一种金团簇作为肿瘤放疗增敏剂和ct造影剂的应用及其药物制剂的制作方法
【专利说明】一种金团簇作为肿瘤放疗增敏剂和CT造影剂的应用及其 药物制剂 一、技术领域
[0001] 本发明的超小Auiq12 (SG) 1Q 12团簇作为肿瘤放疗增敏剂和CT造影剂及其药物制剂 属于医药领域中的应用技术。特别是涉及Auw 12 (SG) 1(] 12团簇在制备肿瘤放射治疗中的辅 助增加放疗疗效的药物，以及在肿瘤CT诊断中造影剂药物制剂中的应用。
[0002] 二、背景介绍
[0003] 辐射治疗已经被认为是临床肿瘤治疗的重要组成部分，在癌症病人抗击病魔的斗 争中，可以达到50%临床肿瘤病人需要使用辐射治疗的高效利用率 [1]。然而，治疗期间高 能量的射线不仅杀伤肿瘤细胞，健康细胞也随之受到损伤。局部照射及控制放射剂量能最 大化提高肿瘤放疗疗效，并减小副作用。放疗增敏剂的使用可以增加肿瘤局部放疗效果，相 对安全的低剂量放射是应对这种挑战比较有前景的解决方案。基于辐射增敏机制的经典药 物，如硝基咪唑，其在肿瘤部位局部给药有效，但没有任何的靶向性作用，而仅依赖于给药 时精确定位于肿瘤组织 [2]。有些时候，对组织中散在分布的非常小的肿瘤，不可避免地会影 响到邻近的正常组织。
[0004] 一种理想的辐射增敏剂应该具有良好的提高放射治疗效果，具有好的肿瘤靶向能 力（包括组织和细胞两种水平），有良好的生物相容性（或称低毒性），以及良好的肾脏清 除率，避免药物对病人造成潜在短期和长期的肾毒害作用。而特别是特定规格超小尺寸的 A Ul。12(SG)1(] 12团簇在该领域的应用研究尚属空白，更缺乏体内分布、代谢、清除和毒副作用 方面的研究，以及未来临床肿瘤诊疗应用可能性的研究。 三、
【发明内容】
[0005] 面对这些尚未解决的难题，本发明公开一种新型的含金的超小团簇辐射增敏 剂--几种金（Au)原子包埋在一种天然发生的肽壳中，如谷胱甘肽（GSH)壳而构成。如图 1所示，如同设计的含金团簇具有确定的分子式Au w 12(SG)w 12，可以归类为GSH-Au超小团 簇。GSH覆盖团簇的表面而具有相似的理化和生理学性能，如同由几个GSH分子构成的多 肽，而且这类材料在生物系统中已经显示出具有良好的生物相容性。GSH壳也可能受体内药 动学影响，GSU-Au团簇具有良好的肿瘤沉积作用。超小的尺寸和肽壳能够顺利通过网状内 皮系统，并因此而改善其在肿瘤的定位沉积。另外，如同设计的在GSH-Au团簇中高比例的 GSH(或在团簇表面过高暴露的GSH)可能会激活体内GSH转运子，其能够促进GSH-Au团簇 被肿瘤细胞摄取，从而提高其在肿瘤内部的蓄积程度。
[0006] 在近来的几个高原子数（Z)材料中可发展为辐射增敏剂的[3]，包括碘（Z = 53)钆 (Z = 64)，由于Au大至79的原子数，其在提高放疗功效上是无可比拟的。GSH-Au团簇中的 Au原子能够被用作放射增敏剂来提高肿瘤放射疗法的治疗效果。通过提升肿瘤局部Au浓 度改善放疗效果，包埋在GSH壳内的数个Au原子具有潜在的协同功效。辐射疗效的提高源 于Au与射线的相互作用，这里，在接受高能量的X-射线或Y _射线照射时，GSH-Au团簇通 过散布光子，光电子，康普顿散射电子，锥形电子，以及电子-正电子对，在细胞内由辐射诱 生的化学物质（自由基和离子化成分）可以发出高的能量，成为一个新的辐射源，能有效损 伤和杀死癌细胞。
[0007] 总之，GSH-Au团簇中Au原子和自发分子间固有的吸收特征，能够延长其在血液循 环中的时间并改善它们的肿瘤靶向沉积效应。GSH-Au团簇超小的尺寸也使得肿瘤治疗后 的药物获得高的肾脏清除率成为可能，这样可以最大程度降低由于Au在体内蓄积其产生 的潜在副作用。这种特征不能被其他基于无机的诊疗试剂所复制或取代，如金属纳米颗粒 [4]，碳纳米管[5]，以及半导体量子点[6]，因为它们有相对大的流体动力学直径（HDs，典型地 > IOnm)，由于其大于肾脏过滤的孔径门槛限制（~5. 5nm)而无法及时得到清除m。正是 由于超小的Auw 12(SG)w 12团簇可代谢易清除的特征，可以进一步将其推向临床应用。
[0008] I. GSH-Au团簇的制备研究
[0009] GSH-Au团簇的制备比较简单。在一个有代表性的合成实验中，GSH水溶液和 HAuC14(GSH与Au比例=2 : 1)首先在25°C混合5分钟，接下来通过加入NaOH使pH调 整到~7. 0。混合物在40°C培育~2h，形成GSH-Au团簇。上述形成过程包括2步，第一步 是Au (III)被GSH还原形成不溶性Au (I) -SG复合聚合物集合体；第二步通过加入NaOH溶 液，使聚合的复合体解离形成水溶性的寡聚体Au (I) -SG复合物或GSH-Au团簇，在330nm和 375nm处显示出2个不同的峰（图la)。产品中Auiq12 (SG)iq12团簇的形成通过电喷射离子 化质谱进行分子结构的确证（图lb-d)。
[0010] 见图 1
[0011] 2.肿瘤的靶向沉积效应研究
[0012] 如同制备的Auiq12 (SG)iq12团簇相比于正常组织在肿瘤中显示出超高摄取，如此强 的靶向沉积能力对于最小化正常组织损伤程度是十分必要的。研究A Ul。12 (SG) 1(] 12团簇的肿 瘤摄取，首先通过分析注射（P. U后Au在肿瘤组织中不同时间点的标准摄取值（SUVs)来 进行。SUV被定义为（Au重量/组织样本重量）八注射入动物体内的41!重量/总体重）。 小鼠腹腔注射Auiq12 (SG) 1Q 12团簇，对尸检的组织样本进行处理和分析。如图2a所示，Au 在肿瘤中的蓄积锐增时间是在注射后6-10小时，并且在注射后24小时逐渐达到最大值，此 时SUV在10. 86,还可以维持到注射后的48小时。Auiq12(SG) 1Q 12团簇在肿瘤中的超高摄取 可以归结于其结构和尺寸的特征。第一个特征是超小的流体动力学直径（HD)，大约2nm。 在这个尺寸的颗粒团更有利于提高穿透性和维持力（EPR) [8]，以及其诱导的内皮细胞孔洞 (NanoEL)效应。第二个特征是其高的GSH-Au比例1 : 1。GSH的高含量如同设计的分子中 能够大大导致其行为像含有GSH分子的多肽，其能够帮助超小团簇逃逸出RES的吸收作用， 而且可以激活细胞表面的GSH转运子，进一步提高Auiq12 (SG)iq12团簇在肿瘤细胞中摄取率 的靶向沉积效应。
[0013] 见图 2
[0014] 3.体内药代动力学研究
[0015] 为了进一步了解AUl。12(SG)1(] 12团簇肿瘤超高摄取的原因，我们通过腹腔注射的给 药方式研究了它的药代动力学。如图2b所示，Auiq12(SG)1Q 12团簇的体内药代动力学遵循 二室模型方式。其体内分布的半衰期（即第一相的tl/2a)为2. 4小时。另外，图2b也表 明Auiq12(SG)iq12团簇的血液清除半衰期为22小时。此外，即使腹腔注射24小时后，血液 中Auiq12(SG)iq12团簇的浓度仍然能达到4. 91SUV。总之，Auiq12 (SG)iq12团簇的肿瘤高摄取 归因于以上两个长的半衰期和高血液浓度的持续时间长。
[0016]见图 3
[0017] 为了进一步理解Auiq12(SG)1Q 12团簇的体内行为，我们还研究了腹腔注射后24小 时和23天的浓度分布情况。正如图4所示，腹腔注射24小时后，Auiq12(SG)iq12团簇在肿 瘤部位的浓度比其他主要器官（包括肾和肝）都高。例如，肿瘤部位的团簇浓度与肾的浓 度比为1 : 0. 172,而肿瘤部位浓度与肝的浓度比达到1 : 0.0446。Auiq12(SG)iq12团簇的 肿瘤高摄取的靶向性特性的发现是令人十分满意的，因为它因此能充分发挥对肿瘤的放射 治疗增敏作用，并且把对正常组织的放射损伤可以实现最小化。A Ul。12(SG)1(] 12团簇的超高 的靶向特异性归因于他们生物相容性的表面和超小的尺寸，这帮助它们逃避了肝、脾等RES 器官的摄取。另一方面，在腹腔注射23天后，GSH-Au团簇浓度在所有主要器官和肿瘤部位 均下降到0. 019SUV以下，这表明Auiq12(SG)iq12团簇是可以代谢的和具有高的肾清除率，不 会在体内长期蓄积。这一发现打消了人们传统对Au制剂体内蓄积的相关顾虑。
[0018] 见图 4
[0019] 4?肿瘤X射线CT影像诊断的研究
[0020] 为了证实AUl。12(SG)w 12团簇在肿瘤部位的选择性沉积，我们用X射线计算机断 层扫描技术来证实团簇在体内的分布。体内X射线CT影像在肿瘤影像中是非侵入式而 且十分可靠的诊断方法（3a) [1°]。CT影像信号强度是基于组织中Au原子（来自于注射的 Auiq12 (SG) 1Q 12团簇）的浓度。0. 2ml 40mmol的Au相当于745HU的CT值，这是体内合适的 浓度。Auiq12(SG) 1Q 12团簇通过尾静脉注射入小鼠后，我们记录了二维和三维的X射线CT 影像。正如图3所示，尾静脉注射6小时后，在肿瘤位点能观察到清晰明显的肿瘤摄取的 信号。肿瘤部位的CT值达到326HU，明显高于肌肉组织的207HU。而且，我们还在肿瘤和 正常组织之间观察到了清晰的边界。总之，X射线CT影像的研究结果，不仅为前面讨论的 A Ul。12(SG)iq12团簇的组织分布提供了有力证据，也为肿瘤的临床CT影像诊断造影剂应用 展示了很好的前景。
[0021] 5.肿瘤放射增敏效应的研究
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