專利名稱：定向遞送生物活性劑的由鐵和多孔材料構成的磁引導載體的制作方法
相關申請的交叉參考本申請是2000-10-13提交的國際專利申請PCT/US00/——的美國國家階段，要求享有1999-10-18提交的美國臨時申請序列60/160,293的優先權。
序言本發明涉及將生物相容顆粒遞送到體內選定部位的組合物、其制造方法以及遞送方法，更具體地說涉及一種能運載生物活性化合物的顆粒，提供顆粒定向磁性傳輸并將其保持在預定部位，作為對疾病的定位治療劑、診斷輔助手段或既能作為診斷劑也能作為治療劑的雙功能組合物。
生物活性劑的位點特異性遞送將使化學治療的治療活性得以提高，同時極大降低全身副作用。處理各種疾病的磁載體以前已建議并使用過，包括在外加磁場引導和控制下在體內做出反應的組合物。(參見Lieberman等人，美國專利4,849,209；Sehroder等人，美國專利4,501,726；Chang，美國專利4,652,257；和Mirell，美國專利4,690,130)。
一種已知的此類組合物，可通過血管內注射給藥，包括由鐵磁性成分外面包覆一種生物相容聚合物(白蛋白、明膠和多糖)所組成的微球，其中還包含藥物，(Driscol，C.F.等人，Prog.Am.Assoc.Cancer Res.，1980，p.261)。
已能生產一種含有磁性材料(磁鐵礦Fe3O4)和抗腫瘤抗生素阿霉素的最大3.0μm大小的白蛋白微球(Widder，K.等人，J.Pharm.Sci.，6879～82，1979)。此種微球是通過白蛋白在乳液(油包水)中經過熱和/或化學變性生成的，其中該乳液由含磁鐵礦的分散相懸浮在醫用溶液中構成。一種類似的技術曾被用來生產磁控制或引導的微膠囊，其外面包覆著含抗生素絲裂霉素-C的乙基纖維素(Fujimoto，S.等人，Cancer，562404～2410,1985)。
又知一種磁控制脂質體，200nm～800nm大小，能攜帶一種可溶解動脈粥樣硬化形成物的制劑。該方法基于磷脂能夠在水存在下產生封閉膜結構(Gregoriadis G.，Ryman B.E.，Biochem.J.，12458，1971)。
這些以前已知的組合物并沒有證明總是實際和/或有效。經常是，向目標部位遞送的藥物濃度效力不足。這類組合物中許多缺乏足夠的輸送能力，表現出過弱的磁化率和/或其控制需要極高通量密度的磁場。在某些情況下，達不到能夠實現精確定位治療的顆粒的真正定位。其他缺點包括，結合了抗體和肽的該組合物具有非專一性結合能力和對非目標器官具有毒性，以及藥物擴散到基于腫瘤內注射的技術所要求的部位以外。某些組合物難以制造或制備成一致的品質、消毒和貯存中不改變其規定的性能。
因此，目前依然存在著對一種有效生物相容組合物的需要，它能夠借助磁性輸運，并且比較容易制造、貯存和使用。
一種建議的組合物包含鐵碳(ferrocarbon)顆粒，用作磁控組合物中的可磁化材料。此種顆粒的主要尺寸(即，最大直徑)為約0.2μm～約5.0μm(優選0.5μm～5.0μm)，包含約1.0％～約95.0％(質量)碳，其中碳與鐵牢固地連接在一起。該顆粒是通過鐵與碳粉末的混合物聯合變形(即，研磨)而制取的。參見美國專利5,549,915、5,651,989、5,705,195和美國專利申請序列號09/003,286和09/226,818，在此收作參考。
此項技術以前的申請源于要制造一種無法通過熔融方法獲得的合金的動機。并非所有可設想的合金全都可以通過熔融來制備，因為一種熔融金屬在另一種中的溶解度限制了可獲得混合物的濃度。研磨的鐵碳顆粒是按照一種從合金制造技術借鑒的方法衍生而來的。研磨技術經過精心修改被用來在兩種材料之間產生一種永久連接又不使它們緊密混合成為一種合金，否則將導致磁矩和/或藥物攜帶能力二者的降低或消除。將鐵和碳通過研磨結合在一起的想法受到它們天然可混合性的啟發，正如熔融法形成合金那樣。
發明概述現已發現，鐵-陶瓷顆?？赏ㄟ^研磨方法生產。這一發現之所以令人驚奇是因為使用這些材料的合金此前從未展示過。因此，未曾料到在鐵與陶瓷之間竟可形成一種持久界面。
鐵-陶瓷復合顆粒顯示結合各種各樣藥物的巨大多用性；因為藥物能吸附在顆粒表面，故活性劑的結合很容易。另外，鐵-陶瓷顆粒采用磁化率比氧化鐵高的金屬鐵，從而促進和便利到達治療部位的遷移。再有，陶瓷的生物相容性則是眾所周知的。
基于羥基磷灰石和其他磷酸鈣衍生材料的生物相容和可生物降解陶瓷材料已在牙科和骨科手術中被用作骨置換材料。然而，作為載體的磁定向陶瓷材料的概念則是全新的。本發明提供一種攜帶生物活性物質的磁響應組合物。一般地，鐵-陶瓷復合顆?？捎糜诙喾N生物活性劑、診斷劑或雙功能組合物的定向遞送。還提供其生產和使用方法。
本發明的目的是改進用于生物活性物質定向運輸的磁控組合物的某些參數，包括能夠在載體顆粒中采用天然骨成分、擴展此項技術可應用的治療和診斷范圍，提高相對吸收能力和磁化率，例如通過提供大量能夠借助離子相互作用來結合化合物的離子基團；改善生物相容性和可生物降解性，強化診斷和治療作用，簡化該磁控組合物的制造工藝，并確保其在不改變所要求特性的條件下達到保證的長期貯存性能。
這是通過采用一種適宜的復合鐵-陶瓷顆粒作為磁控組合物的可磁化材料實現的。該顆粒是圓盤和球形的，直徑約0.1～10.0μm，含有1.0％～95.0％陶瓷(或衍生的陶瓷)以及5.0％～99.0％鐵(按質量計)。它們是通過鐵和陶瓷粉末的聯合變形(即，研磨)而獲得的。吸附發生在顆粒表面或改性的表面，因此藥物隨時可利用并能夠結合到治療部位上。
粉末在行星式球(planetary ball)或磨碎機中與溶劑(例如，乙醇)結合在一起。隨后，形成的復合粉末過篩并磁選，從而獲得要求的產品級分以及相應地獲得所要求的磁化率。生物活性劑或診斷助劑被吸附或沉積在該復合物表面，并以復合物在無菌稀釋劑中的懸浮體形式被患者服用。
使用方法包括疾病的體內定位診斷或治療，即，提供一種磁響應鐵-陶瓷載體，其上吸附著一種根據其診斷或治療疾病效力選擇的生物活性物質，然后將該載體注射到患者體內。例如，載體可以這樣注入將給藥設備插入到距離待治療身體部位一段短距離內并位于通往(優選最靠近)向該部位供血的動脈網絡的一個或多個分支處的動脈中。載體通過給藥設備進入到血管中。臨注射之前，在體外、靠近該部位的地方建立起磁場，其場強足以引導被注入載體中相當大一部分并將該相當大一部分載體保持在該部位。優選的是，磁場具有足以將載體吸引到臨近血管網絡的軟組織中的強度，從而避免這些較大血管中任何一根被載體顆?；舅ㄈ＠鐓⒁?，美國臨時申請序列60/160,293，在此收作參考。
因此，本發明的目的是提供一種高磁響應組合物，用于任選地攜帶生物活性物質，及其生產方法和用途。
本發明另一個目的是提供一種用于生物活性物質的磁響應載體，它具有高磁響應度(responsiveness)，而貯存和使用期間卻又耐久。
本發明另一個目的是提供一種磁響應組合物，它包含直徑約0.1～10.0μm的顆粒，每個鐵-陶瓷顆粒含有1.0％～95.0％陶瓷(或陶瓷衍生物)以及5.0％～99.0％鐵，按質量計。
本發明又一個目的是提供一種用于疾病體內定位診斷或治療的組合物，它包括具有直徑約0.1～10.0μm復合鐵-陶瓷顆粒的載體，每個鐵-陶瓷顆粒含有1.0％～95.0％陶瓷(或陶瓷衍生物)以及5.0～99.0％鐵，按質量計，并具有吸附在其表面上的一種或多種根據具體疾病診斷和/或治療中的效力選擇的任選生物活性物質。
這些以及其他目的，在本領域技術人員研讀了下文之后將變得十分清楚，因此本發明在于一種基本如下文所描述，并更具體地由所附權利要求規定的新構造、各部分的組合及安排以及方法，其中要知道，在這里所公開的發明具體實施方案中尚存在著各種變化，這些變化均應包括在本發明內，因為它們全都落在權利要求的范圍之內。
附圖簡述
圖1是復合鐵-二氧化硅顆粒的放大照片(1000倍)。
圖2是復合鐵-二氧化硅顆粒的放大照片(3000倍)。
圖3是本發明生產方法的流程圖。
圖4是鐵-硅膠復合物對阿霉素的結合曲線。
圖5是鐵-C18復合物對阿霉素的結合曲線。
圖6是展示鐵-羥基磷灰石顆粒形態的掃描電鏡顯微照片。
圖7是與圖6同一幅照片，但借助反向散射將鐵顯示為白色并將羥基磷灰石顯示為黑色。
圖8是圖6所示顆粒的光譜，證實白斑由鐵組成。
圖9是圖6所示顆粒的光譜，證實黑斑由羥基磷灰石組成。
圖10是采用光散射技術對羥基磷灰石顆粒所做粒度分析。
圖11是采用磁力計技術獲得的鐵-羥基磷灰石微顆粒磁化率曲線。
圖12是鐵-羥基磷灰石的朗繆爾等溫線。
圖13是羥基磷灰石(無鐵)的朗繆爾等溫線。
圖14是鐵-羥基磷灰石的阿霉素解吸曲線。
圖15展示通過直接孵育以銦111對鐵-羥基磷灰石顆粒進行標記，及其在不同介質中的穩定性。
圖16展示以銦111/羥喹啉對鐵-羥基磷灰石顆粒進行標記，及其在不同介質中的穩定性。
發明詳述本發明是一種復合顆粒，由1.0％～95.0％陶瓷(或陶瓷衍生物)和5.0～99.0％鐵組成，按質量計。當組合物具有少于1.0％的陶瓷時，顆粒的結合能力將降低到基本上沒有能力攜帶生物活性物質的點。當組合物的陶瓷含量大于95.0％時，磁化率通常將降低到在體內引導生物活性物質的有效范圍以外。該顆粒是圓盤和球形的，直徑約0.1～10.0μm。
術語“陶瓷”是指一種天然或合成多孔、吸附性材料。它一般是但不一定是氧化物或混合氧化物，其中氧化物是金屬的或非金屬的。它一般是但不一定是無機物。它一般是但不一定是非結晶結構的。合成陶瓷材料的例子包括但不限于，磷酸三鈣、羥基磷灰石、氫氧化鋁、氧化鋁、磷酸鋁鈣、二水合磷酸氫鈣、磷酸四鈣、大孔三相磷酸鈣、碳酸鈣、赤鐵礦、骨粉、磷灰石硅灰石玻璃陶瓷以及其他陶瓷或玻璃基質。還包括具有能夠支持孔隙和吸附的一定結晶度的聚合物。此類聚合物的例子包括但不限于聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯。符合這些參數的適當材料對于本領域技術人員來說將是顯而易見的。下面是實例的列表。
氧化物 非金屬無定形二氧化硅 是 是是羥基磷灰石 是 否是沸石 是 否否氧化鋁 是 否是鉆石 否 是否包括在“陶瓷”定義中的還有二氧化硅和二氧化硅衍生物(包括但不限于十八烷基硅烷[C18]、辛基硅烷[C8]、己基硅烷[C6]、苯基硅烷[C6]、丁基硅烷[C4]、氨丙基硅烷[NH3C3]、氰基腈硅烷[CN]、三甲基硅烷[C1]、次硫酸(sulfoxyl)丙基硅烷[SO4C3]、二甲基硅烷[C1]、酸性陽離子-交換涂層[SCX]、堿性季銨陰離子交換涂層[SAX]、二羥丙基硅烷[diol]，制成直徑介于0.1～10.0μm的復合顆粒)。作為例子，以下的二氧化硅可用于制造本發明的復合材料。
Eka Nobel Kromasil充填材料顆粒形狀及尺孔徑 孔體積 表面積 碳承載 相類型 結合相端基寸(μm) () (ml/g) (m2/g) (％) 覆蓋率封閉(μmol/m2)Kromasil Silica S，5，7，10，13，16 1000.9 340 - (元素分析)Kromasil C1 S，5，7，10，13，16 1000.9 340 4.7 單體4.3-Kromasil C4 S，5，7，10，13，16 1000.9 340 8 單體3.7 是Kromasil C8 S，5，7，10，13，16 1000.9 340 12 單體3.6 是Kromasil C18S，5，7，10，13，16 1000.9 340 19 單體3.2 是
EM Science充填材料 顆粒形狀 孔徑() 孔體積 表面積 碳承載 相類型 結合相端基及尺寸(ml/g) (m2/g) (％) 覆蓋率封閉(μm)(μmol/m2)Lichrosorb Si 60 I，5，10 60 - 550 0- - 否Lichrosorb Si 100 I，5，10 100- 420 0- - 否Lichrosorb RP-18 I，5，10 60 - 150 16.0 單體1.55 否Lichrosorb RP-8I，5，10 60 - - 9.0 單體0.78 否Lichrosorb RP-select B I，5，10 60 0.7550 12 - 2.5 是Lichrospher Si 60 S，3，5，1060 0.95 650 0- 0 否Lichrospher Si 100 S，5，10 1001.25 420 0- 0 否Lichrospher RP-8 S，3，5，1060/100 1.25 350 12.5 - 4.1 否Lichrospher RP-8 E/C S，3，5，1060-100 1.25 350 13 - 4.2 是Lichrospher RP-18 S，3，5，101001.25 350 21.4 - 3.9 否Lichrospher RP-18 E/C S，3，5，101001.25 350 21.5 - - 是Lichrospher CN S，3，5，101001.25 350 -- - -Lichrospher NH2S，3，5，101001.25 350 4.5 - 3.8 -Lichrospher Diol S，3，5，101001.25 350 8.3 - 4.0 -Lichrospher RP-select BS，3，5，1060 0.9360 12.0 - 3.2 是Inertsil SilicaS，5 150- 320 0- - 否Inertsil ODS-2 S，5 150- 320 18.5 單體3.23 是Inertsil ODS-3 S，3，5100- 450 15 單體- -Inertsil C8S，5 150- 320 10.5 單體3.27 是Inertsil C8-3 S，5 100- 450 10 單體- 是Inertsil Ph(Phenyl)S，5 150- 320 10 單體2.77 是Inertsil Ph-3(Phenyl) S，5 100- 450 10 單體- 是Inertsil C4S，5 150- 320 7.5 單體3.77 是Inertsil 80 S，5 80 - 450 16 單體- 是Inertsil Prep ODS，C8，Si S，10 100- 350 14 - - -vydac/The Separations Group充填材料顆粒形狀及 孔徑 孔體積 表面積 碳承載 相類型 結合相 端基尺寸(μm) () (ml/g) (m2/g) (％)覆蓋率 封閉(μmol/m2)Vydac 201TP C18 SD，5，10 3000.6 90 8 聚合物 4.16 是Vydac 218TP C18 SD，5，10 3000.6 90 8 聚合物 4.16 是Vydac 214TP C4 SD，5，10 3000.6 90 3 聚合物 4.89 是Vydac 201HS C18 S，5，1080 0.8 450 13.5 -1.53 -
Waters充填材料 顆粒形狀及 孔徑 孔體積表面積碳承載相類型 結合相 端基尺寸(μm)() (ml/g)(m2/g) (％) 覆蓋率 封閉(μmol/m2)μBondapak C18I，101251.0 330 10單體1.46 是μBondapakI，101251.0 330 8 - 2.08 是PhenylμBondapak NH2I，101251.0 330 3.5 - 1.91 否μBondapak CN I，101251.0 330 6 - 2.86 是μPorasil Silica I，101251.0 330 - - - 否Novapak C18 S，4 60 0.3 120 7 - 3.41 是Novapak PhenylS，4 60 0.3 120 5 - 2.34 是Novapak CNS，4 60 0.3 120 2 - 1.65 是Novapak SilicaS，4 60 0.3 120 0 - 0 否Resolve C18 S，5，10 90 0.5 175 10- 2.76 否Resolve C8S，5，10 90 0.5 175 5 - 2.58 否Resolve CNS，5，10 90 0.5 175 3 - 2.53 否Resolve SilicaS，5，10 90 0.5 175 0 - 0 否Spherisorb Silica S，3，5，10 80 0.5 220 0 - 0 否Spherisorb ODS-1 S，3，5，10 80 0.5 220 7單體 1.47 部分Spherisorb ODS-2 S，3，5，10 80 0.5 220 12 單體 2.72 是Spherisorb C8 S，3，5，10 80 0.5 220 6單體 2.51 是Spherisorb C6 S，3，5，10 80 0.5 220 6單體 2.27 是Spherisorb Phenyl S，3，5，10 80 0.5 220 3單體 1.08 部分Spherisorb CN S，3，5，10 80 0.5 220 3.5 單體 2.37 否Spherisorb NH2S，3，5，10 80 0.5 220 2單體 1.58 否Spherisorb SAXS，5，10 80 0.5 220 --- 否Spherisorb SCXS，5，10 80 0.5 220 --- -Symmetry S100- 340 19 -3.09 是
YMC充填材料 顆粒形狀及尺 孔徑 孔體積 表面積 碳承載 相類型 結合相 端基寸(μm)() (ml/g) (m2/g) (％) 覆蓋率 封閉(μmol/m2)C18-A S，3，5，7，10，15+1201.0 ～30017 單體 - 是C18-AMS，3，5，7，10，15+1201.0 ～30017 單體 - 是ODS-AQS，3，5，7，10，15+1201.0 ～30016 單體 - 是C8S，3，5，7，10，15+1201.0 ～30010 單體 - 是PhenylS，3，5，7，10，15+1201.0 ～3009 單體 - 是C4S，3，5，7，10，15+1201.0 ～3007 單體 - 是Basic S，3，5，7，10，15+- --- 單體 - 是注結合相覆蓋率的計算按照Sander，L.C.和Wise，S.A.，Anal，Chem.，56504～510,1984。材料特性由材料制造商或其授權代表發表的文獻獲得。
在液體，如乙醇存在下將粉末在行星式球或磨碎機中進行混合，從而抑制了鐵的氧化。該液體也可作為鐵與陶瓷粉末研磨期間的潤滑劑，以便產生恰當的粒度分布。它還可減少陶瓷在加工期間的壓實。結果，陶瓷在組合物中的多孔性得以維持，從而使顆粒的吸附能力達到最大。
將混合物投入到標準實驗室行星式球中，或者粉末冶金中使用的那種類型的磨碎機中。磨配備裝有鐵和陶瓷粉末、乙醇和直徑各異的金屬或金屬合金球的罐。例如，該磨可具有由表面硬化的金屬碳化物構成的6mm直徑球。加入適量的液體(如，乙醇)起潤滑作用。視所使用的類型而定，該磨以100rpm～1000rpm的速度運轉2～14h。確信當磨的速度超過1000rpm時，將產生不希望數量的過小顆粒。合適的液體和研磨條件可由本領域技術人員輕易地確定。
鐵-陶瓷混合物聯合變形之后，顆粒從磨中取出并通過諸如粗濾器之類與研磨球分開。該顆?？稍賾腋〉揭掖贾胁⒕?，以便使顆粒彼此分開。去除乙醇，例如通過旋轉蒸發，隨后接受真空干燥。任何合適的干燥技術均可使用，例如在真空烘箱(氮氣吹掃)中。在顆粒操作中應注意保護其鐵免于氧化，例如在氮氣環境中進行。
隨后，將所獲得的干粉末進行過篩或磁選，以便獲得能提供要求的磁化率和治療或診斷結合能力的要求產品級分。繼而，產物在氮氣吹掃下的手套式操作箱內包裝成各種劑量單位并進行最終消毒。任何合適的消毒技術均可使用。例如，鐵-陶瓷顆粒可采用γ-射線消毒；賦形劑水溶液可采用高壓釜消毒。
臨使用時，讓一種或多種生物活性劑吸附或沉積在該復合材料上。吸附了活性劑的復合材料以在無菌稀釋劑中的懸浮體形式給予患者。
該鐵-陶瓷顆粒可用作在外部磁場的控制下向特定身體部位遞送一種或多種吸附的生物活性物質的載體。這里所使用的術語“生物活性物質”包括體內用醫療診斷和/或治療物質。
生物活性物質包括但不限于，抗腫瘤藥、血液制品、生物反應調節物、抗真菌藥、抗生素、激素、維生素、蛋白質、肽、酶、染料、抗過敏藥、抗凝劑、循環劑、代謝增強劑、抗結核藥、抗病毒藥、抗心絞痛藥、消炎藥、抗原生動物藥、抗風濕藥、麻醉劑、鴉片制劑、診斷成像劑、強心苷、神經肌肉阻滯劑、鎮靜劑、麻醉劑，以及順磁的和放射性的顆粒。其他生物活性物質可包括但不限于單克隆或其他抗體、天然或合成遺傳物質和藥物前體。
這里使用的術語“遺傳物質”一般指核苷酸和多核苷酸，包括核酸、天然或合成來源的RNA和DNA，包括重組、有意義(sense)和反義RNA和DNA。遺傳物質的類型例如可包括表達載體所攜帶的基因，例如質粒、噬菌粒、粘粒、酵母人工染色體以及缺陷(輔助)病毒、反義核酸、單及雙鏈RNA和DNA及其類似物。還包括蛋白質、肽以及其他通過遺傳物質的表達形成的分子。
為實現體內診斷成像，各種市售供應的探測儀器類型是選擇給定放射性同位素的主要因素。所選放射性同位素必須是其衰減類型能被給定類型儀器探測到的那種。一般要求γ-射線。另一個選擇放射性同位素時的重要因素是，其半衰期應足夠長，以便在目標最大攝入的時刻它仍舊可探測得到，但又應足夠短，以便對宿主的有害輻射盡可能小。恰當放射性同位素的選擇對于本領域技術人員來說是很容易明確的?？墒褂玫姆派湫酝凰匕ǖ幌抻?9mTc，142Pr，161Tb，186Re，和188Re。另外，可用于診斷的其他化合物的典型例子是金屬離子，包括但不限于111In，97Ru，67Ga，82As，89Zr，和201TI。再有，在磁響應成像和電子旋轉響應技術方面尤其有用的順磁元素包括但不限于157Gd，55Mn，162Dy，52Cr，和56Fe。
還應當指出的是，放射性同位素也可用于放射治療技術。一般地，α和β射線被認為在治療上是有用的。治療化合物的例子包括但不限于32P，186Re，188Re，123I，125I，90Y，166Ho，153Sm，142Pr，143Pr，149Tb，161Tb，111In，77Br，212Bi，213Bi，223Ra，210Po，195Pt，195mPt，255Fm，165Dy，109Pd，121Sn，127Te，和211At。放射性同位素一般作為一種鹽內的基團存在，然而某些腫瘤和甲狀腺可直接攝取碘。有用的診斷和治療放射性同位素可單獨也可組合使用。
該鐵-陶瓷復合顆粒超過以往發明之處在于它采用具有高于氧化鐵的磁化率的金屬鐵，從而促進和便利向治療部位的遷移。與目前鐵碳復合產品相比的優點包括表面結合的多用途，以及陶瓷的生物相容性和生物降解性能，后一點相對而言已是眾所周知的。
作為一般規律，任何水溶性生物活性物質的吸附量可通過提高陶瓷在顆粒中的比例而提高到最高為復合顆粒質量的約50％，而不會損失該顆粒在本申請所描述的療法中的功效。在許多情況下觀察到，生物活性物質的吸附量隨著陶瓷含量的增加基本呈線性增加。然而，隨著陶瓷含量的增加，復合顆粒的磁化率或對磁場的響應則下降，其在體內的控制條件因而隨之惡化(盡管吸附能力增加)。因此，需要在鐵陶瓷比例上取得一種平衡，以便獲得改善的治療或診斷效果。為增加治療方案中給予的試劑數量，可讓患者服用較大劑量顆粒，但這些顆粒卻無法通過增加劑量而變得磁性更強。恰當的比例可由本領域技術人員確定。
現已確認，作為如本申請所描述的體內治療用顆粒，其鐵∶陶瓷比例的有用范圍，一般而言，介于約99∶1～約5∶95，例如約80∶20～約60∶40?？晌皆谌魏谓o定陶瓷含量的復合鐵∶陶瓷載體顆粒中的生物活性物質的最大量將隨著生物活性物質的化學性質，以及在某些情況下，隨該組合物中使用的陶瓷類型而變化。本領域技術人員將能夠確定所要求用途的恰當比例。
制備和銷售干燥形式載體顆粒比較方便，故賦形劑可制成干燥形式，于是一種或多種干賦形劑將與單位劑量載體顆粒包裝在一起。有各種各樣的賦形劑可以使用，例如用于提高吸附或解吸，或者增加溶解度。恰當干賦形劑的類型和用量可由本領域技術人員根據生物活性物質的化學性質來確定。最優選的是配制包含干賦形劑與干載體顆粒的包或試劑盒的形式，準備與一個裝有單位劑量藥物和足夠量生物相容水溶液如鹽水的管瓶的內裝物相混，正如制藥廠所建議的那樣，從而將藥物調配到藥用所需濃度。含有該稀釋藥物的溶液與包括干成分(即，干載體顆粒和干賦形劑)的試劑盒內裝物混合之后，藥物便吸附到載體顆粒上，從而形成一種包含吸附在載體顆粒上的治療量生物活性物質的適合體內治療或診斷用途的可磁控組合物。
替代地，可使用液體試劑盒。載體顆粒作為一個單位被裝在，例如管形瓶中，而上述賦形劑則以水溶液形式裝在另一個單位中。在給藥時，鐵陶瓷顆粒與含有一個單位劑量藥物和足夠量生物相容水溶液如鹽水的管形瓶的內裝物相混，如制藥廠建議的那樣，從而將藥物調配到藥用所需濃度。隨后，所形成的、表面吸附了生物活性物質的顆粒，與另一個包含水溶液形式賦形劑的單位彼此混合。任何合適的消毒技術均可使用。例如，鐵陶瓷顆?？刹捎忙蒙渚€消毒；賦形劑的水溶液可采用高壓釜消毒。若用高壓釜，鐵陶瓷顆粒會發生不希望的氧化。
還有，當準備吸附或沉積到微顆粒上去的生物活性劑可溶于水介質時，使用的緩沖劑可能對整個的結合產生影響。本領域技術人員將能夠確定最合適的緩沖劑。
吸附到載體顆粒上去的生物活性物質的診斷或治療量將由本領域技術人員作為對特定疾病或狀況達到診斷或治療作用所需要的量來確定，其間要考慮各種各樣因素，例如患者體重、年齡和一般健康狀況，藥物的診斷或治療性能，以及疾病的性質和嚴重程度。
在確定任何特定治療情況所使用的載體顆粒大小時，涉及到許多考慮因素。粒度的選擇部分地取決于尺寸不足0.2μm顆粒的生產中所固有的各種技術限制。另外，小于約1.0μm大小的顆粒在血流中的磁控制和攜帶能力將下降。較大粒度可能趨于造成注射期間希望或不希望的血管栓塞，既可能因機械原因也可能因促使通過生理機理形成凝塊所致。該分散體可能凝固，從而使注射變得更困難，而且生物活性物質在目標病理學區從顆粒上的解吸有可能減弱。鐵與陶瓷粉末的混合物一起研磨的方法(例如下面所描述的)產生一種不規則形狀顆粒表面的形式，生成一種平均主要尺寸為約0.1μm～約5.0μm的顆粒群。
由于本發明所描述的顆粒中的鐵不是如某些以前公開的磁控制分散體情況那樣的氧化鐵形式，故鐵陶瓷顆粒的磁化率，或響應，保持在一個高水平。
該鐵∶陶瓷顆?？捎描F顆粒與陶瓷顆粒的結合來表征。這兩種成分保持各自單獨的本體。鐵與陶瓷粉末機械混合物的聯合變形過程中形成的此種顆粒的特征結構，與具有其他類型結構的鐵顆粒相比還可提高鐵陶瓷顆粒中鐵包含物的磁化率。
由于該顆粒中陶瓷沉積物具有巨大表面，因此相對于顆粒的陶瓷部分，所吸附的生物活性物質可占約100±50wt％，或占初始顆粒質量的約5％～95％，最優選15％～60％。用另一種方式描述，這可以是高達每克顆粒約200mg的被吸附的生物活性物質。因此，在使用中，為達到給定劑量生物活性物質需注入的載體將少得多，或者替代地，每次注射可獲得與某些現有載體的情況相比劑量更高的生物活性物質。
下面描述生產少量本發明鐵陶瓷組合物的方法，但要知道，除了研磨之外還可設想用其他手段和機理達到鐵與陶瓷粉末的聯合變形，只要包含了載體生產必不可少的起始元素。所采用的程序對陶瓷和鐵顆?；旌衔锸┘訖C械壓力，從而使鐵顆粒變形并產生一種能捕獲陶瓷的牢固亞結構。鐵陶瓷顆粒的形成是在加工期間不加熱(盡管機械變形步驟期間混合物發熱)的情況下實現并在諸如乙醇之類的液體存在下實施的，以便抑制鐵的氧化和保證所生產的顆粒的清潔(無菌)。該液體在鐵和陶瓷粉末的研磨期間也可起到潤滑劑作用，并可減少加工期間陶瓷的壓實。結果，組合物中陶瓷沉積物的密度得以維持，從而獲得最大的顆粒吸附能力。
隨著顆粒和陶瓷的聯合變形的持續進行，在兩種固體的界面產生一種由鐵與陶瓷分子混合物組成的第三相。這種界面使顆粒達到穩定，以致能經受消毒處理和在體內的使用。預計界面由其他類型的鐵顆粒，如鐵碳顆粒形成，因為鐵與碳的分子混合物存在于自然界中或者可通過熔融例如碳化鐵(cementite)和鋼而形成。鐵陶瓷混合物并非眾所周知或者容易制造，因此一種分子混合物可能存在于兩種物質的界面。
例如，為生產平均鐵陶瓷比例約75∶25(質量)的顆粒，將一份平均直徑0.1μm～5μm大小的基本純凈的鐵顆粒與約0.1～1.0重量份的基本純凈的陶瓷顆粒(典型直徑為約0.1μm～5.0μm)進行混合。鐵顆粒與陶瓷顆粒經過劇烈混合，達到沿整個體積的很好分布。每種生物活性物質應根據各種不同類型陶瓷逐一進行評估，以確定出最佳可逆陶瓷結合。諸如pH、溫度、粒度、鹽、溶液粘度等因素以及溶液中其他潛在競爭化學物質，都可能影響吸附能力、速率和解吸參數。
該混合物被投入到標準實驗室行星式球或粉末冶金中使用的那種類型的磨碎機中。例如，該磨可具有6mm直徑的球。加入適量液體，如乙醇，以便潤滑?；旌衔镅心?～12h，或者研磨一段能產生上面所描述的的顆粒所需要的時間。視所使用的磨的類型而定，磨的速度可介于約100rpm～約1000rpm(典型值為約300rpm)。
鐵∶陶瓷混合物聯合變形之后，顆粒從磨中取出并與研磨球分開，例如通過粗濾器。該顆粒可再懸浮在乙醇中并進行均化，以便使顆粒彼此分開。趕出乙醇，例如通過旋轉蒸發，隨后進行真空干燥。任何合適的干燥技術均可使用。顆粒在操作時應受到防氧化保護，例如在氮氣環境中進行。
干燥后，顆粒應根據合適的大小進行收集。例如，該顆粒可通過20μm篩，并收集在空氣旋風分離器中，以除掉大于20μm的顆粒。旋風分離器只收集一定尺寸和密度的顆粒，從而提供一種除掉細小和疏松陶瓷的方法。過篩后的顆?？稍诘獨獗Ｗo下包裝并貯存在室溫。
顆粒可再細等分為劑量單位，例如50～500mg每劑，并可，例如進一步覆蓋以氮氣。各個劑量單位可以密封起來，例如用丁基橡膠塞子和鋁crimps。然后，這些劑量單位采用適當消毒技術進行消毒，例如用2.5～4.0 Mrad的γ射線。其他消毒技術也可使用，例如干加熱和電子束消毒。
當準備使用，或者若打算在載體制備好時其上已吸附了預選的生物活性物質的話，則在包裝之前，約50mg～150mg(優選約75mg～約100mg，以便絕對保證最大吸附)生物活性物質的溶液形式被加入到1g載體中。當準備用于患者時，上述組合采用常規程序投入到生物相容液體如水或鹽水中成為懸浮體(例如，5～10ml)。
實施例1制造一種由硅膠和鐵組成的復合顆粒，并進行初步鑒定。鑒定包括顆粒粒度分析(光散射技術)、表面積、孔尺寸分析、掃描電鏡術和阿霉素的結合。試驗結果表明，95％的終產品具有的顆粒小于1.11μm，并且平均(按體積)直徑為0.92μm。表面積分析結果顯示，鐵-硅膠復合物的總表面積為48m2/g；總孔體積為0.19cc/g。SEM照片揭示由鐵和硅膠成分組成的不連續顆粒(圖1和2)。初步阿霉素結合試驗(圖4)顯示結合(Q)與未結合(C)阿霉素濃度之間的關系。 實施例2制造一種由二氧化硅-C18和鐵組成的復合顆粒，并進行初步鑒定。鑒定包括顆粒粒度分析(光散射技術)和阿霉素的結合。試驗結果表明，95％的終產品具有的顆粒小于1.60μm，并且平均(按體積)直徑為1.58μm。初步阿霉素結合試驗(圖5)顯示結合(Q)與未結合(C)阿霉素濃度之間存在線性關系。
實施例3為了結合生物活性物質以達到定向遞送，首先對藥劑的結構進行評估。例如，紫杉醇，包含三個-OH基團和三個苯環。利用表1中的信息，將試圖利用那些衍生物來結合苯環和-OH基團。一線二氧化硅衍生物將包括裸二氧化硅、C8和C18。線衍生物將包括苯基、C1、C2、C4和C6。另外的二氧化硅衍生物將根據這些實驗結果來檢驗。這些衍生物可由本領域技術人員輕易地確定。腫瘤藥劑與本發明顆粒配合尤其有用。其他有用的腫瘤藥劑的例子例舉在表2中。
表1藥劑的官能特征與硅衍生物的例子
表2腫瘤疾病使用的藥劑
實施例4通過阿霉素結合試驗確定羥基磷灰石顆粒和鐵-羥基磷灰石復合顆粒的的吸附能力。根據在幾種濃度下阿霉素結合數據確定了朗繆爾等溫線，并由等溫線斜率的倒數計算出總藥物承載能力。圖12顯示鐵-羥基磷灰石復合顆粒的等溫線，顆粒的總能力是每毫克顆粒33μg阿霉素。圖13顯示單獨的羥基磷灰石的等溫線，其結合能力是每毫克顆粒53μg阿霉素。羥基磷灰石與鐵-羥基磷灰石復合材料之間的藥物結合能力差異是由于這些樣品中組成的差異所致本實施例的復合材料具有約25wt％羥基磷灰石。
朗繆爾等溫線 實施例5鐵-羥基磷灰石復合顆粒通過將顆粒浸泡在藥物濃水溶液中而加載上阿霉素。解吸曲線是在半-動態試驗中，通過測定在37℃的等分人體血漿樣品中孵育后的顆粒所釋放的阿霉素數量來確定的。圖14顯示，作為時間的函數，藥物由微顆粒上有效地釋放出來。
解吸量vs.時間1999年7月27日 實施例6
鐵-羥基磷灰石微顆粒與銦111一起在37℃PBS(磷酸緩沖鹽水)中、1400rpm條件下孵育30min。通過孵育中放射性的大小與以PBS洗滌兩遍之后結合的放射性的比較，確定標記效率。圖15中的插圖顯示獲得的標記效率，經過兩次洗滌之后它大約為60％。標記的顆粒的穩定性在37℃的PBS和人體血漿中都做了試驗。比較每一時刻樣品的總活性與上清液中的活性。12日后，PBS中的鐵-羥基磷灰石微顆粒保持了95％以上的銦111；血漿中的顆粒的穩定性則為約90％。這些結果證明，微顆粒容易用銦陽離子標記，并且標記物在人體血漿中非常穩定。 實施例7重復前面的試驗，但采用銦絡合物代替銦鹽。通過熟知的方法制備以后，銦-111-羥喹啉絡合物被用于孵化步驟中。按上面所述確定效率和穩定性，結果見圖16。第二遍洗滌后的標記效率增加到超過90％。該銦-羥喹啉標記的微顆粒的穩定性非常接近直接標記，其中在PBS中12日后保持結合的放射性是95％以上；而在血漿中12日后仍舊保持結合的放射性為約90％。因此，銦絡合物也可以非常穩定的方式直接標記到顆粒上。
權利要求
1.一種包含顆粒的磁響應組合物，該顆粒包括鐵和陶瓷或其衍生物，其中陶瓷鐵的比例介于約1％～95％陶瓷5％～99％鐵，其中每個顆粒的直徑為約0.1～10.0μm。
2.權利要求1的組合物，其中陶瓷包括二氧化硅。
3.權利要求2的組合物，其中二氧化硅是大孔硅膠，具有約2～約500的孔。
4.權利要求2的組合物，其中二氧化硅用十八烷基硅烷進行衍生化，具有約2?！?00的孔。
5.權利要求1的組合物，其中陶瓷是羥基磷灰石。
6.權利要求5的組合物，其中羥基磷灰石具有約250～約1200的孔。
7.權利要求1的組合物，其中生物活性劑選自化療劑、放射性同位素、遺傳物質、造影劑、染料及其衍生物或組合。
8.一種用于向患者體內部位給予生物活性物質的試劑盒，它包含單位劑量鐵陶瓷，其中每個顆粒包含約99∶1～5∶95比例的鐵與陶瓷。
9. 一種用于向患者體內部位給予生物活性物質的試劑盒，它包含一種容器，該容器包含a)單位劑量干鐵陶瓷顆粒，每個顆粒包括約99∶1～5∶95比例的鐵與陶瓷；以及b)一種或多種干賦形劑。
10.一種用于向患者體內部位給予生物活性物質的試劑盒，它包含a)第一容器，包含單位劑量鐵陶瓷顆粒，每個顆粒包含約99∶1～5∶95比例的鐵與陶瓷；以及b)第二容器，包含含有一種或多種賦形劑的水溶液。
11.權利要求8、9或10的試劑盒，其中賦形劑包括生物相容聚合物，它在顆粒與水溶液結合后起穩定作用。
12.權利要求8、9或10的試劑盒，其中賦形劑包括甘露醇、山梨醇、羧甲基纖維素鈉、聚乙烯基吡咯烷酮或其組合。
13.權利要求8、9或10的試劑盒，其中該試劑盒內含物與一種商業上制備的生物活性物質配方相結合。
14.權利要求10的試劑盒，其中水溶液包含至少一種緩沖劑。
15.權利要求8、9或10的試劑盒，其中單位劑量鐵陶瓷顆粒預先采用γ射線、干加熱或電子束進行消毒。
16.權利要求10的試劑盒，其中包含賦形劑的水溶液采用高壓釜進行消毒。
17.一種消毒包含鐵-二氧化硅顆粒的組合物的方法，包括采用γ射線。
18.一種生物活性劑的定位體內遞送方法，它包括a)將生物活性劑吸附到含鐵和陶瓷的磁響應載體組合物上；b)將吸附了生物活性劑的載體注射到患者體內；以及c)在患者體外并鄰近所要求的部位建立起磁場，其中磁場的強度足以引導一部分載體并將其保持在該部位。
19.權利要求18的方法，其中注射步驟是經動脈內實施的。
20.權利要求18的方法，其中所要求的部位是腫瘤。
21.權利要求18的方法，其中生物活性劑選自診斷劑、治療劑、雙功能劑及其組合。
全文摘要
本發明涉及包含鐵－陶瓷顆粒，用于攜帶體內醫學診斷和/或治療物質的磁響應組合物用于。該顆粒通過鐵與陶瓷粉末的聯合變形制成。診斷或治療物質可吸附在其上。該顆?？赏ㄟ^鐵與陶瓷粉末的混合物的機械研磨生產。
文檔編號G01N33/551GK1420787SQ00817379
公開日2003年5月28日 申請日期2000年10月13日 優先權日1999年10月18日
發明者S·R·拉奇, T·L·庫爾茨, G·H·塔波爾斯基, Y·李 申請人:費克斯公司
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
