[发明专利]具有至少两层包壳的含氧化铁芯的纳米级颗粒

说明书

本发明涉及纳米级颗粒，它具有含氧化铁、铁、亚铁或(优选)超顺磁性的芯和至少两层包裹所述芯的外壳。所述颗粒可用于药物，尤其是用于通过高温的肿瘤治疗中。

一般认为与其良性的相应物相比较，大多数肿瘤的转化细胞(癌细胞)都具有较高的吞噬活性。其原因被认为是进入相邻组织的侵入活性和与此有关的溶解酶的细胞排粒作用以及所述转化细胞的较高代谢活性。在争取更迅速的细胞增生的过程中，癌细胞进行仅分化而由此损失其向正常信号转导路径的部分特异性，并通常朝向横跨膜的过程。最近对这种变化通过例如细胞表面的重要细胞的粘附蛋白和糖蛋白的丧失/突变而有所认识，同时认为这种变化还是恶性细胞无控生长前提中之一。因此已知类似的巨噬细胞、癌细胞掺入正常细胞或其他细胞碎片的片段中并且能内生性地将它们转化成为溶酶体内的可利用营养物。通过在肿瘤细胞内内吞作用过程启动的信号识别在原理上尚不清楚。然而，根据对病灶内(intralesionally)使用颗粒悬浮体的体内研究，可以推断在组织内的分布和掺入肿瘤细胞主要依赖于颗粒的尺寸和电荷。在定向研究中本发明的发明者们观察到以中性的到负性电荷的颗粒形式在肿瘤组织(例如乳房癌的组织)内分布进入组织(微细管、隔膜、小叶)的胞间质空间是非常高的。若这种颗粒的分布能通过热而得到促进，则均匀分布的过程能显著地提高。可以假设由中性到负性电荷颗粒与胞外受体分子和细胞膜扩区(glycokalyx)仅能微弱地相互作用。对其解释是细胞表面上的负电荷离子通道和整合蛋白经常很多。几乎总是输入既起信号转导作用(例如在Ca⁺⁺的情况下)又起维持渗透平衡作用(例如Na⁺、K⁺)的正电荷离子。经胞外颗粒的带正电荷的基因可进行很多的非特异性掺入，因为在这种情况下细胞在大多数情况下都能输入可利用的生物分子。此外产生生命的糖也能被识别和输入，由于反分化的受体分子使所述输入就肿瘤细胞而言不太特异。由于肿瘤组织的较高的代谢活性和经常存在缺少氧供应，所以肿瘤细胞必须再进行厌氧的糖酵解，使其程度较正常的细胞高得多，另外还部分因乳酸的积累而导致肿瘤环境的过度酸化。然而，其另一个结果还在于，由于厌氧代谢途径的能量产率要低得多，所以肿瘤细胞要消耗掉更多的高能含量的底物，由此不得不向细胞输入大量的高能含量底物。由于细胞的内吞用作也像这样是一种能量消耗过程，所以肿瘤细胞是处在时间压力条件下，尽管通过较高速率输入更多的底物，但是由于后来几乎没有提供能量产量，所以吸收的物质能量等级低许多。另外，连续的分裂和合成过程消耗如此多的能量，以致在这种情况下，通常严格控制从周围环境吸收物质是不够的，所以造成大量细胞死亡。因此，明白了肿瘤细胞具有带有高的非特异性胞内吸收的残存的边，因为它比在高选择性吸收更少，更特异性元素的情况下，能从“原料”元素的消化中必定更迅速地获得更多能量。

通过在细胞培养物和实验肿瘤中的多次观察，本发明的发明者们已发现了带(高)正电荷的颗粒进入肿瘤细胞的胞内掺入速度比中性或表面带负电荷的对比颗粒，要高达1000倍。这一点有助于带正电荷粒子在细胞表面上对许多带负电荷而整合蛋白和受体的高亲和力。当短时期例如6-48小时观察时，就代谢和分裂而言更具活性的肿瘤细胞吸收这种颗粒的数量较正常细胞多得多，甚至在颗粒对正常细胞表面的亲合力相同时也一样。若另外考虑到肿瘤细胞吸收特异性较低，在细胞吸收方面就存在着明显的总差异，从理论上这差异可用于治疗目的。为此目的没有系统增强的必要，而仅仅是巧妙地使用用于颗粒粘附到肿瘤细胞的细胞表面上的表面电荷。

具有最易实现外部正电荷的颗粒在数秒钟内能与细胞静电地结合并且在肿瘤细胞的情况下，颗粒在2-6小时内也能内在化，其量要仅使(纳米)颗粒紧密的细胞球的胞内部分通过外部交流磁场在体内加热(到45-47℃)并失活。但是，发现在体内这种(高)正电荷颗粒在组织内分布非常差。与此对照，中性或负电性颗粒在组织内的分布要好得多但输入细胞却欠佳并且主要被RES转移掉。例如在葡聚糖涂覆磁铁矿型颗粒方面的研究已经表明，葡聚糖能内生地降解并由此阻止肿瘤细胞内的最佳能量吸收。此外，本发明的发明者们还发现即使磁铁矿型颗粒具有正电荷的涂层(例如基于氧基硅烷)也不会内生降解，它们在组织内显示的分布很差。因此，要求具有有用的颗粒，这种颗粒是结合刚才提到的两种(磁铁矿型)颗粒的性能，即，一方面在肿瘤组织内表明非常好的分布，另一方面还能通过肿瘤细胞很好的掺入。