保持金属稳态的设备及其用途的制作方法

本发明涉及医疗设备领域，更特别涉及用于从机体提取金属的设备。例如，这些设备可用于预防和/或治疗与机体内金属稳态失调有关的病理，例如神经系统疾病。

背景技术：

越来越多的科学研究突显了金属对机体特别是神经系统水平的潜在有害作用(c.marchettietal.,biometals,2014)。在急性金属中毒的情况下，多年来一直采用旨在降低金属离子浓度的螯合疗法。人类已经接受了许多螯合剂，每种螯合剂都与特定种类的金属有关(g.crisponietal.,coordinationchemistryreviews,2015)。螯合疗法已被证明是治疗β-地中海贫血输血患者必不可少的工具。多次输血的患者患有体内铁蓄积。这些铁沉积物通过铁螯合剂(诸如去铁胺、去铁酮或地拉罗司)的静脉内或口服施用来调节(p.v.bernhardtetal.,daltontrans,2007)。d-青霉胺和曲安汀(口服)的螯合疗法目前还用于提取铜阳离子和治疗威尔逊氏病，所述疾病由于遗传异常影响了铜转运蛋白：atp7b而导致。这种异常导致铜超载，血液中循环的铜增加，导致器官(主要是肝脏和大脑)中的沉积(m.l.schilsky,clin.liver.dis.,2017)。螯合疗法在对症前治疗的情况下具有良好的功效，而在肝或神经系统损害的情况下则功效较差(m.wiggelinkhuizenetal.,alimentpharmacol.,2009)，这可能是由于难以达到目标区域和特异性低。

不幸的是，在没有事先医学确认的情况下，螯合疗法也被静脉内误用以治疗许多其它疾病(自闭症、跛行等)。这些误导的用法可能导致严重的副作用，甚至在最悲惨的情况下，由于机体内必需金属稳态过度失调而导致患者死亡(g.crisponietal.,coordinationchemistryreviews,2015)。

越来越多的科学研究突显了金属(特别是铁，还有铜、锌、锰甚至铝)可能在许多神经系统疾病中发挥重要作用(e.j.mcallumetal.,j.mol.neurosci.,2016)。铁超负荷神经变性自然是这种情况，这是一种罕见的疾病，其与大脑某些区域的铁蓄积有关的遗传异常有关，目前仅从姑息治疗中受益(s.wiethoffetal.,handb.clin.neurol.,2017)。此外，许多研究表明铁会随着年龄增长而在大脑中蓄积(j.acosta-cabroneroetal.,journalofneuroscience,2016)。铁在许多脑功能(诸如线粒体呼吸、髓鞘和神经递质的合成和代谢)中起着至关重要的作用(a.a.belaidi等人，journalofneurochemistry，2016)。在大脑中，铁主要位于黑质致密部和中央灰核中，水平与在肝脏中的那些相当。随着年龄的增长，铁倾向于在大脑的某些区域蓄积，其中发现主要与铁蛋白和神经黑色素有关。铁水平最可能增加的区域是黑质、壳状核、苍白球、尾状核或皮层，它们分别与不同的神经退行性疾病相关(d.j.hareetal.,nat.rev.neurol.,2015)。某些神经系统疾病(诸如阿尔茨海默氏病、帕金森氏病和亨廷顿氏病)，伴随有特定区域铁水平的增加，导致细胞损伤和氧化应激(a.a.belaidietal.,journalofneurochemistry,2016)。在帕金森氏症中，观察到黑质中铁的含量增加，黑质是易受帕金森氏病变性影响的大脑区域。铁水平的增加是黑质特有的，在不受该病影响的其它区域则不会发生。铁水平的这种增加可能导致芬顿反应后的损伤，并且已经确定氧化损伤是神经退行性疾病的特征之一(s.aytonetal.,biomed.res.int.,2014)。阿尔茨海默氏病的特征还在于大脑中金属含量的紊乱，但与其它大脑区域和其它蛋白质有关。实际上，在这种情况下，似乎观察到铁水平增加而铜水平降低(s.f.grahametal.,j.alzheimersdis.,2014)。亨廷顿氏病是另一种涉及运动障碍、认知能力下降和精神病的神经退行性疾病。在这种病理中，大脑中观察到许多氧化应激标志物，可能与铁稳态的调节异常有关(s.j.a.vandenbogaardetal.,internationalreviewofneurobiology,2013)。几个mri研究已经证实了几个大脑区域(壳状核、尾状核和苍白质)中铁水平的增加，包括bartzorkis及其同事的研究(g.bartzorkisetal.,archivesofneurology,1999)。

铁稳态失调在许多神经退行性疾病中的作用的丰富证据已导致科学家研究螯合疗法对这些病理的影响(表1)。例如，二期临床试验(deferipronpd，nct01539837)使用了去铁酮(用于治疗β-地中海贫血输血期间发生的铁沉积)，该试验包括22名患者(a.martin-bastidaetal.,scientificreports,2017)。在该临床试验中，治疗持续了6个月，患者耐受良好。在齿状和尾状核中观察到铁水平降低。仅3例患者观察到黑质中铁水平降低。没有观察到苍白球和壳状核中铁水平的变化。在该试验中，显示了运动评分和生活质量改进的趋势，但无统计学意义。另一个团队进行了另一项使用去铁酮的试验(fair-parki)，该试验显示黑质中铁水平降低，运动评分改进，但也没有统计学意义(g.grolezetal.,bmcneurology,2015)。由于fair-parki试验的令人鼓舞的结果，fair-parkii试验于2016年开始(表1)。考虑到帕金森氏试验的令人鼓舞的结果，最近有人提议将去铁酮用于阿尔茨海默氏病的临床试验(表1)。之前，已经测试了另一种金属螯合剂氯碘喹啉，以研究其对淀粉样蛋白纤维形成的影响(表1)。由于该药物被怀疑与脊髓性视神经病变有关，因此在1970年代被禁止使用(c.w.ritchieetal.,arch.neurol.,2003)，并在本研究中进行了重新评估。在此研究中，尽管已报告了一些不良反应，但该产品的安全性仍被认为可用于未来的临床试验，并且在受疾病影响最大的患者中观察到了临床益处。在该试验之后，开发了氯碘喹啉衍生物(pbt2)并进入了iia期试验(l.lannfeltetal.,lancetneurol.,2008)。观察到良好的治疗耐受性。在头脊液中观察到abeta蛋白水平降低，但在血浆中未观察到。接受治疗的患者的两种执行功能也得到改进。

几种铁螯合剂，诸如去铁胺、氯碘喹啉、mao、vk-28、m30或m30a(n.wangetal.,biomacromolecules,2017)因此在临床前或甚至临床试验中引起了对用于神经退行性疾病的螯合治疗的关注。然而，这些分子和其它铁螯合剂的功效仍然受到其在体内的短寿命、其高剂量时可能的细胞毒性、其难以穿过血脑屏障和然后靶向最受影响的大脑区域，以及它们先前被内源性阳离子所饱和的限制。

与这些研究同时进行的是，美国国立卫生研究院(nih)在2001年要求进行一项临床试验，以验证使用严格的科学规程下edta治疗心血管疾病的作用。实际上，在1950年代已经假定edta会螯合动脉粥样硬化斑块的钙，从而导致其降解。由于缺乏临床结果，大多数心脏病专家拒绝这种做法。尽管如此，执业医师仍在继续使用它，并且2007年的一项研究表明，美国每年有110,000多名患者正在接受这种治疗。2002年，nih资助了螯合疗法评估试验(tact，nct，00044213)，该试验招募了1708名在6个月前患有心肌梗塞的年龄在50岁或以上的患者。该试验显示入组患者对edta治疗具有良好的耐受性(d.b.marketal.,circ.cardiovasc.qual.outcomes,2014)。对于接受edta治疗的患者，观察到的效果中等但明显(p.ouyangetal.,curr.cardiol.rep.,2015)。但是，对于糖尿病患者亚组(633名患者)，这种效果要大得多(e.escolaretal.,circ.cardiovasc.qual.outcomes,2014)。因此，接受edta治疗的糖尿病患者显示，合并心血管评估标准的相对风险降低41％(p<0.001)，非致命性中风或非致命性心肌梗塞的风险降低40％(p＝0.017)以及死亡风险降低了43％(p＝0.011)。因此，这项研究显示了针对特定患者群(糖尿病患者)进行靶向螯合疗法(以避免将来发生中风)的潜力。

目前，也有人认为，越来越多的病理与体内金属稳态失调有关，如最近显示的可卡因成瘾症状(k.d.erscheetal.,transl.psychiatry,2017)或怀疑为综合征(诸如自闭症(d.a.rossignoletal.,translpsychiatry,2014))。许多出版物都将重点放在铁的作用上，其在mri下可视，但其它内源性金属，诸如：

(i)在称为锰中枢神经系统综合征中的锰(p.chenetal.,j.neurochem.,2015)，

(ii)在威尔逊氏病的情况下的铜；

或外源性金属，诸如：

(i)对神经毒性和心脏损害作用的汞(j.ohlanderetal.,int.j.occup.environ.health,2016)，

(ii)镉，例如在中毒的情况下(v.m.andrade,adv.neurobiol,2017)，

(iii)与铅中毒有关的铅(g.bjorklundetal.,arch.toxicol.,2017)，

当其稳态受到外部因素或遗传异常调节时，也显示出可导致严重的神经系统疾病。

因此，现今，有必要开发从机体提取金属的新装置，以预防和/或治疗与金属稳态失调有关的病理，并且其具有以下一项或多项优点：

-从机体内靶向金属提取，无论其以高含量或低含量存在，

-调控必需金属的稳态，

-无细胞毒性，

-在机体内不存在有限寿命

-在神经疾病的治疗中促进跨血脑屏障的作用，

-适用于预防和/或治疗与金属稳态失调有关的任何病理的应用。

在本公开中描述了这些和其它优点。

技术实现要素：

在这种情况下，本发明的发明人因此开发了医疗设备，其包含用于提取金属阳离子的至少一种螯合剂。

因此，在第一方面，本发明涉及用于治疗目的的维持金属稳态的设备，其特征在于，该设备包含用于提取金属阳离子的装置。

“用于治疗目的的维持金属稳态”是指调节机体内某些金属的水平，特别是出于提取可能引起病理的过量金属阳离子的目的。

在一个实施方案中，术语“金属稳态”是指金属阳离子的稳态(更具体而言是特定金属阳离子的稳态)。

在一个实施方案中，所述用于提取金属阳离子的装置选自：

-接枝有至少一种螯合剂的植入物，或

-含有至少一种螯合剂的灌注液。

根据本发明，术语“螯合剂”是指能够络合至少一种金属阳离子的有机基团。根据一个优选实施方案，该螯合剂能够络合需要提取的金属阳离子，并且该螯合剂对至少一种所述金属阳离子的络合常数log(kc1)大于10，特别是大于11、12、13、14、15，并且优选大于或等于15。有利地，该螯合剂络合金属铜(cu)、铁(fe)、锌(zn)、汞(hg)、镉(cd)、铅(pb)、铝(al)、锰(mn)、砷(as)、汞(hg)、钴(co)、镍(ni)、钒(v)、钨(w)、锆(zr)、钛(ti)、铬(cr)、银(ag)、铋(bi)、锡(sn)、硒(se)、铊(th)、钙(ca)、镁(mg)、钪(sc)、钇(y)、镧(la)、铈(ce)、镨(pr)、钕(nd)、钷(pm)、钐(sm)、铕(eu)、钆(gd)、铽(tb)、镝(dy)、钬(ho)、铒(er)、铥(tm)、镱(yb)、镥(lu)、锕(ac)、钍(th)、镤(pa)、铀(u)、镎(np)、钚(pu)、镅(am)、铯(cm)、锫(bk)、锎(cf)、锿(es)、镄(fm)、钔(md)、锘(no)和铹(lr)的阳离子中的至少一种。甚至更有利地，该螯合剂络合金属铜、铁、锌、汞、镉、铅、铝、锰、镁、钙和钆的阳离子中的至少一种，尤其是锰和钆。甚至更有利地，该螯合剂络合金属铜、铁和/或锌的阳离子中的至少一种。

根据本发明，术语“至少一种螯合剂”是指存在单一类型的螯合剂、不同螯合剂的混合物或几种相同螯合剂的混合物。

有利的是，螯合剂对待提取的所述金属(金属阳离子)的特异性与其它阳离子微量元素相比较高，特别是与钙和镁的络合常数之差优选大于3，并且更特别地，与钙和镁的络合常数之差优选大于3，甚至大于5。

根据一个优选实施方案，所述设备还含有直接在所述聚合物、植入物或固体中或在灌注液中的选自钙、镁、铁、铜、锌和锰的微量元素。例如，这使调节必需金属的稳态成为可能。

根据优选实施方案，所述设备的所述装置使得可以从生物流体、器官或组织中提取金属阳离子，特别是当所述金属阳离子的含量小于1ppm，特别是0.1ppm、0.01ppm，和优选小于1ppb时。有利地，可以提取至少一半以上的存在的阳离子。

根据本发明，术语“生物流体”是指本发明的设备与之接触的任何流体，诸如血液、脑脊液、滑液或腹膜液。

根据本发明，术语“器官”是指可以与本发明的设备接触或可以将本发明的设备植入或插入其中的任何器官，诸如脑、肝、胰、肠或肺。

根据本发明，术语“组织”是指可以与本发明的设备接触或可以将本发明的设备植入或插入其中的任何组织，诸如腹膜或肿瘤组织(在适用的情况下，为肿瘤组织)。例如，特别地，所述设备可以与肿瘤接触或通过内窥镜插入或植入肿瘤中。

根据一个优选实施方案，例如，所述用于提取金属阳离子的装置是一种材料，并且使得可以提取一定量的金属阳离子，该量占其质量的至少1％，并且优选地大于其质量的10％。

用于金属提取的装置是透析系统

有利地，并且根据优选实施方案，用于提取金属阳离子的装置是透析系统，其包含：

a.多孔透析膜，和

b.含有灌注液的储器。

根据本发明，术语“透析系统”是指使金属阳离子通过人造膜的任何系统。

根据该特定实施方案，所述设备有利地是微透析设备。几年来，已经开发出用于局部分析物或样品收集或局部药物递送(微透析)的新技术。在1950年代末开发了微透析技术，以在需要的区域回收和递送不同的物质(c.m.kho,mol.neurobiol.,2016)。微透析使得仅收集或递送能够通过半透膜的那些样品成为可能，该半透膜的截止阈值根据预期应用选择。在透析的情况下，这通常是动态释放现象，这是由膜各侧之间的释放物质浓度差引起的。在低浓度物质的情况下，驱动力通常很快受到限制或饱和，并且有关物质的捕集受到平衡浓度的限制。有利地，由于在透析膜内部维持至少一种目标金属的络合化学物质，根据本发明的微透析设备使得可以绕开常规螯合剂的问题并局部提取非常高比例的目标金属离子。络合物质存在于大分子或纳米颗粒中，其质量大于膜截留值，因此络合物保留在透析膜内的液体(即灌注液)中。然后，将含有络合物质的透析设备放置在目标区域(例如大脑)中，以治疗神经退行性疾病。小于膜截留值的阳离子将能够通过膜扩散到含有螯合剂的溶液中。所用配体的强络合性能将使目标金属发生螯合，即使它们以非常小的含量存在。因此，这种螯合将降低膜内部溶液中游离目标离子的浓度，从而在膜的外部和内部浓度之间保持目标金属离子的强浓度梯度，从而延长提取时间并保持阳离子流。为了不干扰其它金属阳离子的稳态，可将等浓度的这些离子置于透析膜中。

根据本发明，可以使用本领域技术人员已知的任何微透析设备，前提是其含有多孔透析膜和包含含有至少一种如上所述的螯合剂的灌注液的储器。在此方面，多孔膜的截止阈值低于螯合剂的质量。举例来说，可以在本发明的上下文中使用的设备是由瑞典mdialysisab公司开发的医疗设备，诸如微透析导管(产品编号8010509、p000049、8010337，该列表未穷举)。

根据该优选实施方案，灌注液是纳米颗粒的胶体悬浮液，其平均直径大于所述多孔透析膜的孔，所述纳米颗粒包含至少一种螯合剂作为活性成分。一方面，多孔透析膜的截止阈值小于螯合剂的质量，即，包含至少一种螯合剂的纳米颗粒的质量。

或者，灌注液是聚合物的胶体悬浮液，其平均直径大于所述透析膜的孔，所述聚合物被接枝到为至少一种螯合剂的活性成分上。在此方面，多孔透析膜的截止阈值低于螯合剂的质量，即，至少一种螯合剂被接枝到其上的聚合物的质量。

根据本发明，术语“胶体悬浮液”是指保持均匀分散的液体和固体不溶性颗粒的混合物，该颗粒通常足够小(微米层级或纳米层级)以保持混合物稳定和均匀。

根据一个实施方案，所述平均直径比所述透析膜的孔大至少10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或100％。

根据本发明，术语“平均直径”是指接枝有至少一种螯合剂的纳米颗粒或聚合物的直径的谐波平均值。例如，纳米颗粒或聚合物的尺寸分布使用商业粒度分析仪，诸如基于光子相关光谱法(pcs)的malvernzetasizernano-s粒度分析仪来测量，其特征在于平均流体动力学直径。iso13321：1996中也描述了测量该参数的方法。

在一个实施方案中，胶体悬浮液含有大于1质量％，特别是大于2质量％、3质量％、4质量％、5质量％、6质量％、7质量％、8质量％、9质量％，并且优选大于10质量％的纳米颗粒或聚合物。

可以用于根据本发明的设备，特别是透析系统或植入物中的纳米颗粒

可用于本发明的纳米颗粒具有两个基本特征：

-它们是基于聚硅氧烷的或基于二氧化硅的，

-它们的平均直径大于3nm，优选小于50nm。

在一个实施方案中，所述纳米颗粒包含能够络合金属阳离子的至少一种螯合剂作为活性成分，所述螯合剂对至少一种所述金属阳离子的络合常数log(kc1)大于10，并且优选大于或等于15。

根据本发明，术语“基于二氧化硅的纳米颗粒”是指特征在于二氧化硅质量百分比为至少8％的纳米颗粒。

根据本发明，术语“基于聚硅氧烷的纳米颗粒”是指特征在于硅质量百分比为至少8％的纳米颗粒。

根据本发明，术语“聚硅氧烷”是指由硅氧烷链组成的无机交联聚合物。

聚硅氧烷的相同或不同的结构单元具有下式：

si(osi)nr4-n

其中：

r是通过共价si-c键与硅连接的有机分子

n是1-4的整数。

作为优选实例，术语“聚硅氧烷”特别包括由原硅酸四乙酯(teos)和氨丙基三乙氧基硅烷(aptes)通过溶胶-凝胶法缩合得到的聚合物。

有利地，所述纳米颗粒因此包含：

a.聚硅氧烷，其硅质量比为纳米颗粒总质量的至少8％，优选为纳米颗粒总质量的8％-50％，

b.螯合剂，其优选比例为每个纳米颗粒5-1000个，优选5-100个，

c.如果需要，金属元素，例如其比例为每个纳米颗粒5-100个，优选5-20个，所述金属元素与所述螯合剂络合。

甚至更有利地，所述纳米颗粒具有下式(i)：

sin[o]m[oh]o[ch1]a[ch2]b[ch3]c[m^y+]d[d^z+]e[gf]f(i)

其中：

·n为20-50,000，优选50-1000。

·m大于n且小于4n

·o为0-2n

·ch1、ch2和ch3是相同或不同的螯合剂，它们通过共价si-c键与聚硅氧烷的si连接；a、b和c是0-n的整数，并且a+b+c小于或等于n，优选地，a+b+c为5-100，例如5-20，

·m^y+和d^z+是相同或不同的金属阳离子，y和z＝1-6；d和e是介于0和a+b+c之间的整数，并且d+e小于或等于a+b+c，

·gf是相同或不同的靶向移植物，每个都通过si-c键连接到si，并衍生自靶向分子的接枝，允许纳米颗粒靶向目标生物组织，例如肿瘤组织，f是0-n的整数。

在一个实施方案中，根据本发明的可使用的纳米颗粒不包含金属元素。换言之，在以上定义中，所述纳米颗粒仅包含成分a.(聚硅氧烷或二氧化硅)和b.(螯合剂)。

在一个实施方案中，该螯合剂络合金属cu、fe、zn、hg、cd、pb、mn、al、ca、mg、gd的阳离子。

在一个实施方案中，该螯合剂是通过将以下络合分子之一或其衍生物(诸如聚氨基聚羧酸及其衍生物)接枝(共价键合)到纳米颗粒上而获得的，所述螯合剂特别是选自：dota(1,4,7,10-四氮杂环十二烷-n,n′,n″,n″′-四乙酸)、dtpa(二亚乙基三胺五乙酸)、下式(i)的do3a-吡啶：

edta(2,2′,2″,2″′-(乙烷-1,2-二基二次氮基)四乙酸)、egta(乙二醇-双(2-氨基乙基醚)-n,n,n′,n′-四乙酸)、bapta(1,2-双(邻氨基苯氧基)乙烷-n,n,n′,n′-四乙酸)、nota(1,4,7-三氮杂环壬烷-1,4,7-三乙酸)、dotaga((2-(4,7,10-三(羧甲基)-1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1-基)戊二酸)、dfo(去铁胺)、酰胺衍生物(诸如dotam(1,4,7,10-四(氨基甲酰基甲基)-1,4,7,10四氮杂环十二烷)或notam(1,4,7-四(氨基甲酰基甲基)-1,4,7-三氮杂环壬烷))，以及混合羧酸/酰胺衍生物、膦酸酯衍生物(诸如dotp(1,4,7,10-四氮杂十二烷基-1,4,7,10-四(亚甲基膦酸酯)))或notp(1,4,7-四(亚甲基膦酸酯)-1,4,7-三氮杂环壬烷)、杂环十四烷衍生物(诸如teta(1,4,8,11-四氮杂环十四烷-n,n′,n″,n″′-四乙酸)、tetam(1,4,8,11-四氮杂环十四烷-n,n′,n″,n″′-四(氨基甲酰基甲基)、tetp(1,4,8,11-四氮杂环十四烷-n,n′,n″,n″′-四(亚甲基膦酸酯))或其混合物。

优选地，上述螯合剂直接或间接共价连接至纳米颗粒的聚硅氧烷的二氧化硅。术语“间接”连接是指在纳米颗粒和螯合剂之间存在分子“接头”或“间隔基”，所述接头或间隔基共价键合至纳米颗粒的成分之一。

根据优选实施方案，所述纳米颗粒是平均直径为3-50nm的基于聚硅氧烷的纳米颗粒，其包含通过将dota、dotaga或dtpa接枝到纳米颗粒上而获得的螯合剂。

根据一个优选实施方案，所述纳米颗粒是平均尺寸大于20kda且小于1mda的基于聚硅氧烷的纳米颗粒，其包含通过将dota、dotaga或dtpa接枝到纳米颗粒上而获得的螯合剂。

在一个优选实施方案中，包含所述纳米颗粒的所述胶体悬浮液还含有选自钙、镁、铁、铜、锌或锰的微量元素。

根据本发明的纳米颗粒可以通过专利申请fr1053389中描述的方法获得。

可以在根据本发明的设备中使用的聚合物

在本发明的另一个实施方案中，可以使用聚合物代替上述纳米颗粒。在这种情况下，所述聚合物被接枝到至少一种螯合剂上。

根据本发明，术语“聚合物”是指由衍生自一种或多种单体的非常大量的重复单元的共价序列形成的任何大分子。例如，优选用于本发明的聚合物是壳聚糖、聚丙烯酰胺、聚胺或聚羧酸的家族。例如，它们可以是含有氨基官能团的聚合物，诸如壳聚糖。根据一个优选实施方案，所述聚合物是生物相容的。

根据一个实施方案，接枝到所述聚合物上的螯合剂或其衍生物是聚氨基聚羧酸及其衍生物，特别是选自：dota、dtpa、上式(i)的do3a-吡啶、edta、egta、bapta、nota、dotaga、dfo、dotam、notam、dotp、notp、teta、tetam和tetp或其混合物。

优选地，上述螯合剂通过共价键直接或间接键合至大于10kda且优选大于100kda的聚合物或聚合物链。术语“间接”连接是指在聚合物与螯合剂之间存在分子“接头”或“间隔基”，所述接头或间隔基共价键合至所述聚合物的成分之一。

在一个实施方案中，接枝到所述聚合物上的螯合剂或其衍生物将包含二硫代氨基甲酸酯官能团。

根据一个优选实施方案，所述用螯合剂接枝的聚合物选自：用dpta-ba接枝的壳聚糖或用dfo接枝的壳聚糖。

在一个优选实施方案中，包含所述聚合物的所述胶体悬浮液还含有选自钙、镁、铁、铜、锌或锰的微量元素。

可以在根据本发明的设备中使用的螯合分子

或者，灌注液是螯合分子的溶液。所述螯合分子的平均直径可以大于所述透析膜的孔，即大于膜截止阈值，以便保持在透析膜流体中，或者它们的平均直径可以小于所述透析膜的孔，在这种情况下，它们可在进入机体之前先穿过膜的孔，并被肾脏或肝脏自然清除。

在该实施方案中，所述螯合分子对至少一种所述金属阳离子具有大于10，优选大于或等于15的络合常数log(kc1)。

在该实施方案中，所述螯合分子的溶液还含有选自钙、镁、铁、铜、锌或锰的微量元素。

可以在根据本发明的设备中使用的螯合剂接枝的植入物

或者，用于提取金属阳离子的装置是包含至少一种螯合剂的植入物。根据一个实施方案，用于提取金属阳离子的装置是在其上接枝有至少一种螯合剂的植入物。

根据本发明，“植入物”是指旨在被引入机体内的任何元件。如本说明书中所述，它可以是“聚合物”或“任何其它固体”。

在该实施方案中，可以在灌注液中使用诸如上述提及的那些的聚合物。

根据本发明，术语“任何其它固体”是指(但不限于)陶瓷、金属、复合材料、固体或多孔部件，任选地经表面功能化或未经表面功能化，并且可以具有不同的形状(例如球、管、板等)。

在该实施方案中，所述植入物可以被植入(特别是临时地)，然后被提取。优选地，所述植入物可以被植入待预防和/或治疗的受试者的脑、肝、胰腺等内。所述植入物可以被吸收并且自然被机体逐渐消除。所述植入物还可以包括至少一种在体内缓慢扩散的螯合剂，例如每天扩散少于100mg的螯合分子，优选少于10mg/天和/或允许每天小于1％的总质量的扩散。所述植入物可以放置成与组织直接接触或在皮肤下。或者，所述植入物可以在装有与待治疗的受试者接触的透析液的储器中。

在第二方面，本发明涉及如上所述的胶体悬浮液的用途，特别是用于诸如上述那些的装置中。

因此，本发明涉及用于治疗目的的包含活性成分的纳米颗粒的胶体悬浮液，其特征在于，其包含在维持金属稳态的包含多孔透析膜的设备中，其特征还在于，所述纳米颗粒的平均直径大于所述设备的多孔透析膜的孔。有利地，所述设备是微透析设备。

在一个实施方案中，本发明还涉及用于治疗目的的接枝到活性成分的聚合物的胶体悬浮液，其特征在于，其包含在维持金属稳态的包含多孔透析膜的设备中，其特征还在于，平均直径大于所述多孔透析膜的孔，所述聚合物被接枝到活性成分上。有利地，所述设备是微透析设备。

在一个实施例中，本发明涉及一种根据权利要求1-13中任一项所述的用于维持金属稳态的设备，其特征在于，所述设备包含允许其放置成通过透析膜接触或植入以下之中的装置：

-生物流体，诸如血液、脑脊液、滑液或腹膜液；或

-器官，诸如脑、肝、胰腺、肠或肺；或

-组织，诸如腹膜或肿瘤组织。

根据一个优选实施方案，本发明涉及上述胶体悬浮液，其用于维持金属稳态。

根据另一个优选实施方案，本发明涉及上述胶体悬浮液，其用于治疗神经系统疾病或脑退化，例如帕金森氏病、阿尔茨海默氏病、具有脑铁蓄积的神经变性(nbia，也称为脑铁过载的神经变性)、威尔逊氏病或亨廷顿氏病。

根据另一个优选实施方案，本发明涉及上述胶体悬浮液，其用于治疗自闭症。

根据另一个优选实施方案，本发明涉及上述胶体悬浮液，其用于治疗ii型糖尿病或心血管疾病。

根据另一个优选实施方案，本发明涉及上述胶体悬浮液，其用于治疗肿瘤。

在第三方面，本发明涉及如上所述的纳米颗粒的用途，特别是用于诸如上述那些的设备中。

因此，在一个实施方案中，本发明涉及在用于维持金属稳态的设备中用于治疗目的直径大于3nm，优选小于50nm的基于聚硅氧烷的纳米颗粒，所述纳米颗粒包含能够络合金属阳离子的至少一种螯合剂作为活性成分，并且其特征在于，其对至少一种所述金属阳离子的络合常数log(kc1)大于10，优选大于或等于15。有利地，所述设备是微透析设备。

根据一个优选实施方案，本发明涉及上述用于维持金属稳态的纳米颗粒。

在另一个优选实施方案中，本发明涉及上述纳米颗粒，其用于治疗神经疾病或脑退化，诸如nbia型疾病、帕金森氏病、阿尔茨海默氏病、威尔逊氏病或亨廷顿氏病。

在另一个优选实施方案中，本发明涉及上述纳米颗粒，其用于治疗自闭症。

在另一个优选实施方案中，本发明涉及上述纳米颗粒，其用于治疗ii型糖尿病或心血管疾病。

在另一个优选的实施方案中，本发明涉及上述纳米颗粒，其用于治疗肿瘤。

在第四方面，本发明涉及如上所述的聚合物的用途，特别是用于诸如上述的那些设备中的用途。

在一个实施方案中，本发明因此涉及在维持金属稳态的设备中用于治疗目的的聚合物，所述聚合物被接枝到能够络合所述金属阳离子的至少一种螯合剂上，并且其特征在于，所述螯合剂对至少一种所述金属阳离子的络合常数log(kc1)大于10，优选大于或等于15。有利地，所述设备是微透析设备。

根据一个优选实施方案，本发明涉及上述聚合物，其用于维持金属和/或蛋白质稳态。

根据另一个优选实施方案，本发明涉及上述聚合物，其用于治疗神经疾病或脑退化，诸如nbia型疾病、帕金森氏病、阿尔茨海默氏病、威尔逊氏病或亨廷顿氏病。

根据另一个优选实施方案，本发明涉及上述聚合物，其用于治疗自闭症。

根据另一个优选实施方案，本发明涉及上述聚合物，其用于治疗ii型糖尿病或心血管疾病。

根据另一个优选实施方案，本发明涉及上述聚合物，其用于治疗肿瘤。

本发明还涉及从受试者中提取金属阳离子的方法，该方法包括施用在其上接枝有至少一种螯合剂的植入物，或含有至少一种螯合剂的灌注液在如上所述的设备中的用途。

根据本发明，所述“受试者”是指对其提供预防或治疗的人或动物。

通过以下实施例和附图将最好地说明本发明。以下实施例旨在阐明本发明的主题并举例说明有利的实施方案，但绝不旨在限制本发明的范围。

附图说明

图1示出了在mncl2溶液灌注结束时获得的图像。这是微透析膜的冠状截面(黑点)。膜周围的高光部分对应于mn²⁺的存在(阳性mri造影剂)。

图2示出了在用纳米颗粒悬浮液灌注结束时获得的图像。这是微透析膜的冠状截面(黑点)。膜周围的高光部分对应于mn²⁺的存在(阳性mri造影剂)。

图3示出了对应于前两幅图像之间的差异的图像(如图1和2所示)，并高光显示了组织中mn²⁺浓度的降低(在微透析探针上高光显示)。

图4示出了用mncl2溶液灌注结束时获得的图像。这是微透析膜的冠状截面(黑点)。膜周围的高光部分对应于mn²⁺的存在(阳性mri造影剂)。

图5示出了在用盐水灌注结束时获得的图像。这是微透析膜的冠状截面(黑点)。膜周围的高光部分对应于mn²⁺的存在(阳性mri造影剂)。

图6示出了对应于前两幅图像之间的差异的图像(如图4和5所示)，并高光显示了组织中mn²⁺浓度没有降低(微透析探针下几乎无高光显示)。

图7示出了溶液1、2、3、4和5的mri图像。

图8：实施例7中获得的纳米颗粒的流体动力学直径。

图9：实施例8中获得的纳米颗粒的流体动力学直径。

具体实施方式

实施例1：从啮齿类动物脑中提取锰离子

该研究在雄性wistar大鼠(体重：250g)上进行。

在第0天，为了插入微透析套管，将动物置于气体麻醉下(在o2/n2(80∶20)、2.5％异氟烷下)，其中使用在手术过程中和恢复阶段使用的加热垫。在切开皮肤以清理头骨之前，先皮下注射利多卡因(xylovet21.33mg/ml)进行局部麻醉(在0.9％nacl中稀释为4mg/kg，注射体积为10μl/g)。切开皮肤后，清理头骨，以便放置微型钻头(直径<1mm)以刺穿颅骨。探针的插入是在立体定向下完成的。将透析套管(直径<500μm)轻轻插入大脑中的所需位置和深度。定位套管后，应用快速固化的固定树脂将其拧入动物的头骨上。然后，将皮肤缝合在一起以闭合伤口。在动物醒来之前，先通过皮下施用镇痛药(buprecare)。插入微透析探针后，每隔8-12小时重复施用镇痛药2天。为了限制动物的脱水，在手术开始时进行皮下注射0.9％nacl(小鼠约0.5ml，大鼠约5ml)。为了防止干眼，在手术开始时施用眼科药膏(liposic)。

mri光谱学和成像方案在第3天进行。该方案是在气体麻醉下(在o2/n2(80:20)、2.5％异氟烷下)在动物身上进行的，使用手术过程中和恢复阶段使用的加热垫，并且在nmr采集过程中进行呼吸控制。在将动物定位在mri(brukerbiospin4.7tesla)中之前，将微透析探针(2mm长的膜，截止值6kda，cmamicrodialysisab，kista，瑞典)插入微透析套管中。mri表面天线(dotyscientific，直径8mm，用于发送和接收)垂直于微透析探针定位在动物的头骨上。mri采集(t1-加权闪光序列，回波时间2ms，重复时间150，冠状切片，切片厚度1mm，采集时间3分钟)在微透析探针的灌注过程中连续进行。

结果

实施例1a：

用在盐水中的1mmmncl2溶液以10μl/min流速灌注微透析探针30分钟。然后，用其表面上带有游离dotaga的聚硅氧烷纳米颗粒悬浮液(28.1mg，在1ml盐水+100μlnaoh和hcl中稀释，以在ph7＝或28.1mg时达到平衡，总体积为1100μl)以10μl/min流速灌注微透析探针30分钟。所用的聚硅氧烷纳米颗粒由聚硅氧烷基质组成，在该聚硅氧烷基质上接枝有dotaga的环状螯合剂。这些纳米颗粒的流体力学直径为11.5±6.3nm。该尺寸阻止其穿过孔径为2-3nm的透析膜。mncl2溶液灌注结束时获得的图像如图1所示，纳米颗粒悬浮液灌注结束时获得的图像如图2所示。图3示出了对应于前两幅图像之间的差异的图像，并且高光显示了组织中mn²⁺浓度的降低(在微透析探针上高光显示)。

实施例1b：

用在盐水中的1mmmncl2溶液以10μl/min流速灌注微透析探针30分钟。然后，用10μl/min的盐水灌注微透析探针30分钟。在mncl2溶液灌注结束时获得的图像如图4所示，在盐水灌注结束时获得的图像如图5所示。图6显示了与对应于前两幅图像之间的差异的图像并且显示组织中mn²⁺浓度没有降低(在微透析探针上几乎未高光显示)。

结论

mri允许mn²⁺阳离子中组织浓度变化的客观化(顺磁性mri造影剂)。由于局部组织mn²⁺浓度的降低，灌注液中螯合纳米颗粒的存在会导致mri切片中强度的显著降低。在不存在螯合纳米颗粒的情况下未观察到这种强度的降低。

实施例2：通过灌注纳米颗粒溶液提取组织内钆

该研究在雄性wistar大鼠(体重：250g)上进行。

在第0天，为了插入微透析套管，将动物置于气体麻醉下(在o2/n2(80∶20)、2.5％异氟烷下)，其中使用在手术过程中和恢复阶段使用的加热垫。在切开皮肤以清理头骨之前，先皮下注射利多卡因(xylovet21.33mg/ml)进行局部麻醉(在0.9％nacl中稀释为4mg/kg，注射体积为10μl/g)。切开皮肤后，清理头骨，以便放置微型钻头(直径<1mm)以进行颅骨钻孔。探针的插入是在立体定向下完成的。将透析套管(直径<500μm)轻轻插入大脑中的所需位置和深度。定位套管后，应用快速固化的固定树脂将其拧入动物的头骨上。然后，将皮肤缝合在一起以闭合伤口。在动物醒来之前，先通过皮下施用镇痛药(buprecare)。插入微透析探针后，每隔8-12小时重复施用镇痛药2天。为了限制动物的脱水，在手术开始时进行皮下注射0.9％nacl(小鼠约0.5ml，大鼠约5ml)。为了防止干眼，在手术开始时施用眼科药膏(liposic)。

微透析灌注方案在第3天进行。该方案在气体麻醉下(在o2/n2(80∶20)、2.5％异氟烷下)对动物进行，其中使用在手术过程中和恢复阶段使用的加热垫并控制呼吸频率。将微透析探针(2mm长的膜，截止值为6kda，cmamicrodialysisab，kista，瑞典)插入微透析套管中，以10μl/min的流速进行灌注。

用由添加了1mmgdcl3的盐水组成的灌注液(溶液1)进行30分钟的灌注。透析液在微透析结束时收集(溶液2)。

然后，用纳米颗粒悬浮液vl29-5(28.1mg，在1ml盐水+100μlnaoh和hcl中稀释，以在ph7＝或28.1mg时达到平衡，总体积为1100μl)灌注微透析探针30分钟(溶液3)。透析液在微透析结束时收集(溶液4)。所用纳米颗粒与实施例1中的那些相同，即，它们的流体力学直径为11.5±6.3nm。该尺寸阻止其穿过孔径为2-3nm的透析膜。

这4种溶液(以及盐溶液5)在4.7teslamri中用t1加权梯度回波序列(重复时间40ms，回波时间2.6ms，倾斜角80°)成像。

5个管的图像如图7所示。

结果

因此，图7中的结果高光显示了与溶液5相比溶液4的强度增加，其清楚地示出了纳米颗粒溶液通过微透析探针时组织gd的摄取和螯合。

实施例3：壳聚糖-dtpa-ba的合成

所用壳聚糖的平均分子量为200kda。dtpa-ba(二亚乙基三胺五乙酸二酐)由chematech,dijon,france提供，并原样使用。vivaflow盒购自sartorius，并原样使用。灌注液购自phymep(perfusionfluidcnssterile，产品编号p000151)，并原样使用。

称量0.5g质量的壳聚糖并将其插入500ml容器中。添加体积为250ml的蒸馏水，并将溶液搅拌。使用ph计和50％乙酸溶液，将ph调节至4.0±0.1。将该溶液搅拌24h。在24h，再次将ph调节至4.0±0.1。重复该过程直到所有壳聚糖完全溶解。

称量5.36g质量的dtpa-ba并将其添加到所得溶液中。将该溶液搅拌48小时。在48小时，使用具有100kda截止值的vivaflow盒纯化溶液，直到获得至少100,000的纯化率。再次使用vivaflow盒，用相同浓度的cns灌注液代替溶剂。

实施例4：壳聚糖-dfo的合成

所用壳聚糖的平均分子量为200kda。p-ncs-bz-dfo(n1-羟基-n1-(5-(4-(羟基(5-(3-(4-异硫氰酸根合苯基)硫脲基)戊基)氨基)-4-丁基氨基)戊基)-n4-(5-(n-羟基乙酰胺基)戊基琥珀酰胺)购自chematechmdt，并原样使用。vivaflow盒购自sartorius，并原样使用。灌注液购自phymep(perfusionfluidcnssterile，产品编号p000151)，并原样使用。

称量0.5g质量的壳聚糖并将其置于500ml容器中。添加体积为250ml的蒸馏水，并将溶液搅拌。使用ph计和50％乙酸溶液，将ph调节至4.0±0.1。将该溶液搅拌24h。在24h，再次将ph调节至4.0±0.1。重复该过程直到所有壳聚糖完全溶解。

称重500mg质量的p-ncs-bz-dfo，并将其添加到所得溶液中。将该溶液搅拌48小时。在48小时，使用具有100kda截止值的vivaflow盒纯化溶液，直到达到至少100,000的纯化水平。再次使用vivaflow盒，用相同浓度的cns灌注液代替溶剂。

实施例5：metalsorb纯化和调节

含有二硫代氨基甲酸酯官能团的聚丙烯酰胺聚合物，metalsorbfz，由法国snf提供，并原样使用。vivaflow盒购自sartorius，并原样使用。灌注液购自phymep(perfusionfluidcnssterile，产品编号p000151)，并原样使用。

测量50ml20％w/w的metalsorb的体积并将其放置在250ml容器中。添加体积为150ml的水，并将溶液搅拌2小时。在2h时，使用具有100kda截止值的vivaflow盒纯化溶液，直至达到至少100,000的纯化率。再次使用vivaflow盒，用等浓度的cns灌注液代替溶剂。

实施例6：实施例3、4和5中获得的材料的用途

在以上实施例3、4和5中获得的材料可以有利地用作根据本发明的提取金属阳离子的装置。可以直接使用溶液，或通过调整配方形成灌注液，或者将聚合物提取并固结以形成可以植入的宏观固体。

实施例7：聚硅氧烷-edta纳米颗粒的合成

通过混合三种硅烷前体获得包含edta(乙二胺四乙酸酯)型螯合物si@edta的聚硅氧烷颗粒：(i)teos(原硅酸四乙酯-((si(oc2h5)4,98％-sigma-aldrichchemicals,france))，(ii)aptes(3(氨基丙基)三乙氧基硅烷-(h2n(ch2)3-si(oc2h5)3，99％-sigma-aldrichchemicals，法国))和(iii)si-edta(n-(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺三乙酸，三钠盐-(n-[3-三甲氧基甲硅烷基丙基]乙二胺三乙酸三钠的45％的水溶液，abcr，德国)。将三种前体置于deg中(二甘醇-deg，99％-sdscarloerba(法国))，摩尔比为2：1：3(teos/aptes/si-edta)。将混合物在室温下搅拌30分钟，然后再加入3倍体积的水，并在室温下再搅拌17小时。然后，将温度升至80℃，并保持搅拌6小时(加热2小时后将ph值调整为7.4)。然后，关闭加热，并将溶液在搅拌下保持17小时。然后，通过切向过滤纯化溶液。使用基于pcs的malvernzetasizernano-s粒度分析仪，在动态光散射(dls)中，纳米颗粒的流体力学直径为21±9nm(图8)。

实施例8：聚硅氧烷-dtpa纳米颗粒的合成

对于包含dtpa(二亚乙基三胺五乙酸)型的螯合物的纳米颗粒，需要初步步骤将螯合物接枝到硅烷上。通过在deg中使dtpa的衍生物：dtpa-ba(二亚乙基三胺五乙酸二酐-chematech，dijon，法国)与aptes以1:1dtpa-ba/aptes的比例反应来获得包含dtpa的硅烷。将该溶液搅拌24小时。然后，以3：1：1teos/aptes/dtpa-ba的比例添加teos。在deg中搅拌1小时后，添加水(所用deg体积的10倍)。然后，将溶液在室温下搅拌24小时，加热至50℃并再次搅拌24小时。最后，将溶液冷却至室温，并搅拌72小时。然后，通过切向过滤纯化纳米颗粒，并将ph升高至7.4。使用基于pcs的malvernzetasizernano-s粒度分析仪评估，纳米颗粒在dls中的流体力学直径为7±3nm，第二个群体为20±7nm(图9)。

实施例9：金属提取中微透析流速的比较

在该实施例中，评估了微透析设备中包含螯合剂的灌注液从包含几种金属阳离子的水溶液中的提取能力。

使用相同的灌注液(聚硅氧烷-edta纳米颗粒，其合成描述于实施例8中，其以15mm的edta浓度分散在水中)测试了几种流速(1、2和5μl/min)。微透析膜(63microdialysiscatheter，mdialysisab，sweden)的截止值为20kda。用于测试灌注液的螯合能力的溶液是包含各自浓度为100ppb的al(iii)、cd(ii)、zn(ii)、cu(ii)和pb(ii)离子的水溶液。将溶液的ph调节至7.4，并以1.2g/l的浓度添加hepes(4-(2-羟乙基)-1-哌嗪乙烷磺酸，sigma-aldrichchemicals(法国)作为缓冲剂。溶液总体积为600ml。以2和5μl/min的流速进行40分钟的微透析萃取。在100分钟内获得1μl/min的样品。通过icp/ms分析这些样品，并且每种金属的含量记录在表2中。该实验进行了4次重复实验，并表明与传统的微透析方法相比，使用基于螯合纳米颗粒的灌注液显示更好地提取各金属，其中在所有测试条件下，灌注液最初仅含有水(h2o)。在使用包含螯合剂的灌注液的情况下，在待纯化的介质中观察到浓度高于其“扩散浓度”的金属吸收。螯合剂对铝特别有效，因为它的尺寸较小，可以更快地扩散通过膜。2μl/min的流速似乎是有效提取和样品量之间的良好折衷，并已被选择用于实施例10和11。

表2：通过比较不同流速下的水和聚硅氧烷-edta纳米颗粒(15mm)，灌注液中提取的金属浓度。

实施例10：基于聚硅氧烷-dtpa和聚硅氧烷-edta纳米颗粒的灌注液的比较

使用与实施例9中所述相同的金属混合物，在微透析流速为2μl/min^-1、样品收集时间为40min、用截止值为20kda的微透析膜下比较实施例7和8中获得的纳米颗粒的相对效率。表3总结了使用3种不同的灌注液获得的结果：(i)水，(ii)聚硅氧烷-edta纳米颗粒和(iii)螯合剂浓度为15mm的聚硅氧烷-dtpa纳米颗粒。基于dtpa的纳米颗粒具有很高的铝提取能力，这是由于螯合剂对该物质的亲和力很高。铝的存在似乎会使表面螯合剂饱和，从而降低了其他金属流体的效率。聚硅氧烷-dtpa纳米颗粒使得可以获得非常特定的用于提取铝的灌注液。

表3：比较2μl/min^-1流速的水和聚硅氧烷-edta和聚硅氧烷-dtpa纳米颗粒(15mm)下，灌注液中提取的金属浓度。

实施例11：聚硅氧烷-edta纳米颗粒作为脑脊液(csf)的灌注液的用途

为了建模csf，合成了由nacl(147mm)、kcl(2.7mm)、cacl2(1.2mm)和mgcl2(0.85mm)组成的溶液。用这种溶液进行金属提取以检查提取能力没有因可能干扰的不同离子而降低。制备类似于实施例9中的溶液(即600ml的重构csf，其含有100ppb的al(iii)、cd(ii)、zn(ii)、cu(ii)和pb(ii))。使用的微透析膜(63microdialysiscatheter，mdialysisab，瑞典)的截留值为20kda，流速设置为2μl/min^-1，收集时间为40分钟。提取的金属量的分析通过icp/ms进行。将由重构csf或聚硅氧烷-edta纳米颗粒组成的灌注液(其合成描述于实施例7中)分散在重构的csf中。提取的结果在表4中给出。可以注意到，仅包含csf的灌注液具有非常低的提取能力。将纳米颗粒添加到灌注液中显著增加了金属的提取，而与金属无关。在这些条件下，铅的金属提取率大于5，铜的提取率大于7，镉的提取率大于25，铝的提取率大于125。

表4：比较2μl/min^-1流速下的csf和作为灌注液的聚硅氧烷-edta纳米颗粒(10mm)，在csf溶液中提取的金属浓度。