多模態(tài)粒子、其方法和用圖
【專利說明】多模態(tài)粒子、其方法和用途
[0001] 相關(guān)申請案的奪叉引用
[0002] 本申請案要求于2012年12月19日申請的美國臨時專利申請案第61/739, 556號 的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，所述申請案的全文通過引用并入本文中。
[0003] 政府I持
[0004] 本發(fā)明在政府支持下根據(jù)美國國立衛(wèi)生研究院授予的NIH/NCIK08CA163961進(jìn) 行。美國政府在本發(fā)明中享有某些權(quán)利。
【背景技術(shù)】
[0005] 可以并有摻雜劑實體的納米粒子系統(tǒng)具有巨大的潛力并且適用于多種情形。持續(xù) 需要用于醫(yī)學(xué)和/或非醫(yī)學(xué)應(yīng)用的改良的納米粒子系統(tǒng)。開發(fā)這種系統(tǒng)的一個特定目標(biāo)為 提供可以在手術(shù)中用于界定切除邊界的成像納米粒子。手術(shù)切除的完整性極大地影響著發(fā) 病率和死亡率。完整切除的挑戰(zhàn)和重要性在去除腫瘤的手術(shù)中尤其急劇。外科醫(yī)生在試圖 實現(xiàn)更完全的腫瘤切除過程中遇到數(shù)種障礙，所述障礙包括腫瘤邊緣不規(guī)律且模糊以及腫 瘤生長靠近或侵入關(guān)鍵生理結(jié)構(gòu)。到目前為止已探索多種技術(shù)以致力于更好地觀察腫瘤邊 緣。然而，仍持續(xù)需要新型且更好的探測器和/或方法。具體來說，對用于精確檢測殘余腫 瘤的實時探測器/方法存在重要且未滿足的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明涵蓋存在對多個成像模態(tài)的成像敏感的多模態(tài)粒子存在重要并且未滿足 需要的認(rèn)知。本發(fā)明另外涵蓋現(xiàn)有成像技術(shù)的問題來源的認(rèn)知：電流造影劑通常快速清除 使得每次新成像期間需要新注射。本發(fā)明認(rèn)識到與這一現(xiàn)實有關(guān)的多種缺點，包括手術(shù)中 成像通常不實際，且有時不可能。本發(fā)明提供可使用多種模態(tài)中的任一者成像的技術(shù)。在 一些實施例中，本發(fā)明提供多種模態(tài)和/或多個時間（例如手術(shù)前、手術(shù)中和手術(shù)后階段） 與傳遞事件（例如單次注射，例如靜脈內(nèi)注射）之間的對比強化。
[0007] 本發(fā)明提供與多層粒子相關(guān)的技術(shù)，包括用于制備粒子的技術(shù)和/或使用粒子的 技術(shù)，以及提供粒子本身的技術(shù)。一般來說，本文所述和/或利用的粒子含有襯底，和多個 層，其中至少一個層含有摻雜劑實體。在一些實施例中，至少兩個層含有摻雜劑實體。在一 些此類實施例中，所提供的粒子含有至少兩種不同摻雜劑實體，任選地定位于不同層中。在 一些實施例中，單個實體（例如具體摻雜實體、襯底或?qū)硬牧希┍旧磉m用兩種或兩種以上模 態(tài)（例如診斷和/或治療模態(tài)）。
[0008] 在一些實施例中，所提供的粒子對兩種或兩種以上檢測模態(tài)的檢測敏感。在一些 實施例中，襯底、層材料和/或摻雜劑實體中的一或多者可檢測。在一些實施例中，可檢測 實體用作造影劑。在一些實施例中，單個實體（例如具體摻雜實體、襯底或?qū)硬牧希┍旧砜?以通過兩種或兩種以上模態(tài)檢測。
[0009] 在一些實施例中，所提供技術(shù)的一個顯著特征在于其適用于多種襯底材料、襯底 配置、層材料和摻雜劑實體等并且對其有效。此外，本發(fā)明獨有提供可以通過多種不同成像 模態(tài)成功成像的個別粒子的能力。在一些此類實施例中，成像模態(tài)各自具有其自身的強度。 這些實施例因用彼此互補的不同成像技術(shù)檢測粒子的能力而具有獨特優(yōu)勢，所述成像技術(shù) 允許在多種環(huán)境中的任一者中觀測粒子，例如手術(shù)前（例如用于初始腫瘤檢測、全身分期 和手術(shù)規(guī)劃的無創(chuàng)全身3D成像）、手術(shù)中或內(nèi)窺鏡（例如通過向身體中插入細(xì)導(dǎo)管、光纖裝 置、腹腔鏡工具等成像）情況。
[0010] 本發(fā)明的一些實施例因此尤其提供使用多種成像模態(tài)和/或在多種背景中使相 同粒子成像的系統(tǒng)?；蛘呋蛄硗?，本發(fā)明的一些實施例提供如下方法，其包括向個體單次投 予粒子，隨后包括使所投予粒子成像的多個步驟，所述步驟可利用不同成像技術(shù)和/或在 不同時間和/或不同環(huán)境中進(jìn)行。
[0011] 在一些實施例中，所提供的粒子在第一和第二層中分別包含第一和第二摻雜劑實 體。在某些實施例中，第一摻雜劑實體為或包含SE(R)RS活性劑且第二摻雜劑實體為或 包含選自由以下組成的群組的另一可檢測實體：SE(R)RS活性劑、熒光染料、MRI試劑、光 聲活性染料、上轉(zhuǎn)換材料、正電子發(fā)射斷層攝影術(shù)（PET)示蹤劑、單光子發(fā)射斷層攝影術(shù) (SPECT)示蹤劑、計算機(jī)斷層掃描（CT)試劑、X射線試劑、超聲波（US)試劑以及其組合。在 一些實施例中，此類粒子尤其適用于體內(nèi)成像應(yīng)用。
[0012] 在一些實施例中，所提供的粒子通過選自由以下組成的群組的成像模態(tài)成像（或 對成像敏感）：MRI、PET、SPECT、CT、X射線、超聲波、光聲檢測、熒光和/或拉曼光譜法以及 其組合。
[0013] 在一些實施例中，所提供的粒子包含一或多個載體層或緩沖層。不希望受任何具 體理論約束，一些實施例中所描述的粒子提供分離摻雜劑實體的顯著優(yōu)勢。此類分離可使 不同成像信號的干擾或污染降到最低或避免不同成像信號的干擾或污染。
[0014] 本發(fā)明的一些方面涉及一種包含至少一種粒子的組合物，所述粒子包含襯底；至 少一第一層，其包含至少一種第一摻雜劑實體；以及至少一第二層，其包含第二摻雜劑實 體。
[0015] 本發(fā)明的一些方面涉及一種包含至少一種粒子的組合物，所述粒子包含襯底；至 少一第一層，其可為壓縮層和/或封裝層，其包含至少一第一摻雜劑實體；以及至少一第二 層，其包含第二摻雜劑實體。
[0016] 在一些實施例中，一些或全部層的厚度在約0. 5nm到約5ym的范圍內(nèi)。在一些 實施例中，慘雜劑實體位于襯底表面內(nèi)5nm、10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm、 50nm或100nm或5ym。在一些實施例中，壓縮層或封裝層為或包含選自由以下組成的群組 的材料：金屬、半金屬、非金屬、所述金屬、半金屬或非金屬的氧化物、硼化物、碳化物、硫化 物和氮化物，以及其組合。在一些實施例中，金屬、半金屬或非金屬為或包含二氧化硅、二氧 化鈦、氧化鋯、氧化鍺、氧化鋁、五氧化二鉭或其組合。在一些實施例中，壓縮層或封裝層包 含多肽、寡聚物或聚合物，所述多肽、寡聚物或聚合物包埋于、配位于或共價結(jié)合到來自以 下群組的造影劑】1?1、？￡1\3?￡(：1\(：1'3射線、超聲波、光聲檢測、熒光和/或拉曼光譜法以 及其組合。
[0017] 在一些實施例中，第二層為第二壓縮層或第二封裝層。在一些實施例中，一些或全 部層包含相同材料。在一些實施例中，一些或全部層為二氧化硅層。在一些實施例中，第一 和第二層至少分別包含第一和第二摻雜劑實體。在一些實施例中，第一和第二摻雜劑實體 相同。在一些實施例中，第一和第二摻雜劑實體不同。在一些實施例中，第一和第二摻雜劑 實體中的至少一者為或包含可檢測實體。在一些實施例中，可檢測實體選自由以下組成的 群組：SE(R)RS活性劑、熒光染料、MRI試劑、光聲活性染料、上轉(zhuǎn)換材料、正電子發(fā)射斷層攝 影術(shù)（PET)示蹤劑、單光子發(fā)射斷層攝影術(shù)（SPECT)示蹤劑、計算機(jī)斷層掃描（CT)試劑、X 射線試劑、超聲波（US)試劑以及其組合。在一些實施例中，第一和第二摻雜劑實體中的至 少一者為或包含SE(R)RS活性劑。在一些實施例中，第一摻雜劑實體為或包含SE(R)RS活 性劑且第二摻雜劑實體為或包含第二可檢測實體。在一些實施例中，第二可檢測實體為NIR 熒光劑。
[0018] 在一些實施例中，組合物另外包括第三可檢測實體。在一些實施例中，第一和第二 摻雜劑實體中的至少一者為除可檢測實體外的試劑，使得包含所述試劑的層為載體層。在 一些實施例中，所述組合物另外包括不具有摻雜劑實體的緩沖層。在一些實施例中，緩沖層 位于第一和第二層之間。
[0019] 在一些實施例中，摻雜劑實體在層內(nèi)直接結(jié)合。在一些實施例中，摻雜劑實體在層 內(nèi)經(jīng)連接劑或螯合劑間接結(jié)合。
[0020] 在一些實施例中，襯底為球形的。在一些實施例中，襯底為非球形的。在一些實 施例中，襯底為或包含選自由以下組成的群組的材料：金屬、金屬氧化物、脂質(zhì)體、上轉(zhuǎn)換材 料、半導(dǎo)體以及其組合。在一些實施例中，所述金屬選自由以下組成的群組：金、銀、銅或能 夠維持局部表面等離子共振的任何其它材料，以及其組合。在一些實施例中，襯底為表面底 涂劑結(jié)合。
[0021] 在一些實施例中，襯底與封端劑實體結(jié)合。在一些實施例中，粒子實質(zhì)上不含表面 底涂劑。在一些實施例中，組合物的直徑在約5nm到約lOOOnm或約5nm到約200nm范圍內(nèi)。
[0022] 本發(fā)明的一個方面涉及一種制備粒子的方法。所述方法包括提供層（例如其可為 壓縮層和/或封裝層）于水和醇中的第一前驅(qū)體溶液，其中第一前驅(qū)體溶液具有預(yù)定含水 量；使第一前驅(qū)體溶液與襯底在向襯底上施加第一層的條件下和向襯底上施加第一層所必 需和足夠的時間下組合，所述第一層具有預(yù)定厚度，產(chǎn)生粒子。
[0023] 在一些實施例中，襯底另外包括至少一個層。在一些實施例中，提供和組合步驟同 時進(jìn)行，使得第一前驅(qū)體溶液和襯底同時彼此混合。
[0024] 在一些實施例中，所述方法另外包括組合第一摻雜劑實體與第一前驅(qū)體溶液。在 一些實施例中，所述方法另外包括提供第二層（例如其可為壓縮層和/或封裝層）于水和 醇中的第二前驅(qū)體溶液。在一些實施例中，所述方法另外包括使第二前驅(qū)體溶液與粒子在 向粒子上施加第二層的條件下和向粒子上施加第二層所必需和足夠的時間下組合，所述第 二層具有第二預(yù)定厚度。在一些實施例中，所述方法另外包括組合第二摻雜劑實體與第二 前驅(qū)體溶液。
[0025] 本發(fā)明的一個方面涉及一種包括向所關(guān)注部位提供粒子集合的步驟的方法，所述 粒子各自包含襯底；至少一第一層，其可為壓縮層和/或包封層，包含至少一種第一摻雜劑 實體；以及至少一第二層，其包含第二摻雜劑實體。
[0026] 在一些實施例中，所關(guān)注部位為或包含實體腫瘤。在一些實施例中，所述實體腫 瘤選自由以下組成的群組：腦腫瘤、肺腫瘤、乳房腫瘤、卵巢腫瘤、胃腫瘤、胰臟腫瘤、喉部腫 瘤、食道腫瘤、睪丸腫瘤、肝臟腫瘤、腮腺腫瘤、膽道腫瘤、結(jié)腸腫瘤、直腸腫瘤、子宮頸腫瘤、 子宮腫瘤、子宮內(nèi)膜腫瘤、腎臟腫瘤、膀胱腫瘤、前列腺腫瘤、甲狀腺腫瘤、頭部和頸部腫瘤、 黑色素瘤、神經(jīng)膠質(zhì)瘤、神經(jīng)母細(xì)胞瘤以及神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤。在一些實施例中，提供步驟包 括以使來自集合的粒子定位到所述實體腫瘤上照顧位置和量來投予粒子集合。
[0027]在一些實施例中，粒子另外包含靶向?qū)嶓w。在一些實施例中，襯底為金。在一些實 施例中，第一摻雜劑實體為SE(R)RS活性劑或光聲染料。在一些實施例中，第二摻雜劑實體 為NIR熒光劑。
[0028]在一些實施例中，粒子另外包含MRI試劑、光聲活性染料、上轉(zhuǎn)換材料、正電子發(fā) 射斷層攝影術(shù)（PET)示蹤劑、單光子發(fā)射斷層攝影術(shù)（SPECT)示蹤劑、計算機(jī)斷層掃描（CT) 試劑、X射線試劑、超聲波（US)試劑以及其組合。在一些實施例中，第一和第二摻雜劑實體 各自包括選自由以下組成的群組的實體：放射性核素、熒光染料以及其組合。
[0029]在一些實施例中，所述方法另外包括使所投予的粒子成像的步驟。在一些實施例 中，所述方法另外包括使所投予的粒子成像的多個步驟。在一些實施例中，不同成像步驟中 利用不同成像模態(tài)。在一些實施例中，利用不同成像模態(tài)的不同成像步驟實質(zhì)上同時進(jìn)行。
[0030]在一些實施例中，利用不同成像模態(tài)的不同成像步驟在不同時間或不同環(huán)境中進(jìn) 行。在一些實施例中，其中多個成像步驟的成像步驟各自包含利用選自由以下組成的群組 的成像模態(tài)：MRI、PET、SPECT、CT、X射線、超聲波、光聲檢測、熒光/拉曼光譜法以及其組合。
[0031]在一些實施例中，所述方法另外包括使所投予的粒子成像的第一步驟，其中所述 放射性核素產(chǎn)生契倫科夫信號（Cerenkovsignal)。在一些實施例中，所述方法另外包括使 所投予的粒子成像的第二步驟，其中所述放射性核素引起二次契倫科夫誘發(fā)的熒光。
[0032] 定義
[0033] 為了使本發(fā)明更容易理解，在下文對某些術(shù)語進(jìn)行定義。說明書全文可給出以下 術(shù)語和其它術(shù)語的額外定義或闡述。
[0034]在本申請案中，除非另外說明，否則使用"或"意味著"和/或"。如本申請案中所使 用，術(shù)語"包含（comprise)"和所述術(shù)語的變化形式（例如"包含（comprising)"和"包含 (comprises) "）用于包括所列項目、元件或步驟并且也可以包括其它項目、元件或步驟的情 況中。如本申請案中所使用，術(shù)語"約（about)"和"大約（approximately)"作為等效物使 用。如相關(guān)技術(shù)的普通技術(shù)人員所了解，除非另外指示，否則本申請案中所用的任何數(shù)字不 管前面是否冠有"約"或"大約"都意味著涵蓋任何正常波動（例如標(biāo)準(zhǔn)誤差或偏差）。在某 些實施例中，除非另外說明或另外從上下文顯而易知，否則術(shù)語"大約"或"約"是指落入所 述參考值的任一方向（大于或小于）25 %、20 %、19%、18%、17%、16%、15%、14%、13%、 12%、11%、10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%或1%以下之內(nèi)的一系列值（所 述數(shù)字將超過可能值的100%的情況除外）。
[0035] "投予":術(shù)語"投予"是指將物質(zhì)引入個體中。一般來說，可以利用的任何投予途 徑包括例如吸入（例如鼻）、引入到腦脊髓液中或引入到體腔、代謝區(qū)或組織中。在一些實 施例中，投予為腸胃外（例如動脈內(nèi)、靜脈內(nèi)、腹膜、皮下）、經(jīng)口、局部、直腸、經(jīng)陰道等。在 一些實施例中，投予為經(jīng)口投予。另外或或者，在一些實施例中，投予為腸胃外投予。在一 些實施例中，投予為靜脈內(nèi)投予。在一些實施例中，投予為全身投予；在一些實施例中，投予 為局部投予。在一些實施例中，投予為例如在手術(shù)期間投予到體腔、代謝區(qū)或組織中。
[0036] "結(jié)合":如本文所使用，術(shù)語"結(jié)合"通常指物理上直接或間接（例如經(jīng)一或多個用 作連接劑的額外實體）彼此鄰近的兩個或兩個以上實體，從而形成足夠穩(wěn)定以使得實體在 相關(guān)條件（例如生理條件）下保持物理上鄰近的結(jié)構(gòu)。在一些實施例中，結(jié)合部分彼此共價 連接。在一些實施例中，結(jié)合實體非共價連接。在一些實施例中，結(jié)合實體通過特定非共價 相互作用彼此連接（即通過交互作用配位體之間的相互作用，其辨別它們的相互作用搭配 物和使用情形中所存在的其它實體，例如抗生蛋白鏈菌素/抗生物素蛋白相互作用、抗體/ 抗原相互作用等）?；蛘呋蛄硗?，足夠數(shù)目的較弱非共價相互作用可以為部分提供足夠的穩(wěn) 定性以保持結(jié)合。示例性非共價相互作用包括（但不限于）親和力相互作用、金屬配位、物