用于与放射疗法组合治疗癌症的颗粒的制作方法
【专利说明】用于与放射疗法组合治疗癌症的颗粒
[00011 本申请是申请日为2010年12月08日，申请号为201080055766.X，发明名称为"用于 与放射疗法组合治疗癌症的颗粒"的申请的分案申请。 发明领域
[0002] 本发明涉及包括掺杂金属氧化物的颗粒，该颗粒在被X-射线，例如用作放射疗法 治疗的一部分的X-射线激发时产生自由基。本发明还涉及包含该颗粒的组合物，并涉及该 颗粒和组合物在治疗和诊断癌症中的用途。
[0003] 发明背景
[0004] 通常使用光动力疗法(PDT)来治疗某些类型的癌症。PDT包括将光敏剂注射到患者 的血流中。该药物被遍布全身的细胞吸收，但由于肿瘤脉管系统的异常或缺陷，其通常聚集 在肿瘤中。其还被癌细胞快速吸收，癌细胞往往比健康细胞的生长和分裂快得多，且因此具 有更尚的代谢活性。
[0005] 在注射后约24至72小时，当大多数药物已离开正常细胞但仍留在肿瘤中时，只有 肿瘤暴露于特定频率的光，例如UV光或激光。已聚集在肿瘤中的光敏剂通过暴露于该光而 被激发并与在组织中与附近的氧或水分子反应以产生活性氧簇(ROS)例如单态氧(平均寿 命为3.7ms且扩散距离为82nm)、超氧化物自由基(平均寿命为50ms且扩散距离为320nm)或 羟自由基(平均寿命为HT 7S且扩散距离为4.5nm)。所产生的ROS超过了附近细胞的抗氧化防 御能力，从而致使破坏肿瘤中的癌细胞。
[0006] ROS的短的寿命和扩散距离促使癌细胞受到破坏而很少或没有对附近健康细胞造 成损伤。除了直接杀死癌细胞，PDT还表现出通过损坏肿瘤中的血管从而剥夺其营养成分而 使收缩或破坏肿瘤。进一步的好处是I 3DT还可激活患者的免疫系统以攻击肿瘤细胞。
[0007] 已知二氧化钛经暴露于UV光而产生R0S。实际上，已研究了二氧化钛对UV辐射后的 培养的人腺癌细胞的作用(Xu等人，Supramolecular Science，5( 1998)，449-451)。在该研 究中，透射电子显微镜(TEM)显示了由氧化应激引起的对细胞的细胞膜和内膜系统的破坏。 认为二氧化钛颗粒产生氧化细胞的膜脂以产生过氧化剂的羟自由基，然后引发一系列的过 氧化链式反应。氧化应激的恶性肿瘤细胞演变到导致其破坏的坏死状态。
[0008] 用于PDT的二氧化钛和许多光敏剂被不能深度穿透人体的特定波长的光激发。因 此，PDT已局限于治疗体表癌症，例如皮肤癌。
[0009] 但是可使用放射疗法治疗身体其他部位的癌症，这包括使用电离辐射，例如X-射 线。然而，某些类型的癌症例如肾细胞癌是抗辐射的，因为所需要的破坏癌症的辐射剂量太 高以致于在临床实践中是不安全的。较高剂量的辐射还与致癌风险增加有关。因此需要将 增强或改进现有放射疗法治疗的药物。
[0010] 国际专利申请号PCT/FR2005/001145(W0 2005/120590)描述了可被X-射线活化的 复合或聚集颗粒。这些颗粒由被布置以彼此接近的两种不同的无机化合物组成。第一种无 机化合物能够吸收X-射线，然后发射UV-可见光。第二种无机化合物可吸收UV-可见光，然后 经接触水或氧产生自由基。化合物的这种布置允许通过逐步激发的方法使用X-射线产生 ROS。然而，存在与每个激发步骤有关的能量损失，以致于每单位剂量X-射线产生的ROS量是 相对低的。
[0011] 发明概述
[0012]本发明人已发现，通过用稀土元素掺杂二氧化钛、氧化锌或氧化铈，所得的掺杂金 属氧化物自身可直接被X-射线激发以产生每单位剂量的X-射线大量的自由基，特别是活性 氧簇(ROS)。通过X-射线激发定位在癌症部位的颗粒来治疗癌症是侵入性最小的方法且将 能够使用现有的临床设施。
[0013] ROS可与生物分子反应，改变蛋白质的结构和功能，并通过破坏碱基和产生单链断 裂造成对细胞DNA的氧化损伤。另外，已知氧化剂作用于线粒体来引发凋亡的启动。因此，可 使用肿瘤部位的ROS的产生和控制来杀死恶性肿瘤细胞。
[0014] 因此，本发明提供了包含掺杂有至少一种稀土元素的金属氧化物的颗粒，其中金 属氧化物选自二氧化钛、氧化锌、氧化铈及其两种或更多种的混合物。在一个优选的方面， 本发明涉及包含掺杂有选自1^工6、？匕制、5111411、6(1、113、〇7、!1〇』匕1'111、￥13和1^的至少两种 不同的稀土元素的金属氧化物的颗粒，其中所述金属氧化物是二氧化钛。
[0015] -般来讲，本发明涉及多种这类颗粒，其用途和方法。
[0016] 难以以适合有效治疗癌症的尺寸制备具有核-壳结构的复合颗粒或包含纳米颗粒 的聚集体的颗粒。由于可能存在于每种材料组分中的空隙、杂质和缺陷，这些颗粒产生ROS 方面不是那么有效。本发明提供了由经仅直接暴露于X-射线时产生ROS的单一活性材料(例 如，掺杂金属氧化物)制成的颗粒。可通过选择待被特定的X-射线源激发的一种或多种合适 的稀土元素掺杂剂调节活性材料，例如存在于单相颗粒中的活性材料。包含该材料的颗粒 可易于以有效治疗癌症的尺寸制备。
[0017] 在本发明中，直接由掺杂有至少一种稀土元素的二氧化钛、氧化锌或氧化铈的X-射线辐射产生R0S。经暴露于X-射线发射UV-可见光的其他无机化合物的存在对于产生ROS 不是必不可少的。
[0018] 通常，本发明的颗粒不包含或包括吸收X-射线并发射UV-可见光的其他无机化合 物，例如Y2O3、（ Y，Gd) 2〇3、CaW〇4、GdO2S、LaOBr、YTaO3、BaFCl、Gd2O 2S、Gd3Ga5Oi2、Rb3Lu (P〇4) 2、 HfGeO4和Cs3Lu(PO4)2中的一种或多种，这些化合物中的每一种可任选地掺杂稀土元素。 [0019] 一般地，本发明提供了主要由以下组成的颗粒：（i)掺杂有至少一种稀土元素的金 属氧化物，其中金属氧化物选自二氧化钛、氧化锌、氧化铈和其两种或更多种的混合物;和 任选地(ii)涂层、接头基团、靶向部分、光学造影剂、放射性同位素、顺磁性造影剂或超顺磁 性造影剂中的一种或多种。
[0020] 优选本发明的颗粒不是复合颗粒或纳米颗粒的聚集体，特别是包含Y203、（Y，Gd) 2〇3、CaMk、GdO 2S、LaOBr、YTaO3、BaFCl、Gd2O2S、Gd 3Ga5Oi2、Rb3Lu (P〇4) 2、HfGe〇4 和 Cs3Lu (P〇4) 2 的一种或多种(其每一种可任选地掺杂稀土元素），或通常吸收X-射线并发射UV-可见光的 无机化合物的复合颗粒或纳米颗粒聚集体。
[0021] 在本发明的另一方面，本发明的颗粒用于通过疗法治疗人体或动物体，优选在与 X-射线辐射组合使用时。通常，所述疗法是X-射线放射疗法。本发明提供了用于癌症治疗的 颗粒。在优选的方面，本发明涉及与X-射线辐射组合用于癌症治疗的颗粒，其中所述颗粒包 含金属氧化物，所述金属氧化物是二氧化钛并掺杂有至少一种稀土元素。优选地，所述颗粒 包含由金属氧化物组成的核。
[0022] 本发明还涉及所述颗粒在生产与X-射线辐射组合使用(例如当与X-射线放射疗法 组合使用时)治疗癌症的药剂中的用途。
[0023] 本发明还提供了包含（i)多种本发明的颗粒和任选地(ii) 一种或多种药学可接受 的成分的药物组合物。在本发明的其他方面，所述药物组合物用于通过疗法治疗人体或动 物体，优选在与X-射线辐射组合使用时。通常，所述疗法是X-射线放射疗法。本发明提供了 用于治疗癌症的药物组合物。
[0024] 本发明还涉及所述药物组合物在生产与X-射线辐射组合治疗癌症的药剂中的用 途(例如当与X-射线放射疗法组合使用时）。
[0025] 本发明的另一方面是包括(a)多种本发明的颗粒和(b)放射致敏剂的组合。
[0026] 本发明还提供了包含(a)多种本发明的颗粒和(b)放射致敏剂的产品，作为以当与 X-射线辐射组合使用时在癌症治疗中同时、共时、隔开或顺序使用的组合制剂。
[0027] 本发明的其他方面涉及治疗癌症的方法，该方法包括对受治疗者施用本发明的颗 粒或药物组合物，和将X-射线辐射定位到癌症位置或部位或肿瘤组织。
[0028] 本发明还提供了体外破坏癌细胞的方法，该方法包括向包含癌细胞的细胞培养 物、培养基或溶液中加入本文所述的颗粒或药物组合物，然后将X-射线辐射定位到癌细胞。 [0029]如以上解释的，本发明的颗粒聚集在肿瘤组织中或癌细胞中。由于重稀土元素的 存在，可使用X-射线对定位在肿瘤或癌细胞中的本发明的颗粒的存在成像。这可实现对患 者体内的肿瘤或癌细胞的存在的诊断，并实现肿瘤或癌细胞的治疗被监测。
[0030] 本发明的其他方面涉及用在对人体或动物体实施的诊断方法中的本发明的颗粒 或药物组合物。本发明还涉及本发明的颗粒或药物组合物在诊断癌症存在或不存在中的用 途。
[0031] 本发明还提供了诊断癌症存在或不存在的方法，该方法包括对受治疗者施用本发 明的颗粒或药物组合物，然后检测被怀疑患癌的位置或部位存在或不存在所述颗粒或药物 组合物。
[0032]本发明还提供了制备本发明的颗粒的方法，该方法包含在400°C或更高的温度下 加热颗粒的步骤，其中所述颗粒包含掺杂有至少一种稀土元素的金属氧化物，其中金属氧 化物选自二氧化钛、氧化锌、氧化铈和其两种或更多种的混合物。在优选的方面，金属氧化 物是二氧化钛。
[0033] 附图简述
[0034]图1是IL的以MeV计的入射光子能量（X-轴上所示）对以cm2/g计的质量衰减系数 (y/p)(y-轴上所示)的图（选自物理学文献数据库，美国国家标准与技术研究院）。该图示出 了钆吸收特定的入射光子能量的X-射线的强烈程度。
[0035]图2示出了根据本发明的掺杂有钆的二氧化钛颗粒的以重量计的粒度分布。
[0036]图3是示出了与市售二氧化钛光催化剂P25(DegUSSa)相比，多种稀土元素掺杂的 二氧化钛颗粒的光敏性的直方图。
[0037]图4是示出了钆掺杂的二氧化钛颗粒和铒掺杂的二氧化钛颗粒在该颗粒已在多种 温度下煅烧之后的光敏性。已测量了相对市售二氧化钛光催化剂P25(DegUSSa)的光敏性的 直方图。
[0038] 图5是一系列的幻灯片，示出了某些横纹肌肉瘤细胞在与钆掺杂的二氧化钛颗粒 孵育之后的图像。幻灯片(A)示出了用4'，6_二脒基-2-苯基吲哚(DAPI)染色的细胞的蓝色 荧光信号。幻灯片(B)示出了来自与已进入细胞的钆掺杂的二氧化钛颗粒的二氧化硅涂层 结合的FITC标记的绿色荧光信号。幻灯片(C)是细胞的亮视野图像。幻灯片(D)是复合图像， 其示出了细胞核与掺杂二氧化钛颗粒的位置。
[0039] 图6是示出了横纹肌肉瘤细胞(RH30,骨癌来源的细胞系)在它们与掺杂有不同量 的钆的二氧化钛颗粒一起孵育，然后被X-射线辐照之后的细胞死亡量的直方图。
[0040] 图7是示出了先与掺杂有钆的二氧化钛颗粒一起孵育，然后暴露于不同剂量的X-射线的横纹肌肉瘤细胞的细胞死亡量的直方图。
[0041] 图8是示出了RH30(骨癌来源的细胞系）在它们与掺杂有不同量的钆、铒和铕的二 氧化钛颗粒一起孵育，然后被X-射线辐射之后的细胞死亡量的直方图。
[0042] 图9是示出了先与掺杂有钆、铒和铕的二氧化钛颗粒一起孵育，然后暴露于不同剂 量的X-射线的横纹肌肉瘤细胞的细胞死亡量的直方图。
[0043] 图10是一系列的幻灯片，示出了某些A549细胞在它们与具有30nm的尺寸的二氧化 钛颗粒孵育之后的图像。幻灯片(A)示出了用4'，6_二脒基-2-苯基吲哚(DAPI)染色的细胞 的蓝色荧