Биоразлагаемый(-мые) наноноситель(-ли) (bpmos) для нейтрон-захватной терапии и ее методы - RU2780888C2
Код документа: RU2780888C2
Чертежи
Описание
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
Настоящая заявка претендует на приоритет Предварительной Патентной Заявки Соединенных Штатов номер 62/763,156, поданной 01 июня 2018 года, полное содержание которой включено здесь ссылкой.
ЗАЯВЛЕНИЕ О ПРАВАХ НА ИЗОБРЕТЕНИЯ, СДЕЛАННЫЕ В РАМКАХ ИССЛЕДОВАНИЙ, ФИНАНСИРУЕМЫХ ЗА СЧЕТ ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТА
Неприменимо.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Описываемое здесь изобретение относится к области нанотехнологии и терапии рака. Более конкретно, изобретение относится к биоразлагаемым мезопористым кремнеземным наночастицам, используемым в качестве носителя для нейтрон-захватной терапии у людей. Кроме того, изобретение относится к лечению рака и других иммунологических расстройств и заболеваний.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Рак представляет собой вторую главную причину смерти людей после коронарной болезни сердца. По всему миру умирают от рака каждый год миллионы людей. Только в Соединенных Штатах, как сообщает Американское Онкологическое Общество, рак является причиной смерти гораздо более, чем полмиллиона людей ежегодно, причем за год диагностируют свыше 1,2 миллиона новых случаев. В то время как смертность от болезней сердца значительно снизилась, смертность от рака возрастает.
Во всем мире в качестве основных смертельных видов выделяются несколько видов рака. В частности, главным образом смерть от рака причиняют карциномы легких, простаты, молочной железы, толстой кишки, поджелудочной железы и мочевого пузыря. Эти и в сущности все прочие карциномы обусловливают общую летальность. За очень малыми исключениями, фатальной оказывается метастазирующая раковая опухоль. Более того, даже у тех онкопациентов, которые поначалу перенесли свою первичную онкологию, общая практика показала, что их жизненные условия резко изменились. Многие онкопациенты испытывают сильные тревоги, основанные на знании о потенциальном рецидиве или неудачном лечении. Многие онкопациенты испытывают физическое истощение после лечения. Кроме того, у многих больных раком происходит рецидив.
Хотя терапия рака была улучшена в последние десятилетия, и возросли показатели выживания, гетерогенность рака по-прежнему требует новых стратегий терапии с использованием многочисленных методов терапевтического воздействия. Это особенно справедливо для лечения солидных опухолей в анатомически критических местах (например, глиобластомы, плоскоклеточной карциномы головы и шеи, и аденокарциномы легкого), которое иногда ограничено до стандартных радиотерапии и/или химиотерапии. Однако вредными эффектами этих терапевтических подходов являются хемо- и радиорезистентность, которые стимулируют локорегионарные рецидивы, отдаленные метастазы и первично-множественные опухоли, в дополнение к серьезным побочным эффектам, которые снижают качество жизни пациента.
Поэтому становится предельно важной разработка новых терапевтических стратегий для преодоления резистентности и сокращения побочных эффектов с помощью таргетной терапии. Одна возможность представляет собой использование повышенной проницаемости и удерживающего эффекта (EPR) солидных опухолей. Благодаря неплотной сосудистой сети и отсутствию лимфатического дренажа в опухоли могут накапливаться мелкие структуры, такие как наночастицы. Поэтому многообещающий подход представляет применение наночастиц в качестве средств доставки лекарственных препаратов.
В дополнение, многообещающей формой лучевой терапии является Нейтрон-Захватная Терапия (NCT). Хотя концептуальные технологии NCT и, конкретнее, бор-нейтрон-захватной терапии («BNCT») являются общеизвестными, их развитие замедляют технологические ограничения, связанные с лечением этого типа. Однако возрождением методов NCT-терапии стали достигнутые технологические усовершенствования как в (i) введении или доставке захватного соединения, которое предпочтительно концентрируется в опухоли, и (ii) облучении локализации опухоли нейтронами.
Из вышеизложенного квалифицированным специалистам в этой области технологии будет совершенно очевидно, что необходима новая парадигма лечения рака и других иммунологических заболеваний. С использованием современных наноносителей и оптимизированных методов NCT новый подход к лечению заболеваний может быть достигнут в плане общей цели более эффективного лечения, сокращения побочных эффектов и снижения производственных затрат.
Имея в виду современные связанные с NCT недостатки, цель настоящего изобретения состоит в создании новых и улучшенных способов лечения рака, иммунологических расстройств и других заболеваний с использованием наноносителей и NCT.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Данное изобретение обеспечивает наноматериалы, изготовленные для применения в качестве средства доставки лекарственного препарата для лечения болезней человека, таких как рак, иммунологические расстройства, включающие, но без ограничения ими, ревматоидный артрит, анкилозирующий спондилоартрит, и другие клеточные заболевания, включающие, но без ограничения ими, болезнь Альцгеймера. В определенных вариантах исполнения наноматериалы включают мезопористые кремнеземные наночастицы («MSN» или «MSNs», в зависимости от обстоятельств). В дополнительном варианте исполнения MSN согласно изобретению включает биоразлагаемую связь внутри каркаса MSN. Вообще говоря, и для целей этого изобретения, биоразлагаемые MSNs, настроенные на биологическое разложение введением дисульфидных, тетрасульфидных связей, или чувствительных к протеазе связей, далее называются Биоразлагаемыми Периодическими Мезопористыми Кремнийорганическими Соединениями («BPMO» или «BPMOs»,в зависимости от обстоятельств).
В одном варианте исполнения поверхность BPMO модифицирована фосфонатом.
В еще одном варианте исполнения в MSN или BPMO согласно изобретению введен нейтрон-захватный агент.
В дополнительном варианте исполнения нейтрон-захватный агент включает изотоп бора10В.
В дополнительном варианте исполнения нейтрон-захватный агент включает изотоп лития6Li.
В дополнительном варианте исполнения нейтрон-захватный агент включает изотоп гелия (He)3He.
В дополнительном варианте исполнения нейтрон-захватный агент включает изотоп кадмия113Cd.
В дополнительном варианте исполнения нейтрон-захватный агент включает изотоп самария149Sm.
В дополнительном варианте исполнения нейтрон-захватный агент включает изотоп гадолиния157Gd.
В дополнительном варианте исполнения нейтрон-захватный агент включает изотоп Au (золота).
В дополнительном варианте исполнения нейтрон-захватный агент включает изотоп с благоприятным сечением захвата нейтронов.
В дополнительном варианте осуществления изобретение включает способы концентрирования нейтронов в клетке, включающий (i) внедрение в MSN и/или BPMO нейтрон-захватного агента; (ii) введение нагруженного MSN и/или BPMO пациенту, и (iii) облучение клетки нейтронами.
В еще одном варианте осуществления настоящее изобретение описывает способы получения MSN и/или BPMO с нейтрон-захватными агентами.
В еще одном варианте осуществления настоящее изобретение описывает способы лечения ракового(-вых) заболевания(-ний), иммунологических расстройств и других болезней у людей.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР
Фигура 1. Синтез BPMO с введенным10BPA и поверхностно-модифицированного фосфонатом.
Фигура 2. Охарактеризование BPMO-наночастиц. Фигура 2(1)(а) показывает BPMO согласно изобретению, анализированное методом сканирующей электронной микроскопии (SEM). Фигура 2(1)(b) показывает BPMO согласно изобретению, анализированное методом просвечивающей электронной микроскопии (TEM). Фигура 2(2) показывает анализ деградации, выполненный на BPMO с использованием TEM.
Фигура 3. Схема для оценки направленной доставки BPA-содержащего модифицированного фосфонатом BPMO в область опухоли.
Фигура 4. Направленная доставка BPA-содержащего модифицированного фосфонатом BPM в область опухоли O.
Фигура 5. Направленная доставка BPA-содержащего модифицированного фосфонатом BPMO в область опухоли.
Фигура 6. Блок-схема экспериментальной методики с использованием BNCT с BPA-содержащим BPMO в модели опухоли в курином яйце.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Схема разделов
I.) Определения
II.) Мезопористые кремнеземные наночастицы (MSN) и периодические мезопористые кремнийорганические соединения (PMO)
III.) Нейтрон-захватные агенты
IV.) PMOs, нагруженные нейтрон-захватными агентами
V.) Бор-нейтрон-захватная терапия
VI.) Способы доставки нейтрон-захватных агентов в клетку
VII.) Способы лечения ракового(-вых) заболевания(-ний) и другого(-гих) иммунологического(-ких) расстройства(-ств)
VIII.) Наборы/готовые изделия
I.) Определения
Если не оговорено иное, все используемые здесь технические термины, условные обозначения и другие научные термины или терминология предполагаются имеющими значения, общепонятные квалифицированным специалистам в этой области технологии, к которой принадлежит изобретение, если только контекст четко не оговаривает иное. В некоторых случаях термины с общепонятными значениями здесь определены для ясности и/или в качестве справочного материала, и включение таких определений здесь не должно обязательно толковаться как представляющее существенное отличие от того, что обычно подразумевается в технологии.
Когда здесь используют торговую марку, ссылка на торговую марку также является ссылкой на состав продукта, дженерик, и на активный(-ные) фармацевтический(-кие) ингредиент(-ты) продукта под торговой маркой, если контекстом не оговаривается иное.
Термины «рак на поздней стадии», «местнораспространенный рак», «запущенное заболевание» и «местнораспространенное заболевание» подразумевают рак, который распространился через соответствующую тканевую капсулу, и означает включение стадии С заболевания согласно системе Американской Урологической Ассоциации (AUA), стадии С1-С2 заболевания согласно системе Уитмора-Джеветта (Whitmore-Jewett), и стадии T3-T4 и N+ заболевания согласно системе TNM (опухоль, припухлость, метастаз). Как правило, хирургическое вмешательство не рекомендуется для пациентов с местнораспространенным заболеванием, и эти пациенты имеют значительно менее благоприятные исходы по сравнению с пациентами, имеющими клинически локализованный (локализованный в пределах одного органа) рак.
Термины «подавлять» или «подавление», как здесь используемые, означают сокращение измеримого количества, или полное предотвращение.
Термин «млекопитающее» имеет отношение к любому организму, классифицируемому как млекопитающее, в том числе мыши, крысы, кролики, собаки, кошки, коровы, лошади и люди. В одном варианте осуществления изобретения млекопитающее представляет собой мышь. В еще одном варианте осуществления изобретения млекопитающим является человек.
Термины «метастатический рак» и «метастатическое поражение» означают раковые заболевания, которые распространились по местным лимфоузлам или на отдаленные участки, и подразумеваются включающими стадию D заболевания согласно AUA-системе и стадии T×N×M+ согласно TNM-системе.
«Молекулярное распознавание» подразумевает химическое событие, при котором молекула-хозяин способна формировать комплекс со второй молекулой (то есть, гостьей). Этот процесс происходит в результате нековалентного химического связывания, включающего, но без ограничения, водородные связи, гидрофобные взаимодействия, ионное взаимодействие.
«Фармацевтически приемлемый» подразумевает нетоксичную, инертную, и/или такую композицию, которая физиологически совместима с организмом человека или других млекопитающих.
«Наноматериал» означает материал в любой размерной форме (нулевой, одно-, двух-, трехмерной) и размером доменов в диапазоне 40-400 нанометров.
«Наноструктура» означает структуру, имеющую по меньшей мере один размер, который составляет менее 500 нанометров. Примеры включают, но без ограничения, нанокристаллы, нанокомпозиты, нанозерна, нанотрубки, нанокерамические материалы, и нанопорошки.
«Нанонаполнитель» (также известный как наноструктурированный наполнитель) подразумевает структуру или частицу, тесно смешанную с матрицей с образованием наноструктурированного композита. По меньшей мере один из наноструктурированного наполнителя и наноструктурированного композита имеет желательную характеристику материала, которая отличается по меньшей мере на 20% от такой характеристики материала для наполнителя микронного (мкм) масштаба или композита микронного (мкм) масштаба, соответственно. Желательную характеристику материала выбирают из группы, состоящей из показателя преломления, прозрачности для света, характеристик отражения, удельного сопротивления, диэлектрической проницаемости, проницаемости, коэрцитивности, B-H-произведения (магнитных характеристик), магнитного гистерезиса, пробивного напряжения, толщины скин-поля, температуры Кюри, тангенса угла потерь, работы выхода, ширины запрещенной зоны, эффективности электромагнитного экранирования, жесткости излучения, химической реакционной способности, теплопроводности, температурного коэффициента электрической характеристики, зависимости электрической характеристики от напряжения, стойкости к термическому удару, биосовместимости и скорости износа. Наноструктурированный наполнитель может включать один или многие элементы, выбранные из s-, p-, d-, и f-групп периодической таблицы, или он может включать соединение одного или многих таких элементов с одним или многими подходящими анионами, таких как алюминий, сурьма, бор, бром, углерод, хлор, фтор, германий, водород, индий, иод, никель, азот, кислород, фосфор, селен, кремний, сера или теллур. Матрица может представлять собой полимер (например, полиметилметакрилат, поливиниловый спирт, поликарбонат, полиалкен, или полиарил), керамический материал (например, оксид цинка, оксид индия-олова, карбид гафния, или феррит), или металл (например, медь, олово, цинк или железо). Уровни содержания нанонаполнителя могут составлять до 95%, хотя предпочтительны уровни содержания 80% или менее. Изобретение также включает устройства, которые вводят нанонаполнитель (например, электрические, магнитные, оптические, биомедицинские и электрохимические устройства).
Термин «нейтрон-захватный агент» означает стабильный нереакционноспособный химический изотоп, который, будучи активированным нейтронами, создает альфа-излучение и гамма-излучение.
Термин «нейтрон-захватная терапия» означает неинвазивный терапевтический метод для лечения локально инвазивных злокачественных опухолей, таких как первичные опухоли мозга и рецидивирующий рак головы и шеи, и других иммунологических расстройств и заболеваний излучением от нейтрон-захватного агента нейтронами.
Как применяемые здесь «лечить» или «терапевтический», и грамматически родственные термины, имеют отношение к любому улучшению любого последствия болезни, такому как длительное выживание, и/или сокращение побочных эффектов, которые являются побочными продуктами альтернативного терапевтического метода; как это легко понимается в технологии, предпочтительно полное устранение болезни, но хотя не является требованием для лечебного действия.
II.) Мезопористые кремнеземные наночастицы (MSN) и биоразлагаемые периодические мезопористые кремнийорганические соединения (BPMO)
Мезопористые кремнеземные наночастицы (MSNs) появились как действенное средство доставки лекарственных препаратов. Как правило, эти кремнеземные частицы имеют диаметр в диапазоне от 40 до 400 нм, и содержат тысячи пор, где могут храниться противораковые лекарства, помимо всего прочего. Были сообщения о различных исследованиях на клеточном уровне и на животных, которые подчеркивают эффективность MSNs в доставке противораковых препаратов. Например, смотри работу авторов Wang, Y. и др., Mesoporous silica nanoparticles in drug delivery and biomedical applications («Мезопористые кремнеземные наночастицы в доставке лекарств, и биомедицинские варианаы применения»). Nanomedicine. Том 11, стр. 313-327 (2015). Благодаря относительной стабильности этих наноматериалов, на этих наночастицах могут быть осуществлены разнообразные химические модификации. Может быть изменена характеристика поверхностного заряда для предотвращения агрегатирования частиц в биологической среде и для достижения более продолжительной циркуляции. Кроме того, на поверхности частицы могут быть сконструированы различные наномашины для придания способности высвобождать противораковый препарат под действием таких стимулов, как свет и магнитное поле.
Специалисты, квалифицированные в этой области технологии, недавно разработали новое поколение мезопористых наночастиц, называемых биоразлагаемыми PMO (периодическими мезопористыми кремнийорганическими соединениями) наночастицами («BPMO»), которые настроены на биологическое разложение введением дисульфидных, тетрасульфидных связей, или чувствительных к протеазе связей, получив превосходные кандидаты для наномедицинских вариантов применения. Например, смотри работу авторов Croissant, J. и др., Biodegradable oxamide-phenylene-based mesoporous organosilica nanoparticles with unprecedented drug payloads for delivery in cells («Биоразлагаемые мезопористые кремнийорганические наночастицы на оксамид-фениленовой основе с беспрецедентными полезными нагрузками лекарственных средств для доставки в клетки»). Chem. Eur. J. Том 22, стр. 14806-14811 (2016). Эти наночастицы сохраняют благоприятные признаки описанных выше MSNs, и, в дополнение, они обладают усиленной разлагаемостью. BPMOs проявляют эффективную несущую способность в отношении нейтрон-захватных агентов, таких как бор, а также других противораковых лекарственных препаратов, которые известны в технологии, и нейтрон-захватные агенты могут быть доставлены в раковые клетки человека.
Недавно разработанные BPMOs содержат биоразлагаемые связи внутри каркаса мезопористой кремнеземной сетчатой структуры, и тем самым являются биоразлагаемыми в условиях внутри клетки, такой как восстановительная среда. Для этого были разработаны два (2) типа BPMO-наночастиц, содержащих дисульфидную связь или тетрасульфидную связь. В предпочтительном варианте исполнения BPMO согласно изобретению синтезируют с использованием способа золь-гель-синтеза с прекурсорами, содержащими дисульфидную или тетрасульфидную связь. Применение этих специальных прекурсоров для синтеза приводит к внедрению этих биоразлагаемых связей в каркас наночастиц.
Во время синтеза было введено поверхностно-активное вещество CTAB (бромид цетилтриметиламмония) для формирования пористой структуры. Вообще говоря, предпочтительное BPMO согласно изобретению синтезировали смешением бис(триэтоксисилилпропил)дисульфида с бис(триэтоксисилил)этиленом (в соотношении 50-50). Полученные BPMOs имеют диаметр 100-300 нм и содержат поры с диаметром 2-3,5 нм.
В еще одном предпочтительном варианте исполнения BPMO согласно изобретению синтезировали смешением 1,2-бис(триэтоксисилил)этана со CTAB и NaOH, энергично перемешивали, и затем смесь нагревали до 80°С. Затем раствор по каплям добавляли в колбу, и немедленно после этого добавляли бис[3(триэтоксисилил)пропил]тетрасульфид. После конденсации при 80°С в течение 2,0 часов BPMO выделили центрифугированием и дважды промыли этанолом. Для удаления CTAB из пор частицы подвергали кипячению с обратным холодильником в течение ночи в растворе нитрата аммония в уксусной кислоте. Частицы очистили промыванием этанолом (3 раза) и полностью высушили.
В еще одном дополнительном предпочтительном варианте исполнения BPMO согласно изобретению функционализировали посредством GOPTS (3-глицидилоксипропилтриметоксисилана) способом послесинтетической прививки. Для раскрытия эпоксидного цикла в GOPTS функционализированое BPMO суспендировали в воде и нагревали при 70°С в течение двух дней. Этой стадией получили диол-модифицированное BPMO. Дополнительное модифицирование для добавления фосфоната на поверхность выполняли с использованием 3-(тригидроксисилил)-пропилметилфосфоната.10BPA (4-бороно-L-фенилаланин) добавляли к наночастицам так, что10BPA будет образовывать хелатное соединение на диол-модифицированном BPMO.
В еще одном предпочтительном варианте исполнения в BPMO, которое было поверхностно-модифицировано фосфонатом, ввели нейтрон-захватный агент, в результате чего нейтрон-захватный агент инкапсулирован внутри BPMO. В дополнительном варианте исполнения нейтрон-захватный агент является химически связанным с поверхностью BPMO. Примерные варианты исполнения нейтрон-захватного агента согласно изобретению изложены здесь далее.
Специалист с обычной квалификацией в этой области технологии будет понимать и сможет исполнить вариации и модификации раскрытого варианта осуществления без изменения функции и назначения раскрытого здесь изобретения. Такие вариации и модификации предполагаются входящими в пределы области настоящего изобретения.
III.) Нейтрон-захватный(-ные) агент(-ты)
Еще один аспект настоящего изобретения относится к усовершенствованным нейтрон-захватным агентам. Вообще говоря, успех нейтрон-захватных агентов основывается на селективной локализации в раковых клетках и надлежащем потоке нейтронов с должной энергией в опухоль. Современный недостаток нейтрон-захватной терапии состоит в неспособности надлежащим образом концентрировать нейтрон-захватные агенты в опухоли, в то же время вместе с тем минимизировать концентрацию в нормальных клетках. Как будет понятно специалисту с обычной квалификацией в этой области технологии, некоторые нейтрон-захватные агенты согласно изобретению имеют такие свойства, которые будут благоприятными для настоящего изобретения. Например, высокое сечение взаимодействия тепловых нейтронов будет обусловливать высокую ионизирующую активность, сообразно чему обогащенные нейтрон-захватными агентами клетки будут убиты, и нормальные клетки будет повреждены гораздо меньше. Однако до сих пор уменьшение повреждения здоровых нормальных клеток не было достигнуто. Цель настоящего изобретения состоит в устранении этого недостатка.
В дополнительном варианте исполнения нейтрон-захватный агент включает изотоп бора10B.
В дополнительном варианте исполнения нейтрон-захватный агент включает изотоп лития6Li.
В дополнительном варианте исполнения нейтрон-захватный агент включает изотоп гелия (He)3He.
В дополнительном варианте исполнения нейтрон-захватный агент включает изотоп кадмия113Cd.
В дополнительном варианте исполнения нейтрон-захватный агент включает изотоп самария149Sm.
В дополнительном варианте исполнения нейтрон-захватный агент включает изотоп гадолиния157Gd.
В дополнительном варианте исполнения нейтрон-захватный агент включает изотоп Au (золота).
В дополнительном варианте исполнения нейтрон-захватный агент включает изотоп с благоприятным сечением захвата нейтронов.
Специалист с обычной квалификацией в этой области технологии будет понимать и сможет исполнить вариации и модификации раскрытого варианта осуществления без изменения функции и назначения раскрытого здесь изобретения. Такие вариации и модификации предполагаются входящими в пределы области настоящего изобретения.
IV.) BPMOs, нагруженные нейтрон-захватными агентами
Один аспект настоящего изобретения относится к BPMOs, нагруженным нейтрон-захватными агентами. Как обсуждалось ранее, BPMOs согласно изобретению имеют высокую несущую способность при надлежащем значении рН. В предпочтительном варианте исполнения значение рН составляет около 8,5. Кроме того, будучи загруженным, нейтрон-захватный агент занимает между 20%-60% общего веса BPMO. В предпочтительном варианте исполнения нейтрон-захватный агент составляет между 30%-50% общего веса загруженного BPMO. В дополнительном варианте исполнения нейтрон-захватный агент включает изотоп бора10B. В дополнительном варианте исполнения нейтрон-захватный агент включает10BPA. В дополнительном варианте исполнения нейтрон-захватный агент включает изотоп лития6Li. В дополнительном варианте исполнения нейтрон-захватный агент включает изотоп гелия (He)3He. В дополнительном варианте исполнения нейтрон-захватный агент включает изотоп кадмия113Cd. В дополнительном варианте исполнения нейтрон-захватный агент включает изотоп самария149Sm. В дополнительном варианте исполнения нейтрон-захватный агент включает изотоп гадолиния157Gd.
Специалисту с обычной квалификацией в этой области технологии будет понятно, что нейтрон-захватный агент может быть введен в PMO различными путями, известными в технологии, такими как инкапсулирование или химическое связывание с поверхностью BPMO, и/или соединен с BPMOs с использованием известных в технологии способов. Такие вариации и модификации предполагаются входящими в пределы области настоящего изобретения.
V.) Бор-нейтрон-захватная терапия с использованием нагруженных 10B BPMOs
Один аспект настоящего изобретения представляет применение нагруженных10B BPMOs в качестве средства для бор-нейтрон-захватной терапии («BNCT»). Вкратце, BNCT представляет собой бинарный способ лечения, в котором ни один из компонентов по отдельности не является допустимым или высокотоксичным. Два компонента включают (i) инфузию или доставку захватного соединения, которое предпочтительно концентрируется в опухоли, и (ii) облучение локализации опухоли нейтронами. В результате при данном высоком сечении взаимодействий тепловых нейтронов с10B будет высокой вероятность расщепления ядра бора на He и Li. Имея в виду высокую ионизирующую активность He и Li, и короткую продолжительность воздействия, обогащенные бором клетки будут убиты, и здоровые клетки будут повреждены гораздо меньше. С учетом этого, преимуществом BNCT является разрушение клеток опухоли без травматического хирургического вмешательства. Однако, как будет понятно квалифицированному специалисту в этой области технологии, успех обеспечивается высокой концентрацией и селективной локализацией10B в клетках опухоли.
В одном варианте исполнения10B вводят в BPMO согласно изобретению и сосредоточивают в опухолевой клетке. Содержащее10B BPMO концентрируется в опухоли, и опухоль облучают с использованием надтепловых нейтронов. Опухолевые клетки разрушаются.
VI.) Способы доставки нейтрон-захватных агентов в клетку
Как будет понятно специалисту с обычной квалификацией в этой области технологии, преимуществом настоящего изобретения является способность эффективно доставлять улучшенный нейтрон-захватный агент согласно настоящему изобретению в клетку.
Известно, что состав наночастиц (BPMOs согласно настоящему изобретению) обеспечивает возможность надежного введения млекопитающим большого количества нейтрон-захватных агентов. Вкратце, для исследования доставки нейтрон-захватных агентов в опухоль это показано флуоресценцией нейтрон-захватных агентов в опухоли от одного (1) до пяти (5) дней после инъекции наночастиц нагруженных нейтрон-захватными агентами PMO. Флуоресценция наблюдается в опухоли. Для проверки, наблюдается ли флуоресценция главным образом в опухоли, удаляют различные органы, обрабатывают и исследуют методом флуоресцентной микроскопии или другими известными в технологии методами детектирования. Показано, что флуоресценция наблюдается главным образом в опухоли, тогда как в различных органах наблюдается малая флуоресценция. Контрольная опухоль представляет образец опухоли, полученный из модели, в которую наночастицы не были введены. Таким образом, нейтрон-захватные агенты могут быть доставлены преимущественно в опухоль.
Кроме того, для исследования, локализуются ли BPMOs в опухоли, показано, что получают синтезированные наночастицы BPMO, помеченные родамином Б (Rhodamine-B). Вкратце, помеченные родамином Б наночастицы BPMO получают соконденсацией с Rhodamine B-APTES, полученным химическим связванием флуоресцентного красителя изотиоцианата родамина Б (RBITC) с аминопропилтриэтоксисиланом (APTES), или другими известными в технологии способами. Это позволяет охарактеризовывать биораспределение BPMO посредством последующей красной флуоресценции. Вводят помеченные родамином Б наночастицы, и через 1-3 дня после инъекции исследуют распределение красной флуоресценции. Вырезают опухоли и различные органы из образца. Показано, что красная флуоресценция была детектирована главным образом в опухоли через время от двух до трех дней после инъекции. В других органах, таких как печень, была обнаружена гораздо меньшая красная флуоресценция. Контрольная опухоль представляет собой образец опухоли, полученный из модели, в которую BPMO не было введено. Подобные результаты получены, когда анализ проводят через один день после инъекции. Таким образом, наночастицы BPMO преимущественно накапливаются в опухоли. С другой стороны, BPMO поверхностно-модифицированы так, что они имеют положительный заряд, больше накапливаются в печени и почке.
Соответственно этому, показано, что BPMOs согласно изобретению, нагруженные нейтрон-захватными агентами, могут быть модифицированы для селективной локализации с высокими концентрациями в опухолевых клетках.
IX.) Наборы/готовые изделия
Для применения в описываемых здесь лабораторных, прогностических, профилактических, диагностических анализах и для терапевтических целей, в область изобретения входят наборы. Такие наборы могут включать носитель, упаковку или контейнер, который разделен на отсеки для размещения одного или мноних контейнеров, таких как ампулы, тюбики и тому подобные, причем каждый из контейнеров содержит один из отдельных используемых в способе элементов, наряду с этикеткой или вкладышем, включающими инструкции для применения, такого как описываемое здесь применение. Например, контейнер(-ры) может(-гут) включать BPMO, которое представляет собой или может быть выявляемо маркированным, и/или нагружено нейтрон-захватным агентом. Наборы могут включать контейнер, содержащий упаковку лекарственного средства. Набор может включать все или часть BPMOs и/или нейтрон-захватных агентов.
Набор согласно изобретению обычно будет включать описанный выше контейнер и один или многие другие связанные с ним контейнеры, которые содержат материалы, желательные с коммерческой точки зрения или с позиции пользователя, в том числе буферные растворы, разбавители, фильтры, иглы, шприцы; носитель, упаковку, контейнер, ампулу и/или тюбик, маркированные с перечислением содержимого и/или инструкциями для применения, и вкладыш в упаковке с инструкциями для применения.
Этикетка может присутствовать на контейнере или в нем для указания, что композицию используют для конкретной терапии или нетерапевтических вариантов применения, таких как прогностические, профилактические, диагностические или лабораторные варианты применения, и также может указывать направления применения либо in vivo, либо in vitro, такие, как здесь описано. Направления и/или другая информация также могут быть включены во вкладыш(-ши) или в этикетку(-ки), которые вложены в набор или нанесены на него. Этикетка может быть на контейнере или приложена к нему. Этикетка может быть на контейнере, когда буквы, цифры или другие символы, составляющие этикетку, сформованы или вытравлены в самом контейнере; этикетка может быть связана с контейнером, когда она присутствует внутри коробки или носителе, который также содержит контейнер, например, как вкладыш в упаковку. Этикетка может указывать, что композиция используется для диагностики, лечения, профилактики или прогнозирования состояния, такого как рак или другое иммунологическое расстройство.
Термины «набор» или «готовое изделие» могут быть использованы как синонимы.
В еще одном варианте осуществления изобретения готовое(-вые) изделие(-ия) содержит(-ат) композиции, такие как BPMOs, и/или нейтрон-захватные агенты, и/или нагруженные нейтрон-захватными агентами BPMOs. Готовое изделие обычно включает по меньшей мере один контейнер и по меньшей мере одну этикетку. Подходящие контейнеры включают, например, бутылки, пузырьки, шприцы и пробирки. Контейнеры могут быть сформированы из различных материалов, таких как стекло, металл или пластик. Контейнер может содержать BPMOs и нейтрон-захватные агенты.
В альтернативном варианте, контейнер может содержать композицию, которая является эффективной для лечения, диагностики, прогнозирования или профилактики состояния, и может иметь стерильный порт доступа (например, контейнер может представлять собой пакет с раствором для внутривенного введения, или пузырек, имеющий пробку, протыкаемую гиподермической инъекционной иглой). Активные агенты в композиции могут представлять собой нагруженные нейтрон-захватными агентами BPMOs.
Кроме того, готовое изделие может включать второй контейнер, содержащий фармацевтически приемлемый буфер, такой как физиологический раствор с фосфатным буфером, раствор Рингера и/или раствор декстрозы. Кроме того, оно может включать другие материалы, желательные с коммерческой точки зрения или с позиции пользователя, в том числе другие буферные растворы, разбавители, фильтры, мешалки, иглы, шприцы, и/или вкладыши в упаковку, с указаниями и/или с инструкциями для применения.
ПРИМЕРЫ
Различные аспекты изобретения далее описаны и иллюстрированы посредством нескольких нижеследующих примеров, ни один из которых не предполагается ограничивающим область изобретения.
Пример 1: синтез BPMO
В одном варианте исполнения BPMO согласно изобретению синтезировали следующим образом. Сначала 1,2-бис(триэтоксисилил)этан смешали со CTAB и NaOH, энергично перемешивали, и затем смесь нагревали до 80°С. Затем раствор по каплям добавили в колбу, и немедленно после этого добавляли бис[3(триэтоксисилил)пропил]тетрасульфид. После конденсации при 80°С в течение 2,0 часов BPMO выделили центрифугированием и дважды промыли этанолом. Для удаления CTAB из пор частицы подвергали кипячению с обратным холодильником в течение ночи в растворе нитрата аммония в уксусной кислоте. Частицы очистили промыванием этанолом (3 раза) и полностью высушили. Смотри Фигуру 1.
Пример 2: охарактеризование наночастиц BPMO
Описанные в Примере 1 (синтез BPMO) BPMO’s охарактеризовали методами сканирующей электронной микроскопии («SEM») и просвечивающей электронной микроскопии («TEM») с использованием известных в технологии способов. Анализ BPMO с использованием SEM показывает однородные наночастицы с диаметром 100-200 нм. Смотри Фигуру 2(1)(а).
Анализ BPMO с использованием TEM показывает присутствие пористой(-тых) структуры(-тур). Смотри Фигуру 2(1)(b).
Наконец, выполнили анализ деградации BPMO с использованием TEM. Вкратце, BPMO (0,1 мг/мл) инкубировали в растворе PBS (физиологическом растворе с фосфатным буфером), содержащем 10 мМ глутатиона (GSH) при 37°С в течение 5 дней, и визуально обследовали с использованием TEM (просвечивающей электронной микроскопии). Результаты показывают, что BPMO был разлагаемым в восстановительных условиях. Смотри Фигуру 2(2).
Пример 3: синтез BPMO, поверхностно-модифицированного фосфонатом и диолом
BPMO, полученное согласно примеру, озаглавленному «Синтез BPMO», подвергли поверхностному модифицированию. Вкратце, синтезированное BPMO погрузили в толуол, и смесь подвергали обработке ультразвуком в течение 10 минут. Затем к этой смеси добавили 3-глицидилоксипропилтриметоксисилан (GOPTS):
и кипятили с обратным холодильником в течение ночи. Твердый продукт выделили центрифугированием и трижды промыли этанолом. Высушенный продукт получили и добавили в деминерализованную воду. Эту смесь нагревали при 70°С в течение двух (2) дней. Диол-BPMO дополнительно модифицировали 3-(тригидроксисилил)-пропилметилфосфонатом для создания отрицательного заряда на поверхности перемешиванием с 3-(тригидроксисилил)-пропилметилфосфонатом при 70°С. Смотри Фигуру 1.
Пример 4: способ нанесения10BPA на поверхность модифицированного BPMO
На BPMO, функционализированное диолом и фосфонатом, как описано в примере, озаглавленном «Синтез BPMO, поверхностно-модифицированного фосфонатом и диолом», нанесли нейтрон-захватный агент10BPA. Вкратце, BPMO-диол добавили в раствор10BPA, значение pH отрегулировали приблизительно на 8,5-8,8, и смесь перемешивали при 4°С в течение двадцати четырех (24) часов. Продукт выделили центрифугированием, и затем промыли деминерализованной водой и этанолом. После испарения получили высушенный продукт. Образование композиции P-BPMO-диол-10BPA показано способом, описанным в Фигуре 1, и находится в пределах области изобретения.
Пример 5: направленная доставка в область опухоли нагруженного 10BPA модифицированного фосфонатом BPMO
Оценку BPMO, описанного в предшествующих примерах, проводили, чтобы показать активность направленной доставки в область опухоли10BPA-нагруженного BPMO. Вкратце, оплодотворенные яйца инкубировали в течение десяти (10) дней, в каковое время раковые клетки человека трансплантировали на CAM-мембрану (хорион-аллантоисную оболочку). Применяли экспрессированные зеленым флуоресцентным белком (GFP) клетки рака яичника. Три (3) дня спустя на CAM-мембране сформировалась опухоль. Помеченное родамином Б BPMO, синтезированное, как описано в Примере 2, ввели внутривенно, и исследовали перекрывание красной флуоресценции (от BPMO) и зеленой флуоресценции (от GFP-экспрессированной опухоли.
Результаты демонстрируют, что10BPA-нагруженное BPMO накапливалось в опухоли, будучи введенным внутривенно в количестве 0,2 мг на яйцо. Через два (2) дня после инъекции опухоль, а также различные органы вырезали из куриного зародыша и исследовали методом флуоресцентной микроскопии с использованием известных в технологии способов. Следует отметить, что красная флуоресценция BPMO перекрывается с зеленой флуоресценцией опухоли. Смотри Фигуру 3 и Фигуру 4.
В последующем анализе опухоль и органы, использованные и показанные в Фигуре 4, разрезали на секции, и затем исследовали методом конфокальной микроскопии с использованием известных в технологии способов. Результаты показывают, что красная флуоресценция BPMO обнаруживается в опухоли при незначительном количестве в нормальной печени. Зеленая флуоресценция опухоли обусловлена GFP-экспрессированными раковыми клетками. Смотри Фигуру 4 и Фигуру 5.
Пример 6: BNCT с использованием 10BPA-нагруженного BPMO, поверхностно-модифицированного фосфонатом
Эффективность10BPA-нагруженного BPMO, которое было поверхностно-модифицировано фосфонатом, в качестве терапевтического средства в BNCT, показана с использованием следующего способа. По-первых, раковые клетки человека трансплантировали на CAM-мембрану внутри куриного яйца. Во-вторых,10BPA-нагруженное BPMO, которое было поверхностно-модифицировано фосфонатом, вводят и оставляют вызревать в течение 1-2 дней. Начинают воздействие нейтронным пучком. После воздействия нейтронами (обычно около 60 минут) куриные яйца инкубируют в течение трех (3) дней. Через три (3) дня анализируют опухоль известными в технологии способами, и измеряют величину и вес опухоли. Исследуют величину и вес опухоли. Смотри Фигуру 6.
Специалисту с обычной квалификацией в этой области технологии будет понятно, что могут быть применены различные дополнительные нейтрон-захватные агенты с использованием такой же методики, как здесь описанной.
Пример 7: клинические испытания на человеке лечения карцином человека применением BPMOs, нагруженных нейтрон-захватными агентами
Нагруженные нейтрон-захватными агентами BPMOs используют в соответствии с настоящим изобретением, которые накапливаются особенно в раковой клетке, и применяют для лечения определенных опухолей и других иммунологических расстройств и/или прочих болезней. В связи с каждым из этих симптомов успешно осуществлены два клинических подхода.
I.) Дополнительное лечебное мероприятие: в смежной терапии пациентов лечат нагруженными нейтрон-захватными агентами BPMOs в сочетании с химиотерапевтическим, или фармацевтическим, или биофармацевтическим препаратом, или их комбинацией. Мишени первичного рака лечат стандартными методами введением нагруженных нейтрон-захватными агентами BPMOs и затем облучением. Алгоритмы методик направлены на эффективность, как оценено нижеследующими примерами, включающими, но без ограничения, сокращение массы опухоли первичных или метастатических поражений, улучшение выживаемости без прогрессирования заболевания, общую выживаемость, улучшение здоровья пациентов, стабилизацию заболевания, а также способность сокращать обычные дозы стандартных химиотерапевтических и прочих биологических агентов. Эти сокращения дозирования позволяют проводить дополнительную и/или длительную терапию со снижением обусловленной дозами токсичности химиотерапевтического или биологического агента.
II.) Монотерапия: В связи с применением нагруженных нейтрон-захватными агентами BPMOs в монотерапии опухолей, нагруженные нейтрон-захватными агентами BPMOs вводят пациентам без химиотерапевтического, или фармацевтического, или биологического препарата. В одном варианте исполнения монотерапию проводят клинически у пациентов на последней стадии рака с обширным метастатическим поражением. Алгоритмы методик направлены на эффективность, как оценено нижеследующими примерами, включающими, но без ограничения, сокращение массы опухоли первичных или метастатических поражений, улучшение выживаемости без прогрессирования заболевания, общую выживаемость, улучшение здоровья пациентов, стабилизацию заболевания, а также способность сокращать обычные дозы стандартных химиотерапевтических и прочих биологических агентов.
Дозирование
Схемы приема могут быть скорректированы для обеспечения оптимальной желательной реакции. Например, может быть введена однократная инъекция нагруженных BPMOs, могут быть введены несколько раздельных доз во времени, или доза может быть пропорционально сокращена или увеличена, как показано острой необходимостью в терапевтической ситуации. Как используемая здесь, «единичная лекарственная форма» имеет отношение к физически дискретным единицам, подходящим в качестве единичной дозы для излечиваемых млекопитающих субъектов; каждую единицу, содержащую предварительно определенное количество активного соединения, рассчитывают для получения желательного терапевтического эффекта в связи с необходимым фармацевтическим носителем. Спецификация единичных лекарственных форм согласно изобретению обусловливается и непосредственно зависит от (а) уникальных характеристик нагруженного нейтрон-захватным агентом BPMO, индивидуальной техники облучающего устройства (реактора), и конкретного достигаемого терапевтического или профилактического эффекта, и (b) ограничений, изначально присущих технологии компаундирования такого соединения для лечения чувствительности индивидов.
План клинического развития (CDP)
Руководствуясь CDP, курсы лечения развивают с использованием нагруженных нейтрон-захватными агентами BPMOs, которые затем облучают с использованием нейтрон-захватной терапии в связи со смежной терапией или монотерапией. Исследования поначалу демонстрируют безопасность, и после этого подтверждают эффективность в многократных дозах. Исследования проводят без контроля плацебо в сравнении со стандартной химиотерапией в стандартной терапии плюс нагруженные нейтрон-захватными агентами BPMOs, которые затем облучают с использованием нейтрон-захватной терапии. Как будет понятно, один неограничивающий критерий, который может быть использован в связи с регистрацией пациентов, представляет собой концентрацию нейтрон-захватных агентов в опухоли, как определено стандартными методами детектирования, известными в технологии.
Настоящее изобретение не ограничивается в своей области раскрытыми здесь вариантами осуществления, которые приведены как простые иллюстрации индивидуальных аспектов изобретения, и любые варианты, которые функционально эквивалентны, находятся в пределах области изобретения. Различные модификации моделей, способов и методологии жизненного цикла согласно изобретению, в дополнение к описанным здесь, будут очевидными квалифицированным специалистами в этой области технологии из приведенного выше описания и инструкций, и подобным образом предполагаются входящими в пределы области изобретения. Такие модификации или другие варианты осуществления могут быть исполнены на практике без выхода за пределы подлинных области и смысла изобретения.
Реферат
Группа изобретений относится к области нанотехнологии и терапии рака. Заявлена композиция для лечения карцином у человека с использованием бор-нейтрон-захватной терапии, которая включает нейтрон-захватный агент и наноматериал из биоразлагаемых периодических мезопористых кремнийорганических соединений (BPMO). BPMO модифицировано введением дисульфидной связи, тетрасульфидной связи или чувствительной к протеазе связи, а поверхность BPMO модифицирована с использованием фосфоната. Также изобретение относится к способу введения нейтрон-захватного агента в наноматериал из BPMO, который включает синтез BPMO с использованием способа золь-гель-синтеза, модифицирование поверхности BPMO и нагрузку BPMO с модифицированной поверхностью нейтрон-захватным агентом. Заявлены также способ выполнения нейтрон-захватной терапии при лечении рака с использованием композиции, а также наборы для применения в терапевтических целях для лечения карцином. Группа изобретений обеспечивает новые и улучшенные способы лечения рака и иммунологических расстройств. 6 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил., 7 пр.
