Биосовместимые продукты для визуализации магнитных частиц - RU2496525C2

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к материалам и способам для неинвазивной визуализации биосовместимых продуктов in vivo и in vitro.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Биосовместимые продукты используются во многих областях биологии и медицины. Например, биосовместимые продукты включают искусственные тканевые конструкции, микроносители или микроконтейнеры, а также имплантаты. Однако до сегодняшнего момента методики визуализации редко использовались для визуализации или мониторинга, например, ремоделирования, развития или биодеградации таких продуктов in vivo и in vitro. Предложенные методики, которые можно использовать для такого мониторинга - компьютерная томография, магнитно-резонансная томография (МРТ) или ультразвуковая томография каждый имеет свои недостатки. Обычно для увеличения чувствительности этих методик используют контрастные агенты.

Способ мониторинга ремоделирования искусственной

конструкции с использованием усиливающих агентов и магнитно-резонансной томографии (МРТ) описан в US 2006/0204445. Однако контрастно усиленная МРТ чувствительна к релаксации протонов воды (редко также и липидов) в магнитном поле, вызываемом контрастным агентом. Поэтому в усиление сигнала будет вносить вклад только контрастный агент на поверхности между биосовместимым продуктом и жидкостью или тканью организма. Это приводит к значительному ограничению соотношения сигнал-шум. В качестве альтернативы, контрастное вещество может быть заключено в капсулу с водой в теле биосовместимого продукта, что будет улучшать соотношение сигнал-шум, но осложнит воссоздание структуры ткани и ограничит варианты применения.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Во многих медико-биологических применениях необходима визуализация биосовместимых материалов in vitro и in vivo.

Одной из главных областей в медико-биологических применениях считается тканевая инженерия, которая включает в себя разработку терапевтических стратегий, нацеленных на замещение, восстановление, поддержание или усиление функций ткани. Например, для восстановления поврежденной ткани, ее выращивают in vitro и in vivo, высевая искусственные тканевые конструкции, такие как каркасы с клетками. В ходе образования ткань развивается и затем ремоделируется, становясь более похожей на нативную ткань. Однако протекающее слишком медленно ремоделирование ткани может привести к патологическому ответу окружающих тканей и неодинаковой растяжимости сосуда, в то время как быстрое ремоделирование может привести к преждевременному выходу из строя созданной конструкции. Более того, часто необходимым фактором является способность к биодеградации, поскольку более предпочтительна абсорбция искусственных тканевых конструкций окружающей тканью, позволяющая избежать необходимости их хирургического удаления. Скорость деградации должна по возможности максимально соответствовать скорости образования ткани. Поэтому, было бы выгодно создать материал или способ, который позволил бы осуществлять мониторинг развития, ремоделирования и биодеградации биосовместимых материалов, таких как искусственные тканевые конструкции in vitro и in vivo.

Главной проблемой в тканевой инженерии является доступность достаточного числа клеток с соответствующим фенотипом для введения в поврежденную ткань. Обычно эта проблема решается применением биореакторных культуральных систем для амплификации клеток, в которых используются микроносители и/или микроконтейнеры. Помимо использования в качестве субстратов для размножения субстразависимых клеток, микроносители и/или микроконтейнеры можно также использовать для доставки размноженных недифференцированных или дифференцированных клеток к месту повреждения или для доставки активных веществ в живой организм. Однако эффективность направленной доставки клеток или действующих веществ сильно зависит от используемых методик визуализации. Поэтому было бы выгодно создать способ мониторинга направленной доставки клеток или действующих веществ in vitro и in vivo. Кроме того, было бы выгодно создать микроносители и/или микроконтейнеры, которые предоставляют возможность улучшенной направленной доставки клеток или действующих агентов к целевому участку.

Другим классом широко используемых биосовместимых продуктов являются имплантаты. Правильное размещение и ориентация конкретного имплантата являются трудной задачей, особенно в случае минимально инвазивного хирургического вмешательства. Обычно визуальный обзор при минимально инвазивных процедурах выполняется с помощью эндоскопа или других таких вставляемых устройств для увеличения и/или освещения изображения, причем изображение, генерируемое эндоскопом, можно наблюдать через какой-либо тип окуляра или на экране рядом с операционным полем. В качестве альтернативы во многих хирургических вмешательствах, особенно при процедурах имплантации графтов, используются рентгеноконтрастные метки на имплантате и внешний томограф. Хотя в этой области были достигнуты значительные успехи, эти системы остаются довольно дорогими, и все требуют стерилизации или экранирования в операционной. Поэтому все еще необходим улучшенный способ, который обеспечивает возможность мониторинга биосовместимых материалов после их введения в живой организм. Кроме того, было бы выгодно получить биосовместимый продукт, который можно локализовать или обнаружить после его введения в желаемый целевой участок.

Таким образом, техническим результатом настоящего изобретения является возможность мониторинга биосовместимого продукта с улучшенным соотношением сигнал-шум и обеспечением воссоздания структуры ткани.

Для лучшего решения одного или нескольких вышеупомянутых требований или задач, первый аспект изобретения относится к биосовместимому продукту, который содержит, по меньшей мере, одну индикаторную добавку, подходящую для формирования изображений с помощью магнитных частиц (ИМЧ).

Дополнительный аспект изобретения относится к способу визуального мониторинга биосовместимого продукта, включающему в себя этапы, на которых обеспечивают биосовместимый продукт, содержащий, по меньшей мере, одну индикаторную добавку для ИМЧ, вводят биосовместимый продукт, содержащий, по меньшей мере, одну индикаторную добавку для ИМЧ, в целевой участок, и детектируют сигналы посредством формирования изображений с помощью магнитных частиц.

Другой аспект изобретения относится к искусственной тканевой конструкции, содержащей, по меньшей мере, одну индикаторную добавку для ИМЧ.

Еще один аспект изобретения относится к микроносителю, содержащему, по меньшей мере, одну индикаторную добавку для ИМЧ.

Еще один аспект изобретения относится к имплантату, содержащему, по меньшей мере, одну индикаторную добавку для ИМЧ.

В еще одном аспекте изобретения, по меньшей мере, одна индикаторная добавка для ИМЧ окружена фармацевтически приемлемой оболочкой.

Используемый в настоящем описании термин «биосовместимый продукт» относится к искусственному продукту, который не оказывает токсических или вредных эффектов на биологические системы.

Используемый в настоящем описании термин «каркас» означает материал, имеющий протяженную повторяющуюся структуру, которая образует скелет или матрикс, на который или в который можно ввести дополнительные компоненты, для того чтобы придать материалу дополнительные свойства.

Используемый в настоящем описании термин «биодеградируемый» относится к материалу, который может абсорбироваться живым организмом или разлагаться в нем.

Используемый в настоящем описании термин «микроноситель» относится к жесткому или полужесткому, необязательно, пористому материалу в виде частиц, используемому для поддержки клеточной культуры или в качестве системы доставки лекарственных средств.

Используемый в настоящем описании термин «микроконтейнер» относится к жесткому или полужесткому, необязательно, пористому материалу, подходящему для поддержки клеточной культуры, в котором клетки могут быть экранированы от окружающей среды на, по меньшей мере, какое-то время в ходе использования, например, работы с клетками или доставки клеток.

В настоящем изобретении термин «целевой участок» определен, как местоположение, в котором биосовместимый продукт должен проявлять свой эффект, например, замещение поврежденной ткани. Целевой участок может включать в себя местоположение in vitro, например, в чашке Петри, или in vivo, например, в живом организме.

Используемый в настоящем описании термин «имплантат» относится к объекту или материалу, встраиваемому или пересаживаемому в живой организм для протезирования, терапии, диагностики или эксперимента.

Используемый в настоящем описании термин «индикаторная добавка для ИМЧ» относится к материалу в виде частиц, который можно использовать в способе формирования изображений с помощью магнитных частиц (ИМЧ), например, описанном в DE 10151778.

«Фармацевтически приемлемая оболочка» в контексте настоящего изобретения представляет собой слой вещества или смеси веществ, который покрывает ядро индикаторной добавки для ИМЧ таким образом, что при введении пациенту не возникает угрожающих жизни побочных эффектов.

Эти и другие аспекты изобретения будут очевидны и объяснены на вариантах осуществления изобретения, описанных ниже.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Один вариант осуществления настоящего изобретения относится к биосовместимому продукту, который содержит, по меньшей мере, одну индикаторную добавку для формирования изображений с помощью магнитных частиц (ИМЧ). Было найдено, что увеличенное или хорошее соотношение сигнал-шум можно получить с помощью методик формирования изображений с помощью магнитных частиц (ИМЧ), которые, например, описаны в DE 10151778. В этом способе генерируется магнитное поле, имеющее такое пространственное распределение силы магнитного поля, что в исследуемой зоне формируются первая подзона, имеющая относительно низкую силу магнитного поля, и вторая подзона, имеющая относительно большую силу магнитного поля, причем в исследуемую область введены магнитные частицы. Положение в пространстве подзон в исследуемой области затем сдвигается, так что намагничивание частиц в исследуемой области локально изменяется. Записывают сигналы, которые зависят от намагничивания в исследуемой области, и получая информацию относительно пространственного распределения магнитных частиц в исследуемой области можно получить его изображение. Поэтому, этот способ предлагает возможность неинвазивной визуализации с высоким пространственным разрешением.

Дополнительный вариант осуществления настоящего изобретения относится к способу визуального мониторинга биосовместимого продукта, включающего в себя этапы, на которых обеспечивают биосовместимый продукт, содержащий, по меньшей мере, одну индикаторную добавку для ИМЧ, вводят биосовместимый продукт, содержащий, по меньшей мере, одну индикаторную добавку для ИМЧ, в целевой участок, и детектируют сигналы с помощью формирования изображений с помощью магнитных частиц.

В одном варианте осуществления изобретения биосовместимый продукт подходит для введения в живой организм. Живым организмом может быть микроорганизм, растение или млекопитающее, например, человек, обезьяна, собака, кошка, мышь, крыса, корова, лошадь, свинья, коза или овца.

Биосовместимые продукты согласно настоящему изобретению можно изготовить из любого материала, который не оказывает токсичных или вредных эффектов на биологические системы. Предпочтительно использование материалов, которые являются стандартными или обычно используемыми материалами для соответствующего биосовместимого продукта. Примеры включают синтетические и природные полимеры, драгоценные металлы, титан и другие металлы, фарфор, оксид алюминия и другие керамические материалы.

Согласно одному варианту осуществления изобретения биосовместимый продукт является, по меньшей мере, частично биодеградируемым.

Типичные биодеградируемые органические материалы могут включать природные или синтетические полимеры, например, коллаген, целлюлозу, силикон, сложные полиальфаэфиры, такие как полимолочная кислота, полигликолевая кислота, полиортоэфиры или полиангидриды. В примере осуществления изобретения

биодеградируемый материал содержит гидрогель. Гидрогели можно изготовить биодеградируемыми с широким диапазоном времени деградации, что может быть полезно, например, в тканевой инженерии, вариантах применения клеточной терапии или контролируемом высвобождении фармацевтически активных агентов.

Примерами биодеградируемых неорганических материалов являются металлы или сплавы на основе, по меньшей мере, одного из магния или цинка, или сплавы, содержащие, по меньшей мере, один из Mg, Ca, Fe, Zn, Al, W, Ln, Si или Y. Также подходят, например, оксиды или гидроксиды щелочно-земельных металлов, такие как оксид магния, гидроксид магния, оксид кальция и гидроксид кальция, или их смеси. В примере осуществления изобретения биосовместимый продукт может также содержать неорганические композиты или органические композиты, или гибридные неорганические/органические композиты.

В одном варианте осуществления изобретения биосовместимым продуктом является искусственная тканевая конструкция. Искусственной тканевой конструкцией может быть, например, каркас, обеспечивающий поддерживающий каркас, который позволяет клеткам прикрепляться к нему и расти на нем. Обычно каркас можно поместить в область поврежденной ткани, чтобы вызывать индукцию роста клеток из окружающей здоровой ткани для восстановления поврежденной ткани. В примере осуществления изобретения каркасом является трехмерная структура сообщающихся пор, дающая возможность прикрепления клеток.

Примеры синтетических полимеров, подходящих для искусственных тканевых конструкций, включают в себя, например, поли(уретаны), поли(силоксаны) или силиконы, поли(этилен), поли(винилпирролидон), поли(2-гидроксиэтилметакрилат), поли(N-винилпирролидон), поли(метилметакрилат), поли(виниловый спирт) (ПВС), поли(акриловую кислоту), поли(винилацетат), полиакриламид, поли(этиленковинилацетат), поли(этиленгликоль), поли(метакриловую кислоту), полимолочную кислоту (ПМК), полигликолевые кислоты (ПГК), поли(лактид когликолиды) (ПМГК), нейлоны, полиамиды, полиангидриды, поли(этиленковиниловый спирт) (EVOH), поликапролактон, поли(винилацетат), поливинилгидроксид, поли(этиленоксид) (ПЭО) и полиортоэфиры, или их любую комбинацию.

Обычно используемым синтетическим биодеградируемым материалом для искусственной тканевой конструкции является полимолочная кислота (ПМК), сложный полиэфир, который может разлагаться в теле человека, образуя молочную кислоту, природное химическое соединение, которое легко выводится из организма. Полигликолевая кислота (ПГК) и поликапролактон (ПКЛ) представляют собой аналогичные материалы, имеющие механизм разложения, аналогичный механизму для ПМК, но обладающие соответственно большей или меньшей скоростью разложения по сравнению с ПМК. Искусственную тканевую конструкцию также можно изготовить из природных материалов, например, белковых материалов, таких как коллаген или фибрин, и полисахаридных материалов, таких как хитозан или гликозаминогликаны (ГАГ). Кроме того, искусственная тканевая конструкция может содержать бесклеточный матрикс, т.е. биологическую структуру, такую как орган или его часть, из которых искусственно было удалено клеточное и тканевое содержимое, оставляя нетронутую неклеточную инфраструктуру. Бесклеточный матрикс может быть жестким или полужестким, обладающим способностью менять свою форму.

В другом варианте осуществления изобретения биосовместимым продуктом является микроноситель. Микроноситель может быть сплошным, например, позволяя прикрепление клеток только на поверхности, или пористым, например, для облегчения захвата клеток во внутреннее пространство. Микроноситель может иметь сферическую, несферическую или неоднородную форму. Примеры подходящих микроносителей включают микросферы, липосомы и наночастицы. В примере осуществления изобретения микроноситель является сферическим, а его размер варьируется от 1 до 300 мкм. В другом примере осуществления изобретения микроноситель имеет трехмерную структуру сообщающихся пор для увеличения доступной площади поверхности, на которой могут расти клетки. В еще одном варианте осуществления изобретения микроноситель содержит функциональную многослойную структуру. В качестве альтернативы или дополнения, биологически активные агенты могут быть заключены в микроноситель и высвобождаться в живой организм. Высвобождение активного агента может происходить немедленно или контролируемым образом in vitro или in vivo.

Микроноситель может быть изготовлен из неорганических или органических материалов. Подходящие неорганические материалы могут включать, например, фосфаты кальция, карбонаты кальция, сульфаты кальция, стекло, гидроксилапатит, биокерамику или комбинации этих материалов. Органические материалы могут включать, например, биополимеры, такие как коллаген, желатин, хитин, хитозан или хитозановые производные, фибрин, декстран, агарозу или альгинат кальция, частицы тканей, таких как кость или деминерализованная кость, хрящ, сухожилия, связки, фасция, слизистая оболочка кишечника или другие соединительные ткани, или химически модифицированные производные этих материалов. Органические материалы могут также включать синтетические полимерные материалы, например, полимолочную кислоту, полигликолевую кислоту, поликапролактон, поликарбонаты, сложные полиэфирамиды, полиангидриды, поли(аминокислоты), сложные полиортоэфиры, полиацетилы, полиакрилаты, полицианоакрилаты, простые и сложные полиэфирэфиры, поли(диоксаноны), поли(алкиленалкилаты), сополимеры полиэтиленгликоля и сложного полиортоэфира, полиуретаны, полистиролы, поливинилхлорид, поливинилфторид, поли(винилимидазол), хлорсульфонаты полиолефинов, полиэтиленоксид или полипептиды, а также их смеси и сополимеры. Примеры изготовления микросфер на основе перекрестно сшитого декстрана описаны Hennink и другими (Biomacromolecules 2006, 7, 1983-2990, and Journal of controlled Release 2007, 122(1), 71-78).

В другом варианте осуществления изобретения биосовместимым продуктом является микроконтейнер. Микроконтейнер может позволять прикрепление клеток и может экранировать клетки от окружающей среды на, по меньшей мере, какое-то время в ходе использования, например, работы с клетками или доставки клеток. Микроконтейнер может быть плоским, двухмерным объектом («пластинкой»), причем этот объект содержит жесткий или полужесткий, необязательно, пористый материал, который при приложении внешнего стимула, например, нагрева, изменения pH или воздействия электромагнитных волн, переходит из плоского в свернутое состояние. Форма пластинки может напоминать, например, квадрат, прямоугольник или параллелограмм. Аналогично, пластинка может также иметь круглую, эллиптическую, трапециевидную, гексагональную, полигональную или треугольную форму. Типичные размеры пластинки составляют порядка размеров клеток или несколько превышают их, например, размер или длина такой пластинки составляют от 10 мкм до 100 мм. Толщина пластинки может составлять от, например, 100 нм до 1 мм. Свернутое состояние может включать в себя, например, двухслойную, трехслойную, многослойную или градиентную структуру. Например, свернутое состояние включает в себя, по меньшей мере, частично многослойный цилиндр или цилиндрическое тело, по существу совсем закрытое. Предпочтительно, чтобы клетки находились только на пластинках, а не на субстрате между пластинками. Однако также может быть желательно, чтобы клетки находились в пространстве между пластинками. Высвобождение клеток внутри живого организма может происходить контролируемым образом путем регуляции перехода между свернутым и плоским состояниями пластинки.

Микроконтейнер может быть изготовлен из материала, который является биодеградируемым и биосовместимым. Например, может подойти гидрогелевый материал. Типичные гидрогелевые материалы могут включать, например, поли(мет)акриловые материалы, замещенные виниловые материалы и их смеси, а также эпоксиды, оксетаны или тиолы. Другие подходящие материалы включают, например, поли(гликолевую кислоту), поли(молочную кислоту) и их сополимеры и производные. Другие материалы, которые можно использовать, могут включать, например, альгинат, гиалуроновую кислоту, хитозан, коллаген, желатин, шелк или их комбинации.

В дополнительном варианте осуществления изобретения биосовместимым продуктом является имплантат. Примеры имплантатов могут включать в себя, например, сосудистые эндопротезы, интралюминальные эндопротезы, стенты, такие как коронарные стенты или периферические стенты, хирургические, зубные или ортопедические имплантаты, имплантируемые ортопедические фиксаторы, ортопедические костные протезы или суставные протезы, искусственное сердце или его части, искусственные сердечные клапаны, оболочки или электроды для кардиостимуляторов, подкожные и/или внутримышечные имплантаты, имплантируемые устройства для доставки лекарственных средств, микрочипы или имплантируемые хирургические иглы, винты, штифты, зажимы или скобки, или имплантаты в виде зерен и т.п.Обычно имплантаты изготавливают из сплошных материалов, полимеров, либо керамических материалов или металлов. Для возможности осуществления доставки лекарственных средств имплантаты также можно изготовить с пористой поверхностью или с использованием пористых материалов, причем в систему пор может быть включено лекарственное соединение для высвобождения in vivo.

При изготовлении имплантатов согласно настоящему изобретению можно использовать любой подходящий материал. Например, имплантат можно изготовить из металла или металлических сплавов, например, выбранных из металлов основной группы элементов периодической системы, переходных металлов, таких как медь, золото и серебро, титан, цирконий, гафний, ванадий, ниобий, тантал, хром, молибден, олово, марганец, рений, железо, кобальт, никель, рутений, родий, палладий, осмий, иридий или платина, или из редкоземельных металлов. Материал можно также изготовить из органических материалов, например, термоотверждающихся или термопластичных полимеров, синтетических резин, экструдируемых полимеров, полимеров для литьевого прессования, прессуемых полимеров, полимеров, которые можно прясть, ткать и подвергать трикотажной переработке, их олигомеров или преполимеризованных форм или смесей. Подходящие полимеры включают, например, гомополимеры, сополимеры, преполимерные формы и/или олигомеры поли(мет)акрилата, ненасыщенного сложного полиэфира, насыщенного сложного полиэфира, полиолефинов, таких как полиэтилен, полипропилен, полибутилен, алкидные смолы, эпоксиполимеры или смолы, феноксиполимеры или смолы, фенольные полимеры или смолы, полиамид, полиимид, простой полиэфиримид, полиамидимид, сложный полиэфиримид, сложный полиэфирамидимид, полиуретан, поликарбонат, полистирол, полифенол, поливиниловый сложный эфир, полисиликон, полиацеталь, целлюлозоацетат, поливинилхлорид, поливинилацетат, поливиниловый спирт, полисульфон, полифенилсульфон, простой полиэфирсульфон, поликетон, простой полиэфиркетон, полибензимидазол, полибензоксазол, полибензотиазол, полифторуглеводороды, простой полифенилэфир, полиакрилат, полимер сложных цианатоэфиров и их смеси.

Формирование изображений с помощью магнитных частиц (ИМЧ) обеспечивает формирование прямых трехмерных изображений с помощью магнитных частиц, т.е. индикаторных добавок для ИМЧ. В контексте настоящего изобретения термин «магнитные частицы» также относится к «намагничиваемым частицам». Пространственные изображения получают, измеряя магнитные поля, генерируемые индикаторными добавками для ИМЧ, введенными в исследуемую область. Способы формирования изображений с помощью магнитных частиц раскрыты, например, в DE 10151778 или в US 2006/0210986. В указанных документах описано открытие того, что в исследуемой области можно определить изменение пространственного распределения магнитных частиц, причем исследуемая область может находиться в живой ткани или живом организме, таком как микроорганизмы, растения или млекопитающие. Например, изменение пространственного распределения магнитных частиц может коррелировать с локальной концентрацией, давлением, сдвигом, вязкостью, температурой и/или локальным значением pH. Кроме того, частицы сконцентрированы в различных типах тканей в различной степени. Этот эффект обеспечивает так называемую «молекулярную визуализацию» путем визуализации распределения таких частиц, и может использоваться, например, для мониторинга развития, ремоделирования или разложения ткани.

Индикаторные добавки для ИМЧ, которые подходят для вариантов осуществления настоящего изобретения, описаны, например, в WO 2004/091397, US 2007/0036729, DE 10151778 или DE 10238853. Индикаторные добавки для ИМЧ могут иметь соответствующие размер и форму. В примере осуществления изобретения индикаторная добавка для ИМЧ имеет такие размеры, что в ней может образоваться только один магнитный домен (монодомен), и в нем отсутствуют белые области. Согласно одному варианту осуществления изобретения подходящие размеры частиц находятся в диапазоне от 5 нм до примерно 5000 нм, от 10 нм до 800 нм или от 20 нм до 50 нм. Обычно верхний предел зависит от используемого материала.

Для вариантов осуществления настоящего изобретения необходимым условием является биосовместимость частиц. Подходящие материалы индикаторной добавки для ИМЧ могут содержать магнетит (FeSO₄), маггемит (γ-Fe₂O₃) и/или нестехиометрические оксиды железа, или их смеси. В дополнение к оксидам железа можно добавить оксиды других металлов, причем указанные оксиды металлов предпочтительно выбраны из оксидов магния, цинка и кобальта. Эти дополнительные оксиды металлов можно добавить к оксиду железа в общем количестве до 20%. Кроме того, в количестве меньше 5% (предпочтительно, меньше 1%) могут содержаться марганец, никель, медь, барий, стронций, хром, лантан, гадолиний, европий, диспрозий, гольмий, иттербий и самарий. Однако можно использовать любой другой подходящий магнитный или намагничиваемый материал.

Биосовместимость индикаторной добавки для ИМЧ можно дополнительно улучшить или модифицировать путем заключения магнитного материала в оболочку. В одном варианте осуществления изобретения, по меньшей мере, одна индикаторная добавка для ИМЧ может быть окружена фармацевтически приемлемой оболочкой. В примере осуществления изобретения вещество или смесь веществ, из которых изготовлена фармацевтически приемлемая оболочка, являются биодеградируемыми и, например, могут расщепляться на мелкие единицы, которые могут использоваться и/или удаляться живым организмом. Множество таких веществ и способы их получения описаны в прототипах, например, в US 5492814 или US 2007/0036729. Фармацевтически приемлемая оболочка может содержать, например, синтетические полимеры или сополимеры, крахмал, декстран, циклодекстран, жирные кислоты, полисахариды, лецитин, моно-, ди- или триглицериды, белки или полипептиды или их смеси.

В одном варианте осуществления изобретения, по меньшей мере, одна индикаторная добавка для ИМЧ, окруженная фармацевтически приемлемой оболочкой, дополнительно содержит, по меньшей мере, один лиганд, который иммобилизован на поверхности оболочки. Это может обеспечить значительное увеличение аффинности или специфичности у биосовместимого материала, в который включена или к которому прикреплена индикаторная добавка для ИМЧ. Например, в качестве лиганда могут использоваться полисахариды, например, декстран, или полимер, например, поливиниловый спирт.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, одна индикаторная добавка для ИМЧ может содержать немагнитное ядро и оболочку, состоящую из магнитного материала, такого как описан выше. В примере осуществления изобретения немагнитное ядро может содержать физиологически приемлемые природные материалы, например, двуокись кремния или каучук.

Биосовместимый материал, содержащий, по меньшей мере, одну индикаторную добавку для ИМЧ, можно синтезировать с использованием любого подходящего способа, известного в данной области техники. Примерами применимых способов являются самосборка нановолокон, текстильные технологии, такие как мокрое или сухое прядение, электропрядение, вязание или тканье, а также формование окунанием или эмульгирование/лиофильная сушка. В качестве альтернативы или дополнения, массу подходящих материалов можно структурировать соответственно фальцеванием, тиснением, штамповкой, прессованием, экструзией, сборкой, литьевым прессованием и т.п. до или после литья или формования.

Текстильные технологии могут включать все подходы, которые успешно использовались для получения нетканых сеток из различных полимеров. В качестве примера можно привести процесс электропрядения, который включает в себя создание электрического поля на поверхности жидкости, содержащей, по меньшей мере, один полимер. Полученная в результате электрическая сила создает струю жидкости, которая несет электрический заряд. Струи жидкости могут притягиваться к другим электрически заряженным объектам с соответствующим электрическим потенциалом, и по мере удлинения и продвижения струи, она будет твердеть и высыхать. В US 2006/0204445 можно найти ряд примеров изготовления пористых материалов, которые подходят, например, в качестве искусственных тканевых конструкций, с использованием электропрядения.

В одном варианте осуществления изобретения, по меньшей мере, одна индикаторная добавка для ИМЧ включена в биосовместимый продукт. Например, по меньшей мере, одна индикаторная добавка для ИМЧ, может быть включена, заключена или вплетена в биосовместимый продукт, или может содержаться внутри его полостей, закрытых полостей, включений или карманов. По меньшей мере, одна индикаторная добавка для ИМЧ может быть включена в биосовместимый продукт перемешиванием, смешиванием или слиянием с исходным материалом, используемым в соответствующем способе изготовления биосовместимого продукта. В качестве альтернативы, по меньшей мере, одну индикаторную добавку для ИМЧ можно ввести в биосовместимый продукт впоследствии, например, погружая биосовместимый продукт в массу материала, содержащую, по меньшей мере, одну индикаторную добавку для ИМЧ.

В другом варианте осуществления изобретения, по меньшей мере, одна индикаторная добавка для ИМЧ прикреплена к поверхности биосовместимого продукта. Например, по меньшей мере, одна индикаторная добавка для ИМЧ может быть связана с определенным участком биосовместимого продукта. В примере осуществления изобретения, индикаторная добавка для ИМЧ может быть адсорбирована на поверхности биосовместимого продукта. В другом примере осуществления изобретения между функциональными группами на поверхности биосовместимого продукта и, по меньшей мере, одним лигандом, иммобилизованным на фармацевтически приемлемой оболочке, по меньшей мере, одной индикаторной добавки для ИМЧ, могут формироваться ковалентные связи.

В одном варианте осуществления изобретения, по меньшей мере, одна индикаторная добавка для ИМЧ используется для визуального мониторинга биосовместимого продукта посредством формирования изображений с помощью магнитных частиц. В примере осуществления изобретения, по меньшей мере, одна индикаторная добавка для ИМЧ используется для мониторинга развития, ремоделирования и деградации искусственной тканевой конструкции. Например, формирование изображений с помощью магнитных частиц (ИМЧ) можно использовать для количественного определения локальной концентрации индикаторной добавки. Не высказывая какую-либо гипотезу, авторы изобретения полагают, что биодеградация и ремоделирование приводят к «абляции», т.е. удалению индикаторной добавки для ИМЧ, что можно наблюдать по ослаблению ИМЧ-сигнала с течением времени. Ремоделирование также может приводить к модификации самого трехмерного изображения структуры. Мониторинг можно проводить in vitro или in vivo. Например, можно проводить мониторинг сосудистых и тканевых конструкций.

В другом примере осуществления изобретения визуализацию имплантатов, которые были функционально связаны или смешаны с, по меньшей мере, одной индикаторной добавкой для ИМЧ, проводят посредством формирования изображений с помощью магнитных частиц.

В другом варианте осуществления изобретения, по меньшей мере, одну индикаторную добавку для ИМЧ используют для отслеживания и мониторинга доставки вещества. В примере осуществления изобретения, по меньшей мере, одну индикаторную добавку для ИМЧ используют для визуализации направленной доставки действующих агентов, в которой используются микроносители с действующими агентами. В другом примере осуществления изобретения, по меньшей мере, одну индикаторную добавку для ИМЧ используют для мониторинга создания ткани с использованием микроносителей с материалом для тканевой инженерии. Подходящими терапевтическими агентами или материалами для тканевой инженерии являются, например, клетки, биомедицинские препараты или фармацевтические препараты. В еще одном варианте осуществления изобретения, по меньшей мере, одну индикаторную добавку для ИМЧ используют для визуализации направленной доставки клеток, в которой используют микроносители с клетками.

Хотя настоящее изобретение было подробно описано с помощью конкретных примеров его осуществления, следует отметить, что приведенные выше варианты осуществления следует рассматривать как иллюстративные или примерные, а не ограничивающие; изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления. Опытные специалисты поймут и выполнят вариации раскрытых вариантов осуществления при применении на практике заявленного изобретения, при изучении описания и из приложенной формулы изобретения. В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает других элементов или этапов, а единственное число не исключает множественное. Ниже изобретение проиллюстрировано на примерах. Однако эти примеры никоим образом не означают ограничение объема изобретения, а скорее служат для иллюстрации изобретения на одном из примеров его осуществления.

ПРИМЕРЫ

Пример 1 - Изготовление разлагаемого каркаса, содержащего индикаторную добавку для ИМЧ

45% (вес.) - коллагена I, 15% (вес.) эластина и 40% (вес.) поли(сополимера молочной и гликолевой кислот) (ПМГК) смешивали с магнитными наночастицами оксида железа, имеющими размер примерно 30 нм. Смесь растворяли в 1,1,1,3,3,3-гексафтор-2-пропаноле в конечной общей концентрации 10% (вес./объем) (100 мг/мл). Полученный раствор подвергали электропрядению. Получали сильно пористый каркас. К раствору можно добавить высокомолекулярную ПМГК для увеличения механической силы каркаса. Каркасы имеют обычно толщину 1 мм и поперечный размер несколько сантиметров.

Пример 2 - Изготовление двухслойного микроконтейнера, содержащего индикаторную добавку для ИМЧ

Ebecryl 1810 с добавленным 0,1%(вес.) инициатора (Irgacure 651) и соотношением инициатора к ингибитору 1:10 (4-метоксифенолу) наносили при вращении на стеклянный субстрат (обработанный 10 мин УФ-озоном) при 3000 об/мин в течение 30 секунд. Далее субстрат помещали между двумя рамками, одной квадратной и одной в виде полоски, и облучали в течение 1 секунды в УФ-устройстве UV-2 с фильтром. После промывания изопропанолом получали узор.

Далее стеклянную пластинку с узорчатым слоем Ebecryl использовали в качестве одного из двух субстратов для изготовления ячейки, образуемой двумя плоскими параллельными субстратами. Узорчатый слой Ebecryl размещали внутри ячейки. Пространство ячейки устанавливали как 50 мкм, используя ленту толщиной 50 мкм в качестве спейсеров, и ячейку заполняли с помощью капиллярных сил реакционной смесью, состоящей из 50%(вес.) н-изопропилакриламида (NIPAA) (1%(мол.) диэтиленгликольдиакрилата (DEGDA)), смешанного с магнитными наночастицами оксида железа, имеющими размер примерно 30 нм, в смеси метанола с водой в соотношении 50/50%(вес.) Ячейку помещали позади теневой маски (с квадратными элементами) и облучали УФ-светом 4 минуты. После облучения ячейку открывали, удаляя верхний субстрат и промывая водой. Затем нижний субстрат, содержащий полимеризованные композитные элементы, образующие пластины, помещают в водяную баню при комнатной температуре. При комнатной температуре гидрогель PNIPAA сильно набухает в воде и в результате пластинки высвобождаются из субстрата и скручиваются в направлении, перпендикулярном полосам Ebecryl 1810. При нагревании водяной бани выше 33°C гидрогель PNIPAA деформируется (PNIPAA имеет LCST (нижнюю критическую температуру растворения 33°C), а слой гидрогеля сжимается. В результате бислои раскручиваются при нагревании водяной бани выше 33°C.

Реферат

Изобретение относится к применению индикаторной добавки для формирования изображений с помощью магнитных частиц (ИМЧ) для визуального мониторинга биосовместимого продукта. Биосовместимый продукт содержит индикаторную добавку для формирования изображений с помощью магнитных частиц (ИМЧ), с использованием формирования изображений с помощью магнитных частиц. Биосовместимый продукт представляет собой микроконтейнер, который содержит жесткий или полужесткий материал, подходящий для поддержки клеточной культуры. Изобретение также относится к способу визуального мониторинга биосовместимого продукта. Заявленный способ включает этапы обеспечения биосовместимого продукта, который содержит индикаторную добавку для ИМЧ, введения биосовместимого продукта в целевой участок и детектирования сигналов, возникающих от индикаторной добавки для ИМЧ, с помощью формирования изображений с помощью магнитных частиц. Изобретение обеспечивает мониторинг адресной доставки клеток или активных агентов в целевой участок. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 пр.

Формула