富含稀有气体的液体及其制备和使用方法
【专利说明】富含稀有气体的液体及其制备和使用方法
[0001] 本申请要求于2013年3月15日提交的美国临时专利申请号61/788, 808和于2013 年10月11日提交的美国临时专利申请号61/889, 901的权益，这两篇临时专利申请以全文 引用的方式并入本文中。
[0002] 本发明是在政府支持下根据国家卫生研究所授予的授权号NS067454、HL074002 以及HL059586进行。政府享有本发明的某些权利。
[0003] 发明背景 1.发明领域
[0004] 本发明总体上涉及分子生物学、医学以及营养药学领域。更具体地，其涉及用于经 口递送诸如氙气或氩气的惰性气体组合物以治疗和预防疾病的方法。
[0005] 2.相关领域描述
[0006] 氙气（Xe)和氩气（Ar)均是多型细胞保护气体，其具有包括以下的独特优点：快速 扩散穿过生物屏障，诸如血脑屏障（BBB);以及归因于其低血液-气体分配系数而完全穿过 细胞膜。在动物模型中，以连续气体吸入形式给出的Xe具有被证实的有效神经保护和心肌 保护作用。Xe通过改变参与神经元缺血耐受性的分子防止发生氧和葡萄糖剥夺（0GD)并且 防止发生缺氧/缺血。Xe有助于诱导包括脑衍生神经营养因子（BDNF)和诸如Bcl2等促存 活蛋白的若干促存活基因的转录，其促成细胞对缺血性损伤的耐受性。Xe通过调节单核细 胞中的诸如TNF-a和IL-6等炎性细胞因子与人类免疫系统相互作用。Xe有助于缺氧诱导 因子1a(HIF-1a)和其它蛋白质的持续释放。所有这些途径均在器官保护中均有所牵涉。
[0007] 当前用于气体递送的方法涉及吸入和施用气体供体。然而，Xe或Ar吸入实际上 在许多情况下不能给出，因为吸入所需的高Xe或Ar浓度限制了为细胞存活所必需的吸入 氧的分数。此外，存在发展呈每天使用形式的患者连续吸入策略的困难。极大地需要改善 的递送Xe或Ar的方法。
[0008] 发明概述
[0009] 本发明的实施方案总体上涉及治疗方法、药物以及营养保健品（词语"营养"和 "药物"的合成词，其为具有包括预防和治疗疾病的健康和医疗益处的食物或食物产品）。更 具体地，其涉及主要经口递送惰性气体组合物至胃肠道（GI)的方法，所述惰性气体组合物 包含稀有气体，诸如氦气、氖气、氩气、氪气以及/或者氙气。此类气体可作为用于预防和/ 或治疗包括但不限于以下的心脏和脑部疾病的方法的一部分来递送：动脉粥样硬化相关缺 血性心脏病、中风和其它神经元退行性病状，诸如痴呆（例如阿尔茨海默病）。在某些方面 中，包含稀有气体的组合物使得炎症的一种或多种标记物减少或良好状态总体改善。
[0010] 在第一实施方案中，提供一种具有增强浓度的包封的稀有气体（例如气体可被包 封以实现指定浓度）的液体（或半液体，例如糊剂或凝胶）制剂。稀有气体可选自氦气、氖 气、氩气、氪气、氙气或其混合物。如本文所用，包封的稀有气体可以溶解于脂质中并且乳 化、包封于脂质体制剂中和/或包封于水溶性分子（例如环糊精）中的气体形式提供。一 般来说，与在等量水（不存在密封）以及相同温度和压力下可实现相比，此类密封允许组合 物实现更高气体含量。在优选方面中，组合物被调配成用于经口递送。
[0011] 在某一实施方案中，提供一种营养保健（诸如饮料）组合物，其包含大体上水性的 组分和溶解的稀有气体，其中稀有气体的一部分被包封以增强水溶性。在一些方面中，包封 的稀有气体可包封于在组合物中乳化的脂质中，诸如脂质体或脂质相中。在其它方面中，稀 有气体（例如Xe、Ar、Kr、Ne或He)是包封于水溶性分子（诸如水溶性聚合物）中。在其 它方面中，稀有气体是包封于a-环糊精、环糊精或y-环糊精或其混合物中。可用于 稀有气体密封的其它分子详述如下。
[0012] 在另一个实施方案中，本发明提供单份营养保健组合物，其包括但不限于饮料、凝 胶、糊剂、片剂以及胶囊。例如，组合物可包含约1、2、3、4、5或10至约15、20、25、30、35、40、 45或50ml的组合物。在其它方面中，组合物可包含约10、15、25、30、35、40、45或50至约 100、150、200、250、300、350、400、450或5001111的组合物（例如大体上水性的组合物）。在 一些方面中，实施方案的组合物包含0. 01至15g或约0. 1至200mg的溶解的稀有气体（或 两种或更多种此类气体的混合物），其中稀有气体的一部分被包封以增强水溶性。如上文所 详述，稀有气体可包封或溶解于（乳化）脂质组分、脂质体或水溶性分子中。例如，在一些 方面中，稀有气体（例如Xe)是包封于诸如环糊精等水溶性聚合物中。在某些方面中，制剂 中的溶解的稀有气体（例如Xe)的量为约0?lmg至10g、0. 1至1，000mg、0. 1至500mg、0. 5 至100mg、1至100mg、1至50mg、1至25mg或1至10mg。同样地，可调节制剂中的液体组分 的体积以在单份中提供最佳量的稀有气体。例如，单份饮料可包含约1至l〇ml、10至25ml、 25至50ml、50至500ml、50至300ml、100至300ml或200至400ml之间的总体积。如本文 中进一步详述，在某些优选实施方案中，此类单份营养保健品是提供于不透气密封容器中， 诸如瓶子、罐子或箱或聚合物包装中。同样地，在一些方面中，提供包含4、6、8、12、24或更 多份单份组合物（诸如饮料）各自包含单独密封的容器中的单份营养保健饮料的包装。 [0013] 如上文所详述，实施方案的某些方面涉及包含稀有气体（例如Xe)的组合物，所述 稀有气体的至少一部分包封于环糊精（CD)(例如环糊精）中。在一些情况下，用于根据 实施方案的用途的环糊精将包括进一步增强水溶性的亲水性基团。例如，在某些方面中，CD 是轻丙基-⑶，诸如轻丙基-环糊精。组合物可包含例如约0. 01至约5. 0mg/ml;约0. 05 至约2. 0mg/ml;约0? 1至约1. 5mg/ml或约0? 1至约1. 0mg/ml的⑶。在一些具体方面中， 组合物包含0. 1至约1. 〇mg/ml的羟丙基0 -⑶。在其它方面中，组合物包含在组合物中每 0? 5mg环糊精（例如在标准温度-压力下）约0? 1至约5. 0ml;约0? 1至约4. 0 ;约0? 1至 约3. 8 ;约0. 1至约2. 0 ;约0. 1至约1. 0ml;或0. 5至约1. 0ml的稀有气体（例如Xe)。具 体地，组合物可包含每0. 5mg0 -环糊精（例如轻丙基0 -CD)约0. 1至约5. 0ml;约0. 1至 约4. 0 ;约0. 1至约3. 8 ;约0. 1至约2. 0 ;约0. 1至约1. 0ml;或0. 5至约1. 0ml的Xe。在 一个非常具体方面中，组合物包含每〇. 5mg⑶分子（例如每毫升水）多达约3. 8ml的Xe。
[0014] 可根据实施方案使用的其它环糊精分子（取决于所需溶解性而呈油或水组合物 形式）包括但不限于甲基-0 _环糊精、随机甲基化-0 _环糊精、二甲基-0 _环糊精、 随机二甲基化-0 _环糊精、三甲基-0 _环糊精、乙酰基化二甲基-0 _环糊精、2-羟乙 基-0 -环糊精、2-羟丙基-0 -环糊精、3-羟丙基-0 -环糊精、羟基丁烯基-0 -环糊精、 2, 3-二羟丙基-0 -环糊精、2-羟丙基-y-环糊精、葡糖基-0 -环糊精、麦芽糖基-0 -环 糊精、葡糖醛酸基-葡糖基-0 _环糊精、烷基化0 _环糊精、2, 6-二-0-乙基-0 -环糊精、 2, 3, 6-二乙基-0 -环糊精、醜基化0 -环糊精、2, 3, 6-二醜基（C2-C18)- 0 -环糊 精、2, 3, 6-三-0- 丁酰基-0 -环糊精、2, 3, 6-三-0-戊酰基-0 -环糊精、2, 3, 6-三-0-辛 基-0 -环糊精、0-羧甲基-0-乙基-0 -环糊精、0 -环糊精硫酸盐、磺丁基醚基-0 -环糊 精或磺丁基醚基-0 _环糊精。
[0015] 本文证实的方法可提供呈液体形式的极高浓度的稀有气体。然而，在一些情况下， 实施方案的液体或半液体（包括例如饮料）可包含相对中等量的稀有气体，诸如Xe。例如， 此类饮料可包含的溶解Xe浓度（当在密封容器中时）为约1. 0至约5, 000yg/ml、约10至 约 1，000yg/ml、约 100 至约 800yg/ml、约 1. 0 至约 100yg/ml、5. 0 至约 50yg/ml、约 10 至约100yg/ml或约10至约50yg/ml。例如，在标准温度和压力下溶解于水中的Xe可的 浓度可以为约600yg/ml。在另一个方面中，所提供的饮料具有高浓度的Xe，诸如约lmg/ ml至约 100mg/ml、lmg/ml至约 50mg/ml、约lmg/ml至约 30mg/ml或约 10mg/ml至约 50mg/ ml。在一些方面中，提供包含约 10mg/ml至约 15、20、25、30、35、40、45 或 50mg/mlXe的Xe 水平的饮料（例如包含加压和/或包封的Xe的饮料）。例如，包含包封Xe的环糊精（羟丙 基⑶）的制剂当在3atm和4°C下调配然后来到标准环境温度和压力（SATP))时可具有 约22. 4mg/ml的Xe浓度。
[0016] 在一些方面中，本文的方法和组合物涉及以液体或半液体形式（例如作为饮料） 提供的氩气。例如，此类组合物可包含的溶解Ar浓度（当在密封容器中时）为约1.0至约 1，000yg/ml、约 10 至约 500yg/ml、约 20 至约 500yg/ml、约 30 至约 250yg/ml、约 40 至 约200yg/ml、约50至约100yg/ml或约40至约75yg/ml。例如，在标准温度和压力下溶 解于水中的Ar的浓度可以为约55yg/ml。在另一个方面中，所提供的饮料具有高浓度的 Ar(诸如包封于聚合物或油中的Ar)，诸如约0. 01yg/ml至约lmg/ml、0. 1yg/ml至约lmg/ ml、约 1yg/ml至约 500yg/ml、约 10yg/ml至约 500yg/ml、约 100yg/ml至约 500yg/ml 或约200yg/ml至约500yg/ml。例如，包含油包封Ar的制剂在SATP下的Ar浓度可以为 约 165yg/ml。
[0017] 在另一个方面中，实施方案的组合物的特征在于稀有气体含量（在标准环境温度 和压力下；SATP)是至少约 0? 5mM、0. 6mM、0. 7mM、0. 8mM、0. 9mM、1.OmM、1.ImM、1. 2mM、1. 3mM、 1. 4mM、l. 5mM、l. 6mM、l. 7mM、l. 8mM、l. 9mM或 2.OmM。在一些方面中，稀有气体是呈至少 4. 5、 4. 6、4. 7、4. 8、4. 9或5.OmM的浓度。因此，在一些方面中，组合物包含的稀有气体含量在 SATP下在约 5. 0 与 50mM、5. 0 与 25mM、5. 0 与 20. 0mM、5. 0 与 15mM或 5. 0 与 10mM之间。在 其它方面中，组合物包含的氙气含量在SATP下大于约5.OmM，诸如在约5. 0与50mM、5. 0 与25mM、5. 0与20. 0mM、5. 0与15mM或5. 0与10mM之间。在其它方面中，组合物包含的Ar 的浓度大于 〇? 5mM、0. 6mM、0. 7mM、0. 8mM、0. 9mM、1.OmM、1.ImM、1. 2mM、1. 3mM、1. 4mM、1. 5mM、 1. 6mM、1. 7mM、1. 8mM、1. 9mM或 2.OmM。例如，组合物可包含在SATP下约 1. 0 与 10mM、1. 5 与 10mM、l. 5 与 10mM、2. 0 与 10mM或 2. 0 与 5mM之间的Ar。
[0018] 在其它方面中，实施方案的组合物是由与水性组分（例如水）含量相比的稀有气 体含量来定义。例如，组合物所包含的稀有气体与水性组分比率可在约1:20与4:1 ;约1:10 与 4:1 ;约 1:9 与 4:1 ;约 1:2 与 4:1 ;1:1 与 4:1 ;约 1. 5:1 与 4:1 ;约 1:20 与 1:1 ;约 1:10 与1:1 ;或约2:1与3:1 (体积：体积）之间。在一些方面中，稀有气体与水性组分比率大于 1:10 ;1:9;或1:5。在某些方面中，稀有气体与水性组分比率大于1:1或大于2:1。因此， 在一些具体方面中，组合物包含的Xe与水比率在约1:2与4:1 ;1:1与4:1或1. 5:1与4:1 或2:1与3:1 (体积：体积）之间，诸如比率大于约2:1。
[0019] 在某些实施方案中，实施方案的组合物（诸如饮料组合物）进一步包含其它组分， 诸如防腐剂、调味剂、染料、维生素、抗氧化剂、植物或微生物提取物、盐（电解质、甘油、钠、 钾以及氯化物）、乙醇、脂质、油或其混合物。因此，在一些方面中，实施方案的饮料或其它形 式被进一步定义为草本植物、维生素或提供能量的营养保健组合物。
[0020] 在另一个实施方案中，本发明提供一种药物或营养保健组合物，其包含含有诸如 稀有气体（例如氙气或氩气）的可溶气体的脂质（诸如食用油组分）。用于此类组合物的 油的实例包括但不限于亚麻籽油、菜籽油、大豆油、核桃油、鱼油、红花油、葵花油、玉米油、 棉籽油、花生油、棕榈油或橄榄油。在一个方面中，油可包含多不饱和脂肪酸（PUFA)，诸如包 含至少 5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%或更多？耶厶的油。在其它 方面中，油包含《_3脂肪酸，其可有助于实施方案的气体的生物摄取。在其它方面中，油组 分是用氙气或氩气饱和或过饱和。
[0021] 在另一个实施方案中，油气组合物可进一步包含于乳液中。例如，乳液可包含 (a) 25体积％至50体积％、60体积％、70体积％、80体积％、90体积％、95体积％或更多油 (油包含可溶性氙气或氩气），以及（b) 1体积％、2体积％、3体积％、5体积％、10体积％、20 体积％或30体积％至约75体积％或85体积％水溶液。在一些方面中，水溶液包括水（例 如泉水）、果汁、蔬菜汁或其它营养保健饮料。在一些方面中，组合物可进一步包含磷脂、洗 涤剂或蛋白质组分。在一些方面中，组合物进一步包含磷脂、洗涤剂、调味剂、染料、乳化剂、 共乳化剂以及/或者蛋白质组分。例如，洗涤剂可以是植物表面活性剂、合成洗涤剂或胆汁 酸。在某些方面中，洗涤剂是石胆酸、脱氧胆酸、牛磺胆酸、甘氨胆酸、鹅脱氧胆酸或胆酸。用 于根据实施方案的使用的磷脂的实例包括但不限于蛋磷酸胆碱（蛋PC)、大豆PC、DPPC或 D0PC。可包括的蛋白质是例如乳蛋白、乳清分离蛋白、大豆蛋白分离物、酪蛋白酸钾、卵白蛋 白、（糙）米蛋白、水解牛肉蛋白分离物、豌豆蛋白分离物、大麻蛋白或牛血清白蛋白。
[0022] 如上文所详述，在某些方面中，提供包含可溶性与不溶性被捕获的或游离的气体 并且可呈液体或半液体形式的油组合物。可包括于此类组合物中的气体包括但不限于稀有 气体（例如他、41'、1(1'、如或父6)、(1) 2、一氧化氮、异氟烧以及七氟烧（861^0；1^111抑116)。在优 选实施方案中，脂质油组合物包含可溶性氙气或氩气（并且在一些情况下，还包含不溶性 或游离Xe或Ar或其它稀有气体）。在一些方面中，组合物包含低氧或氮含量，或者基本上 不含这些气体。在一些方面中，油组合物是用气体半饱和或饱和。在其它方面中，脂质油可 以是用气体过饱和（例如当暴露于大气时使得气体从油中冒泡出来）。在一些方面中，实施 方案的脂质油组合物可包含每毫升油约10与500mg之间（例如每毫升油约10、20、30、40、 50、60、70、80、90或10011^与约150、200、250、300、350、400、450或 50011^之间）的氙气。例 如，在SATP下油可包含每毫升油约0. 1至约50 ;约0. 1至约20或约1至约15mg的Xe。
[0023] 在某些具体方面中，实施方案的组合物可包含（a) 25体积％至50体积％油（例 如橄榄油或其它所需脂质）（油包含可溶性氙气或氩气）；(b) 50体积％至75体积％水溶 液；（c) 10_30mg/ml的磷脂（例如蛋磷酸胆碱）；（d) 10-50mg/ml的蛋白质（例如BSA);以 及（e)l-5mg/ml的洗涤剂（例如石胆酸）。在一些方面中，组合物可进一步包含防腐剂、调 味剂、维生素、抗氧化剂或植物提取物。
[0024] 在一些方面中，包含稀有气体的组合物可包含于任何尺寸或形状的不透气容器 中。在一些情况下，容器可以是加压（例如用诸如氙气或氩气的稀有气体加压）的。在一 些方面中，此类容器可包含单份或单位剂量的组合物（例如呈糊剂、凝胶、丸剂、片剂或胶 囊形式）。在其它情况下，容器可包含多剂量（例如多剂量瓶或隔间化容器）。在此后一种 情况下，可能优选的是容器被加压并且包含用于释放组合物而不会将全部内容暴露于大气 中的单向阀。在其它方面中，此类容器可包含过量气体（例如氩气或氙气），其在组合物剂 量被释放时维持容器中的压力。此类系统描述于例如美国专利公布号20030177784中，所 述专利以引用的方式并入本文中。在一些情况下，容器包括箱或类似不可渗透材料，诸如聚 合物，使得容器可容易地通过有效分配液体或半液体来进行加压。
[0025] 在另一个实施方案中，本公开提供一种包含于不透气容器中的单位剂量的实施 方案的组合物。在某些方面中，容器可以是膏状物、凝胶、丸状物、片状物或胶囊。在另 一个方面中，容器可以是瓶子。例如，容器可封闭l-5ml;5-25ml;25-100ml;125-300ml; 355-500ml;500ml至1升或更多的组合物，诸如实施方案的乳液。
[0026] 在一些其它实施方案中，提供一种改善受试者的健康或良好状态的方法，其包括 向受试者施用（或为受试者提供）根据实施方案的组合物。例如，可为受试者提供足以减 少至少一种炎症标记物的水平或心血管风险（例如血压）的量的实施方案的稀有气体组合 物。例如，在一些情况下，稀有气体组合物是以口服液体或半液体制剂的形式施用，以提供 等效于每天约〇. 1至200mgXe之间的日剂量。在另一个实例中，Xe日剂量可在每天约1 至100mg、1至50mg、1至25mg或1至10mgXe之间。在另一个实例中，稀有气体组合物是 以口服制剂形式施用，以提供等效于每天约0.1至5gXe之间的日剂量。例如，Xe的日剂 量可在每天约 0? 1、0. 2、0. 3、0. 4、0. 5、0. 6、0. 7、0. 8、0. 9 或 1. 0 与 1. 5、2. 0、2. 5、3. 0、3. 5、 4. 0、4. 5或5.0克Xe之间。在另一个实施方案中，方法包括以每天每千克约0. 1与10 ;0. 1 与5 ;0. 5与5 ;1. 0与3. 0 ;或2. 0与3.Omg(Xe)之间的剂量施用口服Xe组合物。在其它方 面中，实施方案的方法包括施用（或向受试者提供）一定剂量的稀有气体（例如Xe)，以实 现10ym与500ym之间、10ym与100ym之间、10ym与50ym之间的初始最大血液浓度 或至少50或100ym的初始最大血液浓度。例如，在一些方面中，此类剂量的实施方案的组 合物是每天、每两天或每周施用。
[0027] 在另一个实施方案中，本公开提供一种在受试者中提供神经或心血管保护的 方法，其包括经口施用有效量的根据实施方案中的任一者的组合物。在某些方面中， 受试者（例如人类受试者）具有阿尔茨海默氏病、血栓性中风、缺血性中风或心脏肥 大，或处于这些风险之中。在一些方面中，所述方法进一步包括每天向受试者施用约 25-300ml(70-1，350mg，例如 100-1，200mg、200-1000mg、500-1000mg或 800-1，200mg)。组 合物可每周、每天、一天两次、一天三次、每六小时、每三小时或每小时施用。同样地，组合物 可施用历时一周、两周、一个月或一年的时间。在一些方面中，所述方法是用于治疗或预防 神经疾病或神经损伤（诸如阿尔茨海默氏病或血栓性或缺血性中风）的方法。在其它方面 中，提供用于治疗或预防心脏肥大或提供针对心肌缺血的保护的方法。
[0028] 在另一个实施方案中，本公开提供一种降低受试者的淀粉样蛋白水平的方 法，其包括向受试者施用有效量的氙气或氩气。在某些方面中，氙气或氩气是以根据实施方 案中的任一者的组合物的形式经口施用。在其它方面中，氙气或氩气或其它稀有气体是通 过吸入或注射（例如包含于脂质体中）来施用。
[0029] 在一个相关实施方案中，本公开提供一种治疗或预防受试者的阿尔茨海默氏病的 进展的方法，其包括向受试者施用有效量的氙气或氩气或其它稀有气体。在某些方面中，氙 气或氩气是经口施用。在其它方面中，氙气或氩气或其它稀有气体（例如He、Ne或Kr)是 通过吸入或注射来施用。在一些方面中，受试者是处于发生阿尔茨海默氏病的风险之中的 受试者，诸如具有或被诊断具有阿尔茨海默氏病遗传倾向的受试者。
[0030] 在另一个实施方案中，本公开提供一种制备用于经口施用氙气或氩气的组合物的 方法，其包括（a)通过将食用油与气体混合来将氙气或氩气溶解于油中，以制备包含可溶 性氙气或氩气的食用油。在一些方面中，所述方法进一步包括（b)使包含可溶气体的食用 油在水