磁性纳米粒子分散体、其制备及诊断和治疗用图
【专利说明】磁性纳米粒子分散体、其制备及诊断和治疗用途
[0001] 本发明涉及一种磁性粒子分散体，磁性粒子包括涂设的氧化铁的单晶体和/或多 晶体及其纳米颗粒集料（多核颗粒），其在交变磁场中具有改进的非线性磁化行为及改进 的加热属性。当在磁粒子谱仪中被测量时，粒子分散体展示了明显的倍频结构，尤其是在较 高谐频部分，其超过了目前已知的所有颗粒系统的好多倍。因此，分散体对于应用比如磁性 粒子成像（magnetic particle imaging)中尤其有用。此外，新的粒子分散体对于治疗缺 铁性贫血及治疗性体温过高症中的应用，尤其是消极式局部身体体温过高或细胞跟踪和磁 共振成像也是适宜的。故此，分散体的诊断和治疗用途以及与包含这些分散体的诊断或治 疗所需要的药物组分也是本发明的目的。
[0002] 在技术应用领域，分散体可用于制造电介体、色素、功能性涂层，比如用于在制造 不含金属的部件时进行最终检查。
[0003] 现有技术描述了大量不同的磁性纳米粒子和含水分散体或悬浮体。所描述的粒子 就是所谓的单核或多核粒子。对于体内应用及为了起到稳定作用，将磁性粒子涂上生物相 容性外壳，优选地涂设生物相容性聚合物。
[0004] 使用最多的粒子是基于磁性氧化铁的粒子。基于四氧化三铁（Fe304)和/或三氧 化二铁（_Fe203)的氧化铁在磁场中展现了亚铁磁性行为。如果四氧化三铁（Fe304)和/ 或三氧化二铁（_Fe203)的纳米粒子小于特定尺寸，则其行为在一定条件下具有超顺磁性， 也就是说，在切断之前有效的磁场后，他们没有任何残留磁化（剩磁）。超顺磁性氧化铁可 广泛用于比如磁共振断层扫描（MRT)中。
[0005] 这种粒子的制备及其在MRT中的用途描述于比如美国专利5, 424, 419、德国专利 196 12 001 Al和德国专利4 428 851 Al中。然而，由于在MRT和MPI方法中成像的物理 现象基本不同，作为用于MRT的造影剂的粒子的适用性不能确定是否对于MPI也适用。
[0006] 磁粒子成像（MPI)是一种新的成像形式，其允许对于超顺磁性氧化铁纳米粒子 (SPIOs)进行直接表示和量化。SPIOs在磁场中的磁化曲线是非线性的，因此能够在交变磁 场中除了测量入射的基频之外，还能够测量倍频。这些信号对于SPIOs来说是特定的，因此 能够以较高的灵敏度测量。相对于MRT，该方法潜在地提供了更高的时间和空间方案，因而 不仅可以用于塑料领域中的技术应用中，而且可以用于无创性医疗诊断中，比如用于心血 管疾病的诊断尤其是冠心病领域。MPI潜能的利用需要使用在交变磁场中展示了特别明显 倍频结构的特殊示踪剂，进而可能以较高灵敏度进行MPI测量。磁粒子谱仪（MPS)允许对 交变磁场中的样品产生的倍频进行测量。
[0007] 适用于MPI的氧化铁纳米粒子的制备描述于比如欧洲专利1738774 Al中。这些 粒子的直接为20nm到Ιμπι，且平均粒子直接与核子直径之间的比值小于6。这些粒子上 涂设有药学上可接受的聚合物比如羧基右旋糖苷或PEG。由羧基右旋糖苷稳定后的氧化铁 粒子为包含在MRT造影剂中称为R esovist'K的粒子。从欧洲专利1738774A1中可以看出： Resovist<对于MPI也是适用的。
[0008] 多核纳米粒子的合成描述于 Dutz, S, J H Clement, D Eberbeck, T Gelbrich, R Hergt, R Muller, J Wotschadlo,及Zeisberger的"生物医学应用中的磁性多核 纳米粒子的铁磁流体"中，磁化和磁性材料杂质321，no. 10 (2009) : doi : 10. 1016/ j. jmmm. 2009. 02. 073 (Journal of magnetism and magnetic materials 321，no. 10(2009) : doi :10. 1016/j. jmmm. 2009. 02. 073)。其表明：根据该文献中给出的配方 形成的扩散并没有表现稳定性。
[0009] 所描述的氧化铁纳米粒子制备也用于治疗性体温过高症中。消极式局部身体体温 过高症涉及将包含氧化铁的粒子分散体专门结合到肿瘤或肿瘤细胞中并且利用强磁场加 热，以便直接破坏肿瘤细胞和/或增强服用的化疗剂的效力。包含氧化铁的粒子分散体在 治疗性体温过高症中的用途描述于比如WO 2006/125452。所使用的强磁场不仅对粒子加 热，而且引起了对含金属移植物的强烈加热。因此在进行治疗前，必须将患者的金属假牙取 下。
[0010] 另外，所描述的氧化铁纳米粒子制备也用于治疗缺铁性贫血。使用口服铁置换对 于成功治疗缺铁并不总是足够的。在血清铁水平极度衰减的情况下，肠外铁置换对于调节 铁代谢、恢复铁存储及增强红细胞生成是必须的。
[0011] 一方面，铁是绝对基础的元素。另一方面，铁离子比如高铁离子和亚铁离子对于生 物系统是有害的，这主要是因为它们可能引起氧化性损伤。生物分子比如铁传递蛋白或铁 蛋白是哺乳生物系统中的主要铁传递或存储形式。然而，如果铁的释放速度较快的话，则肠 外铁药物可以导致该系统超负荷。所有临床许可的铁置换药物都是基于铁类碳水化合物， 且铁具有无定形水铁矿、正方针铁矿以及四氧化三铁或三氧化二铁的形式。
[0012] 一些第一肠外铁置换药物基于无定形水铁矿右旋糖苷化合物比如InFed?。所有 这些基于右旋糖苷的药物的缺点是右旋糖苷的碳水化合物敏感度引起了这些药物的过敏 反应。尤其是对于哪些具有慢性肾脏疾病的患者，在治疗疗程中，多种铁置换形成致敏性。 [0013] 其他具有单体碳水化合物铁化合物的药物比如Ferrlecit? (葡萄糖酸铁）或 Venofer? (硫酸铁）的缺点是在血液循环阶段，其释放攻击性三价铁和二价铁，从而主要 弓丨起氧化应力和肾脏内细胞损伤。
[0014] 基于具有氢氧化铁正方针铁矿形式的铁的羧基聚麦芽糖的药物Ferinject?波认 为不含任何过敏可能性或铁离子毒性。不利的是：这种药物在静脉内给药后诱发病理性和 延长的低磷酸盐血症。
[0015] 基于涂设正方针铁矿的三氧化二铁-四氧化三铁的纳米结晶体的药物 FerahemekF会在老鼠上诱发基于右旋糖苷的过敏反应（W0 00/61191 A)。不幸的是：人 体内依然存在这种不利反应并且通过分析抗体反应测试得到证实。
[0016] 当前，所有批准的肠外铁置换药物具有一个或多个缺点，从而在患者身上引起与 无用药物相关的不利反应。基于该常识，可以将肠外铁置换药物的基本要求总结如下：
[0017] -在给药后的血液循环阶段不会在血清内释放二价铁或三价铁。
[0018] 在铁代谢中涉及的细胞比如脾脏和肝脏噬菌体可以快速吸收；
[0019] -需要可被生物系统降解并且释放铁；
[0020] -不会诱发病理性低磷酸盐血症。
[0021] 本发明目的是提供一种稳定的磁性粒子分散体，相对于现有技术中描述的分散体 或悬浮体，其具有改进的非线性磁化行为和在交变磁场中具有改进的加热特性。本发明的 分散体尤其是对于磁粒子成像（MPI)和治疗性体温过高症都有用。另外，本发明的分散体 对于磁共振成像（MRI)也是有用的。
[0022] 本发明的另一个目的是提供一种药物组分，用于尤其是通过肠外铁置换并且基于 可数月稳定及可高温灭菌（autoclavable)的磁性粒子分散体实现的对缺铁性贫血的治 疗。
[0023] 本发明提供的磁性粒子分散体包括氧化铁的单晶体和/或多晶体纳米粒子，及在 所述氧化铁分散体中的含量为至少40wt%，优选地至少50wt%，尤其优选地为5〇-95wt% 的纳米粒子集料（多核粒子）。其中，纳米粒子及纳米粒子集料上涂设药学上可接受的 涂层材料，所述涂层材料选自包含以下材料的小组：合成聚合物、羧酸或羟基羧酸、单糖、 乙糖、多聚糖或其混合物。当置入交变磁场时，分散体展示了非线性磁化行为，并且在基 频为25KHz、通量密度为IOmT且温度为36,6°C时，铁含量为10-90mmol Fe/Ι的分散体 产生并且借助磁粒子谱仪测量的磁矩幅度值Ak的范围是：在三次谐频处为从0. 31045到 15. 79576Am2/mol Fe，在 21 次谐频处为从 3, 78193 · KT4到 2, 61583 · KT2AmVmol Fe，而在 51 次谐频处为从 3, 98370 · KT6到 1，23649 · KT4AmVmol Fe。
[0024] 在本发明的一个优选实施例中，本发明的分散体产生并且在相同条件下的磁矩 幅度值Ak的范围是：在三次谐频处为从0,31045到0,51994Am 2/mol Fe，在21次谐频处 为从 3, 78193 · KT4到 7, 76261 · KT4AmVmol Fe，而在 51 次谐频处为从 3, 98370 · KT6到 7, 839487 · KT6AmVmol Fe0
[0025] 在本发明的另一个优选实施例中，本发明的分散体产生并且在相同条件下的磁矩 幅度值A k的范围是：在三次谐频处为从0, 3104500到0, 3631403Am Vmol Fe，在21次谐频 处为从 3, 78193 · KT4到 4, 035128 · KT4AmVmol Fe，而在 51 次谐频处为从 3, 983704 · KT6 到 7, 839487 · KT6AmVmol Fe0
[0026] 为了借助MPI检测本发明磁性粒子分散体，可以使用从0.1 mT到IT的磁场及从 ImHz到IMHz的频率。
[0027] 在本发明的一个优选实施例中，磁性粒子分散体包括在氧化铁总含量中占据从50 到95wt%的多核粒子。根据多核结构，在没有磁场的情况下粒子没有明显的磁矩，这减小了 粒子的相互作用，进而稳定了分散体。
[0028] 根据本发明，磁性粒子分散体优选地包括在氧化铁总含量中占据0_15wt %的二价 铁。
[0029] 根据本发明的一个优选实施例，药学上可接受的涂层材料可以为选自以下小组的 合成聚合物或多聚物：聚乙二醇、聚丙二醇、聚甲基丙烯酸酯及其衍生物、聚氧化丙烯及其 衍生物、聚氨基酸、乳酸和乙醇酸共聚物或其混合物。
[0030] 根据本发明的另一个优选实施例，药学上可接受的涂层材料可以为选自以下小组 的多聚糖：右旋糖苷、淀粉、几丁聚糖、黏多聚糖（GAG)、磷酸淀粉、糊精、麦芽糖糊精、聚麦 芽糖、阿拉伯树胶、菊粉、褐藻酸及其衍生物或其混合物或羧化多聚糖，优选地为羧化甲基 化的多聚糖。右旋糖苷、糊精、右旋糖苷衍生物或糊精衍生物尤其是优选的。右旋糖苷或 糊精衍生物选自以下小组：具有羧基的右旋糖苷或糊精、具有醛基的右旋糖苷或糊精、酰 化右旋糖苷或酰化糊精、具有疏基的右旋糖苷或糊精、还原的（reduced)右旋糖苷、还原的 (reduced)羧基甲基化的右旋糖苷或其混合物。可以作为根据本发明的涂层材料使用的黏 多聚糖的例子包括比如硫酸软骨素、肝磷脂、透明质烷。
[0031] 羧基甲基化的多聚糖也可优选地用作根据本发明的涂层材料，尤其是羧基甲基化 的糊精和羧基甲基化的右旋糖苷（CMD)。
[0032] 在根据本发明的另一个优选实施例中，作为药学上可接受的涂层材料，使用选自 以下小组的单糖：D-甘露糖醇、葡萄糖、D-甘露醇、果糖、山梨糖醇、纤维醇、其衍生物或其 混合物，优选地使用D-甘露糖醇。
[0033] 根据本发明，上述多聚糖和上述单糖的组合物也可作为纳米粒子的涂层材料使 用，比如D-甘露糖醇和羧基甲基化的右旋糖苷的组合物。
[0034] 也可以将选自以下小组的羧酸和羟基羧酸作为根据本发明的涂层材料使用：柠檬 酸、苹果酸、酒石酸、葡萄糖酸、脂肪酸或其