用于與放射療法組合治療癌癥的顆粒的制作方法
【專利說(shuō)明】用于與放射療法組合治療癌癥的顆粒
[00011 本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2010年12月08日，申請(qǐng)?zhí)枮?01080055766.X，發(fā)明名稱為"用于 與放射療法組合治療癌癥的顆粒"的申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。 發(fā)明領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及包括摻雜金屬氧化物的顆粒，該顆粒在被X-射線，例如用作放射療法 治療的一部分的X-射線激發(fā)時(shí)產(chǎn)生自由基。本發(fā)明還涉及包含該顆粒的組合物，并涉及該 顆粒和組合物在治療和診斷癌癥中的用途。
[0003] 發(fā)明背景
[0004] 通常使用光動(dòng)力療法(PDT)來(lái)治療某些類型的癌癥。PDT包括將光敏劑注射到患者 的血流中。該藥物被遍布全身的細(xì)胞吸收，但由于腫瘤脈管系統(tǒng)的異?；蛉毕荩渫ǔ＞奂?在腫瘤中。其還被癌細(xì)胞快速吸收，癌細(xì)胞往往比健康細(xì)胞的生長(zhǎng)和分裂快得多，且因此具 有更尚的代謝活性。
[0005] 在注射后約24至72小時(shí)，當(dāng)大多數(shù)藥物已離開(kāi)正常細(xì)胞但仍留在腫瘤中時(shí)，只有 腫瘤暴露于特定頻率的光，例如UV光或激光。已聚集在腫瘤中的光敏劑通過(guò)暴露于該光而 被激發(fā)并與在組織中與附近的氧或水分子反應(yīng)以產(chǎn)生活性氧簇(ROS)例如單態(tài)氧(平均壽 命為3.7ms且擴(kuò)散距離為82nm)、超氧化物自由基(平均壽命為50ms且擴(kuò)散距離為320nm)或 羥自由基(平均壽命為HT 7S且擴(kuò)散距離為4.5nm)。所產(chǎn)生的ROS超過(guò)了附近細(xì)胞的抗氧化防 御能力，從而致使破壞腫瘤中的癌細(xì)胞。
[0006] ROS的短的壽命和擴(kuò)散距離促使癌細(xì)胞受到破壞而很少或沒(méi)有對(duì)附近健康細(xì)胞造 成損傷。除了直接殺死癌細(xì)胞，PDT還表現(xiàn)出通過(guò)損壞腫瘤中的血管從而剝奪其營(yíng)養(yǎng)成分而 使收縮或破壞腫瘤。進(jìn)一步的好處是I 3DT還可激活患者的免疫系統(tǒng)以攻擊腫瘤細(xì)胞。
[0007] 已知二氧化鈦經(jīng)暴露于UV光而產(chǎn)生R0S。實(shí)際上，已研究了二氧化鈦對(duì)UV輻射后的 培養(yǎng)的人腺癌細(xì)胞的作用(Xu等人，Supramolecular Science，5( 1998)，449-451)。在該研 究中，透射電子顯微鏡(TEM)顯示了由氧化應(yīng)激引起的對(duì)細(xì)胞的細(xì)胞膜和內(nèi)膜系統(tǒng)的破壞。 認(rèn)為二氧化鈦顆粒產(chǎn)生氧化細(xì)胞的膜脂以產(chǎn)生過(guò)氧化劑的羥自由基，然后引發(fā)一系列的過(guò) 氧化鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。氧化應(yīng)激的惡性腫瘤細(xì)胞演變到導(dǎo)致其破壞的壞死狀態(tài)。
[0008] 用于PDT的二氧化鈦和許多光敏劑被不能深度穿透人體的特定波長(zhǎng)的光激發(fā)。因 此，PDT已局限于治療體表癌癥，例如皮膚癌。
[0009] 但是可使用放射療法治療身體其他部位的癌癥，這包括使用電離輻射，例如X-射 線。然而，某些類型的癌癥例如腎細(xì)胞癌是抗輻射的，因?yàn)樗枰钠茐陌┌Y的輻射劑量太 高以致于在臨床實(shí)踐中是不安全的。較高劑量的輻射還與致癌風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)。因此需要將 增強(qiáng)或改進(jìn)現(xiàn)有放射療法治療的藥物。
[0010] 國(guó)際專利申請(qǐng)?zhí)朠CT/FR2005/001145(W0 2005/120590)描述了可被X-射線活化的 復(fù)合或聚集顆粒。這些顆粒由被布置以彼此接近的兩種不同的無(wú)機(jī)化合物組成。第一種無(wú) 機(jī)化合物能夠吸收X-射線，然后發(fā)射UV-可見(jiàn)光。第二種無(wú)機(jī)化合物可吸收UV-可見(jiàn)光，然后 經(jīng)接觸水或氧產(chǎn)生自由基。化合物的這種布置允許通過(guò)逐步激發(fā)的方法使用X-射線產(chǎn)生 ROS。然而，存在與每個(gè)激發(fā)步驟有關(guān)的能量損失，以致于每單位劑量X-射線產(chǎn)生的ROS量是 相對(duì)低的。
[0011] 發(fā)明概述
[0012]本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，通過(guò)用稀土元素?fù)诫s二氧化鈦、氧化鋅或氧化鈰，所得的摻雜金 屬氧化物自身可直接被X-射線激發(fā)以產(chǎn)生每單位劑量的X-射線大量的自由基，特別是活性 氧簇(ROS)。通過(guò)X-射線激發(fā)定位在癌癥部位的顆粒來(lái)治療癌癥是侵入性最小的方法且將 能夠使用現(xiàn)有的臨床設(shè)施。
[0013] ROS可與生物分子反應(yīng)，改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能，并通過(guò)破壞堿基和產(chǎn)生單鏈斷 裂造成對(duì)細(xì)胞DNA的氧化損傷。另外，已知氧化劑作用于線粒體來(lái)引發(fā)凋亡的啟動(dòng)。因此，可 使用腫瘤部位的ROS的產(chǎn)生和控制來(lái)殺死惡性腫瘤細(xì)胞。
[0014] 因此，本發(fā)明提供了包含摻雜有至少一種稀土元素的金屬氧化物的顆粒，其中金 屬氧化物選自二氧化鈦、氧化鋅、氧化鈰及其兩種或更多種的混合物。在一個(gè)優(yōu)選的方面， 本發(fā)明涉及包含摻雜有選自1^工6、？匕制、5111411、6(1、113、〇7、!1〇』匕1'111、￥13和1^的至少兩種 不同的稀土元素的金屬氧化物的顆粒，其中所述金屬氧化物是二氧化鈦。
[0015] -般來(lái)講，本發(fā)明涉及多種這類顆粒，其用途和方法。
[0016] 難以以適合有效治療癌癥的尺寸制備具有核-殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合顆?；虬{米顆粒 的聚集體的顆粒。由于可能存在于每種材料組分中的空隙、雜質(zhì)和缺陷，這些顆粒產(chǎn)生ROS 方面不是那么有效。本發(fā)明提供了由經(jīng)僅直接暴露于X-射線時(shí)產(chǎn)生ROS的單一活性材料(例 如，摻雜金屬氧化物)制成的顆粒?？赏ㄟ^(guò)選擇待被特定的X-射線源激發(fā)的一種或多種合適 的稀土元素?fù)诫s劑調(diào)節(jié)活性材料，例如存在于單相顆粒中的活性材料。包含該材料的顆粒 可易于以有效治療癌癥的尺寸制備。
[0017] 在本發(fā)明中，直接由摻雜有至少一種稀土元素的二氧化鈦、氧化鋅或氧化鈰的X-射線輻射產(chǎn)生R0S。經(jīng)暴露于X-射線發(fā)射UV-可見(jiàn)光的其他無(wú)機(jī)化合物的存在對(duì)于產(chǎn)生ROS 不是必不可少的。
[0018] 通常，本發(fā)明的顆粒不包含或包括吸收X-射線并發(fā)射UV-可見(jiàn)光的其他無(wú)機(jī)化合 物，例如Y2O3、（ Y，Gd) 2〇3、CaW〇4、GdO2S、LaOBr、YTaO3、BaFCl、Gd2O 2S、Gd3Ga5Oi2、Rb3Lu (P〇4) 2、 HfGeO4和Cs3Lu(PO4)2中的一種或多種，這些化合物中的每一種可任選地?fù)诫s稀土元素。 [0019] 一般地，本發(fā)明提供了主要由以下組成的顆粒：（i)摻雜有至少一種稀土元素的金 屬氧化物，其中金屬氧化物選自二氧化鈦、氧化鋅、氧化鈰和其兩種或更多種的混合物;和 任選地(ii)涂層、接頭基團(tuán)、靶向部分、光學(xué)造影劑、放射性同位素、順磁性造影劑或超順磁 性造影劑中的一種或多種。
[0020] 優(yōu)選本發(fā)明的顆粒不是復(fù)合顆?；蚣{米顆粒的聚集體，特別是包含Y203、（Y，Gd) 2〇3、CaMk、GdO 2S、LaOBr、YTaO3、BaFCl、Gd2O2S、Gd 3Ga5Oi2、Rb3Lu (P〇4) 2、HfGe〇4 和 Cs3Lu (P〇4) 2 的一種或多種(其每一種可任選地?fù)诫s稀土元素），或通常吸收X-射線并發(fā)射UV-可見(jiàn)光的 無(wú)機(jī)化合物的復(fù)合顆?；蚣{米顆粒聚集體。
[0021] 在本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明的顆粒用于通過(guò)療法治療人體或動(dòng)物體，優(yōu)選在與 X-射線輻射組合使用時(shí)。通常，所述療法是X-射線放射療法。本發(fā)明提供了用于癌癥治療的 顆粒。在優(yōu)選的方面，本發(fā)明涉及與X-射線輻射組合用于癌癥治療的顆粒，其中所述顆粒包 含金屬氧化物，所述金屬氧化物是二氧化鈦并摻雜有至少一種稀土元素。優(yōu)選地，所述顆粒 包含由金屬氧化物組成的核。
[0022] 本發(fā)明還涉及所述顆粒在生產(chǎn)與X-射線輻射組合使用(例如當(dāng)與X-射線放射療法 組合使用時(shí))治療癌癥的藥劑中的用途。
[0023] 本發(fā)明還提供了包含（i)多種本發(fā)明的顆粒和任選地(ii) 一種或多種藥學(xué)可接受 的成分的藥物組合物。在本發(fā)明的其他方面，所述藥物組合物用于通過(guò)療法治療人體或動(dòng) 物體，優(yōu)選在與X-射線輻射組合使用時(shí)。通常，所述療法是X-射線放射療法。本發(fā)明提供了 用于治療癌癥的藥物組合物。
[0024] 本發(fā)明還涉及所述藥物組合物在生產(chǎn)與X-射線輻射組合治療癌癥的藥劑中的用 途(例如當(dāng)與X-射線放射療法組合使用時(shí)）。
[0025] 本發(fā)明的另一方面是包括(a)多種本發(fā)明的顆粒和(b)放射致敏劑的組合。
[0026] 本發(fā)明還提供了包含(a)多種本發(fā)明的顆粒和(b)放射致敏劑的產(chǎn)品，作為以當(dāng)與 X-射線輻射組合使用時(shí)在癌癥治療中同時(shí)、共時(shí)、隔開(kāi)或順序使用的組合制劑。
[0027] 本發(fā)明的其他方面涉及治療癌癥的方法，該方法包括對(duì)受治療者施用本發(fā)明的顆 ?；蛩幬锝M合物，和將X-射線輻射定位到癌癥位置或部位或腫瘤組織。
[0028] 本發(fā)明還提供了體外破壞癌細(xì)胞的方法，該方法包括向包含癌細(xì)胞的細(xì)胞培養(yǎng) 物、培養(yǎng)基或溶液中加入本文所述的顆?；蛩幬锝M合物，然后將X-射線輻射定位到癌細(xì)胞。 [0029]如以上解釋的，本發(fā)明的顆粒聚集在腫瘤組織中或癌細(xì)胞中。由于重稀土元素的 存在，可使用X-射線對(duì)定位在腫瘤或癌細(xì)胞中的本發(fā)明的顆粒的存在成像。這可實(shí)現(xiàn)對(duì)患 者體內(nèi)的腫瘤或癌細(xì)胞的存在的診斷，并實(shí)現(xiàn)腫瘤或癌細(xì)胞的治療被監(jiān)測(cè)。
[0030] 本發(fā)明的其他方面涉及用在對(duì)人體或動(dòng)物體實(shí)施的診斷方法中的本發(fā)明的顆粒 或藥物組合物。本發(fā)明還涉及本發(fā)明的顆粒或藥物組合物在診斷癌癥存在或不存在中的用 途。
[0031] 本發(fā)明還提供了診斷癌癥存在或不存在的方法，該方法包括對(duì)受治療者施用本發(fā) 明的顆?；蛩幬锝M合物，然后檢測(cè)被懷疑患癌的位置或部位存在或不存在所述顆粒或藥物 組合物。
[0032]本發(fā)明還提供了制備本發(fā)明的顆粒的方法，該方法包含在400°C或更高的溫度下 加熱顆粒的步驟，其中所述顆粒包含摻雜有至少一種稀土元素的金屬氧化物，其中金屬氧 化物選自二氧化鈦、氧化鋅、氧化鈰和其兩種或更多種的混合物。在優(yōu)選的方面，金屬氧化 物是二氧化鈦。
[0033] 附圖簡(jiǎn)述
[0034]圖1是IL的以MeV計(jì)的入射光子能量（X-軸上所示）對(duì)以cm2/g計(jì)的質(zhì)量衰減系數(shù) (y/p)(y-軸上所示)的圖（選自物理學(xué)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院）。該圖示出 了釓吸收特定的入射光子能量的X-射線的強(qiáng)烈程度。
[0035]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的摻雜有釓的二氧化鈦顆粒的以重量計(jì)的粒度分布。
[0036]圖3是示出了與市售二氧化鈦光催化劑P25(DegUSSa)相比，多種稀土元素?fù)诫s的 二氧化鈦顆粒的光敏性的直方圖。
[0037]圖4是示出了釓摻雜的二氧化鈦顆粒和鉺摻雜的二氧化鈦顆粒在該顆粒已在多種 溫度下煅燒之后的光敏性。已測(cè)量了相對(duì)市售二氧化鈦光催化劑P25(DegUSSa)的光敏性的 直方圖。
[0038] 圖5是一系列的幻燈片，示出了某些橫紋肌肉瘤細(xì)胞在與釓摻雜的二氧化鈦顆粒 孵育之后的圖像?；脽羝?A)示出了用4'，6_二脒基-2-苯基吲哚(DAPI)染色的細(xì)胞的藍(lán)色 熒光信號(hào)?；脽羝?B)示出了來(lái)自與已進(jìn)入細(xì)胞的釓摻雜的二氧化鈦顆粒的二氧化硅涂層 結(jié)合的FITC標(biāo)記的綠色熒光信號(hào)?；脽羝?C)是細(xì)胞的亮視野圖像?；脽羝?D)是復(fù)合圖像， 其示出了細(xì)胞核與摻雜二氧化鈦顆粒的位置。
[0039] 圖6是示出了橫紋肌肉瘤細(xì)胞(RH30,骨癌來(lái)源的細(xì)胞系)在它們與摻雜有不同量 的釓的二氧化鈦顆粒一起孵育，然后被X-射線輻照之后的細(xì)胞死亡量的直方圖。
[0040] 圖7是示出了先與摻雜有釓的二氧化鈦顆粒一起孵育，然后暴露于不同劑量的X-射線的橫紋肌肉瘤細(xì)胞的細(xì)胞死亡量的直方圖。
[0041] 圖8是示出了RH30(骨癌來(lái)源的細(xì)胞系）在它們與摻雜有不同量的釓、鉺和銪的二 氧化鈦顆粒一起孵育，然后被X-射線輻射之后的細(xì)胞死亡量的直方圖。
[0042] 圖9是示出了先與摻雜有釓、鉺和銪的二氧化鈦顆粒一起孵育，然后暴露于不同劑 量的X-射線的橫紋肌肉瘤細(xì)胞的細(xì)胞死亡量的直方圖。
[0043] 圖10是一系列的幻燈片，示出了某些A549細(xì)胞在它們與具有30nm的尺寸的二氧化 鈦顆粒孵育之后的圖像?；脽羝?A)示出了用4'，6_二脒基-2-苯基吲哚(DAPI)染色的細(xì)胞 的藍(lán)色熒