  • a silane compound into which a functional functional group for example, amino group, phosphonate group, carboxy group, carboxy group, hydroxy group, sulfonate group, carboxylate group, etc .; preferably, amino group, phosphonate group, etc.
  • a functional functional group for example, amino group, phosphonate group, carboxy group, carboxy group, hydroxy group, sulfonate group, carboxylate group, etc .; preferably, amino group, phosphonate group, etc.
  • porous silica modified with a functional functional group can be obtained.
  • the alkyl is usually an aliphatic chain alkyl group (for example, C1-8 alkyl, preferably C1-6 alkyl, more preferably C1-3 alkyl), for example, methyl, ethyl, and the like.
  • examples thereof include propyl (including n-propyl and isopropyl), butyl (including n-butyl, tert-butyl and sec-butyl), hexyl and heptyl.
  • the alkoxy is usually C1-8 alkyloxy, preferably C1-6 alkoxy, more preferably C1-3 alkoxy, for example, methoxy, ethoxy, propoxy (including n-propoxy, isopropoxy).
  • Butoxy including n-butoxy, tert-butoxy, sec-butoxy
  • the porous silica can be commercially available or can be produced by a known production method (eg, sol-gel method).
  • a compound for forming pores particularly mesopores
  • template compound a compound for forming pores (particularly mesopores)
  • template compound a compound for forming pores (particularly mesopores)
  • template compound silica in which the template compound is incorporated is formed.
  • the template portion is replaced with cavities, a plurality of pores are generated in the silica, and porous silica is formed.
  • the template compound is not particularly limited, but is, for example, cetyltrimethylammonium bromide (CTAB, chemical formula: C 16 H 33 N (CH 3 ) 3 Br) and cetyltrimethylammonium chloride (CTAC, chemical formula: C 16). H 33 N (CH 3 ) 3 Cl), and the like.
  • CTAB cetyltrimethylammonium bromide
  • CAC cetyltrimethylammonium chloride
  • Porous silica has a three-dimensional network structure in which a plurality of —Si—O—s are connected.
  • the synthesis of porous silica can usually be carried out in a solvent.
  • a solvent water, an organic solvent, and a mixture of two or more thereof can be used.
  • the organic solvent include, but are not limited to, one or more solvents selected from, such as, but not limited to, methanol, ethanol, isopropanol, and the like.
  • the nanoparticles of the present invention can be produced by modifying the general synthesis of porous silica as described above into a method that goes through steps (a) and / or steps (b).
  • the nanoparticles of the present invention can be produced by the step (a) (without going through the step (b)), or by the step (b) (without going through the step (a)). Alternatively, it can be produced by both steps (a) and (b).
  • Step (a) is suitable for producing nanoparticles containing iodine atoms.
  • a substance containing an iodine atom can be used.
  • the substance containing an iodine atom is preferably, but is not limited to, an iodinated silane compound.
  • the iodinated silane compound include an iodinated alkylalkoxysilane compound.
  • (3-iodopropyl) trimethoxysilane can be used, but the present invention is not limited thereto.
  • the chemical structure of (3-iodopropyl) trimethoxysilane is shown below.
  • porous silica can be obtained by condensing a silane compound (eg TEOS) in the presence of a template compound (eg CTAB).
  • a silane compound eg TEOS
  • a template compound eg CTAB
  • an iodide silane compound eg, (3-iodopropyl) trimethoxysilane
  • the iodide silane compound is subjected to condensation of the silane compound, which is a precursor of porous silica. It is incorporated into the condensed structure of the silane compound. This is because the silane compounds are bonded to each other (formation of -Si-O-Si- structure). In this way, iodine atoms are enclosed inside the structure of the porous silica.
  • the iodine atom (I) can be bonded to silicon (Si) in porous silica via a propylene group (-(CH 2 ) 3-).
  • the iodideized silane compound may be added during the condensation reaction of the silane compound which is the precursor substance of the porous silica. This allows more iodine atoms to be present in the outer portion of the porous silica than in the central portion. When the iodine atom is present in the outer portion of the porous silica, Auger electrons can be generated more efficiently by X-ray irradiation.
  • Step (b) is suitable for producing nanoparticles containing a gadolinium atom.
  • a compound containing a gadolinium atom can be used.
  • the compound containing a gadolinium atom is not limited to this, and gadolinium acid can be used, for example.
  • a substance containing a group for binding to a compound containing a gadolinium atom or a precursor group thereof is used.
  • the group for binding to the compound containing a gadolinium atom is not limited to this, and for example, an amino group (-NH 2 ) can be used.
  • the amino group can form a bond by a condensation reaction (amidation) with the acid moiety of gadopentetoic acid.
  • the precursor group is a group that can be derivatized to a group that binds to a compound containing a gadolinium atom.
  • it may be a group that can be derivatized into an amino group (such as an amino group with a protecting group).
  • Examples of the substance containing a group for binding to a compound containing a gadolinium atom or a precursor group thereof include a silane compound having an amino group.
  • the silane compound having an amino group include aminoalkyltrialkoxysilane. Specific examples include, but are not limited to, 3-aminopropyltriethoxysilane.
  • the porous silica can be obtained by condensing the silane compound in the presence of the template compound.
  • a silane compound for example, 3-aminopropyltriethoxysilane
  • a gadrinium atom for example, gadopentetoic acid
  • a precursor group thereof is added to this reaction, the silane compound becomes porous.
  • a silane compound, which is a precursor of silica is condensed, it is incorporated into the condensed structure of the silane compound.
  • the porous silica can contain a bonding group (for example, an amino group) with a compound containing a gadolinium atom or a precursor group thereof.
  • a bonding group for example, an amino group
  • the compound containing a gadolinium atom is chemically bonded to the porous silica via a bonding group with a compound containing a gadolinium atom or an inducing group from the precursor group.
  • a bonding group with a compound containing a gadolinium atom or an inducing group from the precursor group is an amino group
  • gadopentenoic acid is chemically bonded to the amino group by using gadopentetic acid.
  • Gadrinium atoms can be bonded to porous silica.
  • Nanoparticles can also be produced using both step (a) and step (b). In that case, nanoparticles containing both iodine and gadolinium atoms can be obtained.
  • a substance containing an iodine atom and a substance containing a group for binding to a compound containing a gadolinium atom or a precursor group thereof can be added to the precursor substance for forming porous silica.
  • an iodine atom can be encapsulated inside the structure of the porous silica, and the porous silica can contain a bonding group with a compound containing the gadolinium atom or a precursor group thereof.
  • the compound containing a gadolinium atom can be chemically bonded to the porous silica via a bonding group with the compound containing the gadolinium atom or an inducing group from the precursor group.
  • the same substances and compounds used in the reaction can be used as described in steps (a) and (b).
  • Step (a) is suitable for the presence of high Z atoms inside the porous silica.
  • the step (b) is suitable for the presence of high Z atoms on the surface of the porous silica.
  • the nanoparticles may be produced by a method other than the steps (a) and (b).
  • gold, silver and platinum atoms can be incorporated into porous silica in a different way than described above.
  • gold atoms the inventors have developed a method for bonding a bond of a gold cluster and a protein to the surface of porous silica (Croissant, JG et al, Journal of Controlled Release 229 (2016) 183). -191), this method can be used.
  • a silane compound having a functional functional group when added during the synthesis reaction of the porous silica, the porous silica having a functional functional group can be formed.
  • a phosphonate group can be introduced into porous silica by using a silane compound having a phosphonate group.
  • a silane compound having a phosphonate group includes, but is not limited to, 3- (trihydroxysilyl) propylmethylphosphonate monosodium.
  • 3- (trihydroxysilyl) propylmethylphosphonate monosodium By introducing a phosphonate group, the aggregation of nanoparticles can be suppressed.
  • the chemical structure of 3- (trihydroxysilyl) propylmethylphosphonate monosodium is shown below.
  • a silane compound having a phosphonate group after allowing the condensation reaction of the silane compound, which is a precursor substance of porous silica, to proceed to some extent.
  • a silane compound having a biodegradable structure can be added during the synthesis reaction of porous silica (preferably mesoporous silica).
  • a biodegradable porous silica preferably biodegradable mesoporous silica
  • the silane compound having a biodegradable structure is not limited to this, but a compound having an SS or SSSS bond in the molecule, for example, bis [3- (triethoxy). Cyril) propyl] tetrasulfide (Bis [3- (triethoxysilyl) propyl] tetrasulfide) and the like can be mentioned.
  • Bis [3- (triethoxysilyl) propyl] tetrasulfide is (C 2 H 5 O) 3- Si-C 3 H 6- SS-S-S-C 3 H 6- Si- (C 2 H) 5 O)
  • the structure is represented by 3 , and there is an SSS bond between the two Sis.
  • fluorescently labeled silane compound during the synthesis reaction of porous silica (preferably mesoporous silica).
  • fluorescently labeled porous silica preferably mesoporous silica
  • it can be labeled with, for example, a fluorescently labeled compound such as rhodamine B isothiocyanate.
  • Rhodamine B isothiocyanate can be introduced, for example, via an amino group.
  • the present invention relates to the above-mentioned irradiation of nanoparticles with X-rays and the resulting destruction of cancer cells.
  • the nanoparticles of the present invention are suitable for X-ray irradiation.
  • X-rays can be irradiated by targeting high Z atoms. Auger electrons can be emitted from the high Z atom by irradiating with X-rays that can excite the K shell electrons of the high Z atom.
  • Auger electrons can damage DNA and other cellular components.
  • the high Z atom described above is suitable for emitting Auger electrons.
  • the reach of Auger electrons is limited, and previous studies have not sufficiently demonstrated the cell-destroying effect of Auger electrons.
  • the present invention has an advantage in that a high Z atom and porous silica are combined.
  • the nanoparticles of the present invention are characterized in that they are easily taken up by cells, especially cancer cells. It has been confirmed that when nanoparticles are brought into contact with cells, the nanoparticles enter the cell. Hypothesis, cell uptake is due to the use of endocytosis mechanisms involving endosome vesicles, which transport can deliver nanoparticles to lysosomes located adjacent to the cell nucleus. Of course, the present invention is not limited by this hypothesis. Therefore, according to the nanoparticles of the present invention, high Z atoms can be placed near the cell nucleus.
  • the nanoparticles of the present invention are also useful for targeting solid cancers such as tumors.
  • the nanoparticles When nanoparticles are administered to humans and animals, the nanoparticles can accumulate in solid tumors. Therefore, the nanoparticles of the present invention have at least the dual advantage of reaching solid cancer and being taken up by cancer cells.
  • the X-rays that can excite the K-shell electrons of the high Z atom are different for each high Z atom, and each high Z atom has its own energy level and / or wavelength.
  • the X-ray can be an X-ray having an energy capable of exciting a K-shell electron. Further, the X-ray can be an X-ray having a wavelength capable of exciting K-shell electrons.
  • IUCr International Union of Crystallography
  • X-rays with an energy of 50.25 keV are most suitable for exciting K-shell electrons. This is because the K-shell electronic excitation energy of the gadolinium atom is 50.25 keV. However, even if the energy level is not the best, K-shell electrons may be excited, and it has been confirmed that the effect can be obtained even with X-rays having an energy of 50.40 keV for the gadolinium atom. Therefore, by irradiating a gadolinium atom with X-rays having an energy of 50.25 keV or 50.40 keV, Auger electrons can be emitted from the gadolinium atom.
  • the wavelength of the X-ray that can excite the K-shell electron of the gadolinium atom is 0.02467 nm or 0.02460 nm.
  • X-rays with an energy of 33.18 keV are suitable for exciting K-shell electrons. This is because the K-shell electronic excitation energy of the iodine atom is 33.18 keV. Therefore, by irradiating the iodine atom with X-rays having an energy of 33.18 keV, Auger electrons can be emitted from the iodine atom.
  • the wavelength of the X-ray that can excite the K-shell electron of the iodine atom is 0.03737 nm.
  • the X-ray energy (or wavelength) suitable for exciting K-shell electrons is 80.73 keV (or 0.01536 nm) for gold atoms, silver. For atoms, it is 25.52 keV (or 0.04858 nm), and for platinum atoms, it is 78.40 keV (or 0.01581 nm). Therefore, by irradiating these high Z atoms with X-rays of each energy (or wavelength), Auger electrons can be emitted.
  • the K-shell electronic excitation energy is also referred to as the K-shell absorption edge energy
  • the K-shell electron excitation wavelength is also referred to as the K-shell absorption edge wavelength.
  • X-rays are preferably E-0.5 keV or more, more preferably E-0.3 keV or more, still more preferably E-0.1 keV or more, still more preferably E-0.1 keV or more, with respect to the K-shell electronic excitation energy E of high Z atoms. May be an X-ray having a spectral peak at E-0.05 keV or higher.
  • X-rays are preferably E + 0.8 keV or less, more preferably E + 0.7 keV or less, still more preferably E + 0.6 keV or less, still more preferably E + 0.5 keV or less, with respect to the K-shell electronic excitation energy E of high Z atoms.
  • It may be an X-ray having a spectral peak in.
  • it has a spectral peak at any of the above E-0.5 keV or higher, E-0.3 keV or higher, E-0.1 keV or higher, or E-0.05 keV or higher, and E + 0.8 keV or lower, E + 0.
  • It may be an X-ray having a spectral peak at any of .7 keV or less, E + 0.6 keV or less, or E + 0.5 keV or less.
  • the X-ray is preferably an X-ray having a spectral peak in the range of E-0.03 keV or more and E + 0.5 keV or less with respect to the K-shell electronic excitation energy E of the high Z atom.
  • E is different for each high Z atom, and Auger electrons can be efficiently emitted by irradiating X-rays with energy corresponding to each high Z atom. Then, the Auger effect may be obtained even with an energy in the vicinity of the K-shell electron excitation energy E of the high Z atom.
  • the Auger effect may be obtained even with an energy slightly higher than the K-shell electron excitation energy E, and therefore, the above-mentioned energy of E + 0.5 keV or less is preferable.
  • the energy is lower than the K-shell electron excitation energy E, it is difficult to obtain the Auger effect.
  • an energy of 50.22 to 50.75 keV is preferable
  • an energy of 33.15 to 33.68 keV is preferable.
  • the X-ray spectrum peak is preferably E-0.02 keV or more, and more preferably E-0.01 keV or more.
  • the X-ray spectrum peak is preferably E + 0.3 keV or less, and more preferably E + 0.2 keV or less.
  • the X-rays are preferably monochromatic X-rays or characteristic X-rays. Further, the X-ray is more preferably a monochromatic X-ray. Monochromatic X-rays mean X-rays with an extremely narrow range of energy. In this specification, reference to a monochromatic X-ray energy E 1, spectral peak of the monochromatic X-ray is in the position of the energy E 1, for example, X-ray of the E 1 - ⁇ EkeV less energy and E 1 + ⁇ EkeV more energy Does not include. Here, ⁇ E ⁇ E ⁇ 10 -3 .
  • Characteristic X-rays are those in which excess energy is emitted as X-rays when electrons transition from the outer shell to the pores generated by the excitation of the inner core.
  • the energy of characteristic X-rays is a material-specific value determined by the energy difference between the inner core and the outer shell. Therefore, it is difficult to extract monochromatic X-rays of arbitrary energy. Unlike continuous X-rays (or white X-rays), monochromatic X-rays and characteristic X-rays have a narrow energy region, so that X-ray irradiation can effectively reduce damage to normal cells and tissues. .. In particular, monochromatic X-rays are excellent in such effects.
  • Monochromatic X-rays can be extracted by monochromaticizing white X-rays generated by a synchrotron radiation facility or white X-rays generated by an X-ray generator with a spectroscope. Characteristic X-rays can be extracted by monochromaticizing only the characteristic X-rays contained in the white X-rays generated by the X-ray generator with a spectroscope. However, the method of generating monochromatic X-rays and characteristic X-rays is not limited to this.
  • nanoparticles containing a gadolinium atom could effectively destroy cancer cells when irradiated with X-rays with an energy of 50.25 keV.
  • X-rays with an energy of 50.40 keV were irradiated, cancer cells could be destroyed, although the value was lower than that of 50.25 keV.
  • X-rays having an energy of 50.00 keV almost no cancer cell destruction occurred. This dramatic difference in the effects of 50.25 KeV and 50.00 KeV X-rays suggests the idea that Auger electrons exert a cell-destroying effect.
  • the present invention relates to the radiotherapy pharmaceutical composition containing the nanoparticles of the present invention.
  • the radiotherapeutic pharmaceutical composition of the present invention comprises the nanoparticles of the present invention described above and a pharmaceutically acceptable carrier.
  • the pharmaceutically acceptable carrier may be liquid or solid.
  • the carrier may be an excipient, a diluent, an auxiliary agent (adjugant) or the like.
  • the liquid carrier include water and an organic solvent.
  • the organic solvent include, but are not limited to, methanol and alcohol solvents such as ethanol.
  • Examples of the solid carrier include lactose, crystalline cellulose, starch and the like.
  • the carrier described here is merely an example, and a known carrier can be appropriately used in the radiotherapy pharmaceutical composition.
  • the radiotherapy pharmaceutical composition can be irradiated with X-rays as radiation for irradiation. As described above, by irradiation with X-rays, high Z atoms in nanoparticles can emit electrons by the Auger effect.
  • the radiotherapy pharmaceutical composition makes it easier for the radiotherapy pharmaceutical composition, or nanoparticles in it, to reach the target site.
  • the radiotherapy pharmaceutical composition can be used to treat solid tumors or to suppress the growth or growth of solid cancers.
  • Auger electrons emitted from high Z atoms by X-ray irradiation can destroy cancer cells. Therefore, the radiotherapy pharmaceutical composition is useful for treating solid tumors and suppressing the growth or growth of solid cancers.
  • Solid cancers include, but are not limited to, brain tumors, lung cancers, ovarian cancers, digestive system cancers, osteosarcomas, or head and neck cancers.
  • the radiotherapy pharmaceutical composition can be administered by an appropriate administration method.
  • the administration method may be oral administration or parenteral administration.
  • Parenteral administration includes, for example, injection (intravenous injection, subcutaneous injection, intramuscular injection, etc.), suppository administration, external application (skin application, mucosal application), and the like.
  • the dose of the radiotherapy pharmaceutical composition is not particularly limited, but is preferably an amount obtained by irradiating the nanoparticles of the present invention with X-rays to obtain the Auger effect.
  • the present invention relates to a method for treating solid tumors or suppressing the growth or growth of solid cancers.
  • the method comprises irradiating the nanoparticles or radiotherapeutic pharmaceutical composition taken into the body of a subject with X-rays to destroy cancer cells.
  • X-ray an X-ray capable of exciting a K-shell electron of a high Z atom can be used.
  • the mechanism by which cancer cells are destroyed is as described above.
  • Subjects include patients. Of course, it can be applied to humans, but it can also be applied to animals other than humans.
  • the X-ray irradiation time may vary depending on the severity of the disease to be treated, the patient's tolerance for X-ray irradiation, and the like, but is not particularly limited, and is, for example, 1 minute or more, 2 minutes or more, and 3 minutes. It can be more than, or 5 minutes or more.
  • the X-ray irradiation time is not particularly limited, but can be, for example, 240 minutes or less, 180 minutes or less, 150 minutes or less, or 120 minutes or less.
  • the X-ray irradiation time may be 10 minutes, 30 minutes, 60 minutes, 90 minutes, or the like.
  • the nanoparticles of the present invention have excellent targeting properties for solid cancers and can easily penetrate into cancer cells. Then, by irradiating the nanoparticles with X-rays, cancer cells can be destroyed by Auger electrons. Therefore, this method can effectively treat solid tumors or effectively suppress the growth or growth of solid cancers.
  • nanoparticles containing high Z element are useful not only for treatment but also for diagnosis.
  • nanoparticles containing a gadolinium atom can be used as an MRI amplification material. Therefore, the nanoparticles of the present invention can be used not only for the treatment of cancer but also for the diagnosis of cancer, for example, and also for theranostics (medical technology that combines treatment and diagnosis). It is possible to apply. Therefore, in the present specification, a pharmaceutical composition for cancer diagnosis containing the above-mentioned nanoparticles and a method for diagnosing cancer using nanoparticles or a pharmaceutical composition for cancer diagnosis are disclosed.
  • the present specification discloses a pharmaceutical composition for cancer diagnosis and treatment, and a method for diagnosing and treating cancer using nanoparticles or a pharmaceutical composition for cancer diagnosis.
  • the composition for cancer diagnosis and the pharmaceutical composition for cancer diagnosis and treatment may have the same composition as the above-mentioned pharmaceutical composition for radiotherapy, and can be replaced in the present specification.
  • the measuring device and measuring conditions for nanoparticles are as follows.
  • SEM scanning electron microscope
  • JEOL's JSM-75FCT was used.
  • TEM transmission electron microscope
  • JEOL's JEM-2100F was used.
  • Scanning transmission electron microscope energy dispersive X-ray (STEM-EDX) analysis was performed on JEOL's JEM-2200FS + JED2300T system, operating at 200 kV.
  • Quantitative measurement of the elements in the substance was carried out by the Cliff-Lorimer proportional method, and the relative concentration was obtained from the integrated EDX intensity.
  • Zeta potential measurements were performed on ELS Z (Otsuka Electronics).
  • the Fourier transform infrared (FT-IR) spectrum was measured with Bruker's E400 FT-IR spectrometer using potassium bromide pellets.
  • Thermogravimetric analysis (TGA) was measured using a TA Instruments Q-500 thermogravimetric analyzer with a temperature gradient of 5 ° C./min under airflow. Low pressure N 2 adsorption measurements were performed at 77K using a Quantachrome Autosorb iQ volumetric gas adsorption analyzer using ultra-high purity grade N 2 and He (99.999% purity) (for dead space calculation). .. ICPE-9000 (Shimadzu) was used for ICP-AES analysis, and the amount of Gd on mesoporous silica (MSN) was determined.
  • Example 1 Preparation of Gadolinium-Containing Mesoporous Silica Nanoparticles (Gd-MSN) A mixture of cetyltrimethylammonium bromide (CTAB, 98%, Sigma-Aldrich) (250 mg), 8 M aqueous NaOH solution (219 ⁇ L), and water (120 mL) at 80 ° C. The CTAB solution was prepared by vigorously stirring with.
  • CTAB cetyltrimethylammonium bromide
  • rhodamine B isothiocyanate (RITC, Sigma-Aldrich) (2.5 mg) was dissolved in ethanol (5 mL) and 3-aminopropyltriethoxysilane (APTS, 99%, Wako) (6 ⁇ L) was added. The mixture was stirred and mixed at room temperature for 30 minutes to prepare a RITC-APTS solution. Then, tetraethyl orthosilicate (TEOS, also known as tetraethoxysilane, 95%, Wako) (1.2 mL) and 3-aminopropyltriethoxysilane (APTS) (250 ⁇ L) were mixed with the above RITC-APTS solution.
  • TEOS also known as tetraethoxysilane, 95%, Wako
  • APTS 3-aminopropyltriethoxysilane
  • the solid product is mesoporous silica nanoparticles (MSN-NH 2 ) modified with amino groups.
  • the solid product (10 mg) was placed in an aqueous solution of 0.1 M gadopentetic acid (Gd (III) DTPA, 97%, made by TRC) and sonicated for 15 minutes. The dispersion was stirred for 24 hours. The solid product is then collected by centrifugation, washed sequentially with water and ethanol to remove unreacted gadopentetic acid (Gd (III) DTPA) and dried overnight to gadolinium-containing mesoporous silica nanoparticles (Gd). -MSN) was obtained.
  • the rhodamine B label was used for analysis and experiment, but it is naturally possible to omit the rhodamine B label to produce gadolinium-containing nanoparticles (Gd-MSN).
  • rhodamine B isothiocyanate (RITC, Sigma-Aldrich) (2.5 mg) was dissolved in ethanol (5 mL) and 3-aminopropyltriethoxysilane (APTS, 99%, Wako) (6 ⁇ L) was added. The mixture was stirred and mixed at room temperature for 30 minutes to prepare a RITC-APTS solution. Then, tetraethyl orthosilicate (TEOS, also known as tetraethoxysilane, 95%, Wako) (1.2 mL) and 3-aminopropyltriethoxysilane (APTS) (250 ⁇ L) were mixed with the above RITC-APTS solution.
  • TEOS also known as tetraethoxysilane, 95%, Wako
  • APTS 3-aminopropyltriethoxysilane
  • FIG. 1 shows a scanning electron microscope (SEM) image of the nanoparticles (Gd-MSN) of Example 1. It has been shown that the nanoparticles are prepared to be nearly uniform in size and shape.
  • FIG. 2 shows a transmission electron microscope (TEM) image. An average particle size of 139 nm was determined from the analysis of the TEM image.
  • FIG. 3 shows the measurement result of FT-IR, in which absorption was observed at 1050 cm-1 , showing a typical mesoporous silica band.
  • FIG. 4 shows the measurement results of thermogravimetric analysis (TGA), and this TGA chart corresponds to the surface modification (phosphonate group) applied to the nanoparticles.
  • TGA thermogravimetric analysis
  • FIG. 5 shows the measurement results of nitrogen adsorption / desorption, and from these results, a graph of the pore size distribution in FIG. 6 was obtained (in FIG. 6, the horizontal axis is angstrom). Based on the pore size distribution, the pore size was calculated to be 3.5 nm. The pore size of the mesoporous nanoparticles of Comparative Example 1 containing no gadolinium was the same. As shown in FIG. 7, the zeta potential was ⁇ 32.87 mV. Therefore, negative electrification was suggested.
  • FIG. 8 shows the mapping of scanning transmission electron microscope energy dispersive X-ray (STEM-EDX) images of the nanoparticles (MSN) of Comparative Example 1 and the nanoparticles (Gd-MSN) of Example 1.
  • Mapping can identify the elemental composition of a substance and the distribution of elements in the substance.
  • the image indicated by "BF” is a bright field image, and the images indicated by "Gd", "Si” and “O” are the mapping results of the respective elements.
  • the distribution of the Gd signal is detected by the Gd-MSN of Example 1, but not by the MSN of Comparative Example 1 (a slightly whitened portion is considered to be noise).
  • Si and O signals were detected in both nanoparticles.
  • the stability of gadolinium binding was investigated for the nanoparticles (Gd-MSN) of Example 1.
  • Nanoparticles (Gd-MSN) are placed in a weakly acidic aqueous solution (nitric acid aqueous solution) prepared at pH 5.5 or 6.0 or 6.5 and incubated for 2 hours, after which the amount (concentration) of gadolinium in the aqueous solution. was determined by ICP-AES analysis.
  • As a control one not treated with an acidic aqueous solution was used.
  • Table 2 As shown in Table 2, gadolinium was stably bound to MSN even after treatment with an acidic aqueous solution.
  • nanoparticles (Gd-MSN) were mixed with water, ultrasonically treated for 30 minutes, and then STEM-EDX analysis was performed. The results are shown in FIG. In the STEM-EDX image of FIG. 9, Gd can be seen. As this image shows, gadolinium was stably bound to MSN even after sonication.
  • Example 3 Preparation of Mesoporous Silica Nanoparticles (I-MSN) Containing Iodine
  • CTAB cetyltrimethylammonium bromide
  • 8 M aqueous NaOH solution
  • water 120 mL
  • the CTAB solution was prepared by vigorously stirring with.
  • rhodamine B isothiocyanate RITC, Sigma-Aldrich
  • APTS 3-aminopropyltriethoxysilane
  • TEOS tetraethyl orthosilicate
  • Wako tetraethoxysilane
  • 3-iodopropyl) trimethoxysilane 0.5 mL was added and the mixture was stirred for 15 minutes.
  • 3- (trihydroxysilyl) propylmethylphosphonate monosodium aqueous solution 50%) (315 ⁇ L) was added to this mixture, and the mixture was stirred.
  • the resulting solid product was collected by centrifugation and washed 3 times with ethanol.
  • the solid product was refluxed in a mixture of concentrated HCl aqueous solution (2.3 mL) and ethanol (60 mL).
  • the template CTAB was removed.
  • the solid product was then centrifuged, washed twice with ethanol and dried overnight.
  • iodine-containing mesoporous silica nanoparticles I-MSN
  • the nanoparticles obtained were uniform particles with a diameter of 100 nm.
  • the iodine atom content was 0.033 mg per 1 mg of nanoparticles.
  • the rhodamine B label was used for analysis and experiment, but it is naturally possible to omit the rhodamine B label to produce gadolinium-containing nanoparticles (Gd-MSN).
  • Test Example 1 Incorporation of Gd-MSN into cancer cells
  • human ovarian cancer cell OVCAR8 expressing green fluorescent protein (GFP) was used as cancer cells.
  • Cancer cells OVCAR8 were cultured in RPMI 1640 medium supplemented with 10% inactivated FBS and 1% penicillin / streptomycin on a culture dish having a diameter of 100 mm.
  • a predetermined amount of nanoparticles (Gd-MSN) obtained in Example 1 were added to the culture broth, and the mixture was incubated in a CO 2 incubator at 37 ° C. for 24 hours. The medium was then removed and the cells were washed. The cells were observed under a confocal microscope.
  • FIG. 10 is the result of microscopic observation.
  • the image indicated by “BF” is a bright-field image
  • the image indicated by “Gd-MSNs” is the result of fluorescence development (red)
  • the image indicated by “GFP” is the result of fluorescence development (green).
  • the image shown in “” shows the result of Hoechst dye staining (blue).
  • "Nucley + GFP + Gd-MSNs” and “Nucley + Gd-MSNs” show the results of superimposing the respective images.
  • the fluorescence coloration (red) of the nanoparticles is detected just outside the cell nucleus and is localized to a region of a part of the nucleus. This suggests that Gd-MSN nanoparticles are efficiently incorporated into the nucleus of cancer cells.
  • Example 2 Safety of Nanoparticles (Gd-MSN) of the Present Invention
  • the potential cytotoxicity of the nanoparticles (Gd-MSN) of Example 1 was investigated as follows.
  • the nanoparticles of Example 1 (Gd-MSN) were incubated with human fetal kidney HEK293 cells or ovarian cancer OVCAR8 cells in varying amounts.
  • FIG. 11 shows the results of the cytotoxicity test. As shown in FIG. 11, no toxicity was shown at a concentration of 200 ⁇ g / ml or less.
  • Test Example 3 Incorporation of Gd-MSN into tumor spheroids
  • Human ovarian cancer cells OVCAR8 expressing green fluorescent protein (GFP) are used as cancer cells, and tumor spheroids (hereinafter also referred to as "Spheroids") are used from these cancer cells.
  • GFP green fluorescent protein
  • Spheroids tumor spheroids
  • Cancer cells OVCAR8 were cultured in RPMI 1640 medium supplemented with 10% inactivated FBS and 1% penicillin / streptomycin on a culture dish having a diameter of 100 mm.
  • 1.0 ⁇ 10 4 OVCAR8 cells were seeded on a PrimeSurface96U culture plate (MS-9096U, Sumitomo Bakelite Corporation).
  • OVCAR8 cells were cultured in a CO 2 incubator at 37 ° C. for 7 days.
  • the cells were unable to attach to the hydrophilic plate surface and were therefore collected at the bottom of the well, where three-dimensional spheroids were formed.
  • a spheroid having a diameter of about 100 to 200 ⁇ m was obtained.
  • the nanoparticles (Gd-MSN) obtained in Example 1 were added to spheroids and incubated in a CO 2 incubator at 37 ° C. for 24 hours.
  • the amount of nanoparticles (Gd-MSN) added was 10 ng, 20 ng, 50 ng, or 0 ng (ie, control: not added) in terms of weight of Gd atoms.
  • spheroids were collected in Eppendorf tubes and centrifuged at 1500 rpm for 5 minutes. The supernatant was removed, the spheroids were washed with ice-cooled PBS, centrifuged at 1500 rpm for 5 minutes and fixed overnight at 4 ° C. with 4% paraformaldehyde. Spheroids were washed with ice-cooled PBS and treated with 99.8% methanol at ⁇ 80 ° C. for 30 minutes. After washing the spheroids, they were stained with Hoechst 33258 solution in the dark for 30 minutes.
  • Nanoparticles can be detected by Rhodamine B labeling (red fluorescence), and cell nuclei can be detected by Hoechst dye staining (blue color development) and GFP expression (green fluorescence).
  • Rhodamine B labeling red fluorescence
  • Hoechst dye staining blue color development
  • GFP expression green fluorescence
  • FIG. 12 shows an image of spheroids observed under a microscope.
  • the image indicated by “BF” is a bright field image
  • the image indicated by “Nucleus” is the observation result of Hoechst stain (blue)
  • the image indicated by “GFP” is the observation result of fluorescence development (green).
  • the image shown by “Gd-MSN” shows the observation result of fluorescence color development (red).
  • the larger the amount of Gd the wider the range of fluorescence and the higher the intensity.
  • the amount of nanoparticles (Gd-MSN) uptake depended on the amount of nanoparticles used for incubation with spheroids.
  • FIG. 13 is a further result of confocal microscope observation. This figure shows images at various focal planes.
  • the image group indicated by "Nucleus” is the observation result of Hoechst stain (blue)
  • the image group indicated by “GFP” is the observation result of fluorescence development (green)
  • the image group indicated by "Gd-MSN” is fluorescence.
  • the observation result of color development (red) is shown.
  • “Merged” is the result of superimposing the above three images. From this figure, the fluorescence coloration (red) of the nanoparticles (Gd-MSN) overlaps well with the fluorescence coloration (green) of GFP, and this overlap is observed in all focal planes. Therefore, it was shown that the nanoparticles were evenly distributed within the spheroids. It was also shown that the nanoparticles have excellent permeability to spheroids.
  • Test Example 4 Irradiation of Gd-MSN with monochromatic X-rays
  • Irradiation of monochromatic X-rays was performed at the beamline BL14B1 of the large radiation facility SPring-8 in Sayo-cho, Sayo-gun, Hyogo Prefecture, Japan.
  • FIG. 14 shows an outline of the setup of the irradiation device.
  • white X-rays generated from the deflection electromagnet of SPring-8 were guided to an emission position-fixed two-crystal spectroscope having silicon 311 crystals to generate a single-energy X-ray beam (monochromatic X-ray).
  • the SPring-8 storage ring was subjected to an irradiation experiment under operating conditions in a top-up mode in which fluctuations in X-ray intensity over time were negligible due to a constant accumulated current of 100 mA.
  • the X-ray beam was shaped using horizontal and vertical transport channel (TC) slits.
  • the size of the X-ray beam was 1.4 mm in height ⁇ 1.4 mm in width at the position of the sample. This is sufficient to cover a spheroid with dimensions of 0.4 mm x 0.4 mm.
  • the intensity of the X-ray beam was monitored by two ion chambers arranged on the optical axis.
  • FIG. 15 shows an outline of the spheroid sample portion.
  • the spheroid is placed at the bottom of the tube placed in the sample rack.
  • the X-ray absorption profile of gadolinium was first measured.
  • the gadolinium foil (thickness 80 ⁇ m) arranged between the ion chambers was irradiated with monochromatic X-rays having energy directly above and below the absorption edge of gadolinium, and X-ray absorption was examined by the amount of X-rays transmitted through the foil.
  • ⁇ is the linear absorption coefficient of gadolinium
  • t is the thickness of the gadolinium foil
  • I is the transmitted X-ray intensity
  • I 0 is the incident X-ray intensity.
  • FIG. 16 shows the results of the X-ray absorption profile of gadolinium. As shown in this figure, the amount of X-ray absorption increased sharply from about 50.2 keV. It was confirmed that 50.25 keV, which is an intermediate value between the minimum and maximum absorption amounts, corresponds to the K-shell electronic excitation energy of gadolinium. Therefore, monochromatic X-rays having an energy of 50.25 keV were mainly used for irradiating the spheroids.
  • Test Example 5 Irradiation of spheroids with monochromatic X-rays
  • the nanoparticles and spheroids were incubated in the same manner as in Test Example 3 to obtain spheroids incorporating the nanoparticles.
  • the spheroid was placed in a tube and the tube was placed in the sample rack of the X-ray irradiator.
  • the sample rack is installed so that it can be moved on the XYZ stage, and the experimenter can move the sample on the optical axis and irradiate it with X-rays without entering the experimental hatch.
  • the sample rack is set to move and the irradiation position is automatically moved to the next sample, and a series of X-ray irradiation can be performed automatically.
  • a series of X-ray irradiation can be performed automatically.
  • the position of the sample was confirmed using an optical microscope and a laser.
  • monitoring was performed with a CCD camera during X-ray irradiation. Since the energy of X-rays is very high, it was not possible to observe the absorption control of spheroids and tubes with a CCD camera. The sample position was monitored by obtaining a refraction-enhanced X-ray image of the tube.
  • Photon flux at the position of the sample was calculated as 3.11 ⁇ 10 8 using SPECTRA code28 (photons / sec).
  • the spheroids prepared as described above were irradiated with monochromatic X-rays for a predetermined time. After X-ray irradiation, the spheroids were incubated in a CO 2 incubator at 37 ° C. for 3 days, after which the spheroids were observed under a confocal microscope (visible and fluorescent). For comparison, the same operation was performed on the nanoparticles of Comparative Example 1 (MSN not containing Gd).
  • Test Example 6 Effect of irradiation time
  • FIG. 17 shows the observation results of the spheroids obtained by irradiating the spheroids with monochromatic X-rays (50.25 keV) at different irradiation times.
  • the two columns indicated by "Gd-MSN” show the results of the spheroids incubated with the nanoparticles of Example 1 (Gd-MSN), and the two columns indicated by “MSN” are the nanoparticles of Comparative Example 1 (MSN).
  • MSN Comparative Example 1
  • GFP is the fluorescent coloration (green) of GFP-expressing cancer cells
  • Nucleus is the coloration of cell nuclei (blue) by staining with Hoechst stain.
  • the irradiation time is 0 minutes (that is, no irradiation), 10 minutes, 20 minutes, and 60 minutes.
  • the spheroids incubated with Gd-MSN were shattered after 10 minutes of X-ray exposure and no more spheroid debris was observed after 60 minutes of X-ray exposure. In contrast, MSN-incubated spheroids were not destroyed by 60 minutes of X-ray exposure.
  • Test Example 7 Effect of Gd-MSN amount According to Test Example 5, the relationship between the amount of nanoparticles (Gd-MSN) and cell destruction was investigated.
  • FIG. 19 shows the results of irradiating spheroids with monochromatic X-rays (50.25 keV) for a predetermined time by changing the amount of nanoparticles (Gd-MSN).
  • the spheroids incubated with nanoparticles (Gd-MSN) having a Gd amount of 50 ng were completely destroyed after X-ray irradiation, but were incubated with nanoparticles (Gd-MSN) having a Gd amount of 20 ng.
  • Test Example 8 Effect of monochromatic X-ray energy
  • FIG. 20 shows the results of irradiating spheroids with monochromatic X-rays by changing the energy of monochromatic X-rays.
  • Gd-MSN having a Gd amount of 50 ng was used, and the X-ray irradiation time was 20 minutes.
  • the energy of monochromatic X-rays was 50.0 keV, 50.25 keV, or 50.4 keV. This investigated the dependence of X-ray energy on the destruction of spheroids.
  • Test Example 9 Iodine-containing mesoporous silica nanoparticles (I-MSN) for cancer cells
  • I-MSN Iodine-containing mesoporous silica nanoparticles
  • Test Example 3 the incorporation test into spheroids is carried out in the same manner as in Test Example 3 except that I-MSN is used instead of Gd-MSN. This test shows that the nanoparticles are evenly distributed within the spheroids and that the nanoparticles have excellent permeability to the spheroids.
  • Test Example 10 Irradiation of I-MSN with monochromatic X-rays It is confirmed that the K-shell electron excitation energy of iodine atoms corresponds to 33.18 keV by setting up monochromatic X-ray irradiation according to Test Example 4 above. .. In Test Example 5 above, I-MSN is used instead of Gd-MSN, and the energy of monochromatic X-rays is changed to that for iodine atoms (33.18 keV). Irradiate with monochromatic X-rays. Destruction of spheroids is confirmed after X-ray irradiation.

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Abstract

本発明は、多孔性シリカ；および、ガドリニウム原子、ヨウ素原子、金原子、銀原子および白金原子からなる群から選ばれる少なくとも１つの高Ｚ原子、を含む化合物、を含むナノ粒子、並びに、固形がんの治療などに有用な、前記ナノ粒子、および薬学的に許容される担体を含む、放射線治療用医薬組成物、を提供する。

Description

多孔性シリカを含むナノ粒子およびその製造方法、ならびに放射線治療用医薬組成物
　本発明は、ナノ粒子およびその製造方法、ならびに放射線治療用医薬組成物であって、本発明のナノ粒子として、多孔性シリカ；および、ガドリニウム原子、ヨウ素原子、金原子、銀原子および白金原子からなる群から選ばれる少なくとも１つの高Ｚ原子、を含む化合物、を含むナノ粒子、に関する。また、本発明は、当該ナノ粒子または放射線治療用医薬組成物を用いた、固形がんを治療する、または固形がんの増大もしくは増殖を抑制する、ための方法など、に関する。
　現在、放射線治療（特にＸ線治療）はがん治療の主要な方法の一つとして広く用いられている。しかしながら、既存のＸ線は、幅広い波長が含まれているため、皮膚表面でＸ線が吸収されてしまい、がん組織に届きにくいという問題があった。また、放射線治療に用いられるＸ線は、正常な組織へも影響を及ぼし、例えば、皮膚表面でＸ線が吸収されることで皮膚の炎症などの損傷を起こしたり、標的組織の手前にある細胞を損傷したりするという問題もあった。
　一方、特定のエネルギーのＸ線を高Ｚ原子に照射し、オージェ効果によって高Ｚ原子のＫ殻から放出されるオージェ電子をがん治療に適用するアプローチが研究されている（非特許文献１、２）。このアプローチは、光子活性化療法（ＰＡＴ）と呼ばれており、ＤＮＡ損傷、および細胞損傷などの作用について、研究がされてきた。特定のエネルギーのＸ線は、通常のＸ線（連続Ｘ線または白色Ｘ線と呼ばれる）とは異なり、エネルギーの領域が狭いため、人体への影響が少ないと期待され、意図しない副次的、併発的な影響を起こしにくい。すなわち、特定のエネルギーのＸ線であれば、正常な細胞に悪影響を及ぼしにくい可能性がある。しかしながら、オージェ効果を利用した細胞損傷に関する効果についての詳細な報告は依然としてない。
　ここで、ナノ粒子に放射線などの光線を照射し、ナノ粒子から生じる作用を治療などの医学的用途に利用する試みがいくつかなされている（特許文献１～５）。しかしながら、特定の狭いエネルギー領域のＸ線を利用してオージェ効果を誘導するものは見当たらない。
日本国特表２０１２－５２４７９５号 日本国特表２００８－５２８１１４号 日本国特表２０１１－５２４８６６号 日本国特表２０１７－５３８７８３号 日本国特表２００７－５３６３５６号
Martin, R.F. & Feinendegen, L.E. The quest to exploit the Auger effect in cancer radiotherapy - a reflective review. Int. J. Rad. Biol. 92, 617-632 (2016). Yokoya, A. & Ito, T. Photon-induced Auger effect in biological systems. Int. J. Rad. Biol. 93, 743-756 (2017).
　本発明は、固形がんの放射線治療に適した、ナノ粒子およびその製造方法、ならびに放射線治療用医薬組成物、を提供することを目的とする。また、本発明は、ナノ粒子または放射線治療用医薬組成物を用いた、固形がんを治療する、または固形がんの増大もしくは増殖を抑制する、ための方法など、を提供することを目的とする。
　本発明は、下記の実施態様を含むが、これらに限定されるものではない。
［１］　多孔性シリカ；および、
　ガドリニウム原子、ヨウ素原子、金原子、銀原子および白金原子からなる群から選ばれる少なくとも１つの高Ｚ原子、
を含む化合物、を含むナノ粒子（以下、本明細書中、「本発明ナノ粒子」と称し得る）。
［２］　該高Ｚ原子が、前記多孔性シリカの表面または内部に存在している、［１］記載のナノ粒子。
［３］　該高Ｚ原子または該高Ｚ原子を含む基が、前記多孔性シリカに化学結合している、［１］または［２］に記載のナノ粒子。
［４］　該多孔性シリカが、高Ｚ原子または高Ｚ原子を含む基との結合基を含んでいる、［１］～［３］のいずれか１つに記載のナノ粒子。
［５］　該高Ｚ原子または高Ｚ原子を含む基との結合基が、アミノ基、カルボキシ基、またはヒドロキシ基である、［４］記載のナノ粒子。
［６］　該多孔性シリカが、ナノ粒子の凝集の抑制基を含んでいる、［１］～［５］のいずれか１つに記載のナノ粒子。
［７］　該ナノ粒子の凝集の抑制基が、ホスホネート基、スルホネート基、またはカルボキシレート基である、［６］記載のナノ粒子。
［８］　粒子サイズが、直径４０～４００ｎｍである、［１］～［７］のいずれか１つに記載のナノ粒子。
［９］　多孔性シリカがメソポーラスシリカである、［１］～［８］のいずれか１つに記載のナノ粒子。
［１０］　該メソポーラスシリカが、生分解性メソポーラスシリカである、［９］記載のナノ粒子。
［１０－１］　Ｘ線照射用の、［１］～［１０］のいずれか１つに記載のナノ粒子。
［１１］　前記高Ｚ原子のＫ殻電子を励起することができるＸ線が照射される、［１］～［１０］のいずれか１つに記載のナノ粒子。
［１２］　前記Ｘ線が、単色Ｘ線または特性Ｘ線である、［１０－１］または［１１］に記載のナノ粒子。
［１３］　［１］～［１２］のいずれか１つに記載のナノ粒子、および薬学的に許容される担体を含む、放射線治療用医薬組成物（以下、本明細書中、「本発明の放射線治療用医薬組成物」と称し得る）。
［１４］　照射用の放射線としてＸ線が照射される、［１３］記載の放射線治療用医薬組成物。
［１５］　固形がんを治療する、または固形がんの増大もしくは増殖を抑制する、ための、［１３］または［１４］に記載の放射線治療用医薬組成物。
［１６］　固形がんが、脳腫瘍、肺がん、卵巣がん、消化器系がん、骨肉腫、または頭頚部がんである、［１５］記載の放射線治療用医薬組成物。
［１７］　被験者の体内に取り込まれた、［１］～［１２］のいずれか１つに記載のナノ粒子、または［１３］～［１６］のいずれか１つに記載の放射線治療用医薬組成物に、Ｘ線を照射して、がん細胞を破壊することを含む、固形がんを治療する、または固形がんの増大もしくは増殖を抑制する、ための方法（以下、本明細書中、「本発明の方法」と称し得る）。
［１８］　［１］～［１２］のいずれか１つに記載のナノ粒子を製造する方法であって、
　（ａ）多孔性シリカを形成するための前駆体物質に、ヨウ素原子を含む物質を加えて、多孔性シリカの構造の内部にヨウ素原子を封入させる工程；
および、
　（ｂ）多孔性シリカを形成するための前駆体物質に、ガドリニウム原子を含む化合物と結合するための基またはその前駆体基を含む物質を加えて、多孔性シリカに該ガドリニウム原子を含む化合物との結合基またはその前駆体基を含有させ、その後、該ガドリニウム原子を含む化合物との結合基または該前駆体基からの誘導基を介して、多孔性シリカにガドリニウム原子を含む化合物を化学結合させる工程、
から選択される工程の少なくとも１つを含む、ナノ粒子の製造方法（以下、本明細書中、「本発明の製造方法」と称し得る）。
［１８－１］　［１］～［１２］のいずれか１つに記載のナノ粒子を製造する方法であって、
　多孔性シリカを形成するための前駆体物質に、ヨウ素原子を含む物質、および、ガドリニウム原子を含む化合物と結合するための基またはその前駆体基を含む物質、を加えて、多孔性シリカの構造の内部にヨウ素原子を封入させるとともに、該多孔性シリカに該ガドリニウム原子を含む化合物との結合基またはその前駆体基を含有させ、その後、該ガドリニウム原子を含む化合物との結合基または該前駆体基からの誘導基を介して、多孔性シリカにガドリニウム原子を含む化合物を化学結合させる工程を含む、ナノ粒子の製造方法。
［１９］　Ｘ線が、高Ｚ原子のＫ殻電子励起エネルギーＥに対して、Ｅ－０．０３ｋｅＶ以上、Ｅ＋０．５ｋｅＶ以下の範囲にスペクトルピークを有するＸ線である、［１１］または［１２］に記載のナノ粒子、または［１４］記載の放射線治療用医薬組成物、または、［１７］に記載の方法。
［２０］　Ｘ線が、５０．２５ｋｅＶまたは５０．４０ｋｅＶのエネルギーを含む単色Ｘ線であり、そして、高Ｚ原子が、ガドリニウム原子である；
または、
　Ｘ線が、３３．２０ｋｅＶのエネルギーを含む単色Ｘ線であり、そして、高Ｚ原子が、ヨウ素原子である、
［１１］または［１２］に記載のナノ粒子、または［１４］記載の放射線治療用医薬組成物、または、［１７］に記載の方法。
［２１］　Ｘ線が、前記高Ｚ原子のＫ殻電子を励起することができるエネルギーおよび／または波長を有する単色Ｘ線または特性Ｘ線である、［１１］または［１２］に記載のナノ粒子、または［１４］記載の放射線治療用医薬組成物、または、［１７］に記載の方法。
［２２］　固形がんの治療、または固形がんの増大もしくは増殖の抑制のために使用する、［１］～［１２］のいずれか１つに記載のナノ粒子または［１３］～［１５］のいずれか１つに記載の放射線治療用医薬組成物。
［２３］　固形がんの治療、または固形がんの増大もしくは増殖の抑制のための医薬の製造における、［１］～［１２］のいずれか１つに記載のナノ粒子または［１３］～［１５］のいずれか１つに記載の放射線治療医薬組成物の使用。
　本発明によれば、固形がんの放射線治療に適した、ナノ粒子およびその製造方法、ならびに放射線治療用医薬組成物、であって、本発明のナノ粒子として、多孔性シリカ；および、ガドリニウム原子、ヨウ素原子、金原子、銀原子および白金原子からなる群から選ばれる少なくとも１つの高Ｚ原子、を含む化合物、を含むナノ粒子を提供することができる。また、本発明によれば、当該ナノ粒子または当該放射線治療用医薬組成物を用いた、固形がんを治療する、または固形がんの増大もしくは増殖を抑制する、ための方法など、を提供することができる。
実施例１のナノ粒子（Ｇｄ－ＭＳＮ）のＳＥＭ画像である。 実施例１のナノ粒子（Ｇｄ－ＭＳＮ）のＴＥＭ画像である。 実施例１のナノ粒子（Ｇｄ－ＭＳＮ）のＦＴ－ＩＲの測定結果である。 実施例１のナノ粒子（Ｇｄ－ＭＳＮ）の熱重量分析（ＴＧＡ）の測定結果である。 実施例１のナノ粒子（Ｇｄ－ＭＳＮ）の窒素の吸着／脱着の測定結果である。 実施例１のナノ粒子（Ｇｄ－ＭＳＮ）の細孔径分布の結果である。 実施例１のナノ粒子（Ｇｄ－ＭＳＮ）のゼータ電位の測定結果である。 実施例１のナノ粒子（Ｇｄ－ＭＳＮ）および比較例１のナノ粒子（ＭＳＮ）のＳＴＥＭ－ＥＤＸ画像のマッピングである。 超音波処理後の、実施例１のナノ粒子（Ｇｄ－ＭＳＮ）のＳＴＥＭ－ＥＤＸ画像である。 実施例１のナノ粒子（Ｇｄ－ＭＳＮ）で処理したがん細胞の顕微鏡観察の結果である。 実施例１のナノ粒子（Ｇｄ－ＭＳＮ）の細胞毒性試験の結果である。 実施例１のナノ粒子（Ｇｄ－ＭＳＮ）で処理した腫瘍スフェロイドの顕微鏡観察の結果である。 実施例１のナノ粒子（Ｇｄ－ＭＳＮ）で処理した腫瘍スフェロイドの顕微鏡観察のさらなる結果である。 単色Ｘ線照射装置のセットアップの概要である。 単色Ｘ線照射装置における、腫瘍スフェロイド試料部分の概要である。 ガドリニウムのＸ線吸収プロファイルである。 実施例１のナノ粒子（Ｇｄ－ＭＳＮ）または比較例１のナノ粒子（ＭＳＮ）で処理した腫瘍スフェロイドに対して単色Ｘ線を照射した後の、腫瘍スフェロイドの顕微鏡観察の結果（Ｘ線照射時間の影響）である。 実施例１のナノ粒子（Ｇｄ－ＭＳＮ）で処理した腫瘍スフェロイドに対して単色Ｘ線を照射した後の、腫瘍スフェロイドの顕微鏡観察の結果（細胞破壊の経時的な挙動）である。 実施例１のナノ粒子（Ｇｄ－ＭＳＮ）で処理した腫瘍スフェロイドに対して単色Ｘ線を照射した後の、腫瘍スフェロイドの顕微鏡観察の結果（Ｇｄ－ＭＳＮ量の影響）である。 実施例１のナノ粒子（Ｇｄ－ＭＳＮ）または比較例１のナノ粒子（ＭＳＮ）で処理した腫瘍スフェロイドに対して単色Ｘ線を照射した後の、腫瘍スフェロイドの顕微鏡観察の結果（単色Ｘ線のエネルギーの影響）である。
ナノ粒子
　本発明の一態様によれば、本発明は、ある特定のナノ粒子に関するものであり、本発明ナノ粒子は、多孔性シリカ；および、ガドリニウム原子、ヨウ素原子、金原子、銀原子および白金原子からなる群から選ばれる少なくとも１つの高Ｚ原子、を含む化合物、を含む。
　本発明の一実施態様によれば、本発明のナノ粒子は、多孔性シリカおよび前記高Ｚ原子を含む化合物からなるナノ粒子であってもよい。
　多孔性シリカは、二酸化ケイ素（シリカ：ＳｉＯ２）を主成分とした、多数の細孔を有する物質である。多孔性シリカは、粒子の形態であってよい。多孔性シリカは、本発明のナノ粒子を構成する成分の主成分を構成し得る。多孔性シリカは、細孔により比表面積が大きくなり、高Ｚ原子を効率よく保持できる。多孔性シリカは、ナノ分子あるいはナノ高分子であってよい。ナノ分子とは、ナノサイズの分子を意味し、ナノ高分子とは、ナノサイズの高分子を意味する。多孔性シリカのナノ分子では、二酸化ケイ素の分子が多孔性シリカを構成し得る。また、多孔性シリカは、ナノ担体であってもよい。ナノ担体とは、ナノサイズの担体を意味する。多孔性シリカのナノ担体は、高Ｚ原子を保持するための支持体および／または基材として機能し得る。本明細書において、ナノサイズは、通常、１０ｎｍ以上、５００ｎｍ以下を指し、好ましいナノサイズは、４０ｎｍ以上、４００ｎｍ以下である。
　本発明ナノ粒子は、高Ｚ原子を有している。高Ｚ原子は、ガドリニウム原子（Ｇｄ）、ヨウ素原子（Ｉ）、金原子（Ａｕ）、銀原子（Ａｇ）および白金原子（Ｐｔ）からなる群から選ばれる１つ以上の原子である。高Ｚ原子とは、原子番号の比較的大きな原子を意味する。本明細書において、高Ｚ原子とは、原子番号４７以上の原子を表す。具体的には、前記高Ｚ原子における原子番号は、Ｇｄが６４、Ｉが５３、Ａｕが７９、Ａｇが４７、Ｐｔが７８、である。上記の高Ｚ原子は、原子のＫ殻電子を励起させることができるＸ線を調整しやすく、オージェ効果が得やすいという利点がある。
　ここで、「オージェ効果」とは、エネルギーを得て励起した原子がもとの基底状態に遷移するとき、余ったエネルギーを放出するかわりに、原子内の電子に与えて電子を放出する現象を言う（例えば、P. Auger: Sur les rayons β secondaires produits dans un gaz par des rayons Ｘ, C.R.A.S. 177 (1923) 169-171、およびAuger, P. (1975) Surface Science 48, 1-8を参照）。また、「オージェ電子」とは、オージェ効果によって放出された電子を意味する。詳しく言うと、Ｘ線照射によりＫ殻電子が放出され、それにより形成された空隙を埋めるためにＬ殻またはＭ殻から電子が移行する。このときに生じたエネルギーは他の電子に与えられ放出される。本発明では、高Ｚ原子のＫ殻電子を励起するエネルギーによるオージェ効果を利用することができる。
　本発明ナノ粒子において、高Ｚ原子が、多孔性シリカの表面または内部に存在していることが好ましい。好ましい一実施態様において、高Ｚ原子は、多孔性シリカの表面に存在する。好ましい別の実施態様において、高Ｚ原子は、多孔性シリカの内部に存在する。好ましい他の実施態様において、高Ｚ原子は、多孔性シリカの表面および内部の両方に存在する。高Ｚ原子が多孔性シリカの表面または内部に存在することで、Ｘ線照射によるオージェ効果を得やすくなる。
　高Ｚ原子は、多孔性シリカと結合していてよい。高Ｚ原子が多孔性シリカと結合していることで、高Ｚ原子が多孔性シリカに強く保持され得る。好ましい一実施態様では、高Ｚ原子または高Ｚ原子を含む基が、多孔性シリカに化学結合している。高Ｚ原子と多孔性シリカとの結合が化学結合であることで、高Ｚ原子がより強く保持され得る。高Ｚ原子と多孔性シリカとの結合の形態は、高Ｚ原子が直接多孔性シリカに結合しているものであってもよいし、あるいは、高Ｚ原子が他の基を介して多孔性シリカに結合していてもよい。化学結合の形態は、共有結合、イオン結合、金属結合、水素結合、などであってよい。
　多孔性シリカは、高Ｚ原子または高Ｚ原子を含む基との結合基を含んでいてもよい。好ましい特定の実施態様では、多孔性シリカが、高Ｚ原子または高Ｚ原子を含む基との結合基を含んでいる。この実施態様においては、高Ｚ原子は、少なくとも多孔性シリカの結合基を介して、多孔性シリカに結合する。多孔性シリカの結合基は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）以外の成分で構成される官能基であってよい。結合基は、アミノ基、カルボキシ基、またはヒドロキシ基であることが好ましく、アミノ基がより好ましい。多孔性シリカが結合基を含む実施態様においては、高Ｚ原子が、ガドリニウム原子であることが好ましい。それにより、多孔性シリカと高Ｚ原子との結合を容易に得ることができる。例えば、ガドリニウム原子は、好ましくは、ガドペンテト酸（Ｇｄ（ＩＩＩ）ＤＴＰＡ）の一部として存在し、ガドペンテト酸が、多孔性シリカ上のアミノ基と結合することにより、Ｇｄの原子が多孔性シリカに導入される。なお、ＤＴＰＡは、ジエチレントリアミン五酢酸（diethylenetriaminepentaacetic Acid）を意味する。ガドペンテト酸の化学構造を下記に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
 　ガドペンテト酸においては、Ｇｄ３＋とＤＴＰＡのイオンとが錯体を形成している。このため、ＤＴＰＡの酸（イオン化していないカルボン酸）とアミノ基とが縮合し、ガドリニウム原子はイオン化した状態（具体的にはＧｄ３＋）でナノ粒子に存在し得る。結合基は、多孔性シリカの表面に存在することが好ましい。ガドリニウム原子は、好ましくは、多孔性シリカの表面に存在する。
　多孔性シリカは、高Ｚ原子または高Ｚ原子を含む基との結合基を含まなくてもよい。好ましい特定の態様では、多孔性シリカは、高Ｚ原子または高Ｚ原子を含む基との結合基を含まない。高Ｚ原子または高Ｚ原子を含む基は、直接、多孔性シリカと結合する。
　高Ｚ原子が、ヨウ素原子である場合、多孔性シリカは、結合基を含まなくてもよい。例えば、ヨウ素原子は、好ましくは、ヨウ化アルキル基の一部として存在し、ヨウ化アルキル基が、多孔性シリカを構成するケイ素（Ｓｉ）と結合することにより、ヨウ素原子（Ｉ）が多孔性シリカに導入され得る。ヨウ化アルキル基としては、例えば、ヨウ化プロピル基が挙げられる。ヨウ素原子は、多孔性シリカの原料としてヨウ素原子を有するシラン化合物を用いることにより導入され得る。このため、ヨウ素原子は、多孔性シリカと共有結合を介して結合され得る。ヨウ素原子は、好ましくは、多孔性シリカの内部に存在する。
　高Ｚ原子においては、ガドリニウム原子およびヨウ素原子が特に好ましい。ガドリニウム原子は、磁気共鳴画像診断（ＭＲＩ）の造影剤としても使用することができる。したがって、ガドリニウム原子では、造影剤と、オージェ効果を発するＸ線照射剤とを兼ねることが可能である。例えば、がんの診断を行いながら、がんを治療することもできる。また、ヨウ素原子は、Ｋ殻電子を励起するエネルギーが他の高Ｚ原子よりも低く、より低いエネルギーのＸ線を用いることができるというメリットがある。
　本発明ナノ粒子は、複数の種類の高Ｚ原子を含んでいてもよい。例えば、ナノ粒子は、ガドリニウム原子とヨウ素原子とを含有し得る。また、好ましい特定の態様では、一の種類の高Ｚ原子が多孔性シリカの内部に存在するとともに、他の種類の高Ｚ原子が多孔性シリカの表面に存在する。具体的には、例えば、好ましい特定の実施態様では、多孔性シリカの内部にヨウ素原子が存在し、多孔性シリカの表面にガドリニウム原子が存在する。上記で説明したように、例えば、ヨウ素原子は、ヨウ化アルキル基を介して多孔性シリカに導入することができ、また、ガドリニウム原子は、ガドペンテト酸とアミノ基との結合により多孔性シリカに導入することができる。複数種類の高Ｚ原子を含む場合、利用価値が高まる可能性がある。例えば、ヨウ素原子とガドリニウム原子の両方を含む場合、ガドリニウム原子による造影を行いながら、ヨウ素原子にＸ線を照射してオージェ効果を発することができる。したがって、診断と放射線治療とを同時に行うことがより可能になる。複数の種類の高Ｚ原子の組み合わせは、ガドリニウム原子とヨウ素原子との組み合わせに限らない。ナノ粒子が複数の種類の高Ｚ原子を含む場合、そのうちの少なくとも１つは表面に存在し、他の１つは内部に存在することが好ましい。
　多孔性シリカは、ナノ粒子同士が互いに凝集するのを抑制する基（本明細書中、「ナノ粒子の凝集の抑制基」と呼称し得る）を含んでいてもよい。好ましい特定の実施態様では、多孔性シリカは、ナノ粒子の凝集の抑制基を含んでいる。ナノ粒子は、凝集を起こす場合があるが、ナノ粒子の凝集の抑制基によって、ナノ粒子の凝集が抑制され得る。ナノ粒子が凝集すると、細胞への取り込み性が低下したり、製剤化が困難になるなどの、種々の不利益が生じ得るが、ナノ粒子の凝集の抑制基によって、その不利益を軽減または除去することが可能になる。ナノ粒子の凝集の抑制基は、多孔性シリカの表面に存在することが好ましい。それにより、凝集を効率よく抑制することができる。ナノ粒子の凝集の抑制基としては、これに限定されるものではないが、例えば、ホスホネート基、スルホネート基、またはカルボキシレート基が挙げられ、好ましくはホスホネート基が挙げられる。これらのナノ粒子の凝集の抑制基は、ナノ粒子の凝集を効率よく抑制できる。例えば、ナノ粒子表面をマイナスに帯電させて、凝集を抑制することができ、さらに分散性をも高めることができる。なお、他の態様では、多孔性シリカは、ナノ粒子の凝集の抑制基を含んでいない。
　本発明ナノ粒子は、粒子サイズが、直径４０～４００ｎｍであることが好ましい。このような粒子サイズによって、ナノ粒子が細胞に取り込まれやすくなる。粒子サイズは、本明細書においては、電子顕微鏡（好ましくは透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ））観察により測定することができる。ここで、１粒子の粒径は、その粒子の最も長い対角線に沿った長さを採用する。平均粒径を求める場合、所定の個数、例えば、１００個のナノ粒子の粒径の平均から求めることができる。ナノ粒子の粒子サイズは、直径５０～３００ｎｍであることがより好ましい。このため、ナノ粒子の平均粒径は、４０～４００ｎｍが好ましく、５０～３００ｎｍであることがより好ましい。
　好ましい一実施態様では、多孔性シリカは、メソポーラスシリカである。メソポーラスシリカは、細孔径（細孔の直径）が通常２～５０ｎｍの細孔を多数有している。メソポーラスシリカは、比表面積がより大きくなり、高Ｚ原子をさらに効率よく保持できる。また、メソポーラスシリカは、後述するように、細胞への取り込みがされやすいという利点がある。本明細書において述べられた多孔性シリカは、特に断らない限り、全てメソポーラスシリカに置き換えることが可能である。
　好ましい特定の実施態様では、メソポーラスシリカは、生分解性メソポーラスシリカであってもよい。生分解性メソポーラスシリカは、生体内において時間の経過とともに分解することができる。分解の機序は、酵素反応によるものなどが挙げられる。生分解性メソポーラスシリカでは、ナノ粒子を体内で分解させてその成分を排出することができ、より安全に治療等を行うことが可能になる。生分解性メソポーラスシリカは、生分解性の構造を有するシラン化合物を原料として用いることにより得ることができる。生分解性の構造としては、例えば、Ｓ－Ｓおよび／またはＳ－Ｓ－Ｓ－Ｓで表される結合が挙げられる。例えば、ビス［３－（トリエトキシシリル）プロピル］テトラスルフィドは、２つのＳｉの間にＳ－Ｓ－Ｓ－Ｓ結合を有するシラン化合物であり、この化合物がメソポーラスシリカの構造に取り込まれると、２つのＳｉの間にＳ－Ｓ－Ｓ－Ｓ結合を含む構造がメソポーラスシリカに形成され得る。Ｓ－ＳおよびＳ－Ｓ－Ｓ－Ｓは結合力が比較的弱く、そのため生分解しやすい。
　高Ｚ原子の多孔性シリカに対する割合（高Ｚ原子／多孔性シリカ）は、特に限定されるものではないが、例えば、重量比で、０．００１～１の範囲内であってよく、さらに、この割合は、０．０１～０．５であることが好ましく、０．０５～０．２であることがより好ましい。この割合（高Ｚ原子／多孔性シリカ）は、０．０８以上が特に好ましい。ここで、高Ｚ原子の重量は、ナノ粒子中の高Ｚ原子を誘導結合プラズマ発光分光（ＩＣＰ－ＡＥＳ）で分析することにより得ることができる。
　また、高Ｚ原子の多孔性シリカに対する割合（高Ｚ原子／多孔性シリカ）は、モル比において、規定することも可能であり、そのモル比（例えば、Ｇｄ／Ｓｉ）は、上記の重量比から算出することができる。
　本発明ナノ粒子は、Ｘ線照射のために用いることができる。ナノ粒子は、好ましくは、高Ｚ原子のＫ殻電子を励起することができるＸ線が照射され得る。Ｘ線は、単色Ｘ線または特性Ｘ線であることが好ましい。ナノ粒子へのＸ線照射の詳細は、後述する。
ナノ粒子の製造方法
　本発明の一態様によれば、本発明は、前述のナノ粒子の製造方法に関する。本発明ナノ粒子の製造方法は、好ましい実施態様において、
　（ａ）多孔性シリカを形成するための前駆体物質に、ヨウ素原子を含む物質を加えて、多孔性シリカの構造の内部にヨウ素原子を封入させる工程；
および、
　（ｂ）多孔性シリカを形成するための前駆体物質に、ガドリニウム原子を含む化合物と結合するための基またはその前駆体基を含む物質を加えて、多孔性シリカに該ガドリニウム原子を含む化合物との結合基またはその前駆体基を含有させ、その後、該ガドリニウム原子を含む化合物との結合基または該前駆体基からの誘導基を介して、多孔性シリカにガドリニウム原子を含む化合物を化学結合させる工程、
から選択される工程の少なくとも１つを含む。
　まず、多孔性シリカの一般的な合成について述べる。
　多孔性シリカを形成するための前駆体物質としては、例えば、シラン化合物が挙げられる。本明細書において、シラン化合物とは、ケイ素原子（Ｓｉ）に有機基が結合した化合物を意味する。前駆体物質は、多孔性シリカ（特にメソポーラスシリカ）の原料物質として知られているものを使用することができる。前駆体物質としては、特に限定されるものではないが、例えば、アルコキシシラン、およびアルキルアルコキシシランなどが挙げられる。前駆体物質を反応させて、縮合させることによって、多孔性シリカを形成することができる。前駆体物質としては、具体的には、テトラアルコキシシランを用いることができ、例えば、テトラエトキシシラン（別名：テトラエチルオルトケイ酸、化学式：Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４、略称：ＴＥＯＳ）などが挙げられるが、これに限定されるものではない。
　また、機能性の官能基（例えば、アミノ基、ホスホネート基、カルボキシ基、カルボキシ基、ヒドロキシ基、スルホネート基、カルボキシレート基など；好ましくは、アミノ基、ホスホネート基など）を導入したシラン化合物を前駆体物質として用いることもできる。その場合、機能性の官能基で修飾された多孔性シリカを得ることができる。
　ここで、本明細書において、アルキルは、通常、脂肪族鎖アルキル基（例えば、Ｃ１－８アルキル、好ましくはＣ１－６アルキル、より好ましくはＣ１－３アルキル）であり、例えば、メチル、エチル、プロピル（ｎ－プロピル、イソプロピルを含む）、ブチル（ｎ－ブチル、ｔｅｒｔ－ブチル、ｓｅｃ－ブチルを含む）、ヘキシル、へプチルが挙げられる。
　本明細書において、アルコキシは、通常、Ｃ１－８アルキルオキシ、好ましくはＣ１－６アルコキシ、より好ましくはＣ１－３アルコキシであり、例えば、メトキシ、エトキシ、プロポキシ（ｎ－プロポキシ、イソプロポキシを含む）、ブトキシ（ｎ－ブトキシ、ｔｅｒｔ－ブトキシ、ｓｅｃ－ブトキシを含む）、ヘキシルオキシ、およびへプチルオキシが挙げられる。
　多孔性シリカは、商業的に入手することができるか、あるいは公知の製造方法（例えば、ゾル－ゲル法）によって製造することができる。多孔性シリカ（特にメソポーラスシリカ）の製造においては、通常、細孔（特にメソ孔）を形成するための化合物（いわゆるテンプレート、以下「テンプレート化合物」ともいう）を用いることができる。上記前駆体物質の反応の際に、テンプレート化合物を混合しておくと、テンプレート化合物が取り込まれたシリカが形成される。そして、このシリカからテンプレート化合物を除去することにより、テンプレートの部分が空洞に置き換えられてシリカに複数の細孔が発生し、多孔性シリカが形成される。
　テンプレート化合物としては、特に限定されるものではないが、例えば、セチルトリメチルアンモニウムブロミド（ＣＴＡＢ、化学式：Ｃ１６Ｈ３３Ｎ（ＣＨ３）３Ｂｒ）、およびセチルトリメチルアンモニウムクロリド（ＣＴＡＣ、化学式：Ｃ１６Ｈ３３Ｎ（ＣＨ３）３Ｃｌ）、などが挙げられる。
　多孔性シリカは、複数の－Ｓｉ－Ｏ－が繋がった三次元ネットワーク構造を有する。
　多孔性シリカの合成は、通常、溶媒中で行うことができる。溶媒としては、水、および有機溶媒、およびそれらの２つ以上の混合物を用いることができる。有機溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、などから選ばれる１つ以上の溶媒が挙げられるが、これに限定されるものではない。
　本発明ナノ粒子は、上記のような一般的な多孔性シリカの合成を、工程（ａ）および／または工程（ｂ）を経る方法に修正することによって、製造することができる。本発明ナノ粒子は、工程（ａ）により（工程（ｂ）を経ずに）製造することもでき、また、工程（ｂ）により（工程（ａ）を経ずに）製造することもでき、あるいは、工程（ａ）と（ｂ）の両方により製造することもできる。
　工程（ａ）は、ヨウ素原子を含むナノ粒子の製造に適している。工程（ａ）では、ヨウ素原子を含む物質を用いることができる。ヨウ素原子を含む物質は、限定されるものではないが、好ましくは、ヨウ化されたシラン化合物である。ヨウ化されたシラン化合物としては、例えば、ヨウ化アルキルアルコキシシラン化合物が挙げられる。具体的には、例えば、（３－ヨードプロピル）トリメトキシシランを用いることができるが、これに限定されない。（３－ヨードプロピル）トリメトキシシランの化学構造を下記に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
 　上述したように、多孔性シリカは、テンプレート化合物（例えばＣＴＡＢ）の存在下、シラン化合物（例えばＴＥＯＳ）を縮合させることによって得ることができる。この反応にヨウ化されたシラン化合物（例えば（３－ヨードプロピル）トリメトキシシラン）が加えられると、ヨウ化されたシラン化合物は、多孔性シリカの前駆体物質であるシラン化合物が縮合する際、そのシラン化合物の縮合構造の中に取り込まれる。シラン化合物同士が結合するためである（－Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ－構造の形成）。こうして、多孔性シリカの構造の内部にヨウ素原子が封入される。例えば、ヨウ素原子（Ｉ）は、プロピレン基（－（ＣＨ２）３－）を介して、多孔性シリカ中のケイ素（Ｓｉ）と結合し得る。
　ここで、多孔性シリカの前駆体物質であるシラン化合物の縮合反応の途中から、ヨウ化されたシラン化合物を加えてもよい。それにより、多孔性シリカの中心部分よりも外側部分にヨウ素原子をより多く存在させることが可能になる。ヨウ素原子が多孔性シリカの外側部分に存在すると、Ｘ線照射によるオージェ電子の発生をより効率的に行うことができる。
　工程（ｂ）は、ガドリニウム原子を含むナノ粒子の製造に適している。工程（ｂ）では、ガドリニウム原子を含む化合物を用いることができる。ガドリニウム原子を含む化合物は、これに限定されるものではないが、例えば、ガドペンテト酸を用いることができる。そして、多孔性シリカの合成の際に、ガドリニウム原子を含む化合物と結合するための基またはその前駆体基を含む物質を用いる。ガドリニウム原子を含む化合物と結合するための基は、これに限定されるものではないが、例えば、アミノ基（－ＮＨ２）を用いることができる。アミノ基は、ガドペンテト酸の酸部分と縮合反応（アミド化）して結合を形成することができる。また、上記の前駆体基とは、ガドリニウム原子を含む化合物と結合する基に誘導化できる基である。例えば、アミノ基に誘導化できる基（保護基が付いたアミノ基など）であってよい。ガドリニウム原子を含む化合物と結合するための基またはその前駆体基を含む物質としては、例えば、アミノ基を有するシラン化合物が挙げられる。アミノ基を有するシラン化合物としては、例えば、アミノアルキルトリアルコキシシランが挙げられる。具体的には、３－アミノプロピルトリエトキシシランを挙げることができるが、これに限定されない。３－アミノプロピルトリエトキシシランの化学構造を下記に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
 　上述したように、多孔性シリカは、テンプレート化合物の存在下、シラン化合物を縮合させることによって得ることができる。この反応にガドリニウム原子を含む化合物（例えばガドペンテト酸）と結合するための基またはその前駆体基を含むシラン化合物（例えば３－アミノプロピルトリエトキシシラン）が加えられると、当該シラン化合物は、多孔性シリカの前駆体物質であるシラン化合物が縮合する際、そのシラン化合物の縮合構造の中に取り込まれる。シラン化合物同士が結合するためである（－Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ－構造の形成）。こうして、多孔性シリカに、ガドリニウム原子を含む化合物との結合基（例えばアミノ基）またはその前駆体基を含有させることができる。
　ここで、多孔性シリカの前駆体物質であるシラン化合物の縮合反応をある程度進行させた後、上記のシラン化合物を加えることが好ましい。それにより、多孔性シリカの外部表面に、ガドリニウム原子を含む化合物との結合が可能な基をより多く存在させることが可能になる。その場合、ガドリニウム原子を含む化合物をシラン化合物に結合させやすくすることができる。
　そして、その後、ガドリニウム原子を含む化合物との結合基または該前駆体基からの誘導基を介して、多孔性シリカにガドリニウム原子を含む化合物を化学結合させる。具体的には、例えば、ガドリニウム原子を含む化合物との結合基または該前駆体基からの誘導基がアミノ基である場合、ガドペンテト酸を用いることによって、ガドペンテト酸を前記アミノ基に化学結合させて、ガドリニウム原子を多孔性シリカに結合させることができる。
　工程（ａ）と工程（ｂ）の両方を用いて、ナノ粒子を製造することもできる。その場合、ヨウ素原子とガドリニウム原子の両方を含むナノ粒子を得ることができる。例えば、多孔性シリカを形成するための前駆体物質に、ヨウ素原子を含む物質、および、ガドリニウム原子を含む化合物と結合するための基またはその前駆体基を含む物質、を加えることができる。これにより、多孔性シリカの構造の内部にヨウ素原子を封入させるとともに、該多孔性シリカに該ガドリニウム原子を含む化合物との結合基またはその前駆体基を含有させることができる。その後、該ガドリニウム原子を含む化合物との結合基または該前駆体基からの誘導基を介して、多孔性シリカにガドリニウム原子を含む化合物を化学結合させることができる。工程（ａ）および（ｂ）の両方を適用した方法において、反応に用いる物質および化合物は、工程（ａ）および工程（ｂ）で説明したものと同じものを使用することができる。
　工程（ａ）は、多孔性シリカの内部に高Ｚ原子を存在させることに適している。一方、工程（ｂ）は、多孔性シリカの表面に高Ｚ原子を存在させることに適している。もちろん、工程（ａ）および工程（ｂ）以外の方法によって、上記のナノ粒子を製造してもよい。例えば、金原子、銀原子および白金原子は、上記とは別の方法で多孔性シリカに取り込まれ得る。例えば、金原子に関しては、金クラスターとタンパクとの結合体を多孔性シリカの表面に結合させる方法を発明者らは開発しており（Croissant, JG et al, Journal of Controlled Release 229 (2016) 183-191）、この方法を用いることができる。また、酸化鉄のナノクリスタルを多孔性シリカナノ粒子の中に封入する方法も開発しており、(Liong, M et al., ACS NANO vol.2 (2008), 889-896）、この方法を金原子または銀原子（場合により白金原子）をナノ粒子に含有させることに用いることができる。もちろん、これ以外の方法が用いられてもよい。
　上述したように、多孔性シリカの合成反応の際に、機能性の官能基を有するシラン化合物を加えると、機能性の官能基を有する多孔性シリカを形成することができる。この方法により、例えば、ホスホネート基を有するシラン化合物を用いることで、ホスホネート基を多孔性シリカに導入することができる。具体的には、例えば、これに限定されるものではないが、ホスホネート基を有するシラン化合物として、３－（トリヒドロキシシリル）プロピルメチルホスホネートモノナトリウムが挙げられる。ホスホネート基の導入により、ナノ粒子の凝集を抑制することができる。３－（トリヒドロキシシリル）プロピルメチルホスホネートモノナトリウムの化学構造を下記に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
 　ここで、多孔性シリカの前駆体物質であるシラン化合物の縮合反応をある程度進行させた後、ホスホネート基を有するシラン化合物を加えることが好ましい。それにより、多孔性シリカの外部表面に、ホスホネート基をより多く存在させることが可能になる。その場合、ナノ粒子の凝集の抑制効果を高めることができる。
　また、多孔性シリカ（好ましくはメソポーラスシリカ）の合成反応の際に、生分解性の構造を有するシラン化合物を加えることもできる。その場合、生分解性を有する多孔性シリカ（好ましくは生分解性メソポーラスシリカ）を形成することができる。生分解性の構造を有するシラン化合物としては、これに限定されるものではないが、Ｓ－ＳまたはＳ－Ｓ－Ｓ－Ｓ結合を分子内に有する化合物、例えば、ビス［３－（トリエトキシシリル）プロピル］テトラスルフィド（Bis[3-(triethoxysilyl)propyl]tetrasulfide）などを挙げることができる。ビス［３－（トリエトキシシリル）プロピル］テトラスルフィドは、（Ｃ２Ｈ５Ｏ）３－Ｓｉ－Ｃ３Ｈ６－Ｓ－Ｓ－Ｓ－Ｓ－Ｃ３Ｈ６－Ｓｉ－（Ｃ２Ｈ５Ｏ）３、で構造が表され、２つのＳｉの間にＳ－Ｓ－Ｓ－Ｓ結合を有する。
　また、多孔性シリカ（好ましくはメソポーラスシリカ）の合成反応の際に、蛍光標識されたシラン化合物を加えることもできる。その場合、蛍光標識化された多孔性シリカ（好ましくはメソポーラスシリカ）を形成することができる。具体的には、例えば、ローダミンＢイソチオシアネートなどの蛍光標識化合物で標識化することができる。ローダミンＢイソチオシアネートは、例えば、アミノ基を介して導入することができる。ナノ粒子が、蛍光標識されると、生物学的実験等において有効である。
ナノ粒子へのＸ線照射、および、がん細胞破壊
　本発明の一態様によれば、本発明は、前述のナノ粒子へのＸ線照射、およびそれに起因するがん細胞破壊に関する。本発明ナノ粒子は、Ｘ線照射に適している。Ｘ線は、具体的には、高Ｚ原子を標的として照射され得る。高Ｚ原子のＫ殻電子を励起することができるＸ線を照射することで、高Ｚ原子からオージェ電子を放出させることができる。
　一般に、オージェ電子は、ＤＮＡおよび他の細胞成分にダメージを与える可能性がある。上記の高Ｚ原子はオージェ電子の放出に適している。しかしながら、オージェ電子が到達する範囲は限られており、これまでの研究では、オージェ電子による細胞破壊効果は十分な実証が得られていなかった。本発明は、高Ｚ原子と多孔性シリカとを組み合わせたところに利点がある。
　本発明ナノ粒子は、細胞、特にがん細胞に容易に取り込まれやすいという特徴がある。ナノ粒子を細胞に接触させると、ナノ粒子が細胞内に入り込むことが確認されている。仮説によると、細胞の取り込みは、エンドソーム小胞を含むエンドサイトーシス機構の使用によるものであり、この小胞輸送により、細胞核に隣接して局在するリソソームにナノ粒子が送達され得る。もちろん、本発明はこの仮説によって限定されない。したがって、本発明ナノ粒子によれば、高Ｚ原子を細胞核の近くに配置させることができる。
　本発明ナノ粒子はまた、腫瘍などの固形がんへのターゲッティングに有用である。ナノ粒子をヒトおよび動物に投与すると、ナノ粒子は固形がんに蓄積する可能性がある。このため、本発明ナノ粒子は、固形がんへの到達、および、がん細胞への取り込み、という少なくとも二重の利点がある。
　細胞核の近くに配置された高Ｚ原子に、高Ｚ原子のＫ殻電子を励起することができるＸ線を照射すると、高Ｚ原子からオージェ電子が放出され、この電子が細胞にダメージを与えることができる。細胞核およびその周辺には、細胞小器官を含む重要な細胞機能があり、これにオージェ電子がダメージを与えることができ、効率よく効果的に細胞にダメージを与えることが可能である。そして、この細胞ダメージによって、がん細胞を破壊または死滅させることができる。
　高Ｚ原子のＫ殻電子を励起することができるＸ線は、高Ｚ原子ごとに異なり、高Ｚ原子のそれぞれに固有のエネルギーレベルおよび／または波長が存在する。Ｘ線は、Ｋ殻電子を励起することができるエネルギーを有するＸ線であり得る。また、Ｘ線は、Ｋ殻電子を励起することができる波長を有するＸ線であり得る。国際結晶学連合（ＩＵＣｒ）の「International tables for crystallography C, Table 4.2.2.4 theoretical calculations」に基づくと、Ｇｄ、Ｉ、Ａｕ、ＡｇおよびＰｔのＫ殻電子励起波長（対応するＸ線波長）およびＫ殻電子励起エネルギーは、次の表１のようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 　ガドリニウム原子においては、５０．２５ｋｅＶのエネルギーのＸ線が、Ｋ殻電子を励起するのにもっとも適している。ガドリニウム原子のＫ殻電子励起エネルギーが、５０．２５ｋｅＶであるからである。ただし、エネルギーレベルが最良ではなくても、Ｋ殻電子を励起する場合があり、ガドリニウム原子においては、５０．４０ｋｅＶのエネルギーのＸ線でも、効果が得られることが確認されている。したがって、５０．２５ｋｅＶまたは５０．４０ｋｅＶのエネルギーのＸ線をガドリニウム原子に照射することで、ガドリニウム原子からオージェ電子を放出することができる。なお、ガドリニウム原子のＫ殻電子を励起することができるＸ線の波長は、０．０２４６７ｎｍまたは０．０２４６０ｎｍである。
　ヨウ素原子においては、３３．１８ｋｅＶのエネルギーのＸ線が、Ｋ殻電子を励起するのに適している。ヨウ素原子のＫ殻電子励起エネルギーが、３３．１８ｋｅＶであるからである。したがって、３３．１８ｋｅＶのエネルギーのＸ線をヨウ素原子に照射することで、ヨウ素原子からオージェ電子を放出することができる。なお、ヨウ素原子のＫ殻電子を励起することができるＸ線の波長は、０．０３７３７ｎｍである。
　金原子、銀原子および白金原子に関しては、同様に、Ｋ殻電子を励起するのに適しているＸ線のエネルギー（または波長）は、金原子では、８０．７３ｋｅＶ（または０．０１５３６ｎｍ）、銀原子では、２５．５２ｋｅＶ（または０．０４８５８ｎｍ）、白金原子では、７８．４０ｋｅＶ（または０．０１５８１ｎｍ）、である。したがって、それぞれのエネルギー（または波長）のＸ線をこれらの高Ｚ原子に照射することで、オージェ電子を放出することができる。
　なお、Ｋ殻電子励起エネルギーはＫ殻吸収端エネルギーともいい、また、Ｋ殻電子励起波長はＫ殻吸収端波長ともいう。
　Ｘ線は、高Ｚ原子のＫ殻電子励起エネルギーＥに対して、好ましくはＥ－０．５ｋｅＶ以上、より好ましくはＥ－０．３ｋｅＶ以上、さらに好ましくはＥ－０．１ｋｅＶ以上、よりさらに好ましくはＥ－０．０５ｋｅＶ以上、にスペクトルピークを有するＸ線であってよい。Ｘ線は、高Ｚ原子のＫ殻電子励起エネルギーＥに対して、好ましくはＥ＋０．８ｋｅＶ以下、より好ましくはＥ＋０．７ｋｅＶ以下、さらに好ましくはＥ＋０．６ｋｅＶ以下、よりさらに好ましくはＥ＋０．５ｋｅＶ以下、にスペクトルピークを有するＸ線であってよい。例えば、上記のＥ－０．５ｋｅＶ以上、Ｅ－０．３ｋｅＶ以上、Ｅ－０．１ｋｅＶ以上、またはＥ－０．０５ｋｅＶ以上のいずれかにスペクトルピークを有し、且つ、Ｅ＋０．８ｋｅＶ以下、Ｅ＋０．７ｋｅＶ以下、Ｅ＋０．６ｋｅＶ以下、またはＥ＋０．５ｋｅＶ以下のいずれかにスペクトルピークを有する、Ｘ線であってもよい。特に、Ｘ線は、高Ｚ原子のＫ殻電子励起エネルギーＥに対して、Ｅ－０．０３ｋｅＶ以上、Ｅ＋０．５ｋｅＶ以下の範囲にスペクトルピークを有するＸ線であることが好ましい。上述したように、Ｅは、各高Ｚ原子において異なり、それぞれの高Ｚ原子に対応したエネルギーのＸ線を照射することで、オージェ電子を効率よく放出することができる。そして、高Ｚ原子のＫ殻電子励起エネルギーＥの近傍のエネルギーでもオージェ効果が得られる場合がある。特に、Ｋ殻電子励起エネルギーＥよりも少し高いエネルギーでもオージェ効果が得られることがあり、そのため、上記のＥ＋０．５ｋｅＶ以下のエネルギーが好ましい。一方、Ｋ殻電子励起エネルギーＥよりも低いエネルギーではオージェ効果が得られにくくなることから、上記のＥ－０．０３ｋｅＶ以上のエネルギーが好ましい。計算により、ガドリニウム原子（Ｅ＝５０．２５ｋｅＶ）の場合、５０．２２～５０．７５ｋｅＶのエネルギーが好ましく、ヨウ素原子（Ｅ＝３３．１８ｋｅＶ）の場合、３３．１５～３３．６８ｋｅＶのエネルギーが好ましいことが理解できる。オージェ効果を得る観点から、Ｘ線のスペクトルピークは、Ｅ－０．０２ｋｅＶ以上が好ましく、Ｅ－０．０１ｋｅＶ以上がより好ましい。また、Ｘ線のスペクトルピークは、Ｅ＋０．３ｋｅＶ以下が好ましく、Ｅ＋０．２ｋｅＶ以下がより好ましい。
　Ｘ線は、単色Ｘ線または特性Ｘ線であることが好ましい。さらに、Ｘ線は、単色Ｘ線であることがより好ましい。単色Ｘ線とは、エネルギーの範囲がきわめて狭いＸ線を意味する。本明細書において、エネルギーＥ１の単色Ｘ線という場合、その単色Ｘ線のスペクトルピークはエネルギーＥ１の位置にあり、例えば、Ｅ１－ΔＥｋｅＶ以下のエネルギーおよびＥ１＋ΔＥｋｅＶ以上のエネルギーのＸ線を含まない。ここでΔＥ≦Ｅ×１０－３である。特性Ｘ線は、内核の励起により生じた空孔に外殻から電子が遷移する際に余剰となるエネルギーがＸ線として放出されるものである。特性Ｘ線のエネルギーは内核と外殻の順位のエネルギー差で決まる、材料固有の値である。したがって、任意のエネルギーの単色Ｘ線を取り出すことは困難となる。単色Ｘ線および特性Ｘ線は、連続Ｘ線（または白色Ｘ線）と異なり、エネルギー領域が狭いため、Ｘ線照射によって正常な細胞および組織にダメージを与えることを効果的に低減することができる。特に、単色Ｘ線はそのような効果に優れている。単色Ｘ線は放射光施設により発生された白色Ｘ線またはＸ線発生装置により発生した白色Ｘ線を分光器により単色化することで取り出すことができる。特性Ｘ線はＸ線発生装置により発生した白色Ｘ線に含まれる特性Ｘ線のみを分光器で単色化することで取り出すことができる。しかし、単色Ｘ線や特性Ｘ線の発生方法はこれに限定されるものではない。
　後述の実施例で示すように、ガドリニウム原子を含むナノ粒子では、５０．２５ｋｅＶのエネルギーのＸ線を照射したときに、がん細胞を効果的に破壊することができた。また、５０．４０ｋｅＶのエネルギーのＸ線を照射したときには、５０．２５ｋｅＶの場合よりは低下するものの、がん細胞を破壊することができた。一方、５０．００ｋｅＶのエネルギーのＸ線を照射したときには、がん細胞の破壊はほとんど生じなかった。５０．２５ＫｅＶと５０．００ＫｅＶのＸ線の効果のこの劇的な違いは、オージェ電子が細胞破壊効果を発揮しているという考えを示唆している。
放射線治療用医薬組成物
　本発明の一態様によれば、本発明は、前記本発明のナノ粒子を含む放射線治療用医薬組成物に関する。
　本発明の放射線治療用医薬組成物は、上記で説明した本発明ナノ粒子、および薬学的に許容される担体を含む。薬学的に許容される担体は、液体であってもよいし、固体であってもよい。担体は、賦形剤、希釈剤、補助剤（アジュバント）などであってもよい。液体の担体としては、例えば、水、有機溶媒が挙げられる。有機溶媒としては、これに限定されるものではないが、例えば、メタノール、およびエタノールなどのアルコール系溶媒、などが挙げられる。固体の担体としては、例えば、乳糖、結晶セルロース、およびデンプンなどが挙げられる。なお、ここで記された担体は、単なる例示であり、放射線治療用医薬組成物においては、適宜、公知の担体を用いることができる。
　放射線治療用医薬組成物は、照射用の放射線としてＸ線が照射され得る。上述したように、Ｘ線の照射によって、ナノ粒子中の高Ｚ原子がオージェ効果により電子を放出することができる。放射線治療用医薬組成物により、放射線治療用医薬組成物、またはその中のナノ粒子が、標的とする部位に到達しやすくなる。
　放射線治療用医薬組成物は、固形がんを治療する、または固形がんの増大もしくは増殖を抑制する、ために用いることができる。上述のように、Ｘ線の照射によって高Ｚ原子から放出されるオージェ電子は、がん細胞を破壊することができる。したがって、放射線治療用医薬組成物は、固形がんの治療、固形がんの増大もしくは増殖の抑制、に有用である。
　固形がんとしては、これに限定されるものではないが、例えば、脳腫瘍、肺がん、卵巣がん、消化器系がん、骨肉腫、または頭頚部がんが挙げられる。
　放射線治療用医薬組成物は、適宜の投与方法で投与され得る。投与方法は、経口投与でもよいし、非経口投与でもよい。非経口投与としては、例えば、注射（静脈注射、皮下注射、筋肉内注射など）、坐剤投与、外用塗布（皮膚塗布、粘膜塗布）、などが挙げられる。放射線治療用医薬組成物の投与量は、特に限定されるものではないが、好ましくは、本発明ナノ粒子にＸ線を照射してオージェ効果が得られる量である。
　本発明の一態様によれば、本発明は、固形がんを治療する、または固形がんの増大もしくは増殖を抑制する、ための方法、に関する。この方法は、被験者の体内に取り込まれた、上記のナノ粒子、または上記の放射線治療用医薬組成物に、Ｘ線を照射して、がん細胞を破壊することを含む。Ｘ線としては、高Ｚ原子のＫ殻電子を励起することができるＸ線を用いることができる。がん細胞を破壊するメカニズムは上記で説明したとおりである。被験者には患者が含まれる。なお、ヒトは当然適用可能であるが、ヒト以外の動物にも適用可能である。
　Ｘ線の照射時間は、治療対象疾患の重篤度あるいは患者のＸ線の照射に対する許容度等によって変わり得るが、特に限定されるものではなく、例えば、１分以上、２分以上、３分以上、または５分以上、にすることができる。また、Ｘ線の照射時間は、特に限定されるものではないが、例えば、２４０分以下、１８０分以下、１５０分以下、または１２０分以下、にすることができる。例えば、Ｘ線の照射時間は、１０分、３０分、６０分、９０分などであってもよい。
　後述の実施例で示すように、本発明ナノ粒子は、固形がんへのターゲット性が優れ、また、がん細胞に容易に浸透することができる。そして、ナノ粒子にＸ線を照射することで、オージェ電子によって、がん細胞を破壊することができる。したがって、この方法では、固形がんを効果的に治療し、または固形がんの増大もしくは増殖を効果的に抑制することができる。
　ここで、高Ｚ元素を含有するナノ粒子は治療だけでなく診断にも役立つ。例えば、ガドリニウム原子を含有するナノ粒子はＭＲＩの増幅材として使用することが可能である。そのため、本発明のナノ粒子は、例えば、がんの治療だけでなくがんの診断にも使用することができ、さらにはセラノスティックス（Theranostics）（治療と診断を組み合わせた医療技術）にも適用することが可能である。したがって、本明細書において、上記のナノ粒子を含むがん診断用医薬組成物、およびナノ粒子またはがん診断用医薬組成物を用いたがんの診断方法、が開示される。また、さらに、本明細書において、がん診断治療用医薬組成物、およびナノ粒子またはがん診断用医薬組成物を用いたがんを診断および治療する方法、が開示される。がん診断用組成物およびがん診断治療用医薬組成物は、上記の放射線治療用医薬組成物と同じ構成であってよく、本明細書において置き換えることが可能である。
　以下、本発明を実施例によって詳細に説明するが、実施例は本発明の理解を助けるためのものにすぎず、本発明は実施例に限定されるものではない。
測定装置および条件
　ナノ粒子についての測定装置および測定条件は、下記のとおりである。
　走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）は、ＪＥＯＬのＪＳＭ－７５ＦＣＴを使用した。透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）は、ＪＥＯＬのＪＥＭ－２１００Ｆを使用した。走査型透過電子顕微鏡エネルギー分散型Ｘ線（ＳＴＥＭ－ＥＤＸ）分析は、ＪＥＯＬのＪＥＭ－２２００ＦＳ＋ＪＥＤ２３００Ｔシステムで、２００ｋＶで作動して、実施した。物質中の元素の定量的測定は、Ｃｌｉｆｆ－Ｌｏｒｉｍｅｒ比例法によって実施し、積算したＥＤＸ強度から相対濃度を得た。ゼータ電位測定は、ＥＬＳ　Ｚ（Ｏｔｓｕｋａ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）で実施した。フーリエ変換赤外（ＦＴ－ＩＲ）スペクトルは、臭化カリウムペレットを使用して、ＢｒｕｋｅｒのＥ４００　ＦＴ－ＩＲ分光計で測定した。熱重力分析（ＴＧＡ）は、ＴＡインスツルメンツＱ－５００熱重力分析計を使用して、空気流下で５℃／ｍｉｎの温度勾配で測定した。低圧Ｎ２吸着測定は、Ｑｕａｎｔａｃｈｒｏｍｅ　Ａｕｔｏｓｏｒｂ　ｉＱ体積ガス吸着分析装置で、超高純度グレードのＮ２、およびＨｅ（９９．９９９％純度）（デッドスペースの算出用）を使用し、７７Ｋで、実施した。ＩＣＰ－ＡＥＳ分析には、ＩＣＰＥ－９０００（Ｓｈｉｍａｄｚｕ）を使用し、メソポーラスシリカ（ＭＳＮ）上のＧｄ量を求めた。
　まず、本発明の製法で得られたナノ粒子、およびその特性を記載する。
実施例１
ガドリニウム含有メソポーラスシリカナノ粒子（Ｇｄ－ＭＳＮ）の製造
　セチルトリメチルアンモニウムブロミド（ＣＴＡＢ、９８％、Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ）（２５０ｍｇ）、８ＭのＮａＯＨ水溶液（２１９μＬ）、および、水（１２０ｍＬ）の混合物を、８０℃で激しく撹拌し、ＣＴＡＢ溶液を調製した。それとは別に、ローダミンＢイソチオシアネート（ＲＩＴＣ、Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ）（２．５ｍｇ）をエタノール（５ｍＬ）に溶解し、３－アミノプロピルトリエトキシシラン（ＡＰＴＳ、９９％、Ｗａｋｏ）（６μＬ）を加え、この混合物を室温で３０分間攪拌して混合し、ＲＩＴＣ－ＡＰＴＳ溶液を調製した。その後、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ、別名：テトラエトキシシラン、９５％、Ｗａｋｏ）（１．２ｍＬ）、および３－アミノプロピルトリエトキシシラン（ＡＰＴＳ）（２５０μＬ）を、上記のＲＩＴＣ－ＡＰＴＳ溶液と混合し、この混合液を、ＣＴＡＢ溶液に滴下して加えた。混合物を１５分間撹拌した。その後、この混合物に、３－（トリヒドロキシシリル）プロピルメチルホスホネートモノナトリウム水溶液（５０％）（３１５μＬ）を加えて撹拌した。得られた固体生成物を遠心分離により収集し、エタノールで３回洗浄した。固体生成物を、濃ＨＣｌ水溶液（２．３ｍＬ）とエタノール（６０ｍＬ）の混合溶液中の還流にかけた。これにより、テンプレートであるＣＴＡＢを除去した。その後、固体生成物を遠心分離し、エタノールで２回洗浄し、一晩乾燥させた。固体生成物は、アミノ基で修飾されたメソポーラスシリカナノ粒子（ＭＳＮ－ＮＨ２）となっている。この固体生成物（１０ｍｇ）を、０．１Ｍのガドペンテト酸（Ｇｄ（ＩＩＩ）ＤＴＰＡ、９７％、ＴＲＣ製）の水溶液に入れ、１５分間超音波で分散させた。この分散液を２４時間攪拌した。その後、遠心分離によって固体生成物を収集し、水およびエタノールで順次洗浄して、未反応のガドペンテト酸（Ｇｄ（ＩＩＩ）ＤＴＰＡを除去し、一晩乾燥させることにより、ガドリニウム含有メソポーラスシリカナノ粒子（Ｇｄ－ＭＳＮ）を得た。
　なお、上記では、分析および実験のために、ローダミンＢ標識を行ったが、ローダミンＢ標識を省略して、ガドリニウム含有ナノ粒子（Ｇｄ－ＭＳＮ）を製造することも当然可能である。
比較例１
メソポーラスシリカナノ粒子（ＭＳＮ）の製造
　本発明のナノ粒子との比較のため、高Ｚ原子を含まないメソポーラスシリカナノ粒子を、次のようにして製造した。
　セチルトリメチルアンモニウムブロミド（ＣＴＡＢ、９８％、、Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ）（２５０ｍｇ）、８ＭのＮａＯＨ水溶液（２１９μＬ）、および、水（１２０ｍＬ）の混合物を、８０℃で激しく撹拌し、ＣＴＡＢ溶液を調製した。それとは別に、ローダミンＢイソチオシアネート（ＲＩＴＣ、Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ）（２．５ｍｇ）をエタノール（５ｍＬ）に溶解し、３－アミノプロピルトリエトキシシラン（ＡＰＴＳ、９９％、Ｗａｋｏ）（６μＬ）を加え、この混合物を室温で３０分間攪拌して混合し、ＲＩＴＣ－ＡＰＴＳ溶液を調製した。その後、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ、別名：テトラエトキシシラン、９５％、Ｗａｋｏ）（１．２ｍＬ）、および３－アミノプロピルトリエトキシシラン（ＡＰＴＳ）（２５０μＬ）を、上記のＲＩＴＣ－ＡＰＴＳ溶液と混合し、この混合液を、ＣＴＡＢ溶液に滴下して加えた。混合物を１５分間撹拌した。その後、この混合物に、３－（トリヒドロキシシリル）プロピルメチルホスホネートモノナトリウム水溶液（５０％）（３１５μＬ）を加えて撹拌した。得られた固体生成物を遠心分離により収集し、エタノールで３回洗浄した。固体生成物を、濃ＨＣｌ水溶液（２．３ｍＬ）とエタノール（６０ｍＬ）の混合溶液中の還流にかけた。これにより、テンプレートであるＣＴＡＢを除去した。その後、固体生成物を遠心分離し、エタノールで２回洗浄し、一晩乾燥させた。これにより、メソポーラスシリカナノ粒子（ＭＳＮ）を得た。
実施例２
実施例１で製造した本発明のナノ粒子の特性
　図１に、実施例１のナノ粒子（Ｇｄ－ＭＳＮ）の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す。ナノ粒子が、大きさおよび形状がほぼ均一に、調製されていることが示されている。図２は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）画像を示す。ＴＥＭ画像の分析から、平均粒径１３９ｎｍが求められた。図３は、ＦＴ－ＩＲの測定結果であり、１０５０ｃｍ－１において吸収が見られ、典型的なメソポーラスシリカのバンドを示した。図４は、熱重量分析（ＴＧＡ）の測定結果であり、このＴＧＡチャートは、ナノ粒子に施した表面修飾（ホスホネート基）に対応した。図５は、窒素の吸着／脱着の測定結果であり、この結果から、図６の細孔径分布のグラフが得られた（なお、図６では、横軸がオングストロームである）。細孔径分布に基づいて、細孔径３．５ｎｍと計算された。ガドリニウムを含有しない比較例１のメソポーラスナノ粒子の細孔径についても、同様の細孔径であった。図７に示すように、ゼータ電位は－３２．８７ｍＶであった。そのため、マイナスの帯電が示唆された。
　図８は、比較例１のナノ粒子（ＭＳＮ）および実施例１のナノ粒子（Ｇｄ－ＭＳＮ）の走査型透過電子顕微鏡エネルギー分散Ｘ線（ＳＴＥＭ－ＥＤＸ）画像のマッピングを示している。マッピングでは、物質の元素組成と物質中の元素の分布を同定できる。「ＢＦ」で示す画像は、明視野像であり、「Ｇｄ」、「Ｓｉ」および「Ｏ」で示す画像は、それぞれの元素のマッピング結果である。この図に示されるように、Ｇｄシグナルの分布は、実施例１のＧｄ－ＭＳＮで検出されるが、比較例１のＭＳＮでは検出されない（少し白くなっている部分はノイズと考えられる）。対照的に、両方のナノ粒子でＳｉおよびＯのシグナルを検出した。これは、ＳｉとＯが、ナノ粒子のＳｉ－Ｏ－Ｓｉ骨格の成分であるからである。実施例１のＧｄ－ＭＳＮでは、シグナルの強度に基づき、ナノ粒子上のＳｉに対するＧｄの占める範囲は約１～２％であることが算出された。また、誘導結合プラズマ発光分光（ＩＣＰ－ＡＥＳ）分析により、ガドリニウムの量は、１ｍｇのＭＳＮあたり、０．０８ｍｇであることが示された。
　実施例１のナノ粒子（Ｇｄ－ＭＳＮ）について、ガドリニウムの結合の安定性を調べた。
　ナノ粒子（Ｇｄ－ＭＳＮ）を、ｐＨ５．５または６．０または６．５に調製した弱酸性の水溶液（硝酸水溶液）に入れて、２時間インキュベートし、その後、水溶液中のガドリニウム量（濃度）をＩＣＰ－ＡＥＳ分析により求めた。対照として、酸性水溶液の処理を行わないものを用いた。表２に結果を示す。
　表２に示すように、ガドリニウムは、酸性水溶液の処理後でも、ＭＳＮと安定に結合していた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
 　また、ナノ粒子（Ｇｄ－ＭＳＮ）を水に混合して、超音波処理を３０分行い、その後、ＳＴＥＭ－ＥＤＸ分析を行った。図９に結果を示す。
　図９のＳＴＥＭ－ＥＤＸ画像では、Ｇｄが見られる。この画像が示すように、超音波処理後でも、ガドリニウムは、ＭＳＮと安定に結合していた。
実施例３
ヨウ素含有メソポーラスシリカナノ粒子（Ｉ－ＭＳＮ）の製造
　セチルトリメチルアンモニウムブロミド（ＣＴＡＢ、９８％、Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ）（２５０ｍｇ）、８ＭのＮａＯＨ水溶液（２１９μＬ）、および、水（１２０ｍＬ）の混合物を、８０℃で激しく撹拌し、ＣＴＡＢ溶液を調製した。それとは別に、ローダミンＢイソチオシアネート（ＲＩＴＣ、Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ）（２．５ｍｇ）をエタノール（５ｍＬ）に溶解し、３－アミノプロピルトリエトキシシラン（ＡＰＴＳ、９９％、Ｗａｋｏ）（６μＬ）を加え、この混合物を室温で３０分間攪拌して混合し、ＲＩＴＣ－ＡＰＴＳ溶液を調製した。その後、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ、別名：テトラエトキシシラン、９５％、Ｗａｋｏ）（１．２ｍＬ）を、上記のＲＩＴＣ－ＡＰＴＳ溶液と混合し、この混合液を、ＣＴＡＢ溶液に滴下して加えた。次いで、（３－ヨードプロピル）トリメトキシシラン（０．５ｍＬ）を加え、混合物を１５分間撹拌した。その後、この混合物に、３－（トリヒドロキシシリル）プロピルメチルホスホネートモノナトリウム水溶液（５０％）（３１５μＬ）を加えて撹拌した。得られた固体生成物を遠心分離により収集し、エタノールで３回洗浄した。固体生成物を、濃ＨＣｌ水溶液（２．３ｍＬ）とエタノール（６０ｍＬ）の混合溶液中の還流にかけた。これにより、テンプレートであるＣＴＡＢを除去した。その後、固体生成物を遠心分離し、エタノールで２回洗浄し、一晩乾燥させた。これにより、ヨウ素含有メソポーラスシリカナノ粒子（Ｉ－ＭＳＮ）を得た。
　得られたナノ粒子は１００ｎｍの直径の均一な粒子であった。ヨウ素原子の含有量は１ｍｇのナノ粒子あたり０．０３３ｍｇであった。
　なお、上記では、分析および実験のために、ローダミンＢ標識を行ったが、ローダミンＢ標識を省略して、ガドリニウム含有ナノ粒子（Ｇｄ－ＭＳＮ）を製造することも当然可能である。
　次に、前記の通り得られた本発明のナノ粒子を用いたがんの治療、またはがんの増大もしくは増殖の抑制についての試験およびその試験結果を記載する。
試験例１
Ｇｄ－ＭＳＮのがん細胞への取り込み
　がん細胞として、緑色蛍光タンパク質（ＧＦＰ）を発現する、ヒト卵巣がん細胞ＯＶＣＡＲ８を用いた。がん細胞ＯＶＣＡＲ８を、直径１００ｍｍの培養皿上で、１０％不活性化ＦＢＳおよび１％ペニシリン／ストレプトマイシンを添加したＲＰＭＩ１６４０培地で培養した。培養液に、実施例１で得たナノ粒子（Ｇｄ－ＭＳＮ）を所定量、添加し、ＣＯ２インキュベーターにおいて、３７℃で２４時間インキュベートした。その後、培地を除去し、細胞を洗浄した。細胞を、共焦点顕微鏡で観察した。
　図１０は、顕微鏡観察の結果である。「ＢＦ」で示す画像は、明視野像であり、「Ｇｄ－ＭＳＮｓ」で示す画像は、蛍光発色（赤色）の結果、「ＧＦＰ」で示す画像は、蛍光発色（緑色）の結果、「Ｎｕｃｌｅｉ」で示す画像は、ヘキスト色素の染色（青色）の結果、を示している。また、「Ｎｕｃｌｅｉ＋ＧＦＰ＋Ｇｄ－ＭＳＮｓ」および「Ｎｕｃｌｅｉ＋Ｇｄ－ＭＳＮｓ」は、各画像を重ね合わせた結果を示している。この図に示すように、ナノ粒子の蛍光発色（赤色）は、細胞核のすぐ外側で検出され、核の１部の領域に局在化している。このことから、Ｇｄ－ＭＳＮのナノ粒子が、がん細胞の核に効率的に取り込まれることが示唆される。
試験例２
本発明のナノ粒子（Ｇｄ－ＭＳＮ）の安全性
　実施例１のナノ粒子（Ｇｄ－ＭＳＮ）の潜在的な細胞毒性を次のようにして調べた。実施例１のナノ粒子（Ｇｄ－ＭＳＮ）を、添加量を変化させて、ヒト胎児腎臓ＨＥＫ２９３細胞または卵巣がんＯＶＣＡＲ８細胞とインキュベートした。図１１は、細胞毒性試験の結果である。図１１に示すように、２００μｇ／ｍｌ以下の濃度において、毒性は示さなかった。
試験例３
Ｇｄ－ＭＳＮの腫瘍スフェロイドへの取り込み
　がん細胞として、緑色蛍光タンパク質（ＧＦＰ）を発現するヒト卵巣がん細胞ＯＶＣＡＲ８を用い、このがん細胞から腫瘍スフェロイド（以下「スフェロイド」（Ｓｐｈｅｒｏｉｄ）ともいう）を形成した。がん細胞ＯＶＣＡＲ８を、直径１００ｍｍの培養皿上で、１０％不活性化ＦＢＳおよび１％ペニシリン／ストレプトマイシンを添加したＲＰＭＩ１６４０培地で培養した。スフェロイドの形成のために、１．０×１０４個のＯＶＣＡＲ８細胞を、ＰｒｉｍｅＳｕｒｆａｃｅ９６Ｕ培養プレート（ＭＳ－９０９６Ｕ、住友ベークライト株式会社）に播種した。ＯＶＣＡＲ８細胞を、ＣＯ２インキュベーターにおいて、３７℃で、７日間培養した。ここで、この細胞は、親水性のプレート表面に付着できないため、ウェルの底に集められ、そこで三次元のスフェロイドが形成された。これにより、直径約１００～２００μｍのスフェロイドが得られた。
　次に、実施例１で得たナノ粒子（Ｇｄ－ＭＳＮ）をスフェロイドに添加し、ＣＯ２インキュベーターにおいて、３７℃で２４時間インキュベートした。ナノ粒子（Ｇｄ－ＭＳＮ）の添加量は、Ｇｄ原子の重量で換算して、１０ｎｇ、２０ｎｇ、５０ｎｇ、または０ｎｇ（すなわち対照：添加せず）、とした。インキュベート後、スフェロイドをエッペンドルフチューブに収集し、１５００ｒｐｍで５分間、遠心分離した。上清を除去し、スフェロイドを氷冷したＰＢＳで洗浄し、１５００ｒｐｍで５分間遠心分離し、４％パラホルムアルデヒドで４℃で一晩固定した。スフェロイドを氷冷したＰＢＳで洗浄し、－８０℃で３０分間、９９．８％メタノールで処理した。スフェロイドを洗浄した後、ヘキスト（Ｈｏｅｃｈｓｔ）３３２５８溶液で、暗所で３０分間染色した。ナノ粒子は、ローダミンＢ標識（赤色の蛍光）により検出することができ、細胞核は、ヘキスト色素の染色（青色の発色）、および、ＧＦＰ発現（緑色の蛍光）により検出することができる。上記のようにして得れたスフェロイドサンプルについて、共焦点顕微鏡観察を行った。
　図１２に、スフェロイドの顕微鏡観察の画像を示す。「ＢＦ」で示す画像は、明視野像であり、「Ｎｕｃｌｅｕｓ」で示す画像は、ヘキスト色素の染色（青色）の観察結果、「ＧＦＰ」で示す画像は、蛍光発色（緑色）の観察結果、「Ｇｄ－ＭＳＮ」で示す画像は、蛍光発色（赤色）の観察結果、を示している。この図に示すように、「Ｇｄ－ＭＳＮ」では、Ｇｄ量が多くなるほど、より蛍光の範囲が広く、強度が高くなる。このように、ナノ粒子（Ｇｄ－ＭＳＮ）の取り込み量は、スフェロイドとのインキュベーションに使用されるナノ粒子の量に依存していた。
　図１３は、共焦点顕微鏡観察のさらなる結果である。この図では、さまざまな焦点面における画像を示している。「Ｎｕｃｌｅｕｓ」で示す画像群は、ヘキスト色素の染色（青色）の観察結果、「ＧＦＰ」で示す画像群は、蛍光発色（緑色）の観察結果、「Ｇｄ－ＭＳＮ」で示す画像群は、蛍光発色（赤色）の観察結果、を示している。また、「Ｍｅｒｇｅｄ」は、上記３つの画像を重ね合わせた結果である。この図から、ナノ粒子（Ｇｄ－ＭＳＮ）の蛍光発色（赤色）はＧＦＰの蛍光発色（緑色）とよく重なっており、この重なりはすべての焦点面で観察された。したがって、ナノ粒子は、スフェロイド内に満遍なく分布していることが示された。また、スフェロイドへのナノ粒子の浸透性が優れていることが示された。
試験例４
Ｇｄ－ＭＳＮへの単色Ｘ線の照射
単色Ｘ線照射装置のセットアップ
　単色Ｘ線の照射は、日本国の兵庫県佐用郡佐用町にある大型放射光施設ＳＰｒｉｎｇ－８のビームラインＢＬ１４Ｂ１で行った。図１４に、照射装置のセットアップの概要を示す。まず、ＳＰｒｉｎｇ－８の偏向電磁石から発生した白色Ｘ線を、シリコン３１１結晶を有する出射位置固定二結晶分光器に導いて、単一エネルギーのＸ線ビーム（単色Ｘ線）を生成した。ＳＰｒｉｎｇ－８ストレージリングは、１００ｍＡの一定の蓄積電流により、時間の経過によるＸ線強度の変動が無視できるトップアップモードでの運転条件下で照射実験を行った。Ｘ線ビームを、水平および垂直のトランスポートチャネル（ＴＣ）スリットを用いて形状調整した。Ｘ線ビームのサイズは、試料の位置で、高さ１．４ｍｍ×幅１．４ｍｍであった。これは、０．４ｍｍ×０．４ｍｍの寸法のスフェロイドを覆うのに十分である。実験中、Ｘ線ビームの強度を、光軸上に配置した２つのイオンチャンバーによってモニタリングした。透過したＸ線をＣＣＤカメラでモニタリングして、試料の位置を調整した。図１５に、スフェロイド試料部分の概要を示す。スフェロイドは、サンプルラックに置かれたチューブの底に配置される。
　実験で用いる入射Ｘ線のエネルギーを調整するために、まずガドリニウムのＸ線吸収のプロファイルを測定した。イオンチャンバー間に配置したガドリニウムの箔（厚み８０μｍ）に、ガドリニウムの吸収端直上および直下のエネルギーの単色Ｘ線を照射し、箔を透過したＸ線の量によってＸ線吸収を調べた。Ｘ線吸収μｔは、μｔ＝－ｌｏｇ（Ｉ／Ｉ０）、の計算式から求められる。ここで、μはガドリニウムの線形吸収係数、ｔはガドリニウム箔の厚み、Ｉは透過Ｘ線強度、および、Ｉ０は入射Ｘ線強度である。図１６に、ガドリニウムのＸ線吸収のプロファイルの結果を示す。この図に示すように、約５０．２ｋｅＶから、Ｘ線吸収量が急激に増加した。吸収量が最小と最大の中間の値となる５０．２５ｋｅＶがガドリニウムのＫ殻電子励起エネルギーに対応することが確認された。このため、スフェロイドへの照射に、５０．２５ｋｅＶのエネルギーを有する単色Ｘ線を主に使用した。
試験例５
スフェロイドへの単色Ｘ線の照射
　試験例３と同様の方法でナノ粒子とスフェロイドをインキュベートし、ナノ粒子が取り込まれたスフェロイドを得た。このスフェロイドをチューブに入れ、チューブをＸ線照射装置のサンプルラックに配置した。サンプルラックは、ＸＹＺステージでの移動が可能なように設置されており、実験者は実験ハッチに入ることなく、試料を光軸上で移動させてＸ線照射することができる。そして、１つの試料へのＸ線照射が完了するとサンプルラックが動いて照射位置が次の試料に自動的に移動するように設定されおり、一連のＸ線照射は自動で行うことが可能である（図１５参照）。照射前に光学顕微鏡とレーザーを用いて試料の位置を確認した。また、Ｘ線照射中はＣＣＤカメラでモニタリングした。なお、Ｘ線のエネルギーが非常に高いため、ＣＣＤカメラでスフェロイドやチューブの吸収対照を観測できなかった。チューブの屈折強調Ｘ線画像を得ることで、試料位置をモニタリングした。試料の位置での光量子束は、ＳＰＥＣＴＲＡ　ｃｏｄｅ２８を使用して３．１１×１０８（光量子／秒）と計算された。
　以上のようにして準備されたスフェロイドに、単色Ｘ線を、所定の時間、照射した。Ｘ線照射後、スフェロイドをＣＯ２インキュベーターで、３７℃で３日間インキュベートし、その後、スフェロイドを共焦点顕微鏡（可視および蛍光）で観察した。また、比較のため、比較例１のナノ粒子（Ｇｄを含まない、ＭＳＮ）について、同様の操作を行った。
試験例６
照射時間の影響
　試験例５にしたがって、Ｘ線照射時間と細胞破壊との関係を調べた。図１７に、照射時間を変化させて、スフェロイドに単色Ｘ線（５０．２５ｋｅＶ）を照射した、スフェロイドの観察結果を示す。「Ｇｄ－ＭＳＮ」で示す２つの列は、実施例１のナノ粒子（Ｇｄ－ＭＳＮ）とインキュベートしたスフェロイドの結果を示し、「ＭＳＮ」で示す２つの列は、比較例１のナノ粒子（ＭＳＮ）とインキュベートしたスフェロイドの結果を示している。「ＧＦＰ」は、ＧＦＰ発現がん細胞の蛍光発色（緑色）であり、「Ｎｕｃｌｅｕｓ」は、ヘキスト色素による染色による細胞核の発色（青色）である。この図では、照射時間が、０分（すなわち照射なし）、１０分、２０分、および６０分、の結果を示している。この図に示すように、Ｇｄ－ＭＳＮとインキュベートしたスフェロイドは、１０分間のＸ線曝露において粉々に破壊されており、６０分間のＸ線曝露においてはスフェロイドの破片はもはや観察されなかった。対照的に、ＭＳＮとインキュベートしたスフェロイドは、６０分のＸ線曝露においても破壊されなかった。ここで、Ｘ線照射後の細胞破壊の経時的な挙動を調べたところ（ＧＦＰの発色）、図１８で示すように、スフェロイドの破壊は照射後すぐに起こるのではなく、２日以上インキュベーションした後に、Ｘ線照射の効果（細胞破壊）が現れることが確認された。
試験例７
Ｇｄ－ＭＳＮ量の影響
　試験例５にしたがって、ナノ粒子（Ｇｄ－ＭＳＮ）量と細胞破壊との関係を調べた。図１９に、ナノ粒子（Ｇｄ－ＭＳＮ）の量を変化させて、所定時間、スフェロイドに単色Ｘ線（５０．２５ｋｅＶ）を照射した結果を示す。この図に示すように、Ｇｄ量が５０ｎｇのナノ粒子（Ｇｄ－ＭＳＮ）とインキュベートしたスフェロイドは、Ｘ線照射後に完全に破壊されたが、Ｇｄ量が２０ｎｇのナノ粒子（Ｇｄ－ＭＳＮ）とインキュベートしたスフェロイドは、一部の断片がＸ線照射後に観察可能であった。また、Ｇｄ量が１０ｎｇのナノ粒子（Ｇｄ－ＭＳＮ）とインキュベートしたスフェロイドは、照射後もその構造を維持していた。このように、Ｇｄ－ＭＳＮの取り込みが多くなるほど、細胞破壊の程度が高くなった。
試験例８
単色Ｘ線のエネルギーの影響
　試験例５にしたがって、単色Ｘ線のエネルギーと細胞破壊との関係を調べた。図２０に、単色Ｘ線のエネルギーを変化させて、スフェロイドに単色Ｘ線を照射した結果を示す。Ｇｄ量が５０ｎｇのＧｄ－ＭＳＮを使用し、Ｘ線照射時間は２０分とした。単色Ｘ線のエネルギーは、５０．０ｋｅＶ、５０．２５ｋｅＶ、または５０．４ｋｅＶとした。これにより、スフェロイドの破壊に対するＸ線エネルギー依存性を調べた。なお、比較のため、ナノ粒子とインキュベーションしないスフェロイド（「Ｎｏ　ＭＳＮ」で表示）、および比較例１のナノ粒子（ＭＳＮ、Ｇｄ非含有）とインキュベーションしたスフェロイド（「ＭＳＮ」で表示）、にも同様の操作を行った。この図に示すように、「Ｇｄ－ＭＳＮ」においては、５０．０ｋｅＶのＸ線ではスフェロイドの破壊がほとんど見られないのに対し、５０．２５ｋｅＶのＸ線ではスフェロイドが完全に破壊された。５０．４ｋｅＶのＸ線の場合も、破壊が観察されたが、スフェロイドの残存が検出され、５０．２５ｋｅＶの場合が最も破壊効果が優れていた。このエネルギーはガドリニウム（Ｇｄ）のＫ殻電子励起エネルギーと対応しており、オージェ効果により細胞が破壊されたことが示唆された。
試験例９
がん細胞に対するヨウ素含有メソポーラスシリカナノ粒子（Ｉ－ＭＳＮ）
　上記の試験例１において、Ｇｄ－ＭＳＮの代わりにＩ－ＭＳＮを用いること以外は試験例１と同様の方法で、がん細胞への取り込みの試験を行う。この試験から、Ｉ－ＭＳＮのナノ粒子が、ナノ粒子細胞核のすぐ外側で検出され、がん細胞の核に効率的に取り込まれることが確認される。
　また、試験例２において、Ｇｄ－ＭＳＮの代わりにＩ－ＭＳＮを用いること以外は試験例２と同様の方法で試験し、Ｉ－ＭＳＮの安全性が確認される。
　試験例３において、Ｇｄ－ＭＳＮの代わりにＩ－ＭＳＮを用いること以外は試験例３と同様の方法で、スフェロイドへの取り込み試験を行う。この試験から、ナノ粒子がスフェロイド内に満遍なく分布し、スフェロイドへのナノ粒子の浸透性が優れていることが示される。
試験例１０
Ｉ－ＭＳＮへの単色Ｘ線の照射
　上記の試験例４に準じて、単色Ｘ線照射のセットアップを行うことにより、ヨウ素原子のＫ殻電子励起エネルギーが３３．１８ｋｅＶに対応することが確認される。
　上記の試験例５において、Ｇｄ－ＭＳＮの代わりにＩ－ＭＳＮを用い、単色Ｘ線のエネルギーをヨウ素原子用（３３．１８ｋｅＶ）に変更すること以外は試験例５と同様の方法で、スフェロイドへの単色Ｘ線の照射を行う。Ｘ線照射後にスフェロイドの破壊が確認される。すなわち、３３．００ｋｅＶのＸ線ではスフェロイドの破壊がほとんど見られないのに対し、３３．１８ｋｅＶのＸ線ではスフェロイドが完全に破壊される。３３．４０ｋｅＶのＸ線の場合も、破壊が観察されるが、スフェロイドの残存が検出され、３３．１８ｋｅＶの場合が最も破壊効果が優れている。

Claims (18)

  1. 　多孔性シリカ；および、
    　ガドリニウム原子、ヨウ素原子、金原子、銀原子および白金原子からなる群から選ばれる少なくとも１つの高Ｚ原子、
    を含む化合物、を含むナノ粒子。
  2. 　該高Ｚ原子が、前記多孔性シリカの表面または内部に存在している、請求項１記載のナノ粒子。
  3. 　該高Ｚ原子または該高Ｚ原子を含む基が、前記多孔性シリカに化学結合している、請求項１または２に記載のナノ粒子。
  4. 　該多孔性シリカが、高Ｚ原子または高Ｚ原子を含む基との結合基を含んでいる、請求項１～３のいずれか１項に記載のナノ粒子。
  5. 　該高Ｚ原子または高Ｚ原子を含む基との結合基が、アミノ基、カルボキシ基、またはヒドロキシ基である、請求項４記載のナノ粒子。
  6. 　該多孔性シリカが、ナノ粒子の凝集の抑制基を含んでいる、請求項１～５のいずれか１項に記載のナノ粒子。
  7. 　該ナノ粒子の凝集の抑制基が、ホスホネート基、スルホネート基、またはカルボキシレート基である、請求項６記載のナノ粒子。
  8. 　粒子サイズが、直径４０～４００ｎｍである、請求項１～７のいずれか１項に記載のナノ粒子。
  9. 　多孔性シリカがメソポーラスシリカである、請求項１～８のいずれか１項に記載のナノ粒子。
  10. 　該メソポーラスシリカが、生分解性メソポーラスシリカである、請求項９記載のナノ粒子。
  11. 　前記高Ｚ原子のＫ殻電子を励起することができるＸ線が照射される、請求項１～１０のいずれか１項に記載のナノ粒子。
  12. 　前記Ｘ線が、単色Ｘ線または特性Ｘ線である、請求項１１記載のナノ粒子。
  13. 　請求項１～１２のいずれか１項に記載のナノ粒子、および薬学的に許容される担体を含む、放射線治療用医薬組成物。
  14. 　照射用の放射線としてＸ線が照射される、請求項１３記載の放射線治療用医薬組成物。
  15. 　固形がんを治療する、または固形がんの増大もしくは増殖を抑制する、ための、請求項１３または１４に記載の放射線治療用医薬組成物。
  16. 　固形がんが、脳腫瘍、肺がん、卵巣がん、消化器系がん、骨肉腫、または頭頚部がんである、請求項１５記載の放射線治療用医薬組成物。
  17. 　被験者の体内に取り込まれた、請求項１～１２のいずれか１項に記載のナノ粒子、または請求項１３～１６のいずれか１項に記載の放射線治療用医薬組成物に、Ｘ線を照射して、がん細胞を破壊することを含む、固形がんを治療する、または固形がんの増大もしくは増殖を抑制する、ための方法。
  18. 　請求項１～１２のいずれか１項に記載のナノ粒子を製造する方法であって、
    　（ａ）多孔性シリカを形成するための前駆体物質に、ヨウ素原子を含む物質を加えて、多孔性シリカの構造の内部にヨウ素原子を封入させる工程；
    および、
    　（ｂ）多孔性シリカを形成するための前駆体物質に、ガドリニウム原子を含む化合物と結合するための基またはその前駆体基を含む物質を加えて、多孔性シリカに該ガドリニウム原子を含む化合物との結合基またはその前駆体基を含有させ、その後、該ガドリニウム原子を含む化合物との結合基または該前駆体基からの誘導基を介して、多孔性シリカにガドリニウム原子を含む化合物を化学結合させる工程、
    から選択される工程の少なくとも１つを含む、ナノ粒子の製造方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023176872A1 (ja) * 2022-03-16 2023-09-21 国立大学法人京都大学 放射線治療のための医薬組成物、およびそれを用いた固形がんの治療方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010509404A (ja) * 2008-01-10 2010-03-25 インダストリー−アカデミック コーペレイション ファウンデイション， ヨンセイ ユニバーシティ 多孔性中空シリカナノ粒子、その製造方法、それらを含む薬物伝達体及び薬剤学的組成物
JP2012512332A (ja) * 2008-12-17 2012-05-31 財團法人國家衛生研究院 放射性金ナノ粒子ならびにその製造方法および使用方法
JP2012532847A (ja) * 2009-07-10 2012-12-20 ナノビオティックス 金属ナノ粒子、その調製および使用
WO2017104840A1 (ja) * 2015-12-18 2017-06-22 メディギア・インターナショナル株式会社 生体分解性腫瘍封止剤

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010509404A (ja) * 2008-01-10 2010-03-25 インダストリー−アカデミック コーペレイション ファウンデイション， ヨンセイ ユニバーシティ 多孔性中空シリカナノ粒子、その製造方法、それらを含む薬物伝達体及び薬剤学的組成物
JP2012512332A (ja) * 2008-12-17 2012-05-31 財團法人國家衛生研究院 放射性金ナノ粒子ならびにその製造方法および使用方法
JP2012532847A (ja) * 2009-07-10 2012-12-20 ナノビオティックス 金属ナノ粒子、その調製および使用
WO2017104840A1 (ja) * 2015-12-18 2017-06-22 メディギア・インターナショナル株式会社 生体分解性腫瘍封止剤

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023176872A1 (ja) * 2022-03-16 2023-09-21 国立大学法人京都大学 放射線治療のための医薬組成物、およびそれを用いた固形がんの治療方法

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