基于二氧化硅的荧光纳米颗粒制造技术

本发明专利技术提供了可以用于准确检测、表征、监测和治疗诸如癌症的疾病的基于二氧化硅的荧光纳米颗粒。所述纳米颗粒的直径的范围为约0.1nm至约100nm。所述纳米颗粒具有位于其内的荧光化合物，并且具有比游离荧光化合物高的亮度和荧光量子产率。所述纳米颗粒可以涂布有有机聚合物，例如聚乙二醇(PEG)。所述纳米颗粒可进一步轭合配体，该配体能够与特定细胞类型相关的细胞成分结合。可以使治疗剂与所述纳米颗粒连接。为了使所述纳米颗粒不仅可通过光学荧光成像检测而且可通过其他成像技术检测，可以使放射性核素/射电金属或顺磁性离子与所述纳米颗粒轭合。

【技术实现步骤摘要】
本申请为申请号为201080039307.2、申请日为2010年07月02日的专利技术名称为“基于二氧化硅的荧光纳米颗粒”的分案申请。相关申请的交叉引用本申请要求美国临时申请第61/222,851号(2009年7月2日提交)和第61/312,827号(2010年3月11日提交)的优先权。关于联邦资助下的研究或开发的声明本专利技术受NIH-NRRA，临床与转化科学中心基金；NSFSTC项目协议号ECS-9876771；ICMICP50CA86438；NIHSAIRP基金号R24CA83084；和NIH中心基金号P30CA08748的政府资助。
本专利技术涉及基于二氧化硅的荧光纳米颗粒和使用所述纳米颗粒检测、诊断或治疗诸如癌症的疾病的方法。
技术介绍
早期的肿瘤诊断和治疗选择对获得治疗上的成功和长期存活率至关重要。在早期，许多肿瘤都被定位并且能够通过手术治疗。然而，利用当前的成像技术常常难以呈现清晰可辨的肿瘤边缘。这造成数量不成比例的侵入性活组织检查。需要高特异性、分子靶向性探针，用于尽早检测出正常细胞和肿瘤细胞间的分子差异，例如受体表达水平的癌症特异性变化。当与高分辨成像技术结合时，特异性分子靶向探针极大地改善检测灵敏性，便于癌症的表征、监测和治疗。目前的荧光成像探针通常由单个常规的荧光团(例如有机染料、荧光蛋白)、荧光蛋白(例如GFP)和半导体量子点(Q-dot)组成。单个荧光团通常不稳定并且用于成像的亮度有限。与染料相似，荧光蛋白往往显示激发态相互作用，其可以导致随机闪烁、淬火和光致漂白。量子点通常由诸如Pb2+或Cd2+的重金属离子形成，并因此有毒。Burnsetal.“Fluorescentcore-shellsilicananoparticles:towards“LabonaParticle”architecturesfornanobiotechnology”,Chem.Soc.Rev.,2006,35,1028–1042。具有导电层和二氧化硅核的荧光纳米颗粒已为人所知并且在治疗剂的调节递送中有应用(美国专利号6,344,272和6,428,811)。现有荧光纳米颗粒的缺点是其亮度有限并且作为荧光探针在分散系统中的可检测性低。本专利技术基于多功能荧光二氧化硅的纳米颗粒具有优于其他荧光探针的许多优点。所述纳米颗粒无毒，并且具有用于分子诊断和治疗的优异的光物理性质(包括荧光效率和耐光性)、高生物相容性和独特的药物代谢动力学。所述纳米颗粒的尺寸相对小，并且具有产生优异的肾清除率的表面PEG涂层。本专利技术的荧光纳米颗粒包含荧光核和二氧化硅壳。所述纳米颗粒的核-壳结构、大的表面积和不同的表面化学可以同时向靶细胞递送多个功能性。例如，可以利用靶向部分、医学成像用造影剂、治疗剂或其他试剂使所述纳米颗粒功能化。所述纳米颗粒表面上的靶向部分可以为肿瘤配体，该肿瘤配体在与轭合有纳米颗粒的治疗剂结合时使纳米颗粒成为用于靶向并潜在地治疗癌症的理想载体。Websteretal.Opticalcalciumsensors:developmentofagenericmethodfortheirintroductiontothecellusingconjugatedcellpenetratingpeptides.Analyst,2005；130:163-70。所述基于二氧化硅的纳米颗粒可以标记有用于PET、SPECT、CT、MRI和光学成像的造影剂。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供基于二氧化硅的荧光纳米颗粒，所述纳米颗粒包含：基于二氧化硅的核，所述核具有位于其内的荧光化合物；包围至少一部分所述核的二氧化硅壳；与所述纳米颗粒连接的有机聚合物；约1至约20个与所述纳米颗粒连接的配体；和与所述纳米颗粒连接的造影剂或螯合剂。所述纳米颗粒的直径为约1nm至约25nm，或约1nm至约8nm。所述可以与纳米颗粒连接的有机聚合物包括聚乙二醇(PEG)、聚乳酸酯、聚乳酸、糖、脂、聚谷氨酸(PGA)、聚乙醇酸、聚(乳酸-乙醇酸)共聚物(PLGA)、聚乙酸乙烯酯(PVA)或它们的组合。所述配体能够结合至少一个细胞成分，例如肿瘤标志物。与所述纳米颗粒连接的所述配体的数量可以为约1至约10个。所述配体的实例包括肽、蛋白、生物聚合物、合成的聚合物、抗原、抗体、微生物、病毒、受体、半抗原、酶、激素、化合物、病原体、毒素、表面改性剂或它们的组合。诸如三肽RGD、环肽cRGD、奥曲肽(octreotate)、EPPT1和α-MSH的肽类似物的肽也包含在本专利技术中。包含RGD序列的任何线性、环形或支链肽也在本专利技术的范围内。诸如包括89Zr、64Cu、68Ga、86Y、124I和177Lu在内的放射性核素的造影剂可以与本专利技术的纳米颗粒连接。或者，所述纳米颗粒与适于结合放射性核素的螯合剂(例如DFO、DOTA、TETA和DTPA)连接。可以通过正电子发射断层显像(PET)、单光子发射计算机断层显像(SPECT)、计算机断层显像(CT)、磁共振成像(MRI)、光学成像(例如包括近红外荧光(NIRF)成像在内的荧光成像)、生物发光成像或它们的组合检测本专利技术的纳米颗粒。可以使治疗剂与纳米颗粒连接。所述治疗剂包括抗生素，抗菌素，抗增殖剂，抗肿瘤剂，抗氧化剂，内皮细胞生长因子，凝血酶抑制剂，免疫抑制剂，抗血小板聚集剂，胶原蛋白合成抑制剂，治疗性抗体，一氧化氮供体，反义寡核苷酸，伤口愈合剂，治疗性基因转移构建体，细胞外基质成分，血管扩张剂，溶栓剂，抗代谢物，生长因子激动剂，抗有丝分裂剂，他汀类，类固醇，类固醇和非类固醇抗炎剂，血管紧张素转换酶(ACE)抑制剂，自由基清除剂，PPAR-γ激动剂，小干扰RNA(siRNA)，微RNA和抗癌化疗剂。本专利技术包括的治疗剂还包括放射性核素，例如90Y、131I和177Lu。所述治疗剂可以具有放射性标记，例如通过结合放射性氟18F而进行标记。在向受试者施用纳米颗粒后，纳米颗粒的血液停留半衰期可以为约2小时至约25小时，约3小时至约15小时，或约4小时至约10小时。在向受试者施用纳米颗粒后，纳米颗粒的肿瘤停留半衰期可以为约5小时至约5天，约10小时至约4天，或者约15小时至约3.5天。在向受试者施用纳米颗粒后，纳米颗粒的肿瘤停留半衰期与血液停留半衰期之比可以为约2至约30，约3至约20，或者约4至约15。在向受试者施用纳米颗粒后，纳米颗粒的肾清除率可以在约24小时后为约10％ID(起始剂量)至约100％ID，在约24小时后为约30％ID至约80％ID，在约24小时后为约40％ID至约70％ID。在一个实施方式中，在向受试者施用纳米颗粒后，纳米颗粒的血液停留半衰期为约2小时至约25小时，纳米颗粒的肿瘤停留半衰期可以为约5小时至约5天，纳米颗粒的肾清除率在约24小时后为约30％ID至约80％ID。当将施用量约为100倍人剂量当量的纳米颗粒施用于受试者时，在约10至约14天内在受试者中基本没有观察到贫血，体重降低，激动，呼吸加快，胃肠道功能紊乱(GIdisturbance)，行为异常，神经功能障碍，血液异常，临床化学异常，器官病理学上与药物相关的病变，死亡，或它们的组合。纳米颗粒的多价提高(multivalencyenhancement)可以为约2倍至本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于检测细胞成分的方法，所述方法包括以下步骤：使所述细胞与基于二氧化硅的荧光纳米颗粒接触，所述纳米颗粒包含：基于二氧化硅的核，所述核包含位于其内的荧光化合物；包围至少一部分所述核的二氧化硅壳；与所述纳米颗粒连接的有机聚合物；与所述纳米颗粒连接的约1至约20个配体；与所述纳米颗粒连接的造影剂或螯合剂；和通过至少一种成像技术监测所述纳米颗粒与细胞或细胞成分的结合。

【技术特征摘要】
2009.07.02 US 61/222,851;2010.03.11 US 61/312,8271.用于检测细胞成分的方法，所述方法包括以下步骤：使所述细胞与基于二氧化硅的荧光纳米颗粒接触，所述纳米颗粒包含：基于二氧化硅的核，所述核包含位于其内的荧光化合物；包围至少一部分所述核的二氧化硅壳；与所述纳米颗粒连接的有机聚合物；与所述纳米颗粒连接的约1至约20个配体；与所述纳米颗粒连接的造影剂或螯合剂；和通过至少一种成像技术监测所述纳米颗粒与细胞或细胞成分的结合。2.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：米歇尔·布拉德伯里，乌尔里希·威斯纳，欧拉·佩尼亚特·梅金娜，霍斯文·欧，安德鲁·伯恩斯，贾森·刘易斯，史蒂文·拉森，
申请(专利权)人：斯隆凯特林癌症研究院，康奈尔大学，
类型：发明
国别省市：美国;US