基于镧系元素的纳米颗粒作为放射增敏剂的应用

摘要

本发明涉及粒径在1nm-50nm之间，至少一部分由至少一种镧系元素的至少一种氧化物和/或至少一种羟基氧化物组成的纳米颗粒作为放射增敏剂在制备用于提高X射线或γ放射的肿瘤治疗功效的注射用组合物中的应用，所述纳米颗粒由至少一种镧系元素的至少一种氧化物和/或至少一种羟基氧化物组成，或者为包含核和涂层的纳米颗粒的形式，其中所述核由至少一种镧系元素的至少一种氧化物和/或至少一种羟基氧化物组成，所述涂层由聚硅氧烷组成，并任选在表面接枝或在内部包含有机分子。本发明还涉及特别适合上述应用的纳米颗粒，其由核和聚硅氧烷涂层组成，其中，所述核由至少一种镧系元素的至少一种氧化物和/或至少一种羟基氧化物组成，在所述聚硅氧烷涂层中，对每个镧系元素包含1-5个硅原子，并且至少10％的硅原子与摩尔质量小于450g/mol的亲水有机分子结合。

说明书

本发明涉及旨在提高放疗功效的新型试剂。

更具体地，本发明涉及具有高浓度的镧系元素氧化物的纳米颗粒作为放射增敏剂的应用。

X或γ射线广泛用于治疗肿瘤。然而，此类射线通常并不是肿瘤特异性的，并且在治疗过程中还可能使健康组织接受显著剂量的放射。

使用放射增敏剂已经提出多年。放射增敏化合物是与放射组合起作用以诱导更有效的反应或提高治疗功效的化合物。目标化合物通常是在其内部结构中包含具有高原子序数的重元素，并且通过提高其相互作用的可能性而与射线直接相互作用从而对靶细胞产生损伤的化合物。

这样，大部分放射能量被吸收并局部贮存在放射增敏剂周围，并可以产生例如次级电子、俄歇电子(Auger electron)、康普顿电子(compton electron)、电离、光子、自由基，或甚至是简单的热量增加。

对于癌症治疗，一个目标是提高肿瘤局部的剂量，这样，相对于健康组织，放射增敏剂必须优选累积在肿瘤中。

早在50多年前，便已知使用高原子序数的元素可提高所吸收的X射线剂量，并认为其具有提高体外治疗效果的潜在价值(H.Matsudaira et al.《Iodine contrast medium sensitizes cultured mammalian cells to X-rays》，Rad.Res.84：144-148，1980)。Das等(Das et al.《Backscatter dose perturbation inkilovoltage photon beams at high atomic number interfaces》Med.Phys.22：767-773，1995)已经对所述效果进行了具体的计算和测量。

已经提出了使用重元素的分子化合物。

例如，已经证明卡铂、顺铂和奥沙利铂(oxiplatinum)具有良好的功效(C.Diointe et al.，《Comparisons of carboplatin and cisplatin as potentiators of5-fluorouracil and radiotherapy in mouse L1210 leukemia model》Anticancer Res.22，721-725，2002)。

还提出了基于镧系元素，例如钆或镥的化合物。两种金属替沙林(metallotexaphyrins)：莫特沙芬钆(motexafine gadolinium，Gd-Tex)和莫特沙芬镥(motexafine lutetium，Lu-Tex)是深入开发的目标(E.Kowinsky，Oncology 13(1999)61)。

具体而言，Gd-Tex能够诱导增强MRI造影和递送剂量的作用。

然而，事实证明，由于其倾向于快速清除和血管外扩散的分子性质，难以将这些试剂集中在肿瘤中。该性质不利于这些治疗剂的有效应用，这是因为由于其显著的运动性而不可能使所述试剂的量在肿瘤和健康组织之间形成足够的差异。由于同时作用于健康组织和待治疗组织，这种准均匀分布并非没有危险(不包括一部分这些治疗剂的内在毒性)。

已经提出将细分的固体作为放射增敏剂使用以弥补所报道的分子试剂的不足。

金属，特别是金的使用似乎受到热切关注。因此，Herold等人在2000年建议使用金微珠(D.Herold et al.，《Gold microspheres a selective techniquefor producing biologically effective dose enhancement》Int.J.Rad.Biol.76，1357-1364，2000)。然而，粉末的运动性和分散很快成为问题。

最近，Hainfeld等人建议将金属纳米颗粒用于增强治疗效果(WO2004/112590)。

在上述国际申请中，建议使用由大原子序数Z的重元素，特别是金组成的金属纳米颗粒。通过使用小颗粒，可能获得良好分散的放射增敏剂。另一方面，通过与元素的大原子序数相关的高密度，可能获得良好的放射吸收。

在该工作之后，理论研究证明了金在X-射线治疗范围内和目前的各种治疗情况下的放射增敏作用(S.H.Cho，Estimation of tumor dose enhancement dueto gold nanoparticles during typical radiation treatments：a preliminary MonteCarlo Study，Phys.Med.Biol.50(2005)N163)。

虽然仍不能准确理解产生治疗作用的机制，但金属纳米颗粒的使用似乎非常引人关注。然而，由于使用其它金属形式的元素具有引起难以控制的不良氧化作用的风险，其仍局限于通常贵重且非常昂贵的贵金属。

法国专利申请FR 2 877 571描述了带有细胞内靶向元素的纳米颗粒，其制备及其应用。该文献中描述的纳米颗粒为带有能够对电磁或中子激发产生应答的细胞内靶向元素的复合纳米颗粒。这些纳米颗粒包含含有至少一种无机化合物和可能的一种或数种其它有机化合物的核，并且可以在体内被激活用于标记或改变细胞、组织或器官。该文献列举了许多作为所述核的组分的无机氧化物和氢氧化物，但是该文献绝没有涉及镧系元素氧化物的特定应用，或者，倘使选择镧系元素氧化物作为纳米颗粒的主要组分，也绝没有涉及不借助暴露在纳米颗粒表面的靶向分子的可能性。

许多文献已经阐述了基于镧系元素氧化物，特别是基于氧化钆的纳米颗粒。(例如：M.，A.Klasson，H.Pedersen，C.Vahlberg，P.O.，K.Uvdal，High proton relaxivity for gadolinium oxide nanoparticles，Magn.Reson.Mater.Phys.(2006)19，180-186和Hybrid gadolinium oxide nanoparticles：Multimodal contrast agents for in vivo imaging，H.Am.Chem.Soc.2007，129，5076-5084阐述了如何将基于氧化钆的纳米颗粒用作MRI造影剂)。

在国际申请WO 2005/088314中具体阐述了包含核和在所述核周围的涂层的混合纳米颗粒(nanoparticule hybride)，其中，所述核由稀土氧化物组成，并可以掺杂稀土或锕系元素或稀土的混合物或稀土与锕系元素的混合物(其中至少50％的金属离子为稀土离子)，所述涂层主要由官能化的聚硅氧烷和通过共价键接枝到所述聚硅氧烷的至少一种生物配体组成。在该文献中阐述的纳米颗粒主要应用于作为检测、跟踪并量化生物系统的探针。

现已发现，其结构可能在某些情况下与国际申请WO 2005/088314中描述的颗粒相当的纳米颗粒特别适合在借助X或γ射线方式的放疗处理中作为放射增敏剂使用。因此，本发明涉及新型的特别有效的放射增敏剂，其不强制性需要利用位于表面的用于靶向细胞的生物分子。

另外，对于本发明的发明人来说，使用此纳米颗粒产生的产品比基于金的现有技术产品更经济，并且与在生物媒介中通常非常易于反应和氧化，且较难通过共价键以稳定方式功能化的这些金属产品(如果这些不是贵金属)相比，使用此纳米颗粒产生的产品更易于处理。此外，这些金属产品难以合成重元素合金，并且似乎非常难以制备稳定的组合。

更具体地，本发明提出了粒径在1nm-50nm之间的新型放射增敏剂纳米颗粒，这些颗粒可以完全由镧系元素的一种或多种氧化物或羟基氧化物(法文：oxohydroxyde)组成，或者在特别有利的方式中，由核和无机涂层或有机-无机混合涂层组成，其中，所述核由镧系元素氧化物或羟基氧化物组成，所述涂层由聚硅氧烷组成，可以在涂层表面接枝或在其内部包含有机分子。

通过使用此类纳米颗粒，可能通过作用于这些纳米颗粒的组分而同时获得体现于整个说明书和实施例的大量其他优点，并且由此证明与基于现有技术所述贵金属的颗粒相比，或与需要存在靶向物质的颗粒相比，此类颗粒的制备特别简单且经济。

因此，根据本发明第一方面的主要特征，本发明涉及粒径在1nm-50nm之间，其至少一部分由至少一种镧系元素的至少一种氧化物和/或羟基氧化物组成的纳米颗粒在作为放射增敏剂以制备用于提高X或γ射线对肿瘤治疗功效的注射用组合物中的应用，其中所述纳米颗粒：

-由至少一种镧系元素的至少一种氧化物和/或至少一种羟基氧化物组成，

-或者作为包含核和涂层的纳米颗粒，其中，所述核由至少一种镧系元素的至少一种氧化物和/或至少一种羟基氧化物组成，所述涂层由聚硅氧烷组成，并可以在涂层表面接枝或在其内部包含有机分子。

根据本发明的第二方面，本发明涉及作为新产品的纳米颗粒，因为此类纳米颗粒为核和非常具体的涂层的形式，所以被证明对施用本发明特别有利。

这些纳米颗粒的特征在于它们由以下组成：-核，其中所述核由至少一种镧系元素的至少一种氧化物和/或至少一种羟基氧化物组成(限定方式与上述第一方面相同)，所述核的粒径在1nm-2nm之间，和

-所述核的聚硅氧烷涂层，在所述聚硅氧烷涂层中，对于每个镧系元素原子包含1-5个硅原子，并且所述聚硅氧烷中至少10％的硅原子与摩尔质量小于450g/mol的亲水有机分子共价结合，所述亲水有机分子优选选自包括醇，或羧酸，或胺，或酰胺，或酯，或醚-氧化物，或磺酸酯(sufonates)，或膦酸酯(phosphonates)，或次膦酸酯(phosphinates)官能团的有机分子。

本发明还涉及包含本发明的新型纳米颗粒的注射用组合物。

本发明的其他特征和优点将体现于以下说明以及参考附图1-8的实施例：

-图1用于介绍实施例1，说明通过光子相关谱计算的纳米颗粒的粒径和粒径分布，

-图2为实施例6中带有植入肿瘤的大鼠的脑T2加权图，

-图3为实施例6中带有植入肿瘤的大鼠在经过实施例10的处理后的存活百分数，

-图4为实施例6中带有植入肿瘤的大鼠在经过实施例7的处理后的脑部加权图，

-图5为在实施例9的处理前(图5a)和处理后(5b)的大鼠的脑加权图，

-图6为实施例6中带有植入的肿瘤的大鼠在经过比较例12的处理后的存活百分数，

-图7为实施例6中带有植入的肿瘤的大鼠在经过实施例14的处理后的存活百分数，

-图8为实施例6中带有植入的肿瘤的大鼠在经过实施例15的处理后的存活百分数。

本发明所使用的纳米颗粒的粒径在1nm-50nm之间，并且可以完全由至少一种镧系元素的至少一种氧化物和/或至少一种羟基氧化物组成，或者可以为包被的形式。

所述纳米颗粒可以完全由核组成，所述核包含至少一种镧系元素的至少一种氧化物或羟基氧化物，或者至少一种镧系元素的氧化物的混合物，或羟基氧化物的混合物或氧化物和羟基氧化物的混合物；或者可以为由涂层包围的核。在这种情况下，所述核包含至少一种镧系元素的至少一种氧化物或羟基氧化物，或者至少一种镧系元素的氧化物的混合物，羟基氧化物的混合物或氧化物和羟基氧化物的混合物。根据可选的实施方式，所述颗粒完全由镧系元素氧化物，混合的镧系元素氧化物(即至少两种镧系元素)组成，由镧系元素羟基氧化物组成，由混合的镧系元素羟基氧化物(即至少两种镧系元素)或其混合物之一组成。另外，根据可选择的实施方式，在本发明的颗粒为包被形式的情况下，所述颗粒的核完全由镧系元素氧化物，混合的镧系元素氧化物(即至少两种镧系元素)组成，由镧系元素羟基氧化物组成，由混合的镧系元素羟基氧化物(即至少两种镧系元素)或其混合物之一组成。

在存在所述涂层时，所述涂层由至少一种有机组分，或混合的无机/有机组分组成。

如在说明书和以下实施例中所述，当存在所述涂层时，其由聚硅氧烷(其为无机组分)组成是有利的，但还可以包含直接结合到所述核表面，或者接枝在无机涂层上，或甚至是包含在该无机涂层内的有机分子。

如上文所述，用于本发明的颗粒可以仅由镧系元素的氧化物和/或羟基氧化物组成。

它们还可以为纯的无机形式，并且在这种情况下包含由镧系元素的氧化物和/或羟基氧化物组成且由无机涂层包被的核。

它们还可以为无机和有机混合纳米颗粒的形式，并且由至少一种镧系元素的氧化物和/或羟基氧化物的核和混合的有机/无机涂层组成。

通过光子相关谱在激光粒度测定仪中测量了所述颗粒的流体动力学粒径。在颗粒为复合的的情况下，在各个加工步骤后通过该技术测量连续层的各层的大小。通过透射电子显微镜测量所述颗粒的实际粒径和其不同组分的实际大小。除非另有说明，本文中给出的粒径为在透射电子显微镜中测量的粒径。

优选所述颗粒为核-壳形式，并优选基本为球形的。

更一般地，所述镧系元素氧化物或羟基氧化物核可以为球形的，有刻面的(随后形成界面的密集平面)，或者为拉长的形状。由此，最终的颗粒是球形，有刻面的，或为拉长的形状。

有利地，所述核，或者在没有涂层时的实际纳米颗粒在1nm-30nm之间。

根据本发明，使用小粒径的颗粒是有利的。

小粒径的颗粒通常确实具有较好的胶体稳定性，并且更适合注射。

它们的小粒径和显著稳定性允许较好的扩散：

○在血管内注射后，通过穿过无限制的毛细血管屏障(由于其小粒径)并通过间质组织高度扩散直达细胞，从而从血管腔扩散至靶细胞。

○小颗粒的组织扩散性高，负责通过毛细血管屏障后的组织大部分保留。

通过所进行的MRI研究证明，由于肿瘤的血管通常最为富集(与健康组织相比)，即使没有对颗粒进行特异的官能化，也可在肿瘤处获得较高的组织捕获(参见实施例)。

与还可以通过肾脏实现清除的分子相比，小粒径颗粒具有较长的体内停留时间，并允许在目标区域优先聚集(实施例8表明，为了达到相同的效果，所需要的络合物形式镧系元素的质量比纳米颗粒形式的多100倍以上)。

所述颗粒的小粒径允许通过尿清除所述颗粒(与较大的颗粒不同)，允许快速清除没有被肿瘤组织捕获的颗粒部分。这限制了细胞网状内皮系统的非特异性捕获。通过MRI研究验证了这种非常有利的生物分布。

吸收X或γ射线后，镧系元素可以发射出次级电子(具有若干KeV能量)、俄歇电子或康普顿电子(对于能量低于100KeV的X射线，具有若干KeV能量)。即使激发的镧系元素位于颗粒中心，小粒径颗粒也允许电子逸出，(俄歇电子与可忽略吸收交叉的厚度为数纳米，次级和康普顿电子：厚度约10nm)。

因此，小粒径的纳米颗粒允许：

-在受损区长时间停留并提高渗透(与分子不同)

-促进肾清除(相对于大粒径的颗粒)

-提高离子处理功效(相对于大粒径的颗粒)

-例如通过调理作用减小对标准清除系统，例如肝脏的敏感性(相对于大粒径颗粒)。

由于上述所有原因，根据本发明实施例的结果所示，当这些颗粒完全由至少一种镧系元素的至少一种氧化物和/或至少一种羟基氧化物组成或者具有粒径小于5nm，优选小于2nm的核时，当该颗粒是核和涂层的形式时，本发明优选使用粒径小于5nm，并优选小于2nm的纳米颗粒。

根据本发明特别有利的可选方案，包含氧化物和/或羟基氧化物的部分纳米颗粒将包含至少两种不同的镧系元素，每种镧系元素的质量占总镧系元素质量的比例大于10％，优选大于20％。

当该可选方案使所述颗粒适合X或γ射线源时，其具有最特别的优点。

实际上，许多放射源都不是单频的，而是多频的(致密源(sourcecompacte)、多频的或单频的同步辐射)。因此，目标是使镧系元素组合物适合放射的能量色散，从而吸收全部光谱而不仅是特定能量。

选择镧系元素(其临界能量从镧的39keV至镥的63keV)的性质和比例，从而吸收最大强度的辐射。

在这种情况下，当使用数个不同的镧系元素时，这些不同镧系元素的氧化物和/或羟基氧化物可以在连续的层(couches successives)中，或为固溶体。

从合成的观点来看，这些固溶体较易于制备。此外，如果目的是提高磁共振成象的造影(通过将高造影镧系元素置于表面)，或者如果为了较好的治疗效果而将放射较低能量电子的镧系元素置于表面，在这些情况下，多层结构可能是有利的。

通过选择化学性质均非常接近的镧系元素，可容易地制备适合的固溶体。

使用本发明纳米颗粒的优点之一是，如众所周知的，一定数量的镧系元素在核磁共振成像(MRI)中产生信号，如果准确选择镧系元素的比例和性质，就可以在治疗过程中产生MRI信号，从而允许检测体内存在的颗粒和/或监测治疗。

因此，镧系元素包含至少50质量％的钆(Gd)、镝(Dy)、钬(Ho)或这些镧系元素的混合物是有利的。

治疗效果和体内成像检测性性质的组合是所述治疗剂的主要优点。

实际上，体内成像可以量化肿瘤组织捕获的纳米颗粒，建立捕获动力学以用于获悉注射后纳米颗粒在肿瘤中达到最大值的延迟期。利用该信息，可最好地确定应当进行外部放射的延迟期，从而获得最大效果(最大放射增敏效果)。由此，通过这些纳米颗粒成像的外部检测可以对治疗进行监测。

这些纳米颗粒负责可以被量化的MRI造影的正向增强。磁共振成像可以获得较高分辨率的图像，而没有任何医原性影响。

根据本发明特别有利的可选方案，当放疗方法与MRI跟踪结合时，使用纳米颗粒，其包含镧系元素的氧化物和/或羟基氧化物的部分在其外围包含产生MRI信号的镧系元素(优选钆)，并在其中心部分包含至少一种其它镧系元素。

实际上，由于MRI造影是通过其第一协同层周边的顺磁性离子作用而实现的，优选将作为造影剂的镧系元素置于核的表面。

因此，优选使吸收射线的大原子序数镧系元素位于此核的中心。为了使通过吸收射线产生的俄歇电子可以从所述颗粒逸出(逸出距离在1纳米的数量级)，期望所述颗粒具有小粒径。

最后，根据本发明另一个有利可选方案，考虑到某些镧系元素具有允许其用于中子疗法治疗的捕获截面的已知事实，如果需要，可以在所涉及的治疗中选择具有足以用于此目标的捕获截面的镧系元素，从而还可以进行中子疗法治疗。

出于该目的，特别当目的是联合中子疗法治疗和放疗治疗时，证明选择钆特别有利，并且使用由至少50质量％的钆组成的镧系元素是有利的。

最后，使用包含至少30质量％的氧化镥或氧化镱或其混合物之一的镧系元素氧化物和/或氢氧化物是有利的。

由此，提高了与相互作用元素的密度和高原子序数直接相关的相互作用的可能性。因此，使用原子序数最高且其氧化物的密度最大的镧系元素镥特别有利。

如之前所述，根据本发明，使用核和涂层形式的纳米颗粒是有利的。

该涂层可以为无机的，或有机和无机的。

根据本发明的可选方案，使用由聚硅氧烷组成的涂层，在该涂层上结合分子，在特别有利的方案中，结合亲水有机分子。

如之前的讨论，所述涂层可以为无机，或混合的有机涂层。通常，在纳米颗粒具有涂层的情况下，相对于所述纳米颗粒的全部无机组分，镧系元素的氧化物和/或羟基氧化物占至少30质量％是有利的；有机组分与混合纳米颗粒(nanoparticule hybride)共价结合，并占最终颗粒的小于30质量％。

应该注意，当以“全部无机组分”为参照时，镧系元素的氧化物和羟基氧化物包含在所述全部无机组分中。

通常，所述涂层具有多个功能。

问题是一方面保护核免于过早溶解，另一方面由于可在其表面上能结合多种表面活性剂，从而容易地使纳米颗粒的稳定性适合于注射系统(避免不受控制的附聚)。

最后，涂层的另一功能是调整电荷和表面化学，从而提高生物分布并促进肿瘤区域内的局部高浓度(overconcentration)。

出于此目的，在本发明范围内选择聚硅氧烷涂层特别有利。所述涂层可以完全由聚硅氧烷或完全由聚硅氧烷和有机分子组成。

根据特别有利的可选方案，本发明使用的纳米颗粒为包被的形式，并且所述涂层由占所述纳米颗粒无机组分的1-70质量％的聚硅氧烷组成。

该聚硅氧烷形式的涂层是有利的，从而使硅原子的数量与镧系元素原子的数量相对比值在0.1-8之间。

通过选择该比例，可以有效保护纳米颗粒的核和/或改进其胶体稳定性和/或改变其与水的磁性相互作用，以及随后其造影剂的性质。

如上文所述，涂层为聚硅氧烷涂层是有利的，并进一步包含摩尔质量小于5,000g/mol，优选小于800g/mol，更优选小于450g/mol的亲水有机分子。

有利地，这些有机分子包含以优选的摩尔质量(Mw)给出的以下单元：

-聚乙二醇，二(羧甲基)醚(PEG)，250＜Mw＜5,000g.mol^-1

-聚氧乙烯二(胺)，250＜Mw＜5,000g.mol^-1

-O-甲基-O′-琥珀酰聚乙二醇，Mw在2,000g.mol^-1的数量级

-甲氧聚乙二醇胺(Mw在750g.mol^-1的数量级)

-二乙烯三胺五乙酸(DTPA)及其衍生物，特别是二硫醇化DTPA(DTPA dithiolé，DTDTPA)

-1，4，7，10-四氮杂环十二烷-1，4，7，10-四乙酸(DOTA)和衍生物

-琥珀酸和巯基琥珀酸

-葡萄糖及其衍生物，例如葡聚糖

亲水氨基酸或肽(天冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸、半胱氨酸、丝氨酸、苏氨酸、甘氨酸…)

更一般地，所述有机分子有利地包含醇，或羧酸，或胺，或酰胺，或酯，或醚-氧化物，或磺酸酯，或膦酸酯，或次膦酸酯官能团，优选与所述聚硅氧烷的至少10％的硅原子共价结合。

优先选择包括聚乙二醇、DTPA、DTDTPA(二硫醇化DTPA)单元或琥珀酸的有机分子。

有利地，从以上有机分子中选择具有镧系元素络合性质的那些，特别是络合常数大于10¹⁵的那些有机分子。

出于此目的，优选选择DTPA或DOTA。

可以容易地理解，根据目的应用，特别是根据待治疗肿瘤的性质、注射技术和放射剂量，镧系元素氧化物和/或羟基氧化物的比例可以在宽泛的比例内变化。然而，本发明使用的组合物通常有利地包含0.5g/L-200g/L的镧系元素氧化物和/或羟基氧化物。

所述组合物被注射到体内，使其直接进入待治疗的肿瘤或者通过肠胃外途径，特别是静脉途径注射入体内。

因此，可以在注射后直接通过放疗或居里疗法的标准技术进行放射，或者在预定时间后进行，从而获得最大功效以及在健康组织和标记组织之间的选择性。有利地，可以通过观察纳米颗粒在注射后的毒性和结局(例如，通过MRI)，确定此等待时间和放射剂量。

如上文所述，在上述纳米颗粒以及可有利地用于本发明范围内的纳米颗粒中，某些纳米颗粒是新的，且本身是新型产品。

这些纳米颗粒为包被的形式，并包含粒径小于2nm，优选在1nm-2nm之间的核。

这些纳米颗粒包含由聚硅氧烷组成的涂层，所述纳米颗粒对每个镧系元素包含1-5个硅原子，并且至少10％的硅原子与摩尔质量小于450g/mol亲水有机分子结合，所述亲水有机分子优选选自包含与所述聚硅氧烷的至少10％的硅原子共价结合的醇，或羧酸，或胺，或酰胺，或酯，或醚-氧化物，或磺酸酯，或膦酸酯，或次膦酸酯官能团的有机分子。

根据有利的可选方案，所述亲水有机分子包括聚乙二醇、DTPA、DTDTPA(二硫醇化DTPA)单元或琥珀酸。

根据另一个有利的可选方案，所述亲水有机分子为镧系元素络合剂，其络合常数大于10¹⁵，优选DTPA或DOTA。

有利地，所述有机分子选自具有一个或多个羧酸的那些，例如DTPA及其衍生物。

需要注意的是，所有这些新型产品都是在本发明范围内优选应用的那些产品部分。

实际上，如下文实施例所清楚显示的，尽管证明了尤其是由于与X或γ高能射线有效地相互作用的镧系元素氧化物和/或羟基氧化物的存在，所有可用于本发明的纳米颗粒用作放射增敏剂都是特别有用的，但也证明了具有粒径大幅减小的核且包含聚硅氧烷涂层(优选其上接枝以上定义的有机分子)的包被颗粒用于提高X或γ射线处理的治疗效果是特别有效的。

如下文实施例所示，通过混合纳米颗粒，最具体为核是特别小的混合纳米颗粒，优选粒径小于5nm，更优选粒径为1nm-2nm的混合纳米颗粒，可获得剂量效应的非常大的放大效果，甚至比利用金纳米颗粒时观察到的还要大。

体内注射后存在的聚硅氧烷层赋予纳米颗粒适合的用于寻找放射目标的能力。

此外，通过依赖于功能化的核和涂层的极小粒径，可获得足以用于静脉注射或直接地体内肿瘤内注射的稳定且可控的颗粒。

通常，根据本发明使用的纳米颗粒，更具体为新型纳米颗粒，可在肿瘤处局部获得高浓度。可将这些颗粒设计为在肿瘤处具有局部高浓度(或者与血液放射区的增加直接相关，或者与肿瘤内的被动扩散有关，或者通过活性生物分子的功能化)。

该方法的巨大优点来自于优选使用具有有利的磁性性质且可以通过MRI成像直接跟踪的镧系元素氧化物纳米颗粒。

因此，利用该技术则可优化注射和治疗之间的时间。由此，还可以对待放射区域进行最佳定位。

该方法的另一个巨大优点包括使用基于混合的镧系元素氧化物的核，即包含数种不同的镧系元素或使用具有不同核的混合纳米颗粒的混合物。

利用该方法，可使放射增敏剂最大限度地与放射源的能量谱、疗法和患者相适应。

通常，根据不同的参考文献，本领域技术人员可以容易地制备本发明使用的颗粒，特别是新型颗粒。

更具体地，考虑到本发明使用的不同纳米颗粒的合成，需要注意以下因素：

-优选根据例如以下文献中阐述的方法，利用多羟基化合物作为溶剂制备镧系元素的氧化物和羟基氧化物：R.Bazzi等人的文献(Bazzi，R.；Flores，M.A.；Louis，C.；Lebbou，K.；Zhang，W.；Dujardin，C.；Roux，S.；Mercier，B.；Ledoux，G.；Bemstein，E.；Perriat，P.；Tillement，0.Synthesis and properties ofeuropium-based phosphors on the nanometer scale:Eu203，Gd203:Eu，andY203:Eu.Journal of Colloid and Interface Science(2004)，273(1)，191-197.)，或者M.Flores等人的文献(Flores-Gonzalez，M.；Ledoux，G.；Roux，S.；Lebbou，K.；Perriat，P.；Tillement，0.；Preparing nanometer scaled Tb-doped Y203luminescent powders by the polyol method.Journal of Solid State Chemistry(2005)，178，989-997.)。它们还可以通过合成、冻干和部分分解热处理(partialdecomposition heat treatrnent)制备，例如C.Louis等人在文献中的阐述(Louis，C.；Bazzi，R.；Flores，M.A.；Zheng，W.；Lebbou，K.；Tillement，0.；Mercier，B.；Dujardin，C.；Perriat，P.Synthesis and characterization ofGd203:Eu3+phosphor nanoparticles by a sol-lyophilization technique.Journal ofSolid State Chemistry(2003)，173(2)，335-341.)。

-对于聚硅氧烷层的包被，可以使用源自Stoeber创立的多个技术(Stoeber，W；J.Colloid.Interf.Sci.1968，26，62)。还可以使用用于包被颗粒的方法，如C.Louis等人的文献(Louis，C.；Bazzi，R.；Marquette，C.；Bridot，J.L.；Roux，S.；Ledoux，G.；Mercier，B.；Blum，L.；Perriat，P.；Tillement，0.；Nanosized hybridparticles with double luminescence for biological labeling，Chemistry of Materials(2005)，17，1673-1682.)和国际申请WO 2005/088314中所示的方法。

-对于表面的有机接枝，推荐直接使用包含亲水有机官能团的硅烷，或者通过将化合物接枝在胺化表面(例如在使用APTES的情况下)而分两步进行。

-在包被的镧系元素氧化物纳米颗粒表面进行官能化的目的是引入亲水分子，从而促进纳米颗粒在血管系统中的自由循环，并由此避免不利的非特异聚集。可能的策略之一包括向聚硅氧烷层(在其形成过程中)内插入有机烷氧基硅烷，其有机部分是亲水的，例如通过烷氧基甲硅烷基基团封端的PEG链，葡萄糖衍生物或者与烷氧基甲硅烷基团结合的膦酸酯基团。制备循环性极好的颗粒的另一种方法包括利用亲水分子对聚硅氧烷层进行后官能化，所述亲水分子具有反应基，从而保证所述分子能够结合在应该具有接枝位点的聚硅氧烷层上。由此，为了制备该聚硅氧烷涂层，需要使用具有反应基的有机烷氧基硅烷，所述活性基团例如琥珀酸酐、胺、硫醇、马来酰亚胺、羧酸、异氰酸酯、异硫代氰酸酯、环氧基团的衍生物，其可通过共价键与亲水分子结合(缩合反应后)。大部分亲水部分都包括具有至少一个可离子化(羧酸、胺、磷酸酯、次膦酸酯、膦酸酯、磺酸酯)官能团和/或数个醇和/或醚-氧化物和/或硫醇官能团的烃链。

对于通过放疗的处理，本领域技术人员可容易地理解，可使所述放疗源适应纳米颗粒的性质以及待治疗肿瘤的类型。

因此，治疗环境下使用钆需要使用临界能量在钆的吸收阈值K(53.4keV)之上的X-射线源。这种射线源可以是单频的以选择其用于相关元素，本文中为钆(ESRF技术的SSRT)，这似乎为最佳配置。其还可以为多频的(ESRF的白波束)，并用于MRT模式中(将所述波束拆分成微束，并留下600Gy数量级的剂量)。此外，更方便地，将钆与常规适应谱辐照仪(conventional adapted spectrum irradiator)一起也应是有益的。

实施例

实施例1.氧化钆核的合成

通过将56g.L^-1的氯化钆盐溶解在体积为1L的二甘醇中以制备胶体。室温下，于1小时30分钟内向所得溶液中加入45mL浓度为3M的苏打。然后，将混合物加热至180℃，持续4小时。通过粒度测定法测定，所述颗粒的最终粒径为约1.5nm。

通过溶液-凝胶途径在这些颗粒周围合成厚度为0.5nm的官能化聚硅氧烷层。

向含200mL胶体和800mL二甘醇的溶液中，加入3.153mL氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)、2.008mL原硅酸四乙酯(TEOS)和7.650mL 0.1M三乙胺水溶液。

在40℃油浴中、搅拌下分多个步骤进行反应。

在t＝0小时加入3％的APTES和TEOS体积

在t＝1小时加入3％的总水体积

在t＝2小时加入7％的APTES和TEOS体积

在t＝3小时加入7％的总水体积

在t＝4小时加入10％的APTES和TEOS体积

在t＝5小时加入10％的总水体积

在t＝6小时加入15％的APTES和TEOS体积

在t＝7小时加入15％的总水体积

在t＝23小时加入15％的APTES和TEOS体积

在t＝24小时加入15％的总水体积

在t＝25小时加入25％的APTES和TEOS体积

在t＝26小时加入25％的总水体积

在t＝27小时加入剩余25％的APTES和TEOS体积

在t＝28小时加入剩余25％的总水体积

在t＝76小时结束合成

然后，对由此包被的颗粒进行官能化：

-利用聚(乙二醇)二(羧甲基)醚(M_n＝250)(PEG250)：

在搅拌下，于1小时30分钟内将0.3612g N-(3-二甲基氨基丙基)-N′-乙基-碳二亚胺、0.3489g五氟苯酚和181.5μL PEG250溶解在5mL异丙醇中。然后，将所得溶液与100mL包被纳米颗粒的溶液混合。然后搅拌该混合物15小时。

图1显示了通过光子相关谱(PCS，具有粒径分析仪的Zetasizer NonoSMalvem设备)计算的本实施例制备的纳米颗粒的粒径和粒径分布，更具体地：

-曲线I：包被前的氧化钆纳米颗粒；

-曲线II：用聚硅氧烷层包被后的氧化钆纳米颗粒；

-曲线III：在聚硅氧烷层的接枝位点(APTES的氨基)接枝PEG250后。

-或者用二乙烯三胺五乙酸(DTPA)：

在搅拌下，于1小时30分钟内将0.616g DTPA溶解在17.3mL无水二甲亚砜(DMSO)中。然后，将所得溶液与100mL包被纳米颗粒的溶液混合。然后搅拌该混合物15小时。

实施例2.氧化钬核的合成

通过将56g.L^-1的氯化钬盐溶解在体积为200mL的二甘醇中以制备胶体。室温下，于1小时30分钟内向所得溶液中加入7.5mL浓度为3M的苏打。然后，将混合物加热至180℃，持续4小时。通过粒度测定法测定，所述颗粒的最终粒径为约1.5nm。

通过溶液-凝胶途径在这些颗粒周围合成厚度为0.5nm的官能化聚硅氧烷层。

向含200mL胶体和800mL二甘醇的溶液中，加入3.153mL氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)、2.008mL原硅酸四乙酯(TEOS)和7.650mL 0.1M三乙胺水溶液。

在40℃油浴中、搅拌下分多个步骤进行反应。

在t＝0小时加入3％的APTES和TEOS体积

在t＝1小时加入3％的总水体积

在t＝2小时加入7％的APTES和TEOS体积

在t＝3小时加入7％的总水体积

在t＝4小时加入10％的APTES和TEOS体积

在t＝5小时加入10％的总水体积

在t＝6小时加入15％的APTES和TEOS体积

在t＝7小时加入15％的总水体积

在t＝23小时加入15％的APTES和TEOS体积

在t＝24小时加入15％的总水体积

在t＝25小时加入25％的APTES和TEOS体积

在t＝26小时加入25％的总水体积

在t＝27小时加入剩余25％的APTES和TEOS体积

在t＝28小时加入剩余25％的总水体积

在t＝76小时结束合成

然后，对由此包被的颗粒进行官能化：

-利用聚(乙二醇)二(羧甲基)醚(M_n＝250)(PEG250)：

在搅拌下，于1小时30分钟内将0.3612g N-(3-二甲基氨基丙基)-N′-乙基-碳二亚胺、0.3489g五氟苯酚和181.5μL PEG250溶解在5mL异丙醇中。然后，将所得溶液与100mL包被纳米颗粒的溶液混合。然后搅拌该混合物15小时。

-或者用二乙烯三胺五乙酸(DTPA)；

在搅拌下，于1小时30分钟内将0.616g DTPA溶解在17.3mL无水二甲亚砜(DMSO)中。然后，将所得溶液与100mL包被纳米颗粒的溶液混合。然后搅拌该混合物15小时。

实施例3.Gd/Ho(50/50)混合氧化物的合成

通过将56g.L^-1氯化钬和氯化钆盐溶解在体积为200mL的二甘醇中以制备胶体。室温下，于1小时30分钟内向所得溶液中加入7.5mL浓度为3M的苏打。然后，将混合物加热至180℃，持续4小时。通过粒度测定法测定，所述颗粒的最终粒径为约1.3nm。

向含40mL胶体和160mL二甘醇的溶液中，加入0.421mL氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)、0.267mL原硅酸四乙酯(TEOS)和1.020mL 0.1M三乙胺水溶液。

在40℃油浴中、搅拌下分多个步骤进行反应。

在t＝0小时加入10％的APTES和TEOS体积

在t＝1小时加入10％的总水体积

在t＝2小时加入25％的APTES和TEOS体积

在t＝3小时加入25％的总水体积

在t＝4小时加入剩余65％的APTES和TEOS体积

在t＝5小时加入剩余65％的总水体积

在t＝53小时结束合成

实施例4.约50nm的氧化物纳米颗粒的合成

通过将56g.L^-1的氯化钆盐溶解在体积为200mL的二甘醇中以制备胶体。室温下，于2小时内向所得溶液中加入30mL浓度为3M的苏打。

通过粒度测定法测定，所得颗粒的粒径为约50nm.

实施例5.注射溶液的制备

通过利用体积比待纯化溶液大大约20倍且乙醇比例逐渐增加(达100％)的二甘醇和乙醇混合物的连续透析，对实施例1-3制备的镧系元素氧化物颗粒进行纯化。通过ICP-MS元素分析验证纯化。

纯化后，通过加入确定体积的PEG400(分子量为400g.mor^-1的聚乙二醇)，并减压除去乙醇，在PEG400A中重新浓缩所述胶体溶液。由此保存的颗粒可以以高浓度(达200mM)贮存数月。

通过用HEPES和NaCl溶液稀释高浓度纳米颗粒的PEG400溶液从而最终获得分别为10mM和145mM的HEPES和NaCl的终浓度，来制备注射溶液。纳米颗粒的浓度使其包含0.1-25mM之间的[Gd]。

例如，向根据实施例1制备的并在PEG400中浓缩的0.2mL氧化钆纳米颗粒溶液([Gd]＝85mM)中分批加入3.2mL含10.6mM HEPES和154mMNaCl的水溶液。每次加入后，都对所述溶液进行剧烈搅拌。注射后，将所述溶液过滤通过孔径为220nm的膜。

实施例6.向大鼠移植脑瘤，成像和存活

在处理的15天前，向300g Fisher大鼠的右侧尾状核立体定位(坐标：3.5-5.5)注射9μL细胞(10⁴个细胞/μl)来进行脑瘤(脑胶质瘤)移植。在移植前15天，利用成像仪7T(Biospec System 70/20，Brucker，Ettlingen，Germany)通过磁共振(MRI)进行的成像检测表明，在加权图T₂(TE＝76.3ms，TR＝4,488ms，切割厚度＝0.6mm，空间分别率＝0.0117×0.0156cm/像素)上存在肿瘤，但在加权图T₁(TE＝5.6ms，TR＝304.6ms，切割厚度＝0.6mm，空间分别率＝0.0088×0.0130cm/像素)上没有观察到所述肿瘤(比较图2的具有根据本实施例植入肿瘤的大鼠的脑加权图T₂)。脑右部淡灰色区域为肿瘤的位置。

没有任何处理，即没有施予任何颗粒且没有递送任何剂量时，具有这种肿瘤的大鼠平均在19天后死亡。

实施例7.在通过肿瘤内途径注射氧化钆纳米颗粒后大鼠脑MRI

以30μl/h的速率向肿瘤中心(即，重新使用注射细胞时使用的穿孔位点)直接注射15μl实施例5制备的注射溶液([Gd]＝5mM)。尽管证实氧化钆纳米颗粒产生表现为发亮的纳米颗粒聚集区的正造影，但在检测注射后(注射后2-40分钟之间)获得的加权图T₁(TE＝5.6ms，TR＝304.6ms，切割厚度＝0.6mm，空间分别率＝0.0088×0.0130cm/像素)时发现，肿瘤区的成像变暗，且在外围变白。这种变暗是由于高浓度的顺磁性元素造成的：颗粒很大程度上集中在肿瘤区域，而浓度从中心至外围减少。因此，这些颗粒的肿瘤内注射有利于在T₁图像上观察肿瘤，而这在没有纳米颗粒时是不可视可见的(比较图4显示(根据本实施例)在的肿瘤内注射钆氧化物氧化钆纳米颗粒的注射溶液(根据本实施例)后，大鼠脑的T₁加权图成像)。

实施例8(比较例).通过肿瘤内途径注射钆络合物后大鼠脑的MRI

以30μl/h的速率在肿瘤中心(即，重新使用注射细胞时使用的穿孔位点)直接注射15μl商购的钆络合物溶液([Gd]＝500mM)。该溶液广泛用于临床检查。检测注射后(注射后2-40分钟)获得的加权图T₁(TE＝5.6ms，TR＝304.6ms，切割厚度＝0.6mm，空间分别率＝0.0088×0.0130cm/像素)时发现，肿瘤区的成像变暗，且在外围变白。这种变暗是由于高浓度的顺磁性元素造成的：颗粒很大程度上集中在肿瘤区域，而浓度从中心至外围减少。因此，这些分子的肿瘤内注射有利于在T₁图像上观察肿瘤，而这在没有纳米颗粒时是不可见的。然而，需要注意的是，钆的浓度比此前(实施例7)注射的氧化钆混合纳米颗粒的胶体溶液中的钆浓度高100倍。

实施例9.通过静脉途径注射氧化钆纳米颗粒后大鼠脑的MRI

通过肿瘤内途径将1.4μl实施例5制备的注射溶液([Gd]＝5mM)注射到按实施例6所述植入肿瘤的大鼠的尾静脉中。静脉注射纳米颗粒20分钟后获得的加权图T₁表明，肿瘤区稍微增强(变白)，但肿瘤区足够明显而使其不是模糊的(造影增强：15％)。这种变白是由于纳米颗粒在肿瘤区的浓度比健康组织中的浓度高。这种差异可以解释为肿瘤的血管形成比健康组织强和/或供给肿瘤的血管孔隙率提高而使颗粒被动聚集在肿瘤中。

图5显示了静脉注射本实施例的氧化钆纳米颗粒注射溶液前(图5a)和后(图5b)，大鼠的脑加权图T₁。用箭头标记变白。

实施例10.通过X微束处理荷瘤大鼠

以MRT(微束放射疗法)方式，通过51个微束的单向发射用625Gy的皮肤剂量对按实施例6植入肿瘤的大鼠进行放射，微束的宽度为25μm，间隔为200μm。

图3显示了具有(按实施例6植入)胶质瘤的大鼠的存活曲线；曲线I由实施例6的大鼠(没有放射)获得。曲线II对应于经过本实施例的处理(接受放射)后的大鼠。

没有处理的患病大鼠在移植后19天全部死亡，而接受放射的大鼠存活时间较长。

如图3的存活曲线位移所示，由此处理的大鼠比不经过放射的大鼠的存活时间长。然而，所有大鼠都在移植后不到30天死亡。

实施例11.在肿瘤内注射钆螯合物溶液后通过X微束处理荷瘤大鼠

通过肿瘤内注射在肿瘤中心(即，重新使用注射细胞时使用的穿孔位点)注射15μL商购的钆螯合物溶液([Gd]＝500mM)20分钟后，以交叉束的方式，利用每束为460Gy皮肤剂量的51个微束对具有(按实施例6移植的)肿瘤的大鼠进行放射，微光束的宽度为25μm，间隔为200μm。所使用的放射场为13×10。观察到存活显著提高，约33％的大鼠移植后存活45天。

实施例12(比较例).在肿瘤内注射用钆螯合物包被的金纳米颗粒溶液(Au@TDDTPA-Gd)后，通过X微束对荷瘤大鼠进行处理

通过肿瘤内注射在肿瘤中心(即，重新使用注射细胞时使用的穿孔位点)注射15μL根据Debouttière等人阐述的方法制备的金纳米颗粒注射溶液(Adv.Funct.Mater.2006，16，2330-2339)([Au]＝45mM，[Gd]＝5mM)20分钟后，以交叉束的方式，利用每束为460Gy皮肤剂量的51个微束对具有(按实施例6移植的)肿瘤的大鼠进行放射，微光束的宽度为25μm，间隔为200μm。所使用的放射场为13×10。观察到存活显著提高，约25％的大鼠移植后存活40天。然而，所有大鼠在移植超过45天后死亡。

图6显示了与不经处理的对照(曲线I)相比，在肿瘤内注射Au@DTDTPA-Gd纳米颗粒后通过X微束放射(按照本实施例)的具有胶质瘤的大鼠的存活曲线(曲线II)。

实施例13(比较例).在静脉注射用钆螯合物包被的金纳米颗粒溶液(Au@TDDTPA-Gd)后，通过X微束对荷瘤大鼠进行处理

在其尾静脉之一静脉注射1.4mL根据Debouttière等人阐述的方法制备的金纳米颗粒Au@DTDTPA-Gd注射溶液(Adv.Funct.Mater.2006，16，2330-2339)([Au]＝45mM，[Gd]＝5mM)20分钟后，以交叉束的方式，利用每束为460Gy皮肤剂量的51个微光束对具有(根据实施例6移植的)肿瘤的大鼠进行放射，微光束的宽度为25μm，间隔为200μm。所使用的放射场为13×10。观察到存活显著提高，约33％的大鼠移植后存活45天。然而，所有大鼠在移植超过50天后死亡。

实施例14.在肿瘤内注射氧化钆纳米颗粒溶液后通过X微束处理荷瘤大鼠

通过肿瘤内注射在肿瘤中心(即，重新使用注射细胞时使用的穿孔位点)注射15μL根据实施例5制备的氧化钆纳米颗粒溶液([Gd]＝5mM)20分钟后，以交叉束的方式，使用每束为460Gy的皮肤剂量的51个微束对具有(根据实施例6移植的)肿瘤的大鼠进行放射，微光束的宽度为25μm，间隔为200μm。所使用的放射场为13×10。

观察到存活显著提高，约25％的大鼠移植后存活45天(图7)。

实施例15.在静脉注射氧化钆纳米颗粒静脉溶液后通过X微束处理荷瘤大鼠

通过肿瘤内注射1.4mL根据实施例5制备的氧化钆纳米颗粒注射溶液([Gd]＝5mM)20分钟后，以交叉束的方式，使用每束为460Gy的皮肤剂量的51个微束对具有(根据实施例6移植的)肿瘤的大鼠进行放射，微束的宽度为25μm，间隔为200μm。所使用的放射场为13×10。观察到存活显著提高，约25％的大鼠移植后存活45天。然而，所有大鼠在移植超过45天后死亡。

图8显示了在静脉内注射氧化钆纳米颗粒溶液后通过X微束放射的具有(根据实施例6移植的)胶质瘤的大鼠的存活曲线(曲线II，与不经任何处理存活曲线I相比)。

注意：实施例10-15表明，与不经处理的动物(实施例6)相比，X-射线处理提高了动物的存活。当向患病动物施予放射增敏剂时，这种提高更加显著。重要的是，发现使用通过DTPA官能化的聚硅氧烷层包被的氧化钆纳米颗粒产生与钆络合物类似的结果，可能是由于虽然络合物溶液中的钆比纳米颗粒溶液中的钆浓度高100倍，但所述颗粒在待处理区域的局部浓度较高。更意外的是，氧化钆纳米颗粒的效果大于金颗粒，尽管元素金(在注射溶液中的丰度比钆多9倍)的特征是较高的元素序数Z。需要注意，考虑到用金纳米颗粒处理的大鼠在45-50天后全部死亡，而用氧化钆纳米颗粒处理的部分大鼠在同一时期仍然存活的事实，该效果甚至更大。