用于超聲顯像/治療的可降解二氧化硅納米殼的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)根據(jù)35U.S.C. § 119(e)要求2012年9月28日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)系列 號(hào)61/707, 794以及2013年7月12日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)系列號(hào)No. 61/845,727的優(yōu)先 權(quán)，通過(guò)引用將其全部?jī)?nèi)容合并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本申請(qǐng)涉及納米結(jié)構(gòu)及其制備和使用方法。更具體地，本申請(qǐng)?zhí)峁┯糜谒幬飩鬟f、 顯像、基因轉(zhuǎn)移、癌癥治療和傳感的中空納米殼。
【背景技術(shù)】
[0004]目前用于篩查的標(biāo)準(zhǔn)超聲波技術(shù)可根據(jù)腫瘤可靠地檢測(cè)大小為5-10mm的腫瘤。 腫瘤的早期檢測(cè)將允許外科醫(yī)生切除更小的體積的組織，使患者更免于復(fù)發(fā)。為防止疾病 的復(fù)發(fā)、惡化以及最終的擴(kuò)散，手術(shù)切除仍是用于絕大多數(shù)實(shí)體器官癌癥如乳腺癌的最有 效治療；因此，對(duì)小腫瘤的精確鑒定和定位的需求不斷增加。
[0005] 對(duì)于乳腺癌，在一些大的隨機(jī)前瞻性研宄中已經(jīng)表明乳房X線篩查乳腺癌降低了 15-25%的死亡率。該數(shù)據(jù)表明進(jìn)一步提高篩查精度可提高存活率。由于射線照相上的致 密乳腺組織中的非鈣化腫塊，削弱了乳房X線的敏感性。在北美，乳房超聲波檢測(cè)是最常見(jiàn) 的靶向性檢查，受限于基于觸診或乳腺放射涉及的領(lǐng)域。磁共振顯像（MRI)非常有利于篩 查高危女性，評(píng)估硅酮植入物，以及合適地監(jiān)測(cè)對(duì)新輔助化療的響應(yīng)。手術(shù)前開(kāi)始進(jìn)行使用 MRI，以決定病人的保乳治療（BCT)的適合性。遺憾地，用于改善保乳結(jié)果的術(shù)前MRI沒(méi)有 一個(gè)被證實(shí)了的優(yōu)點(diǎn)。此外，手術(shù)前MRI是昂貴的療程，具有相對(duì)較高的假陽(yáng)性率，導(dǎo)致更 多的活檢和提高了乳房切除率。目前，全乳腺超聲篩查可以可靠地檢測(cè)到~10毫米直徑的 腫瘤。對(duì)于乳房X線和標(biāo)準(zhǔn)聲像圖的（超聲（US))評(píng)價(jià)后仍然模棱兩可的病灶，已推測(cè)超 聲造影（CEUS)可以是解決問(wèn)題的方法。
[0006] 高強(qiáng)度聚焦超聲（HIFU)用于通過(guò)局部升溫局部地加熱并燒蝕腫瘤。HIFU是一種 微創(chuàng)治療，與大部分放射技術(shù)相比，HIFU將腫瘤外部的損傷降到最低，并且成本也極低。在 HIFU過(guò)程中，頻繁地應(yīng)用MRI引導(dǎo)并監(jiān)控腫瘤的溫度。HIFU還可用于超聲輔助局部藥物傳 遞；例如HIFU可用于破壞腫瘤附近的載脂質(zhì)體的藥物。目前，在美國(guó)，HIFU被批準(zhǔn)用于治 療子宮肌瘤，然而；國(guó)際上它還被用來(lái)治療多種類(lèi)型的癌癥。HIFU治療優(yōu)于其它類(lèi)型的放 射療法，因?yàn)槌暷芰繉?duì)于腫瘤和換能器之間的組織沒(méi)有累積效應(yīng)，從而允許對(duì)相同癌癥 多種治療。這對(duì)于控制具有轉(zhuǎn)移性和持久性的疑難癌癥如前列腺癌是特別有價(jià)值的。超聲 造影（CEUS)與HIFU結(jié)合，用于降低HIFU過(guò)程中的功率（機(jī)械指數(shù)）。因?yàn)槌曉煊皠┰?腫瘤中保留得不好，并且HIFU治療是時(shí)間密集的，所以傳統(tǒng)的HIFU-CEUS需要持續(xù)施用超 聲造影劑（CEUS)(傳統(tǒng)微泡）。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 報(bào)道的金屬絲定位的乳腺癌切除的切緣陽(yáng)性率大約為20-50%，因此需要二次手 術(shù)（再次切除）；然而，通過(guò)CT引導(dǎo)下的手術(shù)前向腫瘤注入放射性粒子，外科醫(yī)生可以不斷 地調(diào)整切除體以將粒源放在該試樣的中心，使再切除率減半。遺憾地，放射性粒子定位具 有一些安全挑戰(zhàn)，僅可以定位單病灶，并且切口需植入粒子，所以很少運(yùn)用它。作為安全的 替代，本申請(qǐng)?zhí)峁┏錃獾目招蔫F摻雜的二氧化硅微粒，其可以用于超聲引導(dǎo)下手術(shù)，甚至可 用于多病灶。鐵摻雜的功能是使二氧化硅殼可生物降解。通過(guò)在聚苯乙烯模板上進(jìn)行溶 膠-凝膠法，并隨后煅燒打造中空、剛性微/納米殼來(lái)合成顆粒。鐵摻雜的二氧化硅殼源自 硅酸四甲酯（TMOS)和乙氧基鐵（III)，其通過(guò)煅燒形成剛性、多孔的殼。微/納米殼充滿(mǎn)著 全氟正戊烷（PFP)蒸氣或液體。由于氟相極低的水溶性，因此多孔的球殼內(nèi)含有氟相。在 各種包括超聲導(dǎo)電膏、雞胸肉和離體人乳房組織的模體中進(jìn)行顆粒功能性、信號(hào)持續(xù)和聲 學(xué)性質(zhì)的大量測(cè)試。體外研宄表明：連續(xù)的顆粒顯像時(shí)間最多可達(dá)約45分鐘，并且將持續(xù) 五天以上。此外，在小鼠腫瘤模型中已經(jīng)進(jìn)行了體內(nèi)顆粒注射壽命的研宄，小鼠腫瘤模型與 表明甚至在注射10天后信號(hào)仍然存在的體外數(shù)據(jù)相一致。這些二氧化硅球也可在高強(qiáng)度 聚焦超聲（HIFU)中用作敏化劑。傳統(tǒng)超聲顯像劑基于軟殼（如白蛋白）包裹的氣泡，并且 在連續(xù)灌注時(shí)形成一些潛在的缺點(diǎn)，如差的體內(nèi)持久性（分鐘）和高風(fēng)險(xiǎn)（心臟并發(fā)癥）。 在瓊脂組織模體的HIFU切除的初步體外結(jié)果表明，為形成對(duì)HIFU的增敏作用，需要極少量 的顆粒（根據(jù)顆粒大小，大約1-10 U g/ml粒子/瓊脂）。本申請(qǐng)還提供用全氟化碳液體填 充顆粒的技術(shù)，與氣體填充的顆粒相比，所述全氟化碳液體一旦暴露到HIFU就蒸發(fā)，從而 進(jìn)一步提高了靈敏度。
[0008] 本申請(qǐng)?zhí)峁┝耸褂玫姆椒ê徒M合物，包括（1)純硅和可生物降解的鐵摻雜二氧化 硅納米殼可用于通過(guò)靜脈注射發(fā)現(xiàn)腫瘤。二氧化硅殼往往在晚期腫瘤中積聚，以致單次快 速靜脈注射可用于檢測(cè)腫瘤?，F(xiàn)有的技術(shù)依賴(lài)于超聲造影中軟顆粒的注射，使血流的動(dòng)力 學(xué)用于腫瘤呈像。相反，二氧化硅殼僅被腫瘤保留，因此，少量的存在就可用于表現(xiàn)腫瘤的 存在。（2)在美國(guó)，納米殼增強(qiáng)的超聲消融治療1-高強(qiáng)度聚焦超聲（HIFU)目前用于治療 子宮肌瘤（所有絕經(jīng)后女性中的30%有子宮肌瘤）。在加拿大和英國(guó)，也用來(lái)治療前列腺 癌、肝癌和一些其它實(shí)體腫瘤。為了更快的治療并且避免非預(yù)期或脫靶的熱傷害，通常使用 常規(guī)超聲造影劑以允許更低的功率。無(wú)造影劑的HIFU通過(guò)將腫瘤中的溫度提高到50-90°C 運(yùn)行。使用造影劑，產(chǎn)生至少兩個(gè)附加效果以改善HIFU的治療。首先，造影劑消弱超聲以 增加存儲(chǔ)于造影劑區(qū)域的的局部熱度。其次，由于空泡造影劑機(jī)械地?fù)p傷包括脈管系統(tǒng)的 組織，所以HIFU還攻擊腫瘤。HIFU的常規(guī)造影劑需要連續(xù)輸注由于他們不被組織所保留并 且循環(huán)時(shí)間短，二氧化硅納米殼保持循環(huán)幾個(gè)小時(shí)，并有選擇性地被晚期腫瘤所保留。這縮 短了治療時(shí)間，且注射一次，具有更低的風(fēng)險(xiǎn)。（3)納米殼增強(qiáng)的超聲消融2-實(shí)驗(yàn)表明用全 氟化碳液體可以充滿(mǎn)500nm納米殼。這種液體充填有一個(gè)新的用途，其中高功率超聲通過(guò) 聚結(jié)將納米殼轉(zhuǎn)變成1_的氣泡。這使得顆粒可用于咬合腫瘤的維管聯(lián)結(jié)。已獲得的數(shù)據(jù) 顯示，使用高功率超聲，填充液體的500nm納米殼可以轉(zhuǎn)變?yōu)樵S多1mm的氣泡。（4)顯像模 型-本申請(qǐng)表明當(dāng)用彩色多普勒超聲顯像時(shí)，所述顆粒對(duì)甚至50微升的注射具有高差異。
[0009] 在另一個(gè)實(shí)施方案中，本申請(qǐng)的組合物和方法包括將納米殼增強(qiáng)的超聲消融 (HIFU)與施用病毒治療/脂質(zhì)體或聚合物制劑/化學(xué)治療劑相結(jié)合。在該實(shí)施方案中，施 用可以是（a)局部地：將治療劑在超聲互作空化與破裂前，傳遞到通過(guò)本申請(qǐng)的納米殼組 合物的空化誘導(dǎo)的機(jī)械消融液化的組織空腔內(nèi)；或者（b)系統(tǒng)地：消融治療前的炎癥反應(yīng) 可提高溶瘤病毒、抗體療法或化學(xué)治療劑傳遞以及在消融術(shù)位點(diǎn)的特別地保留。
[0010] 在另一個(gè)實(shí)施方案中，通過(guò)局部的本申請(qǐng)的全氟化碳液體或填充的納米殼的注 射進(jìn)行納米殼以及HIFU "組織鉆"，其中HIFU的使用導(dǎo)致液化在注射部位的組織的納米殼 的機(jī)械空化。可通過(guò)真空去除液化的組織從而造成空腔，該空腔可被其它納米殼重復(fù)充填， 所述其它納米殼用于進(jìn)一步的HIFU施用以擴(kuò)大或加深空腔以便快速切除大組織體。
[0011] 再在另一實(shí)施方案中，提供了長(zhǎng)期顯像標(biāo)記，其包括氟碳（PFC)液體填充的納米 殼，氟化的三烷氧基硅烷功能化用于長(zhǎng)期體內(nèi)超聲顯像。所述氟化的三烷氧基硅烷使顆粒 〃不潤(rùn)濕〃。這將阻止PFC逃逸顆粒以及顆粒降解。
[0012] 本申請(qǐng)的組合物和方法可用于治療良性前列腺增生，肝癌的組合治療，子宮肌瘤 的液化，乳腺纖維腺瘤的液化，前列腺癌的治療，乳腺癌的非手術(shù)治療，頭部和頸部癌癥的 組合治療，乳腺/前列腺癌的長(zhǎng)期標(biāo)記以及其它使用組織消融的疾病和方法。
[0013] 本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N生產(chǎn)全氟化碳液體填充的納米殼的方法。在一個(gè)實(shí)施方案中，所 述全氟化碳液體填充的納米殼被各種烷氧基硅烷功能化，以改善超聲響應(yīng)。
[0014] 本申請(qǐng)還提供一種顯像癌癥的方法，包括將本申請(qǐng)的納米殼施用于患者，并顯影 患者以確定納米殼的位置。
[0015] 本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N治療增生的方法，包括向增生組織施用本申請(qǐng)的納米殼，用足夠 的能量接觸納米殼導(dǎo)致破裂和中空，以及充分液化納米殼附近的增生組織。
[0016] 本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N治療實(shí)體腫瘤和各種癌癥（如肝癌）的方法，包括向癌組織施用 本申請(qǐng)的納米殼，向納米殼施用充足能量的HIFU造成破裂和中空，并且充分液化納米殼附 近的癌組織殼，可選去除液化的組織并向液化組織部位傳送治療劑。
[0017] 本申請(qǐng)還提供了一種治療子宮肌瘤的方法，向子宮肌瘤組織施用本申請(qǐng)的納米 殼，用足夠的能量接觸納米殼導(dǎo)致破裂和中空，以及充分液化納米殼附近的子宮肌瘤組織。
[0018] 本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N治療乳腺癌或者乳腺纖維瘤的方法，包括向乳腺組織施用本申請(qǐng) 的納米殼，向納米殼施用充足能量的HIFU造成破裂和中空，并且充分液化納米殼附近的癌 組織或纖維腺瘤組織。
[0019] 本申請(qǐng)還提供一種治療前列腺癌的方法，包括對(duì)乳腺組織施用本申請(qǐng)的納米殼， 向納米殼施用充足能量的HIFU造成破裂和中空，并且充分液化納米殼附近的癌組織。
[0020] 本申請(qǐng)還提供一種治療頭部和頸部癌癥的方法，包括向癌組織施用本申請(qǐng)的納米 殼，向納米殼施用充足能量的HIFU造成破裂和中空，并且充分液化納米殼附近的癌組織。
[0021] 本申請(qǐng)還提供一種治療腎細(xì)胞癌的方法，包括向癌組織施用本申請(qǐng)的納米殼，向 納米殼施用充足能量的HIFU造成破裂和中空，并且充分液化納米殼附近的癌組織。
[0022] 在任何上述的實(shí)施方案中，可以去除液化的組織。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，液化的 組織所在的空腔可以用治療劑進(jìn)行注射。在進(jìn)一步的另一實(shí)施方案中，所述治療劑包括化 學(xué)治療劑、脂質(zhì)體制劑、溶瘤病毒、抗體、蛋白質(zhì)、多肽、小分子藥物或其任意組合。
[0023] 本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N包括可降解的納米模板的納米結(jié)構(gòu)，所述可降解的納米模板包括 多胺或聚羧酸功能化的表層；和含有式I結(jié)構(gòu)的化合物層：
[0024]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種納米結(jié)構(gòu)，該納米結(jié)構(gòu)包括： 可降解的納米模板，所述可降解的納米模