无机纳米粒子组合物与电离辐射组合用于治疗癌症的制作方法
【技术领域】
[0001] 本申请涉及可用于健康领域、特别是人类健康领域，以扰乱、改变或破坏目标癌性 细胞、组织或器官的可激活的无机纳米粒子。更具体来说，它涉及当集中在肿瘤内部并暴露 于电离辐射时能够产生惊人高效的治疗效果的纳米粒子。本发明还涉及包含一群如上定义 的纳米粒子的药物组合物以及它们的用途。
【背景技术】
[0002] 在全世界，癌症是死亡的主因，在2008年导致七百六十万例死亡（所有死亡的约 13% )(世界卫生组织）。癌症是可以影响身体任何部位的一大类疾病的通用术语。所使用 的其他术语是恶性肿瘤和赘生物。癌症是异常细胞的不受控制的生长和扩散。所述生长常 常侵入周围组织并可以转移到远处位点。转移是由癌症引起的主要死因。据预测，全世界 由癌症引起的死亡将继续上升，估计在2030年将为一千三百一^h万例。
[0003] 癌症治疗需要仔细选择一种或多种干预，例如手术、放疗和/或化疗。其目的是治 愈疾病或显著延长寿命，同时提高患者的生活质量。
[0004] 各种不同形式的辐射例如X-射线、y -射线、UV-射线、激光、微波、电子束以及诸 如中子、碳离子和质子的粒子束，已被用于治疗恶性疾病。一些所述辐射已与辐射敏化剂相 组合被用于这样的应用中。电磁和电离辐射事实上能够断裂细胞的DNA分子，从而阻止所 述细胞生长和分裂。这种效应可以通过粒子或波的作用来解释，所述粒子或波产生电离，其 释放在限定体积内移动并在该体积内产生能量沉积的电子和自由基。
[0005] US 7, 367, 934 B2涉及一种用于在动物中增强针对组织或细胞群体的辐射的效果 的方法。这种方法包括向所述动物给药一定量金属纳米粒子，以在所述动物的所述组织或 所述细胞群体中获得至少约〇. 1重量％的金属浓度的步骤；以及随后用针对所述组织或所 述细胞群体的福射福照所述动物的步骤，其中所述福射为约IkeV至约25, OOOkeV的X-射 线的形式。
[0006] W0 2011/127061 A1涉及一种用于增强针对组织或细胞群体的辐射的效果的方 法，所述方法包括下列步骤：（1)向动物给药一定量的高Z粒子，所述高Z粒子包含对革巴组 织或靶细胞群体具有亲和性并具有高Z元素的靶向分子，以及（2)随后用电离辐射辐照所 述靶组织或靶细胞群体；其中所述高Z粒子以足以在所述靶组织或靶细胞群体中获得低于 〇. 05重量％的金属浓度的量给药到所述动物。
[0007] 在本文中，本发明人提供了一种使用他们的纳米粒子（在后文中描述）的新的、强 有力的策略，正如在本文中证实的，当所述纳米粒子被适当选择并集中在目标癌症位点内 部时，其与电离辐射相结合能够实现目标癌性细胞的非常高效的改变或破坏。
[0008] 发明概述
[0009] 本发明人现在提供了一种用于治疗癌症的包含无机粒子的有利组合物，特别是在 对象的肿瘤暴露于电离辐射时，允许破坏所述对象的肿瘤体积中超过约30%、优选地超过 约44%或超过约47%、甚至更优选地超过约70%的癌细胞（组织学响应评估）或引起所 述对象中至少超过20%的肿瘤尺寸减小（解剖学响应评估）或引起所述对象中至少超过 20%的肿瘤1午406 3群（标准化摄取值）降低（代谢响应评估）的组合物。
[0010] 在给药后，本发明的组合物的体积（Vc)占肿瘤体积（Vt)的2%至50%之间。组 合物的每个无机纳米粒子具有体积（Vin)，其电子密度为相应体积l(Vwl)的水的电子密度 的至少5倍。
[0011] 在特定实施方式中，在本文中描述了一种用于在患有癌症的对象中引起（i)对肿 瘤体积中超过30%的癌细胞的破坏或（ii)至少超过20%的肿瘤尺寸减小的方法。该方法 包括：
[0012] -在患有癌症的对象中给药包含无机纳米粒子的组合物，每个所述无机纳米粒子 具有体积（Vin)，其电子密度为相应体积l(Vwl)的水的电子密度的至少5倍，并且
[0013]-将所述对象的所述肿瘤（靶组织或靶细胞群体）暴露于电离辐射，
[0014] 由此当所述组合物的体积（Vc)占肿瘤体积（Vt)的2%至50%之间时，引起（1) 对肿瘤体积中超过30%的癌细胞的破坏，或（ii)至少超过20%的肿瘤尺寸减小。
[0015] 本文件进一步描述了使用无机纳米粒子制备组合物，所述组合物用于当所述组合 物的体积（Vc)占肿瘤体积（Vt)的2%至50%之间时，并且当所述肿瘤暴露于电离辐射时， 在患有癌症的对象中引起（1)对肿瘤体积中超过约30%、优选地超过约44%或47%、甚至 更优选地超过约70%的癌细胞的破坏（病理学响应），或（ii)至少超过20%的肿瘤尺寸减 小（肿瘤萎缩），其中每个无机纳米粒子具有体积（Vin)，其电子密度为相应体积l(Vwl)的 水的电子密度的至少5倍。
[0016] 在优选实施方式中，所述体积的组合物（Vc)的电子密度为相应体积2 (Vw2)的水 的电子密度的至少3%，并且甚至更优选地所述无机纳米粒子向瘤块提供超过3xl022个电 子，优选地超过7xl0 22个电子。
[0017] 在其他优选实施方式中，这些无机纳米粒子向瘤块提供超过3xl022个电子，优选 地超过7xl0 22个电子。在另一种优选实施方式中，所述体积的组合物（Vc)(有利地还）具 有相应体积2 (Vw2)的水的电子密度的至少3%的电子密度（图1)。
[0018] 现在，在本发明的文本中首次呈现的结果证实了占肿瘤体积2%至50%之间包含 高电子密度无机纳米粒子的组合物，能够在所述无机纳米粒子向瘤块提供至少优选地超过 3xl0 22个电子例如超过约3. 2x10 22个电子、优选地超过7x10 22个电子时，引起杀灭至少超过 约30 %、优选地超过约44 %或47 %、甚至更优选地超过约70 %的癌细胞。所述组合物的每 个纳米粒子有利地具有由水分子构成的相同纳米粒子的电子密度的至少5倍的电子密度。
[0019] 发明详述
[0020] 无机纳米粒子
[0021] 尺寸
[0022] 本着本发明的精神，术语"纳米粒子"是指尺寸在纳米范围内、通常在lnm至500nm 之间的产物，特别是合成产物。
[0023] 术语"微晶"在本文中是指结晶产品。微晶的尺寸及其结构和组成可以从X-射线 衍射图来分析。
[0024] 术语"微晶集合体"是指彼此强烈地、通常共价地结合的微晶的集合物。
[0025] 本发明的纳米粒子通常是微晶和/或微晶集合体。
[0026] 术语"纳米粒子的尺寸"和"纳米粒子的最大尺寸"在本文中是指"纳米粒子的最 大维度"或"纳米粒子的直径"。可以使用透射电子显微术（TEM)来测量纳米粒子的尺寸。 此外，也可使用动态光散射（DLS)来测量溶液中的纳米粒子的流体动力学直径。这两种方 法也可以被相继使用以比较尺寸测量值并验证所述尺寸。优选的方法是DLS (参考国际标 准 IS022412 粒子尺寸分析--动态光散射（Particle Size Analysis - Dynamic Light Scattering)，国际标准化组织（International Organisation for Standardisation) (ISO)2008)〇
[0027] 本文中所定义的纳米粒子的最大维度通常在约5nm至约250nm之间，优选地在约 10nm至约100nm或约200nm之间，甚至更优选地在约20nm至约150nm之间。
[0028] 形状
[0029] 由于粒子的形状可以影响它的"生物相容性"，因此具有相当均匀形状的粒子是优 选的。出于药物动力学原因，形状基本上为球形、圆形或卵圆形的纳米粒子因此是优选的。 这样的形状也有利于纳米粒子与细胞的相互作用或被细胞摄取。球形或圆形是特别优选 的。
[0030] 通常，最大维度是圆形或球形纳米粒子的直径或卵形或椭圆形纳米粒子的最长长 度。
[0031] 组成/结构
[0032] 组合物中存在的纳米粒子的无机材料优选地具有至少7的理论密度（容积密度 (bulk density))，并且可以选自表现出这种性质的任何材料，并且可以在《化学和物理学 手册》（Handbook of Chemistry and Physics (David R.Lide 主编，第 88 版，2007-2008)) 第4-43页上出现的无机化合物的物理常数的表中鉴定。
[0033] 构成纳米粒子的无机材料优选为具有至少25、优选地至少40或41、更优选地至少 50或51、更优选地至少60、61、62或甚至63的有效原子序数（Z eff)的材料。
[0034] 有效原子序数是与原子序数类似但用于化合物（例如水）和不同材料的混合物 (例如组织和骨骼）而不是用于原子的术语。有效原子序数计算化合物或材料的混合物的 平均原子序数。它被缩写为Z rff。
[0035] 有效原子序数通过获得化合物中每种原子的分数比例并用它乘以原子的原子序 数来计算。用于有效原子序数Z rff的公式如下：
[0036]
[0037] 其中
[0038] 仁是与每种元素结合的电子总数的分数，并且
[0039] Zn是每种元素的原子序数。
[0040] 原子序数（也被称为质子数）是原子的核中存在的质子的数目。它传统上用符号 Z表示。原子序数独一无二地指定化学元素。在电中性原子中，原子序数等于电子的数目。
[0041] -个实例是水（H20)，其由两个氢原子（Z = 1)和一个氧原子（Z = 8)构成。电 子总数为1+1+8 = 10。对应于两个氢的电子的分数为2/10,对应于单个氧的电子的分数为 (8/10)。因此，水的Zeff为：
[0042]
[0043] Zrff参与纳米粒子的入射辐射吸收能力。
[0044] 构成纳米粒子的无机材料通常选自氧化物、金属、硫化物及其任何混合物。
[0045] 当构成纳米粒子的无机材料是氧化物时，该氧化物有利地选自氧化铺（IV) (Ce02)、氧化钕（III) (Nd203)、氧化钐（III) (Sm203)、氧化铕（III) (Eu203)、氧化钆（III) (Gd203)、氧化铽（III) (Tb203)、氧化镝（III) (Dy203)、氧化钬（H〇203)、氧化铒（Er203)、氧化铥 (III) (Tm203)、氧化镱（Yb203)、氧化镥（lu203)、氧化铪（IV) (Hf02)、氧化钽（V) (Ta205)、氧化 铼（IV) (Re02)、氧化铋（III) (Bi203)。在本发明的情形中，也可以使用无机氧化物的混合物 来制备本发明的纳米粒子。
[0046] 当构成纳米粒子的无机材料是金属时，该金属有利地选自金（Au)、银（Ag)、钼