相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年10月28日提交的美国临时专利申请号62/496,757的权益，该美国临时专利申请的全部公开内容以引用方式并入本文中。
本公开涉及可用作磁共振成像造影剂的磁性纳米颗粒、其制剂及其制备方法。
背景技术：
传统的体内活性靶向诊断剂通常依赖于能够特异性结合所关注靶标的、与信号传导剂连接的特异性肽或抗体。然而，这些诊断剂可因缀合的肽或抗体的毒性而不利，并且它们的大分子量可能抑制这些靶向剂透过生物屏障，例如血脑屏障、小肠、鼻粘膜、皮肤粘膜和口腔粘膜。血脑屏障是人体最严格的屏障之一，并且阻止大多数异物通过。因此，血脑屏障可严重限制神经元疾病诊断剂的选择。用于神经元疾病诊断的最常见方法是正电子发射断层扫描术(pet)和计算机断层扫描术(ct)扫描。然而，这些方法是复杂的并且使患者暴露于辐射，这可能增加持续疾病监测的风险。为了提供更安全和更长期的疾病诊断和监测，需要新的诊断平台技术。
磁共振成像(mri)是广泛用于临床环境的替代成像技术。mri使用磁场和无线电波来产生体内目标组织或器官的图像。由于mri不使用x射线或正电子发射放射性同位素，因此被认为比ct和pet更安全。
虽然解剖结构和血流的mri可以直接成像，这归因于其自然对比，但是其它组织类型需要使用mri造影剂进行成像。最常见的mri造影剂基于钆螯合物。还对基于铁和锰的mri造影剂进行了评估。
mri造影剂，特别是基于铁的mri造影剂，易于团聚并且表现出不良体内分布和半衰期。mri造影剂通常涂覆有生物相容性聚合物以防止这种团聚并改善其体内分布。
用于改善mri造影剂的靶向定位的另一种方法是通过使用选择性结合所关注的目标器官或组织、并且还具有改善造影剂的弛豫率的能力的靶向剂，所述靶向剂也可以增加磁共振信号。
尽管如上所述，仍然需要具有改善的稳定性和药代动力学的新的mri造影剂。
技术实现要素：
本公开提供具有改善的长期稳定性、改善的药代动力学、透过血脑屏障的能力以及长循环半衰期并且对患者具有降低的毒性作用的磁性纳米颗粒。
在第一方面，本文提供了一种包含金属核和涂覆所述金属核的聚合物壳的纳米颗粒，其中所述聚合物壳包括包含第一聚合物的内壳和包含第二聚合物的外壳，其中所述第一聚合物包含聚乙二醇:聚乳酸嵌段共聚物(peg-pla)或聚乙二醇:聚(乳酸-共-乙醇酸)嵌段共聚物(peg:plga)，并且所述第二聚合物是聚乙烯吡咯烷酮(pvp)、聚乙烯醇(pva)、聚酰胺或其组合，并且所述金属核与所述第一聚合物与所述第二聚合物的质量比为约1:0.25:3至约1:4:4。
在所述第一方面的第一实施方案中，本文提供了一种纳米颗粒，其中所述金属核包含fe、gd、mn、sn、zn、cu、mg或pt。
在所述第一方面的第二实施方案中，本文提供了一种纳米颗粒，其中所述金属核包含金属类黄酮(flavonoid)盐、金属类姜黄素(curcumonoid)盐或金属染料盐，其中所述金属是fe、gd、mn、sn、zn、cu、mg或pt。
在所述第一方面的第三实施方案中，本文提供了一种纳米颗粒，其中所述金属类姜黄素盐包括姜黄素、去甲氧基姜黄素或双去甲氧基姜黄素，并且所述金属染料盐包括4-氨基-3-[4-[4-(1-氨基-4-磺酸-萘-2-基)二氮烯基苯基]苯基]二氮烯基-萘-1-磺酸二钠、硫磺素t或硫磺素s。
在所述第一方面的第四实施方案中，本文提供了一种纳米颗粒，其中所述金属核包含fe、gd、mn或sn。
在所述第一方面的第五实施方案中，本文提供了一种纳米颗粒，其中所述金属核包含fe2o3、核-壳fe(0)@fe3o4或fe(cur)3。
在所述第一方面的第六实施方案中，本文提供了一种纳米颗粒，其中所述第一聚合物是peg-pla，其包含平均分子量为1,000至15,000amu的聚乙二醇嵌段和平均分子量为1,000至15,000amu的聚乳酸嵌段。
在所述第一方面的第七实施方案中，本文提供了一种纳米颗粒，其中所述金属类姜黄素盐包括姜黄素、去甲氧基姜黄素或双去甲氧基姜黄素，并且所述金属染料盐包括4-氨基-3-[4-[4-(1-氨基-4-磺酸-萘-2-基)二氮烯基苯基]苯基]二氮烯基-萘-1-磺酸二钠、硫磺素t或硫磺素s，并且所述第一聚合物是peg-pla，其包含平均分子量为1,000至3,000amu的聚乙二醇嵌段和平均分子量为7,000至10,000amu的聚乳酸嵌段。
在所述第一方面的第八实施方案中，本文提供了一种纳米颗粒，其中所述第一聚合物是peg:plga，其包含平均分子量为1,000至15,000amu的聚乙二醇嵌段和平均分子量为1,000至15,000amu的聚(乳酸-共-乙醇酸)嵌段。
在所述第一方面的第九实施方案中，本文提供了一种纳米颗粒，其中所述第一聚合物是peg:plga，其包含平均分子量为1,000至15,000amu的聚乙二醇嵌段和平均分子量为1,000至15,000amu的聚(乳酸-共-乙醇酸)嵌段，并且所述第二聚合物是平均分子量为12,000至30,000的pvp。
在所述第一方面的第十实施方案中，本文提供了一种纳米颗粒，其中所述第一聚合物是peg:plga，其包含平均分子量为1,000至15,000amu的聚乙二醇嵌段和平均分子量为1,000至15,000amu的聚(乳酸-共-乙醇酸)嵌段；所述第二聚合物是平均分子量为12,000至30,000的pvp；所述金属核包含fe(cur)3；并且所述金属核与所述第一聚合物与所述第二聚合物的质量比为约1:0.5:3.4至约1:3:3.8。
在所述第一方面的第十一实施方案中，本文提供了一种纳米颗粒，其中所述第一聚合物是peg:plga，其包含平均分子量为1,000至15,000amu的聚乙二醇嵌段和平均分子量为1,000至15,000amu的聚(乳酸-共-乙醇酸)嵌段；所述第二聚合物是平均分子量为12,000至30,000的pvp；所述金属核包含fe(cur)3；并且所述金属核与所述第一聚合物与所述第二聚合物的质量比为约1:0.5:3.4至约1:3:3.8；并且所述第一聚合物是peg-pla，其包含平均分子量为2,000amu的聚乙二醇嵌段和平均分子量为10,000amu的聚乳酸嵌段。
在所述第一方面的第十二实施方案中，本文提供了一种纳米颗粒，其中所述第一聚合物是peg:plga，其包含平均分子量为1,000至15,000amu的聚乙二醇嵌段和平均分子量为1,000至15,000amu的聚(乳酸-共-乙醇酸)嵌段；所述第二聚合物是平均分子量为12,000至30,000的pvp；所述金属核包含fe(cur)3；所述金属核与所述第一聚合物与所述第二聚合物的质量比为约1:0.5:3.4至约1:3:3.8；所述第一聚合物是peg-pla，其包含平均分子量为2,000amu的聚乙二醇嵌段和平均分子量为10,000amu的聚乳酸嵌段；并且所述纳米颗粒的平均流体动力学直径为约10nm至约300nm。
在第二方面，本文提供了一种包含诊断有效量的第一方面的纳米颗粒和至少一种药学上可接受的赋形剂的药物组合物。
在第三方面，本文提供了一种执行磁共振成像诊断程序的方法，其包括以下步骤：
a.向个体施用诊断有效量的第一方面的纳米颗粒；以及
b.使所述个体经受磁共振成像程序，从而产生所述个体的身体的至少一部分的图像。
在所述第三方面的第一实施方案中，本文提供了一种方法，其中所述纳米颗粒包含与所述个体中的淀粉样蛋白斑结合的金属类黄酮盐。
在所述第三方面的第二实施方案中，本文提供了一种方法，其中所述方法进一步包括以下步骤：处理所述个体的身体的至少一部分的图像以诊断存在或不存在阿尔茨海默氏病、亨廷顿氏病、疯牛病、多发性硬化、帕金森氏病、路易体痴呆或中风。
在所述第三方面的第三实施方案中，本文提供了一种方法，其中所述纳米颗粒包含与所述个体中的淀粉样蛋白斑结合的金属类黄酮盐，并且所述个体的身体的至少一部分包括脑。
在所述第三方面的第四实施方案中，本文提供了一种方法，其中所述个体是人。
在所述第三方面的第五实施方案中，本文提供了一种方法，其中第一方面的纳米颗粒经肠胃外施用。
附图说明
下文参考附图更详细地描述本发明的实施方案，其中：
图1a示出了姜黄素的1h-nmr。
图1b示出了fecur3的1h-nmr。
图2示出了姜黄素的ftir。
图3示出了fecur3的ftir。
图4示出了fecur3的质谱图。
图5示出了mncur3的质谱图。
图6示出了gdcur3的质谱图。
图7示出了pvp浓度(w/v)和注入速率对下文实施例2中通过mivm制备的铁-姜黄素络合物纳米颗粒的尺寸和多分散指数的影响。
图8示出了纳米颗粒的透射电子显微镜图像，所述纳米颗粒包含fe(cur)3金属核与聚合物壳，所述聚合物壳包含peg(2kamu)-pla(10kamu)嵌段共聚物和pvp(30kamu)，金属核与peg-pla与pvp的摩尔比为1:2:4。
图9示出了含有四层不同浓度(0.141mg/ml、0.106mg/ml、0.035mg/ml和0.010mg/ml)的纳米颗粒的琼脂糖凝胶的mri信号，所述纳米颗粒包含fe(cur)3金属核与聚合物壳，所述聚合物壳包含peg(2kamu)-pla(10kamu)嵌段共聚物和pvp(30kamu)，金属核与peg-pla与pvp的摩尔比为本文所述的1:2:4。
图10a示出了通过振动样品磁强计测量的fe(no3)3(无聚合物涂层)的磁矩。
图10b示出了通过振动样品磁强计测量的fecur3(无聚合物涂层)的磁矩。
图11示出了fe(0)@fe3o4核-壳纳米颗粒(无聚合物涂层)的x射线衍射光谱。
图12a示出了显示涂覆有氧化铁的fe(0)核-壳结构(无聚合物涂层)的透射电子显微镜图像。
图12b示出了显示涂覆有氧化铁的fe(0)核-壳结构(无聚合物涂层)的透射电子显微镜图像的放大图。
图13a示出了氯化钆和铁姜黄素络合物的t1弛豫。
图13b示出了氯化钆和铁姜黄素络合物的t2弛豫。
图14示出了已经注射纳米颗粒的5xfad转基因小鼠(年龄>6个月)的体内mri图像，所述纳米颗粒包含fe(cur)3金属核与聚合物壳，所述聚合物壳包含peg(2kamu)-pla(10kamu)嵌段共聚物和pvp(30kamu)，金属核与peg-pla与pvp的摩尔比为1:2:4，所述mri图像已经标记出淀粉样β蛋白斑并且用黑色圆圈突出以更好地显现对比度。
具体实施方式
在下面的描述中，将实施例和/或具体实施方案列为优选实施例。对于本领域技术人员显而易见的是，可以在不脱离本公开的范围和精神的情况下进行修改，包括添加和/或替换。
本文公开的纳米颗粒包含金属核。金属核可以是能够改变例如脂质和/或水质子的t1和/或t2弛豫时间的任何金属。合适的金属的实例包括具有适当氧化态的顺磁性或超顺磁性金属，其选自由以下组成的组：铬、锰、铁、钴、镍、铜、镨、钕、钐、钆、铽、镝、钬、铒、铕和镱。这些金属的具体实例包括但不限于铬(iii)、锰(ii)、锰(iii)、铁(ii)、铁(iii)、钴(ii)、镍(ii)、铜(ii)、镨(iii)、钕(iii)、钐(iii)、钆(iii)、铽(iii)、镝(iii)、钬(iii)、铒(iii)、铕(iii)和镱(iii)。
在某些实施方案中，金属核包含铁、钆、锰、锡、锌、铜、镁或铂。
在金属核包含钆的情况下，金属核可以包含氯化钆(iii)(gdcl3)或硝酸钆(iii)(gd(no3)3)。
在金属核包含锰的情况下，金属核可以包含氯化锰(mncl3)或硝酸锰(mn(no3)3)。
在某些实施方案中，金属核包括核-壳结构，所述核-壳结构包含铁(0)核和包含fe2o3、fe3o4或其组合的壳。
金属核可以进一步包含使得纳米颗粒能够定位于患者体内的特定靶标的靶向配体。靶向配体可以是合成的、半合成的或天然存在的。可用作靶向配体的材料或物质包括例如但不限于蛋白质，包括抗体、抗体片段、受体分子、受体结合分子、糖蛋白和凝集素；肽，包括寡肽和多肽；模拟肽；糖，包括单糖和多糖；维生素；类固醇、类固醇类似物、激素、辅因子、治疗剂、遗传物质，包括核苷、核苷酸和多核苷酸、类姜黄素和类黄酮。
术语“靶”或“靶分子”是指靶向配体可以结合的任何物质，例如蛋白质或多肽、细胞、受体、碳水化合物、脂质等。
合适的靶和靶向配体的实例公开于例如美国专利第6,139,819号中，所述专利通过引用并入本文中。
在某些实施方案中，靶向配体是选自由以下组成的组的类黄酮：黄烷醇(例如槲皮素、山奈酚、杨梅素和异鼠李素)、黄酮(例如木犀草素和芹菜素)、黄烷酮(例如橙皮素、柚皮素和圣草酚)、黄烷-3-醇(例如(+)-儿茶素、(+)-棓儿茶素、(-)-表儿茶素、(-)-表棓儿茶素、(-)-表儿茶素3-棓酸酯、(-)-表棓儿茶素3-棓酸酯、茶黄素、茶黄素3-棓酸酯、茶黄素3'-棓酸酯、茶黄素3,3’-二棓酸酯和茶红素)和花色素(例如花青素、飞燕草素、锦葵色素、天竺葵素、芍药色素和牵牛花色素)。
在某些实施方案中，靶向配体是选自由以下组成的组的类姜黄素：姜黄素、双去甲氧基姜黄素和去甲氧基姜黄素、双-o-去甲基姜黄素。
在某些实施方案中，金属核包含铁、锰或钆的姜黄素盐。金属阳离子可以为+1、+2或+3氧化态。金属姜黄素盐可以由以下化学结构表示：
其中，
m是铁、锰或钆；
x是氧化态，并且选自+1、+2或+3；并且
y表示与m结合的姜黄素配体的数目，并且在数值上等于m的氧化态。
金属核由聚合物壳涂覆，其中所述聚合物壳包括包含第一聚合物的内壳和包含第二聚合物的外壳。
在某些实施方案中，第一聚合物是聚乙二醇:聚乳酸嵌段共聚物(peg-pla)。所述peg-pla可以包含平均分子量为约1,000至约15,000(例如约1,000至约15,000、约1,000至约14,000、约1,000至约13,000、约1,000至约12,000、约1,000至约11,000、约1,000至约10,000、约1,000至约9,000、约1,000至约8,000、约1,000至约7,000、约1,000至约6,000、约1,000至约5,000、约1,000至约4,000或约2,000至约4,000amu)的聚乙二醇聚合物嵌段。在某些实施方案中，所述peg-pla包含平均分子量为约2,000amu的聚乙二醇嵌段聚合物。
所述peg-pla可以包含平均分子量为1,000至15,000(例如约1,000至约15,000、约2,000至约15,000、约3,000至约15,000、约4,000至约15,000、约5,000至约15,000、约6,000至约15,000、约7,000至约15,000、约7,000至约14,000、约7,000至约13,000、约7,000至约12,000、约7,000至约11,000或约7,000至约10,000amu)的聚乳酸聚合物嵌段。在某些实施方案中，所述peg-pla包含平均分子量为约8,000amu的聚乳酸嵌段聚合物。
在某些实施方案中，第二聚合物是聚乙烯吡咯烷酮(pvp)、聚乙烯醇(pva)或聚酰胺。
合适的pvp的实例包括平均分子量为约10,000至约50,000的那些。在一些实施方案中，pvp的平均分子量为约10,000至约30,000、约12,000至约30,000、约10,000至约20,000或约12,000至约20,000。在另外的实施方案中，pvp的分子量为约15,000至约20,000。
合适的pva的实例包括平均分子量为约10,000至约50,000的那些。在一些实施方案中，pva的平均分子量为约10,000至约30,000、约12,000至约30,000、约10,000至约20,000或约12,000至约20,000。在另外的实施方案中，pva的分子量为约15,000至约20,000。
合适的聚酰胺的实例包括平均分子量为约10,000至约50,000的那些。在一些实施方案中，聚酰胺的平均分子量为约10,000至约30,000、约12,000至约30,000、约10,000至约20,000或约12,000至约20,000。在另外的实施方案中，聚酰胺的分子量为约15,000至约20,000。
所述金属核与所述第一聚合物的质量比可为约1:0.25至约1:4，例如约1:0.25至约1:0.5、约1:0.5至约1:1、约1:1至约1:2、约1:2至约1:3、约1:0.5至约1:3、约1:0.5至约1:2或约1:1至约1:3。金属核与第一聚合物的合适质量比的其它实例包括约1:0.4至约1:0.6、约1:0.9至约1:1.1、约1:1.9至约1:2.1或约1:2.9至约1:3.0。
所述金属核与所述第二聚合物的质量比可为约1:2至约1:4。在某些实施方案中，所述金属核与所述第二聚合物的质量比为约1:3至约1:4、约1:3.1至约1:3.9、约1:3.2至约1:3.8、约1:3.3至约1:3.8、约1:3.4至约1:3.8、约1:3.5至约1:3.8或约1:3.5至约1:3.7。
所述金属核与所述第一聚合物与所述第二聚合物的质量比可为约1:0.25:3至约1:4:4，例如约1:0.25:3.6至约1:0.5:3.6、约1:0.5:3.6至约1:1:3.6、约1:1:3.6至约1:2:3.6、约1:2:3.6至约1:3:3.6、约1:0.5:3.6至约1:3:3.6、约1:0.5:3.6至约1:2:3.6或约1:1:3.6至约1:3:3.6。金属核与第一聚合物与第二聚合物的合适质量比的其它实例包括约1:0.4:3.6至约1:0.6:3.6、约1:0.9:3.6至约1:1.1:3.6、约1:1.9:3.6至约1:2.1:3.6或约1:2.9:3.6至约1:3.0:3.6。
已经有利地发现，通过仔细选择金属核与第一聚合物与第二聚合物的质量比，可以改善纳米颗粒的长期稳定性，从而抑制纳米颗粒在储存期间的团聚。
纳米颗粒的稳定性可以通过测量储存期间纳米颗粒团聚的速率和量来测定。可以通过视觉观察或通过对测试样品的周期性光散射测试定性地测定团聚。
涂覆在金属核表面上的聚合物壳可以用作保护层，并且还可以延长纳米颗粒在患者体内的半衰期(循环半衰期和/或局部半衰期)。
纳米颗粒的平均流体动力学直径可为约10nm至约300nm。例如，纳米颗粒的平均流体动力学直径可为约10nm至约250nm、约10nm至约200nm、约10nm至约150nm、约10nm至约100nm、约50nm至约100nm、约60nm至约100nm、约70nm至约100nm、约70nm至约90nm或约80nm至约90nm。在某些实施方案中，纳米颗粒的平均流体动力学直径小于约20nm、小于约30nm、小于约40nm、小于约50nm、小于约60nm、小于约70nm、小于约80nm、小于约90nm或小于约100nm。
可以使用本领域已知的任何方法来制备所述纳米颗粒。根据本文所述的纳米颗粒的合成子的性质，可以采用不同的技术来有效地制备所述纳米颗粒。在某些实施方案中，使用快速纳米沉淀来制备所述纳米颗粒。例如，由于姜黄素的疏水性，铁(iii)姜黄素盐几乎不溶于水。为了增强其水溶性、血液循环时间和防止免疫系统的非特异性摄取，将铁-姜黄素络合物进一步封装在聚合胶束内。将peg-pla和铁-姜黄素络合物溶解在有机相(例如dmf或丙酮)中，而将共稳定剂pvp分散在水相中。将两股流共注入多入口涡流混合器(mivm)中，peg-pla嵌段共聚物的pla尾部可以粘附于铁-姜黄素络合物表面并形成胶束结构。然后，通过与peg-pla上的peg基团形成有利的相互作用，pvp在金属核上的第一聚合物涂层周围形成涂层。
由于在mivm中快速混合期间产生的高能量，纳米颗粒被分离并防止团聚。图7示出了通过mivm制备的铁-姜黄素络合物纳米颗粒的尺寸和多分散指数。
在替代方法中，本文所述的金属核在聚合物壳中的封装通过使用t型接头混合器而不是mivm的快速纳米沉淀来实现。通过使用t型接头混合器，与mivm相比，可以减少制备纳米颗粒的步骤数，并且可以使用更低的注入速率。当使用mivm进行快速纳米沉淀时，需要四个入口流。例如，四个入口流中的两个可以是去离子水，一个可以是有机溶剂(含有姜黄素和聚合物)，一个可以是pvp与水。使用的注入速率(有机物流对pvp流)可为5.45ml/min。此外，当使用mivm时，需要更高浓度的pvp。相比之下，使用t型接头混合器进行本发明的纳米颗粒的快速纳米沉淀仅需要两个入口流，包括有机相和水相，其中有机相用于输送金属核和用于封装金属核的聚合物；第二个入口是pvp的水溶液。当使用在mivm方法中相同的注入速率(5.45ml/min)时，t型接头混合器方法仅需要水相中pvp浓度的十分之一，以便得到与通过使用mivm制备的纳米颗粒具有相当的pdi和粒度的纳米颗粒。另外，使用t型接头混合器进行快速纳米沉淀适用于大规模生产和终产品(封装的纳米颗粒)的较高产率。
在快速纳米沉淀之前，必须首先制备金属核。在金属核包含金属姜黄素盐的情况下，所述方法包括：将顺磁性过渡金属化合物预溶解在少量的有机溶剂中以形成含金属的溶剂。然后，可以在搅拌下将所述含金属的溶剂滴加至含有姜黄素的溶液中以形成深红色混合物，其可以在黑暗下在室温下连续搅拌过夜。然后，将反应混合物冻干以形成粉末。然后，在使用、储存或进一步处理之前，将粉末用水和少量的有机溶剂洗涤。
在某些实施方案中，用于预溶解金属核以形成含金属的溶剂的有机溶剂和用于在所述冻干之后洗涤粉末的有机溶剂是相同的有机溶剂，其为二甲基甲酰胺(dmf)。
由零价金属核和金属氧化物壳组成的核-壳结构可以如下所述在水性环境中合成。将金属溶解在脱气水中以形成含金属溶液。将还原剂在剧烈搅拌和连续n2吹扫下溶解在脱气水中，以形成还原剂溶液，并将所述含金属溶液滴加至所述还原剂溶液中，这形成沉淀。在加入所述含金属溶液之后，将所得混合物连续搅拌直至沉淀停止。然后，通过沉降收集沉淀，并用水洗涤三次，随后用乙醇洗涤一次。然后，将固体在真空烘箱中在60℃下干燥过夜。当金属核暴露于氧气时，氧气氧化金属核的上层，金属氧化物核自发形成，从而形成核-壳结构。
在某些实施方案中，零价金属核是零价铁(fe(0))核，并且所述金属氧化物壳是fe3o4。因此，核-壳结构可由fe(0)@fe3o4表示。在另一实施方案中，溶解至n2吹扫水中以形成含金属溶液的金属化合物是氯化铁(iii)(fecl3)，从而形成含铁溶液。过量的还原剂，例如相对于铁以摩尔比计5当量的nabh4，可以加入脱气的水溶液中。在惰性气氛下，将氯化铁(iii)溶液滴加至还原溶液中。将含金属的溶液滴加至还原剂溶液中之后，将混合物连续搅拌约10分钟，直至所有金属被还原剂完全还原。在某些实施方案中，将混合物连续搅拌另外的10分钟，直至含铁溶液中的铁被nabh4完全还原为零价铁，这可以通过在进行铁的还原的两颈圆底烧瓶中形成黑色沉淀来观察。可以通过使用磁铁来辅助合成的零价铁的沉降。金属氧化物壳由于在金属暴露于氧气时发生的氧化而在每个零价铁核上自然形成。通过在纳米颗粒的表面上形成并阻止氧气透过到氧化铁壳之下的氧化铁保护性涂层来抑制所述零价铁金属核的完全氧化。
由零价金属核和金属氧化物壳组成的核-壳结构通过以下方式与姜黄素进一步缀合：在惰性气氛下剧烈搅拌下，将含有所述核-壳结构的粉末悬浮在有机溶剂中，然后向悬浮液中加入姜黄素。将姜黄素加入到所述核-壳结构的悬浮液中之后，将混合物在黑暗中在室温下搅拌过夜，以形成姜黄素缀合的核-壳结构纳米悬浮液。移除残留在纳米悬浮液中的有机溶剂，然后干燥。可以通过在冷冻干燥之前向纳米悬浮液中加入低温保护剂来实现纳米悬浮液的干燥。冷冻干燥后，形成姜黄素缀合的核-壳结构的纳米颗粒。
在某些实施方案中，低温保护剂包括蔗糖、甘露醇、β-环糊精或葡萄糖。
本文还提供包含本文所述的纳米颗粒和至少一种药学上可接受的赋形剂的药物组合物。
药物组合物可以是无菌可注射制剂的形式，例如无菌可注射的水性或油性悬浮液。该悬浮液可以根据本领域已知的技术使用合适的分散剂或润湿剂和悬浮剂来配制。无菌可注射制剂也可以是在无毒的肠胃外可接受的稀释剂或溶剂中的无菌可注射溶液或悬浮液，例如作为在1,3-丁二醇中的溶液。可使用的可接受的媒介物和溶剂是水、林格氏溶液(ringer'ssolution)和等渗氯化钠溶液。此外，可使用无菌固定油作为溶剂或悬浮介质。出于这个目的，可使用任何固定油，包括合成的单甘油酯或二甘油酯。脂肪酸，例如油酸及其甘油酯衍生物可用于制备注射剂，如同天然的药学上可接受的油，例如橄榄油或蓖麻油，例如其聚氧乙烯化形式。这些油溶液或悬浮液还可含有长链醇稀释剂或分散剂，例如乙醇或类似醇。
本发明的化合物和药物组合物可以通过口服、肠胃外、通过吸入喷雾、局部地、经直肠、经鼻、经颊、经阴道或经由植入的储库施用。
本文所用的术语“肠胃外”包括皮下、静脉内、肌内、关节内、滑膜内、胸骨内、鞘内、肝内、病灶内以及颅内注射或输注技术。
本文所述的纳米颗粒可用于使用mri的各种疾病状态的诊断，包括但不限于阿尔茨海默氏病、亨廷顿氏病、疯牛病、多发性硬化、帕金森氏病、路易体病和中风。
实施例
实施例1
金属-姜黄素络合物的合成和表征
合成策略与所报道的文献(sigurdsson等人，2008；wadghiri等人，2003)类似，有所改动。铁-姜黄素络合物将被描述为合成程序的一个实例。通过用最少量的二甲基甲酰胺溶解姜黄素来合成铁-姜黄素络合物。将姜黄素的三分之一摩尔比的铁溶液(例如fe(no3)3或fecl3)预溶解在二甲基甲酰胺中，并在搅拌下滴加至姜黄素溶液中。溶液变成深红色，并在室温下在黑暗下搅拌过夜。将溶液冻干，并将粉末用milli-q水和最少量的二氯甲烷洗涤。图1示出了铁-姜黄素络合物的1h-nmr光谱，所显示的姜黄素的宽峰表明姜黄素与顺磁性铁缀合。在ir光谱中，在金属络合物中观察到的(与姜黄素相比)较低频率的c＝o和c＝c键也表明姜黄素通过酮基与铁缀合(图2和图3)。示出了铁-、锰-和钆-姜黄素络合物的质谱(图4至图6)，以表明合成策略对广谱过渡金属的可行性。
实施例2
通过快速纳米沉淀(fnp)方法来封装铁-姜黄素络合物-mivm
由于姜黄素的疏水性，合成的铁-姜黄素络合物几乎不溶于水。为了增强其水溶性、血液循环时间和防止免疫系统的非特异性摄取，将铁-姜黄素络合物进一步封装在聚合胶束内。将peg(2kamu)-pla(10kamu)嵌段共聚物和铁-姜黄素络合物溶解在有机相(例如dmf或丙酮)中，而将共稳定剂聚乙烯吡咯烷酮(pvp)(30kamu)分散在水相中。注入比为铁-姜黄素络合物:嵌段共聚物:pvp＝1:2:4。将两股流共注入多入口涡流混合器(mivm)中，对于水相和有机相，注入速率分别为45ml/min和5ml/min。peg-pla嵌段共聚物的pla尾部有利于粘附于铁-姜黄素络合物表面并形成胶束结构。此外，由于在快速混合期间产生的高能量(liu等人，2008；gavi等人，2007)，纳米颗粒被分离并防止团聚。图7示出了通过mivm制备的铁-姜黄素络合物纳米颗粒的尺寸和多分散指数。
实施例3
通过快速纳米沉淀(fnp)方法来封装铁-姜黄素络合物-t型接头
由于姜黄素的疏水性质，合成的铁-姜黄素络合物几乎不溶于水。为了增强其水溶性、血液循环时间和防止免疫系统的非特异性摄取，将铁-姜黄素络合物进一步封装在聚合胶束内。除了通过mivm制备之外，t型接头也用于纳米颗粒的制备。将peg-pla嵌段共聚物和铁-姜黄素络合物溶解在有机相(例如dmf或丙酮)中。对于t型接头设置，将具有嵌段共聚物和金属络合物的有机相和水相共注入t型接头混合器中。用0.3％pvp水溶液在剧烈搅拌下收集纳米颗粒。由于在混合期间产生的高能量，纳米颗粒被分离并防止团聚。在有机流和水性流之间注入速率为5/45ml/min下，通过t型接头制备的尺寸可以达到(89.1±2.7)nm，其中pdi为(0.21±0.01)(n＝3)。图8示出了由peg-pla嵌段共聚物封装的铁-姜黄素络合物纳米颗粒的透射电子显微镜(tem)图像。
尽管mivm和t型接头均可以促进快速混合并获得类似的粒度范围，但mivm适用于少量制备，并且其对于较低的最终浓度范围有益，而t型接头能够连续生产并且可以产生更高的最终生产浓度。
实施例4
铁-姜黄素纳米颗粒作为潜在mri剂
通过扫描在琼脂糖凝胶中的铁-姜黄素纳米颗粒的mri信号来研究铁-姜黄素纳米颗粒作为磁共振成像剂的潜力。制备具有不同浓度的铁-姜黄素纳米颗粒的琼脂糖凝胶，并层叠在50ml离心管内。然后用mri仪器扫描以分析mri信号(图9)。也通过振动样品磁强计测量磁矩(图10a和图10b)。
实施例5
零价铁的制备
铁(fe)携带磁偶极矩，其能够在外部磁场下被检测到。铁可以不同的形式存在，例如零价态(fe(0)(零价铁“zvi”))、氧化铁(fexoy)和与不同配体连接的铁络合物(即，fecl3、fe(acac)3)。其中，zvi具有最强的磁矩(高达218emu/g)，其次是氧化铁(即，磁赤铁矿高达80emu/g)，最后是铁络合物。
不同铁的磁矩的强度与在外部磁场下测量的信号强度(即，通过mri扫描的诊断)成比例。因此，与氧化铁相比，zvi诊断剂显示出至少2倍的增加。这使得在mri扫描中，相比于氧化铁，使用zvi有以下优点：1)提高信噪比，从而降低假阳性诊断的可能性；2)用于早期诊断的更有能力和更有效的药剂，即使只有少量的病原体；3)减少所使用的诊断剂，使患者的成本降低；以及4)减少进入患者体内的外源性物质的量；5)降低仪器成本(例如mri机)，因为较弱的外部磁场足以进行诊断。
零价铁可以通过使氯化铁溶液与还原剂例如nabh4水溶液反应来合成[6]。通过将氯化铁溶解在n2吹扫的milli-q水中来制备铁溶液。将过量的nabh4(相对于铁，以摩尔比计，5当量)在剧烈搅拌和连续n2吹扫下在两颈圆底烧瓶中溶解在n2吹扫的milli-q水中。将铁溶液滴加至nabh4溶液中，并且立即观察到黑色沉淀。在加入所有铁溶液后再额外搅拌10分钟，以确保铁被完全还原成零价铁。使用磁铁来帮助零价铁纳米颗粒的沉降。将零价铁纳米颗粒用n2吹扫的milli-q水洗涤三次，并用无水乙醇洗涤一次。将粉末在真空烘箱中在60℃下干燥过夜。示出了xrd谱(图11)以证明零价铁的存在。tem图(图12)示出了涂覆有一层氧化铁的零价铁的核-壳结构。
实施例6
姜黄素涂覆的零价铁的制备
根据实施例5，为了增加测量期间的mri信号，使用零价铁作为诊断剂的磁芯。将零价铁在惰性环境下剧烈搅拌下悬浮在二甲基甲酰胺中。然后，将姜黄素加入用于涂覆目的的悬浮液中，然后在室温下在黑暗下搅拌过夜。
通过渗析方法来消除残留在纳米颗粒悬浮液中的溶剂。干燥过程可以通过在冷冻干燥之前加入低温保护剂例如蔗糖、甘露醇、β-环糊精和葡萄糖，然后与纳米悬浮液共冷冻来实现。干燥的纳米颗粒可以再悬浮于水溶液中。为了增强纳米颗粒的血脑屏障穿透能力，在应用于任何体内测试之前，将聚山梨酯80或甘露醇(ren等人，2009；sun等人，2004)加入重构溶液中。
实施例7
用于阿尔茨海默氏病检测的体内mri成像
将铁姜黄素纳米颗粒注射至大于6月龄的转基因小鼠(基因型：5xfad)中。这种类型的转基因小鼠携带5种人阿尔茨海默氏病基因，并且在早至2月龄时就表现出阿尔茨海默氏病病理。示出了在注射铁姜黄素纳米颗粒4小时后从前面至远端的大鼠脑的连续体内mri图像的实例(图14)。铁姜黄素颗粒标记的淀粉样β蛋白斑(阿尔茨海默氏病的标志)通过圆圈突出显示。
已出于说明和描述的目的提供了本发明的上述描述。其并不意图具有穷尽性或将本发明限定于所公开的确切形式。许多修改和变化对于本领域的技术人员来说将是显而易见的。
对实施方案进行选择和描述以最好地解释本发明的原理和其实际应用，由此使得本领域其他技术人员能够理解本发明用于多个实施方案且具有适于所预期的特定用途的各种修改。意图是本发明的范围由所附权利要求书和其等同限定。