专利名称：用于x-射线/计算层析x射线照相术的基于纳米颗粒的显像剂的制作方法
技术领域：
本发明总的来说涉及用于X-射线/计算层析X射线照相术的显像 剂，且更具体地涉及基于納米颗粒(nanoparticle)的显像剂。
背景技术：
碘化的苯曱酸衍生物持续用作标准的X-射线/计算层析X射线照相 术(CT)显像剂，尽管存在与静脉内碘注射有关的危险因素和副作用。另 外，这样的标准的CT显像剂通常具有低分子量，且已知它们会非常快 地从人体清除，从而使得难以将这些试剂耙向疾病部位(Shi-Bao Yu和 Alan D. Watson, Ghem. Rev. 1999, 99, 2353-2377)。
文献描迷了用于CT成像的含有钆(Gd)的实验性纳米颗粒系统。但 是，在这样的系统中，仅相对小数目的钆原子可以递送到耙组织/其附近。 这样的方法包括脂质体方法，其中将碘化的分子包封进脂质体中(Leike 等人，Invest. Radiol. 2001, 36(6), 303-308)，以及树状方法，其中将钆原 子缀合到G-4 Starburst 聚酰胺胺(PAMAM)树状聚体上(Yordanov等 人，Nano Letters 2002, 2(6), 595-599)。 2个方法最多递送几百个重金属 (即，釓)原子。
递送更大数目的重金属原子的努力已经包括，使用这些重金属的纳 米颗粒。参见PCT国际公开号WO 03/075961 A2和WO 2005/051435 A2。 尽管元素(零价)金属种类的纳米颗粒具有最高密度(重金属原子数/体 积)，但它们存在问题，例如有力合成和氧化稳定性。惰性金属如金的纳 米颗粒(例如，如WO 03/075961 A2所述)可以克服这些问题，但是成本 上不是非常经济的。
作为前述内容的结果，继续需要新的CT显像剂，具体地在这样的 程度上，这样的显像剂可以提供在一个或多个下述方面的改良的性能和 益处有力合成、减少成本、图像对比增强、增加的血液半衰期、减小 的毒性、减小的辐射剂量和粑向能力。
发明概述本发明总的来说涉及核/壳纳米颗粒，其中所述核/壳纳米颗粒包含
纳米颗粒核和排列在纳米颗粒核周围的纳米壳(nanoshell),从而使得在 聚集体中，它们形成可行的用作X-射线/计算层析X射线照相术(CT)的 显像剂的核/壳纳米颗粒。
在有些实施方案中，本发明涉及第一类显像剂，其包含钝态(passive) 纳米颗粒核和活性纳米壳，所述纳米壳包含活性CT造影剂材料，且排 列在纳米颗粒核周围，从而使得在聚集体中，它们形成可行的用作CT 成像的显像剂的核/壳纳米颗粒。
在有些实施方案中，本发明涉及第二类显像剂，其包含活性纳米颗 粒核和活性纳米壳，所述纳米壳的材料不同于纳米颗粒核，且包含活性 CT造影剂材料，且排列在纳米颗粒核周围，从而使得在聚集体中，它 们形成可行的用作CT成像的显像剂的核/壳纳米颗粒。
在有些实施方案中，本发明涉及第三类显像剂，其包含活性纳米颗 粒核和钝态纳米壳，所述纳米壳排列在纳米颗粒核周围，从而使得在聚 集体中，它们形成可行的用作CT成像的显像剂的核/壳纳米颗粒。
在有些实施方案中，本发明涉及制备任一种上述显像剂的方法。在 有些或其它实施方案中，本发明涉及在CT中使用这样的显像剂的方法。
本发明使用纳米颗粒方法来递送相对大数目的高密度、高衰减(不透 射线的分子结构，其有效原子序数大于或等于Z=34,即竭的原子序数) 的元素或分子形式的原子，以改善CT对比增强。在有些实施方案中， 本发明提供了由CT显像剂对特定疾病部位的靶向。在有些实施方案中， 本发明提供了 CT显像剂的巨噬细胞摄取。在有些实施方案中，本发明 提供了具有增加的血液半衰期的CT显像剂。
前述内容已经相当广泛地略述了本发明的特征，以更好地理解下面 对本发明的详述。在下文中将描述本发明的其它特征和优点，它们形成 本发明权利要求的主题。
附图简述
为了更完整地理解本发明和其优点，下面参考下面的描述结合附 图，其中
图1概括地描述了核/壳纳米颗粒的横断面视图，以便解释组分之间 的关系；图2描述了根据本发明的有些实施方案的包含钝态核和活性壳的 第 一类核/壳纳米颗粒的横断面视图3描述了根据本发明的有些实施方案的包含活性核和活性壳的 第二类核/壳纳米颗粒的横断面视图4描述了根据本发明的有些实施方案的包含活性核和钝态壳的 第三类核/壳纳米颗粒的横断面视图5以流程图形式图解了根据本发明的有些实施方案使用核/壳纳 米颗粒作为计算层析X射线照相术的显像剂的方法；
图6是根据本发明的有些实施方案，具有氧化铁核和碘化壳的钝态 核/活性壳纳米颗粒的透射电子显微镜术(TEM)图像；
图7是根据本发明的有些实施方案，主要包含二氧化铪的活性核的 TEM图像；
图8是根据本发明的有些实施方案，包含氧化钨核和聚合物壳的活 性核/钝态壳纳米颗粒的TEM图像；且
图9是根据本发明的有些实施方案，具有氧化鵠核和聚合物壳的活 性核/钝态壳纳米颗粒的计算层析X射线照相术(CT)图像。
发明详述
本发明总的来说涉及核/壳纳米颗粒，其中所述核/壳纳米颗粒包含 納米颗粒核和排列在纳米颗粒核周围的纳米壳，从而使得在聚集体中， 它们形成可行的用作X-射线显像剂的核/壳纳米颗粒，尤其在计算层析 X射线照相术(CT)中用作X-射线显像剂，具体地涉及成像X-射线/计算 层析X射线照相术试剂。
总体上参考附图，将理解，所述图解用于描述本发明的具体实施方 案的目的，且无意限制本发明。
尽管本文使用的大多数术语将是本领域技术人员可公认的，但还是 提出下面的定义用于辅助理解本发明。但是，应当理解，当没有明确定 义时，术语应当解释为采用本领域技术人员目前接受的含义。
本文定义的"计算层析X射线照相术"缩写为"CT",也称作计 算轴向x射线断层术或计算机辅助x射线断层术(CAT)和体层X射线照 相术，是一种采用x射线断层术的医学成像方法，其中使用数字处理来 从绕着单个旋转轴采集的大量二维X-射线图像系列生成对象(或受试者)内部的三维图像。尽管本文的讨论集中在计算层析x射线照相术，但本 领域技术人员将明白，这样的讨论普遍适用于所有类型的x-射线成像。 本文定义且也称作造影剂的"显像剂“是包含可以显著衰减入射
x-射线辐射、从而造成透过目标体积的辐射的减少的材料的试剂。经过 CT图像重建和典型的后处理后，将这样增加的X-射线衰减解释为目标 体积密度的增加，与图像中的背景组织相比，这会在包含造影剂的体积 中生成对比增强。因为本文的讨论普遍适用于所有类型的X-射线成像， 所以本发明的显像剂在本文中通常称作"X-射线/计算层析X射线照相 术显像剂"。该术语与"计算层析X射线照相术(CT)试剂"互换使用。 关于核/壳纳米颗粒的核和壳组分，术语"活性"和"钝态"是指组 分在CT成像中生成对比增强的能力。常规CT扫描仪扫描使用约10 keV 至约140 keV的广语X-射线能量。本领域技术人员将认识到，将每单 位长度的穿过特定材料的X-射线衰减的量表达为线性衰减系数。在CT 成像中典型的X-射线能量谱中，材料的衰减受到光电吸收效应和康普顿 散射效应的控制。此外，众所周知线性衰减系数随入射X-射线能量、材 料的密度(与摩尔浓度有关)和材料的原子序数(Z)而变化。关于分子化合
物或不同原子的混合物，可以将'有效原子序数，Zeff计算为组成元素
的原子序数的函数。从下述关系确定已知化学式的化合物的有效原子序 数<formula>formula see original document page 7</formula> (方程式1)
其中Zk是简单元素的原子序数，P是简单元素的总量，且wfk是简
单元素相对于该分子的总分子量(与摩尔浓度有关)的重量分数(weight fraction)。用于CT成像的入射X-射线能量的最佳选择随要成像的对象 的大小而变化，且未预见到会偏离标称值许多。也众所周知的是，造影 剂材料的线性衰减系数线性依赖于材料的密度，即，如果增加材料密度， 或如果增加造影材料的摩尔浓度，则可以增加线性衰减系数。但是，将 造影剂材料注射进患者的实践方面和相关的毒性效应，限制可以达到的 摩尔浓度。因此，根据它们的有效原子序数分离潜在的造影剂材料是合 理的。基于以约50 mM的摩尔浓度对于典型CT能量谱模拟典型材料的 CT对比增强，申请人估计到，有效原子序数大于或等于34的材料将产生约30洪斯费尔德(Hounsfield)单位(HU)的适当对比增强，或对比比水 高3%。因此，申请人已经将潜在CT造影材料定义为，有效原子序数小 于34(即，Zeff <34)的钝态的，或有效原子序数大于或等于34(即，Zeff 2 34)的活'〖生的。参见，例如，Chapter 1 in Handbook of Medical Imaging, Volume 1. Physics and Psychophysics, Eds. J. Beutel, H丄.Kundel, R丄. Van Metter, SPIE Press, 2000)。
本文定义的"纳米颗粒"是平均直径为约1 nm至约500 nm的颗粒， 且可以用于指纳米颗粒核和核/壳纳米颗粒聚集体。这样的纳米颗粒可以 是球形的或不规则形状的，且尤其在该大小范围的更小一端，与分子有 机金属配合物区分开来。本文定义的"纳米壳"是核/壳纳米颗粒的壳区 域。这样的纳米壳以这样的方式排列在纳米颗粒核周围，从而使得它可 以或不会与下面的纳米颗粒核的局部图像相 一 致。
如上所述，且参考图1，在有些实施方案中，本发明涉及显像剂， 其包含(a)纳米颗粒核101;和(b)纳米壳102,所述纳米壳排列在纳 米颗粒核周围，从而使得在聚集体中，它们形成可行的用作计算层析X 射线照相术(通常是X-射线)成像的显像剂的核/壳纳米颗粒100。尽管图 1描述了完全球形的核/壳纳米颗粒的横断面，但这样的核/壳纳米颗粒 也可以是不规则形状的。
在有些实施方案中，上述显像剂还包含至少一种耙向剂。这样的耙 向剂可以用于将显像剂耙向受试者身体的特定患病区域。通常，耙向剂 是抗体(例如，IgG)或其它肽，^f旦是也可以是核酸(例如，DNA、 RNA)或 其它合适的化学物类。通常，所述至少一种耙向剂附着在纳米颗粒核和 排列在纳米颗粒核周围的纳米壳之一或二者上。这样的附着通常包含下 述键，例如，但不限于，肽键、二硫键、异硫脲键、异脲键、氨磺酰键、 胺键、氨基曱酸酯键、脒键、氨基磷酸酯键、硫醚键、芳基胺键、芳基 硫醚键、醚键、腙键、三唑键、將键和它们的组合。参见，例如，Bioconjugate Techniques中的第2章.G. T. Hermanson, Academic Press, 1996。
在有些实施方案中，通过控制核/壳纳米颗粒表面电荷和/或呈现诱 导巨噬细胞摄取的官能团(例如，聚硫酸乙烯酯)，为巨噬细胞摄取最优 化上述CT显像剂。
关于本文所述的用作CT中显像剂/造影剂的核/壳纳米颗粒，纳米颗 粒核的平均直径通常是约1 nm -约100 nm,更通常约2 nm -约100 nm,且最通常约2 nm -约20 nm。排列在纳米颗粒核周围的纳米壳的平均厚 度通常是约0.5nm-约100nm。因此，显^(象剂的纳米颗粒核和纳米壳的 聚集体的平均直径通常是约2 nm -约500 nm,更通常约2 nm國约100 nm, 且最通常约5 rnn -约20 nm。
1. 笫一类核/壳纳米颗粒
参考图2，在有些实施方案中，本发明涉及第一类显像剂100a,其 包含钝态纳米颗粒核101a和活性纳米壳102a,所述纳米壳包含活性CT 造影剂材料，且排列在纳米颗粒核周围，从而使得在聚集体中(即，共同 地)，它们形成可行的用作CT成像中的显像剂的核/壳納米颗粒100a。
上述纳米颗粒核101a所包含的材料没有具体限制，因为该纳米颗
粒核通常不包含活性造影剂材料(Zeff〈34)。但是， 一般而言，所述纳米
颗粒核包含可与纳米壳的材料区分的材料。在有些实施方案中，所述纳 米颗粒核包含下述材料，例如，但不限于，非重金属和它们的合金、氧 化物、卣化物、氮化物、硫化物、硼化物、磷化物、碳化物等；聚合物； 陶瓷；和它们的组合。合适的这种材料包括，但不限于，铁(Fe)、铝(A1)、 珪(Si)、镁(Mg)和它们各自的氧化物。
所述纳米壳102a可以包含适当地提供用作CT中造影剂的活性纳米 壳的任意材料，其可以合适地排列在纳米颗粒核周围。通常，这样的材 料包含可以合适地以增强CT成像中对比的方式与X-射线相互作用的活 性材料(Zeff 2 34)。通常，这样的活性材料包含高原子量元素(例如，重 金属)。合适的这种活性材料包括，但不限于，碘(I)、釓(Gd)、鵠(W)、 钽(Ta)、铪(Hf)、铋(Bi)和它们的组合。
在有些上述实施方案中，所迷活性材料直接排列在核周围。在有些 或其它实施方案中，所述活性材料与纳米壳的钝态组分相结合。在具体
粒^所述聚合物基质排列在二米颗粒核周围f其中^述活性纳米颗粒和 所述聚合物基质共同地构成纳米壳。在有些其它实施方案中，所述纳米 壳包含分子涂层，该涂层络合或以其他方式结合活性材料。合适的这种 分子涂层包括，但不限于，配体、聚合物、聚簇(clusters)、碳水化合 物种类的涂层和它们的组合。
2. 第二类核/壳纳米颗粒参考图3，在有些实施方案中，本发明涉及第二类显像剂100b,其 包含活性纳米颗粒核101b和活性纳米壳102b,所述纳米壳的材料不同 于纳米颗粒核，其包含活性CT造影剂材料，且排列在纳米颗粒核周围， 从而使得在聚集体中，它们形成可行的用作CT成像中的显像剂的核/ 壳纳米颗粒100b。
上述纳米颗粒核101b所包含的材料没有具体限制，只是除了该纳 米颗粒核通常包含活性造影剂材料(即，Zeff2 34)。通常，所述纳米颗粒 核包含可与纳米壳的材料区分的材料。所述纳米颗粒核通常包含下述材 料，例如，但不限于，金属和它们的合金、氧化物、卣化物、氮化物、 爿暖化物、石危化物、磷化物、硒化物、碲化物、硼化物和它们的组合。
所述纳米壳102b可以包含适当地提供用作CT中造影剂的活性纳米 壳的任意材料(即，Zeff2 34),且其可以合适地排列在纳米颗粒核周围。 通常，这样的材料包含可以合适地以增强CT成像中对比的方式与X-射 线相互作用的活性材料。通常，这样的活性材料包含高原子量元素(例如， 重金属)。合适的这种材料包括，但不限于，碘(I)、轧(Gd)、钨(W)、钽 (Ta)、铋(Bi)、铪(Hf)和它们的组合。
与第一类CT显像剂的情况一样，在有些上述实施方案中，所述活 性材料直接排列在核周围。在有些或其它实施方案中，所述活性材料与 纳米壳的钝态组分相结合。在具体的实施方案中，这样的结合可以包含 分散在聚合物基质内的活性纳米颗粒，所述聚合物基质排列在纳米颗粒 核周围，其中所述活性纳米颗粒和所迷聚合物基质共同地构成纳米壳。 在有些其它实施方案中，所迷纳米壳包含分子涂层，该涂层络合或以其 他方式结合活性材料。合适的这种分子涂层包括、但不限于，配体、聚 合物、聚簇、碳水化合物种类的涂层和它们的组合。
3.第三类核/壳纳米颗粒
参考图4，在有些实施方案中，本发明涉及第三类显像剂100c,其 包含活性纳米颗粒核101c和钝态纳米壳102c，所述纳米壳排列在纳米 颗粒核周围，从而使得在聚集体中，它们形成可行的用作CT成像中的 显像剂的核/壳纳米颗粒100c。
通常，上述纳米颗粒核101c所包含的材料的唯一限制是，它不是 金属的，且它至少包含用于CT中对比增强的活性材料(Zeff2 34)。通常， 所述納米颗粒核包含可与纳米壳的材料区分的材料。所述纳米颗粒核通常包含下述材料，例如，但不限于，金属氧化物、金属氮化物、金属碳 化物、金属硫化物、金属磷化物、金属硼化物、金属硒化物、金属碲化 物、和它们的组合。
纳米壳102c所包含的材料没有具体限制，但是通常不包含活性CT 造影剂材料(Zeff〈34),且通常必须能排列在纳米颗粒核周围。合适的这 种材料包括，但不限于，配体、聚合物、聚簇种类、碳水化合物种类和 它们的组合。
4.使用方法
在有些实施方案中，本发明涉及在CT应用中使用任意或所有上述 类型的显像剂的方法。参考图5，这样的方法通常包含下述步骤(步骤 501)提供一定量的核/壳纳米颗粒，其包含活性计算层析X射线照相术 造影剂材料，所述核/壳纳米颗粒各自包含纳米颗粒核和排列在纳米颗粒 核周围的纳米壳；(步骤502)给哺乳动物受试者施用所述核/壳纳米颗 粒；和(步骤503)根据计算层析X射线照相术，用X-射线照射受试者， 以便将核/壳纳米颗粒用作显像剂。在许多这样的实施方案中，这样的核 /壳纳米颗粒还包含靼向剂，以便作为显像剂，它们可以靶向受试者身体 的特定患病区域。在有些实施方案中，上述核/壳纳米颗粒(在一定程度 上它们存留在血液中)是血池试剂。
在有些这样的使用上述显像剂的上述方法中，核/壳纳米颗粒提供通
常至少约5洪斯费尔德单位至最多约5000洪斯费尔德单位、且更具体 地至少约100洪斯费尔德单位至最多约5000洪斯费尔德单位的CT信 号。
包括下述实施例用于证实本发明的具体实施方案。本领域技术人员
但是，本领域技术人员考虑本公开内容应明白，在不脱离本发明的精神 和范围的情况下，可以在所述的具体实施方案中作出许多变化，且仍然 获得同样或类似的结果。
实施例1
本实施例用于解释如何可根据本发明的有些实施方案制备第一类 CT显像剂。在该特定实施例中，所述CT显像剂包含连接到钝态核(例 如聚苯乙烯或氧化铁纳米颗粒)上的基于三殃苯的配体的活性壳。钝态核的合成
给25 mL 3-颈Schlenk瓶配备冷凝器，后者堆放在130 mm Vigreux 柱的顶部，并导入热电偶。给冷凝器配备氮入口，且氮流过该系统。用 玻璃棉使Schlenk瓶和Vigreux柱绝缘。将三甲胺N-氧化物 (TMAO)(0.570 g, 7.6 mmol)和油酸(OA)(0.565 g, 2.0 mmol)分散在10 mL 二辛醚(OE)中。以接近2(TC/分钟的速度，将该分散体加热至80°C。该 混合物一旦已经达到80°C，就迅速地通过Schlenk接头将265 juL Fe(CO)5(2.0mmol)注射进搅拌溶液中。溶液马上变黑，剧烈生成白"云"。 将溶液快速加热至约120-140。C。将反应罐冷却至100。C，保持在该温度， 并搅拌75分钟。
在100。C搅拌75分钟后，以接近20。C/分钟的速度，将温度增加至 280°C。在280。C搅拌溶液75分钟后，去除加热台(mantel)和玻璃棉， 以使反应物回归至室温。 一旦达到室温，就取出等分试样，并溶于曱苯 中，用于通过动态(激光)光散射(DLS)和透射电子显微镜术(TEM)成像分 析(TEM)量尺寸。将剩余溶液的一半(约5mL)加入20mL乙腈。将乙腈 /OE混合物充分搅拌，然后在3000 rpm离心5分钟，以分离层。经常 地，观察到乙腈层具有浅黄色。抛弃乙腈层，将OE层用于配体交换化 学。为了制备用于电感耦合等离子体-原子发射光镨学(ICP-AES)测量的 样品，将另一半粗反应溶液加入20 mL异丙醇，且将溶液在3000 rpm 离心IO分钟。倾析上清液，加入另外20mL异丙醇，再次通过离心收 集沉淀。允许沉淀的氧化铁纳米颗粒风干过夜。
活性壳的合成
在有些实施方案中，存在与核纳米颗粒(例如氧化铁)表面上的-OH 官能团(functionality)的偶联。在一个这样的示例性实例中，在有碱存在 下，使3-氨基-2,4,6-三碘苯甲酸(Aldrich)与mono-mesolated PEG-750 — 曱基醚反应，以将1个或2个PEG-750 —曱基醚部分添加到氨基官能团 上，以便赋予该分子水溶性。随后，在有碱存在下，用草酰氯或亚石危酰 氯处理，以生成酰基氯，然后用3-氨丙基三乙氧基硅烷处理。纯化后， 使产物与例如氧化铁纳米颗粒的表面反应，以通过硅氧烷键共价结合含 有石典的配体。
或者，在有些实施方案中，将上述壳材料偶联到羧酸或胺表面-修饰 的聚苯乙烯纳米颗粒上。使用LiAlH4,将羧酸表面-修饰的聚苯乙烯纳米颗粒(例如，来自Bangs Beads, Fishers, IN)还原成对应的醇，然后与上 面实例合成中的酰基氯反应。这产生具有与上面相同的碘化壳的聚苯乙 烯颗粒。或者，氨基-修饰的聚苯乙烯珠可以不经进一步修饰用于直接缀 合酰基氯。在另一个示例性实施方案中，当存在与颗粒表面上的-OH官能团的 偶联时，用1当量的对曱苯磺酰氯、然后用碱处理01111^口&91^@(碘海 醇)(GE Healthcare),以环氧化碘海醇中的一个或多个连位二醇官能团。 随后用3-氨丙基三乙氧基硅烷(Gelest)处理，以提供通过硅氧烷键共价结 合例如氧化铁纳米颗粒的官能团。在另一个包含偶联羧酸或胺表面修饰的聚苯乙烯纳米颗粒的实施 方案中，可以如上所述将羧酸表面修饰的聚苯乙烯纳米颗粒还原成对应 的醇。用碱处理后，用碘海醇环氧化物(见上述)处理，得到碘海醇-包 -故的聚苯乙烯纳米颗粒。类似地，胺表面-修饰的纳米颗粒可以与碘海醇 环氧化物反应。超声处理含有油酸包被的氧化铁纳米颗粒(0.75 mg Fe)、 3-氨基 -2,4,6-三捵苯曱酸(0.305 g, 0.6 mmol)、和溶于四氩呋喃(THF)(5 mL)中的 曱醇钠(32 mg, 0.6 mmol)的溶液20小时，以产生3-氨基-2,4,6-三石典苯曱 酸包^皮的氧化4失纳米颗粒溶液。图6是根据本发明的有些实施方案，具有氧化铁核和碘化壳的钝态 核/活性壳纳米颗粒的透射电子显微镜术(TEM)图像。实施例2本实施例用于解释如何可根据本发明的有些实施方案制备第二类 CT显像剂。在该特定实施例中，包含基于三碘苯的共价配体的活性壳 连接在二氧化铪活性核上。活性核的合成从二氯一氧化铪在乙醇中的悬浮液，可以制备二氧化铪(Hafnia) 纳米晶体(nanocrystal)(Hf02)。可以如下应用基于有机硅烷的涂层使用 丁醇(体积比1: 0.5)稀释3-环氧丙氧丙基(三曱氧基硅烷)，GPTS，并通 过加入0.1MHC1进行预水解步骤，保持l: 0.5的GPTS: 1120摩尔比。 将得到的溶液在室温剧烈搅拌过夜，然后装载Hf02纳米晶体。参见 Ribeiro等人，Appl. Phys. Lett 2000, 77(22), 3502-3504。图7是根据本发明的有些实施方案，主要包含二氧化铪的活性核的TEM图像。 活性壳的合成
在有些实施方案中，这包含与二氧化铪核表面上的OH官能团偶联。 在一个这样的实例中，在有碱存在下，使3-氨基-2,4,6-三碘苯曱酸 (Aldrich)与mono-mesolated PEG-750反应，以将1个或2个PEG-750部 分添加到氨基官能团上，以便赋予该分子水溶性。随后，在有碱存在下， 用草酰氯或亚硫酰氯处理，以生成酰基氯，然后用3-氨丙基三乙氧基硅 烷(Gelest)处理。纯化后，使产物与例如二氧化铪核的表面反应，以通过 硅氧烷键共价结合含有碘的配体。
在有些或其它实施方案中，用1当量的对曱苯磺酰氯、然后用碱处 理01111^&91^@(碘海醇)(0￡ Healthcare),以环氧化碘海醇中的一个或多 个连位二醇官能团。随后用3-氨丙基三乙氧基硅烷(Gelest)处理，以提供 通过硅氧烷键共价结合例如二氧化铪核的官能团。
实施例3
本实施例用于解释如何可根据本发明的有些实施方案制备第三类 CT显像剂。在该特定实施例中，将钝态壳连接在二氧化铪活性核上。
从二氯一氧化铪在乙醇中的悬浮液，可以制备二氧化铪纳米晶体 (Hf02)(见实施例2)。可以如下应用基于有机硅烷的涂层使用丁醇(体 积比1: 0.5)稀释3-环氧丙氧丙基(三曱氧基硅烷)，GPTS，并通过加入 0.1MHC1进行预水解步骤，保持l: 0.5的GPTS: 1120摩尔比。将得到 的溶液在室温剧烈搅拌过夜，然后装载Hf02纳米晶体。参见Ribeiro等 人，Appl. Phys. Lett. 2000, 77(22), 3502-3504。图8是根据本发明的有些 实施方案，包含氧化鴒核和聚合物壳的活性核/钝态壳纳米颗粒的TEM 图像
实施例4
本实施例用于解释，根据本发明的有些实施方案，基于核/壳纳米颗 粒的CT显像剂如何可以用于增强对比。
为了增强在CT图像中的目标体积，申请人使用在水中混合的具有 氧化鴒核和聚合物壳的活性核/钝态壳纳米颗粒(即，第三类CT显像剂)。 从直径约15 cm的Lucite⑧圆柱形块构建测试模型，该圆柱形块由直径约I. 5 cm的圆柱形腔环状排列而成。这些腔用水与另一种潜在造影剂材料 的不同浓度水平的混合物装满。使用标准的医学CT扫描仪(GE Lightspeed)获取CT图像，能量谱为120kVp，电源电流为195mAs。使 用标准的重建核，用1.25mm的切片厚度重建图像。在图9中显示了来 自实马全的实例图像。由于水接近地代表着人身体中最柔软组织的CT增 强，所以设定显示的窗口和水平，以可#见地冲全查与水混合的鵠纳米颗粒 造影剂相对于纯水的相对对比。在图9所示的图像中，将窗口宽度设定 为约1000HU,且窗口水平是约270HU。在图9中，显示了图像的区域II, 其中腔被纯水装满。在图9中，显示了图像的区域I,其中空腔被以 约94 mM的摩尔浓度与水混合的氧化鴒核和聚合物壳納米颗粒装满。 将由于造影剂的增强视作更亮的盘。为了定量对比增强的水平，申请人 使用标准的医学工作站(GE Advantage Workstation)来计算机处理在纯水 和与水混合的钨纳米颗粒造影剂区域中CT图像HU值的平均值和标准 差。申请人发现，如预期的，水的平均CT数是约OHU,而在约70mM 与水混合的钨纳米颗粒造影剂的平均CT数是约400 HU。这代表着大多 数CT成像应用可接受的对比增加。应当理解，上述实施方案的某些上述结构、功能和操作不是实践本 发明所必需的，且它们包括在说明书中只是为了 一个示例性实施方案或 多个实施方案的完整性。另外，应当理解，在上述专利和出版物中所述 的具体结构、功能和操作可以与本发明一起实践，但是它们不是其实践 所必需的。因此，应当理解，本发明可以不同于具体所述地实践，而不 实际上背离所附权利要求书定义的本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种X-射线显象剂，其包含a)纳米颗粒核；和b)分散在纳米颗粒核周围的纳米壳；其中所述纳米颗粒核和所述纳米颗粒壳中的至少一种包含活性造影剂材料，且其中所述纳米颗粒壳材料和所述纳米颗粒核材料在材料上彼此不同，从而使得在聚集体中，所述纳米颗粒核和所述纳米颗粒壳形成可行的用作X-射线成像中的显像剂的核/壳纳米颗粒。
2. 权利要求1的X-射线显像剂，其中所述纳米颗粒核包含活性造影 剂材料，且分散在纳米颗粒核周围的纳米壳包含活性造影剂材料。
3. 权利要求1的X-射线显像剂，其中所述纳米颗粒核包含活性造影 剂材料，且分散在纳米颗粒核周围的纳米壳不包含活性造影剂材料。
4. 权利要求1的X-射线显像剂，其中所述纳米颗粒核不包含活性造 影剂材料，且分散在纳米颗粒核周围的纳米壳包含活性造影剂材料。
5. 权利要求1的X-射线显像剂，还包含至少一种靶向剂。
6. 权利要求1的X-射线显像剂，其中所述纳米颗粒核的平均直径是 约1 nm-约100 nm,且其中排列在纳米颗粒核周围的纳米壳的平均厚度 是约0.5 nm -约100 nm。
7. 权利要求1的X-射线显像剂，其中纳米颗粒核和纳米壳的聚集体 的平均直径是约2 nm -约500 nm。
8. 权利要求1的X-射线显像剂，其中所述纳米颗粒核包含选自Zeff < 34的元素的材料。
9. 权利要求1的X-射线显像剂，其中所述纳米颗粒核包含Zeff 2 34 的材料。
10. 权利要求1的X-射线显像剂，其中所述纳米壳包含选自Zeff 2 34的元素的活性材料。
11. 权利要求1的X-射线显像剂，其中所述纳米颗粒核包含选自 下述的材料Zeff<34的元素和它们的合金、氧化物、卣化物、氮化物、 硫化物、硼化物、硒化物、磷化物和碳化物；聚合物；陶瓷；和它们的 组合。
12. 权利要求1的X-射线显像剂，其中所述活性纳米颗粒核包含 选自下述的活性造影剂材料金属氧化物、金属碳化物、金属硫化物、金属氮化物、金属磷化物、金属硼化物、金属卣化物、金属硒化物、金 属碲化物、和它们的组合。
13. 权利要求1的X-射线显像剂，其中所述纳米颗粒核包含选自 下述的材料金属和它们的合金、氧化物、卣化物、氮化物、碳化物、 錄"匕物、；粦化物、竭化物、碲化物、硼化物和它们的组合。
14. 权利要求1的X-射线显像剂，其中所述纳米壳包含选自下述 的材料配体、聚合物、聚簇、碳水化合物种类和它们的组合。
15. —种方法，其包含下述步骤a) 提供纳米颗粒核；和b) 纳米壳分散在纳米颗粒核周围；其中所述纳米颗粒核和所述纳米颗粒壳中的至少一种包含活性造 影剂材料，且其中所述納米颗粒壳材料和所述纳米颗粒核材料在材料上 彼此不同，从而使得在聚集体中，所述纳米颗粒核和所述纳米颗粒壳形 成核/壳纳米颗粒；然后c) 给哺乳动物受试者施用所述核/壳纳米颗粒；然后d) 根据计算层析X射线照相术，用X-射线照射哺乳动物受试者， 以便将核/壳纳米颗粒用作显像剂。
16. 权利要求15的方法，其中所述纳米颗粒核包含活性造影剂材 料，且分散在纳米颗粒核周围的纳米壳包含活性造影剂材料。
17. 权利要求15的方法，其中所述纳米颗粒核包含活性造影剂材 料，且分散在纳米颗粒核周围的纳米壳不包含活性造影剂材料。
18. 权利要求15的方法，其中所迷納米颗粒核不包含活性造影剂 材料，且分散在纳米颗粒核周围的纳米壳包含活性造影剂材料。
19. 权利要求15的方法，其中所述核/壳纳米颗粒还包含靶向剂， 且其中所述核/壳纳米颗粒作为计算层析x射线照相术的显像剂的用途部分地依赖于靶向剂的靶向特定细胞的能力。
全文摘要
本发明总的来说涉及核/壳纳米颗粒，其中所述核/壳纳米颗粒包含纳米颗粒核和排列在纳米颗粒核周围的纳米壳，从而使得在聚集体中，它们形成可行的用作X-射线/计算层析X射线照相术(CT)的显像剂的核/壳纳米颗粒。通常，这样的基于核/壳纳米颗粒的X-射线CT显像剂还包含用于将显像剂靶向患病部位的靶向种类。
文档编号C09C3/08GK101300032SQ200680040923
公开日2008年11月5日 申请日期2006年10月31日 优先权日2005年11月2日
发明者A·库尔卡尼, A·托雷斯, B·C·巴尔斯, C·特里诺, D·J·沃尔特, O·H·E·阿克塞尔森, P·小博尼塔特巴斯 申请人:通用电气公司