BRPI0923859B1 - Composição de agente de diagnóstico, e, método para a produção das nanopartículas - Google Patents

Abstract

nanopartícula, composição, métodos para a produção das nanopartículas e de uso, e, uso de nanopartículas. são apresentadas nanopartículas (10) funcionalizadas com pelo menos um radical zuiteriônico, e composições constituídas pelas referidas nanopartículas. as nanopartículas (10) têm características que resultam em retenção mínima das partículas no corpo, comparado com outras nanopartículas. a nanopartícula (10) é composto por um núcleo (20), tendo uma superfície do núcleo (30) essencialmente isenta de sílica,e um invólucro (40) ligado na superfície do núcleo (30). o invólucro (40) é constituído pelo menos por um radical zuiteriônico funcionalizado por silano. além disso, são apresentados métodos de produção das referidas nanopartículas e métodos para a sua utilização como agentes de diagnóstico.

Description

ANTECEDENTES

Este pedido refere-se genericamente a agentes de contraste para a formação de imagem de diagnóstico, tais como para uso em raios X/Tomografia Computadorizada (CT) ou Ressonância Magnética de Imagem (MRI). Mais especialmente, a solicitação refere-se a agentes de contraste com base em nanopartículas, e a métodos para a produção e utilização de tais agentes.

Quase todos os agentes de contraste e de diagnóstico aprovados clinicamente são baseados em moléculas pequenas. Os compostos aromáticos iodizados têm servido como agentes de contraste standard para raios-X ou CT, enquanto que os quelatos-Gd são usados para Ressonância Magnética de Imagem. Apesar de serem utilizados comumente para imagens de diagnóstico, os agentes de contraste de moléculas pequenas poderão sofrer certas desvantagens, tais como o vazamento através das paredes dos vasos sanguíneos, levando a um tempo curto de circulação no sangue, sensibilidade menor, viscosidade elevada e osmolaridade elevada. Estes compostos geralmente têm sido associados com complicações renais, em algumas populações de paciente. Esta classe de agentes de moléculas pequenas é conhecida como sendo liberada do corpo rapidamente, limitando o tempo durante o qual eles podem ser usados para obter-se efetivamente a imagem no sistema vascular, assim como, em relação a outras indicações, tornando difícil direcionar estes agentes para os locais da doença. Assim sendo, existe a necessidade por uma nova classe de agentes de contraste.

As nanopartículas estão sendo largamente estudadas para usos em aplicações médicas, tanto de diagnóstico como terapêuticas. Embora somente poucos agentes com base em nanopartículas tenham sido clinicamente aprovados para aplicações de obtenção de imagens por

Ressonância Magnética e para aplicações de administração de fármacos, centenas de tais agentes ainda estão sendo desenvolvidos. Existe uma evidência substancial de que as nanopartículas apresentam benefícios em relação aos agentes com base em moléculas pequenas atualmente utilizados, em termos de eficácia para diagnóstico e terapias. No entanto, o efeito do tamanho da partícula, estrutura, e propriedades de superfície sobre a bio- distribuição in vivo e para o descarte de agentes de nanopartículas não é bem entendido. As nanopartículas, dependendo do seu tamanho, tendem a permanecer no corpo por períodos maiores, comparado com as moléculas pequenas. No caso de agentes de contraste, é preferível ter-se uma eliminação renal máxima do corpo, dos agentes, sem provocar toxidez a curto prazo ou a longo prazo em qualquer órgão.

Em vista do acima, existe a necessidade por agentes de contraste com base em nanopartículas ou agentes de formação de imagem com propriedades melhoradas, especialmente relacionadas com a eliminação renal e os efeitos de toxidez.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

A invenção atual apresenta uma nova classe de agentes de contraste de nanopartículas para raios-X ,CT e MRI. Os inventores atuais descobriram que as nanopartículas funcionalizadas com grupos zuiteriônicos, com surpresa, melhoraram as características de formação das imagens, em comparação com os agentes de contraste de moléculas pequenas. As nanopartículas da invenção atual têm características que resultam em retenção mínima das partículas no corpo, comparado com outras nanopartículas. Estas nanopartículas poderão produzir um desempenho e benefícios melhorados em uma ou mais das seguintes áreas: síntese robusta, custo reduzido, melhoria de contraste da imagem, meia-vida aumentada no sangue, e toxidez reduzida.

A invenção atual é direcionada para nanopartículas e uma composição constituída pelas referidas nanopartículas. Além disso, a invenção é direcionada para um método de produção das referidas nanopartículas e a métodos para a sua utilização, assim como o seu próprio uso.

Assim sendo, um aspecto da invenção refere-se a uma nanopartícula. A nanopartícula é constituída por um núcleo, tendo uma superfície do núcleo essencialmente isenta de sílica, e um invólucro ligado na superfície do núcleo. O invólucro é composto pelo menos por um radical zuiteriônico funcionalizado por silano. Em uma realização, o núcleo é constituído por um metal de transição. Em outra realização, o núcleo é constituído por um composto de metal de transição escolhido do grupo que consiste de óxidos, carburetos, sulfetos, nitretos, fosfetos, boretos, halogenetos, selenidetos, teluridetos, ou combinações dos mesmos. Em uma realização, o núcleo é constituído por um metal com um número atômico igual ou maior que 34.

Em algumas realizações, a nanopartícula é constituída por um núcleo de óxido de tântalo, tendo uma superfície do núcleo essencialmente isenta de sílica, e um invólucro ligado na superfície do núcleo, onde o invólucro contém pelo menos um radical zuiteriônico funcionalizado por silano. A nanopartícula tem um tamanho médio de partícula de até cerca de 6 nm.

Em algumas outras realizações, a nanopartícula é constituída por um núcleo de óxido de ferro super-paramagnético, tendo uma superfície do núcleo essencialmente isenta de sílica, e um invólucro ligado na superfície do núcleo, onde o invólucro contém pelo menos um radical zuiteriônico funcionalizado por silano. A nanopartícula tem um tamanho médio de partícula de até cerca de 50 nm.

Em uma ou mais realizações, a invenção refere-se a uma composição de agente diagnóstico. A composição contém uma quantidade de nanopartículas, onde pelo menos uma nanopartícula da quantidade é constituída por um núcleo, tendo uma superfície do núcleo essencialmente isenta de sílica, e um invólucro ligado na superfície do núcleo. O invólucro contém pelo menos um radical zuiteriônico funcionalizado por silano. Em algumas realizações, a composição é ainda constituída por um veículo farmaceuticamente aceitável e opcionalmente, um ou mais excipientes.

Um aspecto da invenção refere-se a métodos para a produção de nanopartículas. O método é composto por (a) produção de um núcleo, tendo uma superfície do núcleo essencialmente isenta de sílica, e (b) a colocação de um invólucro ligado na superfície do núcleo, onde o invólucro contém um radical zuiteriônico funcionalizado por silano.

Outro aspecto da invenção é direcionado para um método composto pela administração de uma composição de agente diagnóstico a um indivíduo, e a confecção de imagem do indivíduo por um dispositivo de raios- X. A composição de agente diagnóstico é constituída por uma quantidade de nanopartículas, onde pelo menos uma nanopartícula da quantidade de nanopartículas é composta por um núcleo e um invólucro. O invólucro contém pelo menos um radical zuiteriônico funcionalizado por silano. Em uma ou mais realizações, o núcleo é composto por óxido de tântalo.

Em algumas realizações, o método é composto pela administração de uma composição de agente diagnóstico a um indivíduo, e a confecção de imagem do indivíduo com um dispositivo de diagnóstico. A composição de agente diagnóstico é composta por uma quantidade de nanopartículas. Pelo menos uma nanopartícula dessa quantidade contém um núcleo, tendo uma superfície do núcleo essencialmente isenta de sílica, e um invólucro ligado na superfície do núcleo. O invólucro contém pelo menos um radical zuiteriônico funcionalizado por silano.

Em uma ou mais realizações, o método de uso é ainda composto pelo controle da administração da composição do agente diagnóstico a um indivíduo, com um dispositivo diagnóstico, e a obtenção do diagnóstico do indivíduo. Em algumas realizações, o dispositivo diagnóstico utiliza um método de imagem escolhido do grupo que consiste de ressonância magnética de imagem, obtenção de imagem ótica, tomografia de coerência ótica, raios-X, tomografia computadorizada, tomografia de emissão de positrons, ou combinações dos mesmos.

Outro aspecto da invenção refere-se ao uso das nanopartículas 10 descritas anteriormente para a fabricação de uma composição para uso como uma composição de agente diagnóstico.

DESENHOS

Estas e outras características, aspectos e vantagens da invenção atual ficarão melhor entendidos quando for lida a seguinte descrição detalhada, com referência aos desenhos anexos, nos quais caracteres semelhantes representam partes semelhantes em todos os desenhos, onde:

A figura 1 detalha uma vista de seção em corte de uma nanopartícula constituída por um núcleo e um invólucro, de acordo com algumas realizações da invenção atual.

A figura 2 descreve ácidos orgânicos e bases orgânicas a partir dos quais poderão ser formados grupos funcionais zuiteriônicos.

As figuras 3A, 3B, 3C e 3D descrevem radicais zuiteriônicos fiincionalizados por silano, que poderão reagir com o núcleo para produzir um invólucro composto por radicais zuiteriônicos funcionais de silano.

DESCRIÇÃO DETALHADA

A seguinte descrição detalhada é um exemplo e não se destina a limitar a invenção da solicitação ou o uso da invenção. Além disso, não há nenhuma intenção de sermos limitados por qualquer teoria apresentada no resumo anterior da invenção, ou na seguinte descrição detalhada.

Na especificação que se segue e nas reivindicações que se seguem, será feita referência a uma quantidade de termos tendo os seguintes significados. As formas singular "um", "uma" e "o" incluem os equivalentes no plural, a não ser que o contexto diga claramente de outra forma. Uma linguagem aproximada, conforme usado em toda a especificação e nas reivindicações, poderá ser utilizada para modificar qualquer representação quantitativa que poderia variar permissivamente, sem resultar em uma alteração na função básica para a qual ela é relacionada. Assim sendo, um valor modificado por um termo ou frase, como "em tomo de" não deve ser limitado ao valor exato especificado. Em alguns casos, a linguagem aproximada poderá corresponder à precisão de um instrumento para a medição do valor. Da mesma forma, "isento" poderá ser utilizado em combinação com um termo, e poderá incluir um número não substancial, ou quantidades em traços, ao mesmo tempo sendo ainda considerado isento do termo modificado. Por exemplo, isento de solvente ou livre de solvente, e termos e frases equivalentes, poderá referir-se a uma situação na qual uma porção significativa, partes, ou todo o solvente foi removido de um material em solução.

Uma ou mais realizações da invenção são relacionadas com uma nanopartícula, conforme descrito na figura 1. A nanopartícula 10 é constituída por um núcleo 20, tendo uma superfície do núcleo 30 essencialmente isenta de sílica. Em uma ou mais realizações, o núcleo 20 contém um metal de transição, por exemplo, um composto de um elemento de metal de transição. A nanopartícula 10 inclui ainda um invólucro 40, também referido como revestimento, ligado na superfície do núcleo 30. O invólucro 40 contém pelo menos um radical zuiteriônico funcionalizado por silano. Como a superfície do núcleo 30 é essencialmente isenta de sílica, os radicais zuiteriônicos funcionalizados por silano não são ligados a sílica, mas são ligados no núcleo 20 na superfície do núcleo 30 sem nenhuma camada intermediária de sílica. O radical zuiteriônico e funcionalizado por silano é constituído por um radical de silano e um radical zuiteriônico. Conforme usado aqui, o termo "radical zuiteriônicos"refere-se a um radical que é eletricamente neutro, mas contém cargas formais positivas e negativas em átomos diferentes. Os zuiteriônicos são polares e usualmente têm uma alta solubilidade em água e uma solubilidade pobre na maioria dos solventes orgânicos. Em algumas realizações, o "radical zuiteriônico"refere-se a um precursor de radical zuiteriônico. Em tais realizações, o precursor sofre uma reação química secundária ou subseqüente para formar um radical zuiteriônico.

"Nanopartícula", conforme usado aqui, refere-se a partículas tendo um tamanho de partícula na escala de nanômetros, geralmente menor do que 1 micrômetro. Em uma realização, a nanopartícula tem um tamanho de partícula de até cerca de 50 nm. Em outra realização, a nanopartícula tem um tamanho de partícula de até cerca de 10 nm. Em outra realização, a nanopartícula tem um tamanho de partícula de até cerca de 6 nm.

Uma ou mais realizações da invenção atual são relacionadas com uma composição constituída por uma quantidade de nanopartículas. A quantidade de nanopartículas poderá ser caracterizada por um ou mais tamanhos médios de partícula, diâmetro ou tamanho da partícula médios, distribuição de tamanho de partícula, área superficial média da partícula, formato da partícula, ou geometria da seção em corte da partícula. Além disso, a quantidade de nanopartículas poderá ter uma distribuição de tamanho de partícula que poderia ser caracterizado por ambos, o tamanho médio numérico e o tamanho médio ponderai de partícula. O tamanho médio numérico de partícula poderá ser representado por SN=Z(s1nj)/ Zn,-, onde n, é o número de partículas tendo um tamanho de partícula Sj. O tamanho médio ponderai de partícula poderá ser representado por Sw=E(Sini2)/E(Sjnj). Quando todas as partículas têm o mesmo tamanho, SN e Sw poderão ser iguais. Em uma realização, poderá haver uma distribuição de tamanhos, e SN poderá ser diferente de Sw. A relação entre a média ponderai e a média numérica poderá ser definida como o índice de polidispersão (SPDi). Em uma realização, o SPDI poderá ser igual a cerca de 1. Em outras realizações, respectivamente, o SPDI poderá estar em uma faixa de cerca de 1 a cerca de 1,2, cerca de 1,2 a cerca de 1,4, cerca de 1,4 a cerca de 1,6, ou cerca de 1,6 a cerca de 2,0. Em uma realização, o SPDi poderá estar em uma faixa que é maior do que cerca de 2,0.

Em uma realização, a quantidade de nanopartículas poderá ter uma distribuição de tamanho de partícula escolhido do grupo que consiste de distribuição normal, distribuição monomodal, e distribuição bimodal. Certas distribuições de tamanho de partícula poderão ser úteis para a produção de certos benefícios. Uma distribuição monomodal poderá referir-se a uma distribuição de tamanhos de partícula distribuídos aproximadamente de um só modo. Em outra realização, quantidades de partículas tendo duas faixas distintas de tamanho de sub-população (uma distribuição bimodal) poderão ser incluídas na composição.

Uma nanopartícula poderá ter uma variedade de formatos e geometrias de seção em corte que poderão depender, em parte, do processo usado para produzir as partículas. Em uma realização, uma nanopartícula poderá ter um formato que é uma esfera, uma haste, um tubo, um floco, uma fibra, uma placa, um arame, um cubo, ou uma isca. Uma nanopartícula poderá incluir partículas tendo dois ou mais dos formatos mencionados anteriormente. Em uma realização, uma geometria de seção em corte da partícula poderá ser uma ou mais das seguintes: circular, elipsoidal, triangular, retangular, ou poligonal. Em uma realização, uma nanopartícula poderá consistir essencialmente de partículas não esféricas. Por exemplo, essas partículas poderão ter a forma de elipsóides, os quais poderão ter os três eixos principais com comprimentos diferentes, ou poderão ser elipsóides achatados ou pontiagudos de revolução. As nanopartículas não esféricas, altemativamente, poderão estar na forma laminar, onde laminar refere-se a partículas nas quais a dimensão máxima ao longo de um eixo é substancialmente menor do que a dimensão máxima ao longo de cada um dos outros dois eixos. As nanopartículas não esféricas poderão também ter o formato de pirâmides ou cones achatados, ou de hastes alongadas. Em uma realização, as nanopartículas poderão ter uma forma irregular. Em uma realização, a quantidade de nanopartículas poderá consistir essencialmente de nanopartículas esféricas.

A quantidade de nanopartículas poderá ter uma relação elevada entre a superfície e o volume. As nanopartículas poderão ser cristalinas ou amorfas. Em uma realização, poderá ser usado um só tipo de nanopartículas (tamanho, formato, e semelhante), ou poderão ser utilizadas misturas de tipos diferentes de nanopartículas. Se é utilizada uma mistura de nanopartículas, elas poderão ser distribuídas homogeneamente ou não homogeneamente na composição.

Em uma realização, a nanopartícula poderá ser estável em relação a formação de agregado ou aglomerado. Um agregado poderá incluir mais de uma nanopartícula em contato físico com a outra, enquanto os aglomerados poderão incluir mais de um agregado em contato físico com o outro. Em algumas realizações, as nanopartículas poderão não ser fortemente aglomeradas e/ou agregadas, de tal forma que as partículas poderão ser relativamente facilmente dispersadas na composição.

Em uma realização, o núcleo é composto por um metal de transição. Conforme usado aqui, "metal de transição" refere- se a elementos dos Grupos 3-12 da Tabela Periódica. Em certas realizações, o núcleo é composto por um ou mais compostos de metal de transição, tais como óxidos, carburetos, sulfetos, nitretos, fosfetos, boretos, halogenetos, selenetos, e teluretos, que contêm um ou mais destes elementos de metal de transição. Assim sendo, nesta descrição, o termo "metal" não necessariamente significa que está presente um metal com valência zero; ao contrário, o uso deste termo significa a presença de um material metálico ou não metálico que contém um elemento de metal de transição como constituinte.

Em algumas realizações, a nanopartícula poderá conter um só núcleo. Em algumas outras realizações, a nanopartícula poderá ser constituída por uma quantidade de núcleos. Em realizações onde a nanopartícula contém uma quantidade de núcleos, os núcleos poderão ser o mesmo ou diferente. Em algumas realizações, cada uma das composições de nanopartícula contém somente um núcleo.

Em algumas realizações, o núcleo é constituído por um só composto de metal de transição. Em outra realização, o núcleo é constituído por dois ou mais compostos de metal de transição. Em realizações onde o núcleo é constituído por dois ou mais compostos de metal de transição, o elemento de metal de transição ou o cátion de metal de transição poderá ser o mesmo elemento ou dois ou mais elementos diferentes. Por exemplo, em uma realização, o núcleo poderá ser constituído por um só composto metálico, como o óxido de tântalo ou óxido de ferro. Em outra realização, o núcleo poderá ser constituído por dois ou mais elementos de metal diferente, por exemplo, óxido de tântalo e óxido de ráfhio ou óxido de tântalo e nitreto de ráfnio, ou óxidos de ferro e de manganês. Em outra realização, o núcleo poderá ser constituído por dois ou mais compostos do mesmo elemento metálico, por exemplo, óxido de tântalo e sulfeto de tântalo.

Em uma realização, o núcleo cria um aumento de contraste no raios-X ou na confecção de imagem por tomografia computadorizada (CT). Um "scanner " de CT utiliza um espectro amplo de energia de raios X, entre cerca de 10 keV e cerca de 150 keV. Aqueles adestrados na arte reconhecerão que a quantidade de atenuação de raios X que passa através de um material específico por unidade de comprimento é expressa como o coeficiente de atenuação linear. Em um espectro de energia de raios-X que é típico em confecção de imagem CT, a atenuação de materiais é dominada pelo efeito de absorção fotoelétrica e o efeito de dispersão Compton. Além disso, o coeficiente de atenuação linear é bem conhecido como sendo uma função da energia do raios-X incidente, a densidade do material (relacionada com a concentração molar), e o número atômico (Z) do material. Para compostos moleculares ou misturas de átomos diferentes, o "número atômico efetivo", Zeff, pode ser calculado como uma função do número atômico dos elementos constituintes. O número atômico efetivo de um composto de fórmula química conhecida, é determinado pela relação:

(Eq. 1) onde Zk é o número atômico dos elementos metálicos, P é a quantidade total de elementos metálicos, e Wfk é a fração em peso de elementos metálicos com relação ao peso molecular total da molécula (relacionado com a concentração molar). A escolha ótima da energia de raios- X incidente para a formação de imagem CT é uma função do tamanho do objeto cuja imagem deverá ser confeccionada e não se espera que varie muito dos valores nominais. Também é bem conhecido que o coeficiente de atenuação linear do material de agente de contraste é linearmente dependente da densidade do material, i.e., o coeficiente de atenuação linear pode ser aumentado se a densidade do material é aumentada, ou se a concentração molar do material de contraste é aumentada. No entanto, os aspectos práticos de se injetar o material agente de contraste em pacientes, e os efeitos de toxidez associados, limitam a concentração molar que pode ser obtida. Assim sendo, é razoável separar-se os materiais de agente de contraste em potencial de acordo com o seu número atômico efetivo. Com base em formulações do aumento de contraste CT de materiais típicos para um espectro típico de energia CT, com uma concentração molar de aproximadamente 50 mM, estima-se que materiais com um número atômico efetivo maior do que ou igual a 34 poderão produzir um aumento de contraste apropriado, em tomo de 30 unidades Hounsfield (HU), ou um contraste 3% maior do que a água. Assim sendo, em certas realizações, o núcleo é constituído por material tendo um número atômico efetivo maior do que ou igual a 34.

Ver, por exemplo, o capítulo 1 do "Handbook of Medical Imaging, volume 1. Physics and Psychophysics, Eds. J. Beutel, H. L. Kundel, R. L. Van Metter, SPIE Press, 2000”.

Um núcleo que contém metais de transição com número atômico relativamente elevado, conforme descrito acima, poderá apresentar realizações tendo certas de características desejáveis. Em tais realizações, o núcleo é substancialmente rádio-opaco, significando que o material do núcleo impede que uma radiação de raios-X significativamente menor passe através do material que é tipicamente encontrado em organismos vivos, dessa forma dando às partículas uma utilidade como agente de contraste em aplicações de formação de imagens por raios X, tais como tomografia computadorizada (CT). Exemplos de elementos de metal de transição que poderiam fornecer esta propriedade incluem tungsténio, tântalo, ráfhio, zircônio, molibdênio, prata, e zinco. Oxido de tântalo é um exemplo específico de uma composição de núcleo adequada para uso em aplicações de formação de imagens em raios- X. Em uma ou mais realizações, o núcleo da nanopartícula é constituído por óxido de tântalo e a nanopartícula tem um tamanho de partícula de até cerca de 6 nm. Esta realização poderá ser especialmente atraente para aplicações técnicas de formação de imagens que utilizam raios-X para gerar os dados da imagem, devido, por exemplo, ao alto grau de rádio- opacidade do núcleo que contém tântalo, e do tamanho pequeno que ajuda a liberação renal rápida.

Em algumas realizações, o núcleo da nanopartícula é constituído pelo menos por cerca de 30% de material de metal de transição, por peso. Em certas realizações, o núcleo é constituído pelo menos por cerca de 50% de material de metal de transição, por peso. Ainda em outras realizações, o núcleo é constituído pelo menos por cerca de 75% de material de metal de transição, por peso. O fato de ter um alto teor de material de metal de transição no núcleo faz com que a nanopartícula tenha um grau mais elevado de rádio- opacidade por unidade de volume, dessa forma tendo um desempenho mais eficiente como agente de contraste.

Em outra realização, o núcleo contém material que apresenta um comportamento magnético, incluindo, por exemplo, comportamento superparamagnético. O "material super- paramagnético" usado aqui refere-se ao material que poderia apresentar um comportamento semelhante ao paramagnetismo, mesmo quando em temperaturas abaixo da temperatura Curie ou Néel. Exemplos de materiais magnéticos ou superparamagnéticos em potencial, incluem materiais constituídos por um ou mais dos seguintes: ferro, manganês, cobre, cobalto, ou níquel. Em uma realização, o material superparamagnético é composto por óxido de ferro superparamagnético. Em algumas realizações, as nanopartículas da invenção atual poderão ser usadas como agentes de contraste de ressonância magnética (MR). Estas nanopartículas poderão produzir um sinal de ressonância magnética T2*, T2, ou TI com exposição a campo magnético. Em uma ou mais realizações, o núcleo de nanopartícula é composto por óxido de ferro superparamagnético e a nanopartícula tem um tamanho de partícula de até cerca de 50 nm.

Em uma realização, a nanopartícula 10 é composta por um invólucro 40 cobrindo substancialmente o núcleo 20. Este invólucro 40 poderá servir para estabilizar o núcleo 20, i.e., o invólucro 40 poderá evitar que um núcleo 20 entre em contato com um núcleo adjacente 20, dessa forma evitando que uma quantidade de tais nanopartículas 10 sejam agregadas ou aglomeradas conforme descrito aqui, ou evitando a lixiviação do metal ou óxido metálico, por exemplo, na escala de tempo das experiências de formação de imagens in-vivo. Em uma realização, o invólucro 40 poderá ter uma espessura suficiente para estabilizar o núcleo 20 e evitar esse contato. Em uma realização, o invólucro 40 tem uma espessura média de até cerca de 50 nm. Em outra realização, o invólucro 40 tem uma espessura média de até cerca de 3 nm.

Conforme usado aqui, o termo "cobrindo substancialmente "significa que a cobertura da superfície em percentagem da nanopartícula é maior do que cerca de 20%. A percentagem de cobertura da superfície se refere a relação entre a superfície da nanopartícula coberta pelo invólucro e a área da superfície não coberta pelo invólucro. Em algumas realizações, a percentagem de cobertura da superfície da nanopartícula poderá ser maior do que cerca de 40%.

Em algumas realizações, o invólucro poderá facilitar a solubilidade melhorada na água, que reduzir a formação de agregados, reduzir a formação de aglomerados, e evitar a oxidação da nanopartícula, manter a uniformidade da integridade núcleo-invólucro, ou fornecer bio- compatibilidade para as nanopartículas. Em outra realização, o material ou materiais que constituem o invólucro poderão ainda ser constituídos por outros materiais que são adequados para uma aplicação específica, como, mas não limitados a aplicações para diagnósticos. Por exemplo, em uma realização, a nanopartícula poderá ainda ser funcionalizada com um ligando de encaminhamento. O ligando de encaminhamento poderá ser uma molécula ou uma estrutura que executa o encaminhamento da nanopartícula para o órgão, tecido ou célula desejados. O ligando de encaminhamento poderá incluir, mas não é limitado a proteínas, peptídeos, anticorpos, ácidos nucleicos, derivados de açúcar, ou combinações dos mesmos. Em algumas realizações, a nanopartícula é ainda constituída por agentes de encaminhamento, de tal forma que quando são usadas, como agentes de contraste, as partículas podem ser encaminhadas para áreas específicas da doença do corpo do indivíduo. Em algumas realizações, as nanopartículas poderão ser usadas como agentes de ligação do sangue.

Os núcleos poderão ser cobertos com uma ou mais invólucros. Em algumas realizações, uma quantidade de núcleos poderá ser coberta com o mesmo invólucro. Em uma realização, um só invólucro poderá cobrir todos os núcleos presentes na composição de nanopartículas. Em algumas realizações, os núcleos individuais poderão ser cobertos com um ou mais invólucros. Em outra realização, todos os núcleos presentes na nanopartículas poderão ser cobertos com dois ou mais invólucros. Um invólucro individual poderá ser constituído pelo mesmo material, ou poderá ser constituído por dois ou mais materiais diferentes. Em realizações onde o núcleo poderá ser coberto com mais de um invólucro, o invólucro poderá ser do mesmo, ou de material diferente.

Em uma realização, o invólucro é constituído pelo menos por um radical zuiteriônico funcionalizado por silano, onde o radical zuiteriônico funcionalizado por silano contém um radical silano e um radical zuiteriônico. Em algumas realizações, o radical silano do invólucro zuiteriônico funcionalizado por silano é ligado diretamente no núcleo.

Em uma realização, o invólucro contém uma quantidade de radicais silano, onde pelo menos um dessa quantidade de radicais silanos é funcionalizado com pelo menos um radical zuiteriônico. Em algumas realizações, o invólucro é composto por radicais zuiteriônicos funcionalizados por silano e radicais não zuiteriônicos funcionalizados por silano. Em tais realizações, a relação entre os radicais zuiteriônicos funcionalizados por silano e os radicais não zuiteriônicos funcionalizados por silano é de cerca de 0,01 a 100. Em algumas outras realizações, a relação entre os radicais zuiteriônicos funcionalizados com silano e os radicais não zuiteriônicos funcionalizados com silano é de cerca de 0,1 a cerca de 20.

Em algumas realizações, o invólucro é composto por uma quantidade de radicais zuiteriônicos funcionalizados por silano. O termo "radicais zuiteriônicos funcionalizados por silano"refere-se a muitas circunstâncias de um radical silano específico, funcionalizado com pelo menos um radical zuiteriônico. Os radicais silano poderão ser o mesmo ou diferente. Em uma realização, cada núcleo é cercado por uma quantidade de radicais zuiteriônicos funcionalizados por silano, onde todos os radicais silano são do mesmo tipo. Em outra realização, cada núcleo é cercado por uma quantidade de radicais zuiteriônicos funcionalizados por silano, onde os radicais silano são de tipos diferentes. Em uma realização, cada um dos radicais silano da quantidade de silanos é funcionalizado com pelo menos um radical zuiteriônico. Em uma realização, pelo menos um da quantidade de radicais de silano é funcionalizado com um radical zuiteriônico, de tal forma que cada nanopartícula, em média, contém pelo menos um radical zuiteriônico. Em uma ou mais realizações, cada nanopartícula é composta por uma quantidade de radicais zuiteriônicos.

Em realizações onde o invólucro é constituído por uma quantidade de radicais zuiteriônicos funcionalizados por silano, os radicais silanos e os radicais zuiteriônicos poderão ser o mesmo ou diferente. Por exemplo, em uma realização, todos os radicais silanos poderão ser o mesmo e todos os radicais zuiteriônicos poderão ser o mesmo. Em outra realização, os radicais silanos são o mesmo, mas os radicais zuiteriônicos são diferentes. Por exemplo, o invólucro poderá ser constituído por dois radicais diferentes zuiteriônicos funcionalizados por silano. O primeiro é composto por um radical silano do tipo 1 e um radical zuiteriônico do tipo 1. O segundo é composto por um radical silano do tipo 1 e um radical zuiteriônico do tipo 2, ou um radical silano do tipo 2 mas um radical zuiteriônico do tipo 1, ou um radical silano do tipo 2 e um radical zuiteriônico do tipo 2. Em uma ou mais realizações, o radical zuiteriônico funcionalizado por silano, poderá ser constituído por dois ou mais radicais zuiteriônicos. Em realizações onde o radical zuiteriônico funcionalizado por silano é composto por dois ou mais radicais zuiteriônicos, os radicais zuiteriônicos poderão ser o mesmo ou diferente.

Em algumas realizações, o radical zuiteriônico funcionalizado por silano é composto por um radical com carga positiva, um radical com carga negativa e um primeiro grupo espaçador no meio, entre o radical com carga positiva e o radical com carga negativa. O radical com carga positiva poderá ser proveniente de bases orgânicas e o radical com carga negativa poderá ser proveniente de ácidos orgânicos. A figura 2 apresenta uma lista de ácidos e bases orgânicos de exemplo, dos quais o radical com carga negativa e o radical com carga positiva poderão ser provenientes.

Em algumas realizações, o radical com carga positiva é constituído por aminas primárias protonizadas, aminas secundárias protonizadas, alquilaminas terciárias protonizadas, amidinas protonizadas, guanidinas protonizadas, piridinas protonizadas, pirimidinas protonizadas, pirazinas protonizadas, purinas protonizadas, imidazolas protonizadas, pirrolas protonizadas, alquilaminas quaternárias, ou combinações dos mesmos.

Em algumas realizações, o radical com carga negativa é constituído por ácidos carboxílicos desprotonizados, ácidos sulfônicos desprotonizados, ácidos sulfinicos desprotonizados, ácidos fosfônicos desprotonizados, ácidos fosfóricos desprotonizados, ácidos fosfínicos desprotonizados, ou combinações dos mesmos.

Em uma ou mais realizações, o primeiro grupo espaçador é constituído por grupos alquila, grupos arila, grupos alquil e arila substituídos, grupos heteroalquila, grupos heteroarila, grupos carboxila, éteres, amidas, ésteres, carbamatos, uréias, grupos alquila de cadeia linear, com um comprimento de 1 a 10 átomos de carbono, ou combinações dos mesmos.

Em algumas realizações, um átomo de silício do radical funcionalizado por silano é ligado no radical com carga positiva ou negativa através de um segundo grupo espaçador. Em algumas realizações, o segundo grupo espaçador é constituído por grupos alquila, grupos arila, grupos alquil e arila substituídos, grupos heteroalquila, grupos heteroarila, grupos carboxila, éteres, amidas, ésteres, carbamatos, uréias, grupos alquila de cadeia linear com um comprimento de 1 a 10 átomos de carbono, ou combinações dos mesmos.

Em algumas realizações, o radical zuiteriônico funcionalizado por silano constitui o produto da hidrólise de um precursor tri-alcoxi silano, como aqueles ilustrados nas figuras 3A-3D. Em algumas realizações, o precursor tri-alcoxi silano é constituído por N,N-dimetil-3-sulfo-N-(3-(trimetoxisilil)propil)propan-l-aminio, ácido 3-(metil(3- (trimetoxisilil)propil)amino)propano-l-sulfônico, ácido 3-(3-(trimetoxisilil)propilamino)propano-1 -sulfonico, 2-(2-(trimetilsilil)etoxi(hidroxi)fosforiloxi)-N,N,N-trimetiletanamínio, 2-(2- (trimetoxisilil)etil(hidroxi)fosforiloxi)-N,N,N-trimetiletanamínio, N,N,N- trimetil-3-(N-3-(trimetoxisilil)propionilsulfamoil) propan-1 -amínio, N-((2H- tetrazol-5-il)metil)-N,N-dimetil-3-(trimetoxisilil)propan-1 -amínio, N(2- carboxietil)-N,N-dimetil-3-(trimetoxisilil)propan-l-amínio, ácido 3-(metil(3- (trimetoxisilil)propil)amino)propanoico, ácido 3-(3-(trimetoxisilil)propilamino) propanoico,N-(carboximetil)-N,N-dimetil-3- (trimetoxisilil)propan-1 -amínio, ácido 2-(metil(3-(trimetoxisilil)propil)amino) acético, ácido 2-(3-(trimetoxisilil)propilamino) acético, ácido 2-(4-(3- (trimetoxisilil)propilcarbamoil)piperazin-l-il) acético, ácido 3-(4-(3- (trimetoxisilil)propilcarbamoil) piperazin-l-il) propanóico, ácido 2-(metil(2- (3-(trimetoxisilil) propilureído) etil) amino) acético, ácido 2-(2-(3- (trimetoxisilil)propilureído)etil) amino acético, ou combinações dos mesmos.

A composição contendo uma quantidade de nanopartículas poderá ser usada como uma composição de agente de diagnóstico. Assim sendo, outro aspecto da invenção refere-se a uma composição de agente de diagnóstico. A composição de agente de diagnóstico contém uma quantidade de nanopartículas 10 descritas anteriormente. Em uma realização, a composição de agente de diagnóstico é ainda constituída por um veículo farmaceuticamente aceitável e opcionalmente, um ou mais excipientes. Em uma realização, o veículo farmaceuticamente aceitável poderá ser substancialmente água. Excipientes opcionais poderão ser constituídos por um ou mais sais, desintegradores, aglutinantes, cargas, ou lubrificantes.

Um tamanho de partícula pequeno poderá ser vantajoso, por exemplo, para facilitar o descarte dos rins e de outros órgãos. Em uma realização, a quantidade de nanopartículas poderá ter um tamanho médio de partícula de até cerca de 50 nm. Em outra realização, a quantidade de nanopartículas poderá ter um tamanho médio de partícula de até cerca de 10 nm. Em outra realização, a quantidade de nanopartículas poderá ter um tamanho médio de partícula de até cerca de 6 nm.

Um aspecto da invenção refere-se a métodos para a produção de nanopartículas. Em geral, um método é composto por (a) produção de um núcleo tendo uma superfície de um núcleo essencialmente isenta de sílica, e (b) a colocação de um invólucro ligado na superfície do núcleo, onde o invólucro contém um radical zuiteriônico funcionalizado por silano.

Em uma ou mais realizações, a etapa de produção de um núcleo é constituída pela produção de um primeiro material precursor, onde o primeiro material precursor é constituído pelo menos por um metal de transição. Em uma realização, o primeiro material precursor reage para gerar o núcleo que é composto pelo menos por um metal de transição. Em uma realização, o primeiro material precursor é decomposto para gerar o núcleo. Em outra realização, o primeiro material precursor é hidrolisado para gerar o núcleo. Em outra realização, o primeiro material precursor reage para formar o núcleo. Os métodos de síntese de nanopartículas são bem conhecidos na arte e qualquer método adequado para a produção de um núcleo de nanopartícula com um material apropriado poderá ser adequado para uso neste método.

Em uma ou mais realizações, a etapa de produção do invólucro é constituída pela produção de um segundo material precursor, como um material constituído por um radical de silano ou um precursor de um radical de silano. O radical de silano poderá reagir com o núcleo para formar um invólucro composto por um radical de silano. Em algumas realizações, o precursor poderá sofrer uma reação de hidrólise antes de reagir com o núcleo. Em algumas realizações, o radical de silano poderá ser funcionalizado com pelo menos um radical zuiteriônico ou pelo menos um precursor de um radical zuiteriônico. Em realizações onde o radical silano é funcionalizado com pelo menos um radical zuiteriônico, o invólucro assim formado, é constituída por um radical zuiteriônico funcionalizado por silano. Em realizações onde o radical silano é funcionalizado com um precursor de um radical zuiteriônico, o invólucro assim produzido, poderá não ser zuiteriônico em natureza, mas posteriormente poderá reagir com um reagente apropriado para converter o precursor em um radical zuiteriônico. Em uma ou mais realizações, o segundo material precursor é constituído por um radical zuiteriônico funcionalizado por silano ou um precursor de um radical zuiteriônico funcionalizado por silano, como um ou mais dos precursores tri- alcoxi silanos descritos acima.

Ficará entendido que a ordem e/ou a combinação de etapas poderá ser variada. Assim sendo, de acordo com algumas realizações, as etapas (a) e (b) ocorrem como etapas em seqüência, para formar a nanopartícula a partir do núcleo e do material do segundo precursor. Para fins de exemplo e não para limitação, em algumas realizações, o material do primeiro precursor contém pelo menos um metal de transição; onde o núcleo é composto pelo menos por um óxido de um metal de transição; e a etapa (a) é ainda constituída pela hidrólise do material do primeiro precursor. De acordo com algumas realizações, o material do primeiro precursor é um alcóxido ou halogeneto do metal de transição, e o processo de hidrólise inclui a combinação do material do primeiro precursor com um ácido e água em um solvente alcoólico. Em algumas realizações, o silano poderá ser constituído por grupos polimerizáveis. A polimerização poderá prosseguir através de polimerização por condensação catalisada por ácido. Em algumas outras realizações, o radical silano poderá ser adsorvido fisicamente no núcleo. Em algumas realizações, o radical silano poderá ainda ser funcionalizado com outros polímeros. O polímero poderá ser solúvel em água e biocompatível. Em uma realização, os polímeros incluem, mas não são limitados a polietileno glicol (PEG), polietileno imina (PEI), polimetacrilato, polivinil sulfato, polivinil pirrolidinona, ou combinações dos mesmos.

Em algumas realizações, o núcleo contém óxidos metálicos. Em uma realização, o núcleo de óxido metálico poderá ser sintetizado com a hidrólise de um alcóxido metálico, na presença de um ácido orgânico. Em algumas realizações, o alcóxido metálico poderá ser um alcóxido de tântalo como etóxido de tântalo, o ácido orgânico poderá ser um ácido carboxílico como o ácido isobutírico, o ácido propiônico ou o ácido acético, e a reação de hidrólise poderá ser executada na presença de um solvente álcool como 1- propanol ou metanol.

Em outra realização, o núcleo e o material do segundo precursor poderão ser colocados em contato um com o outro. Em uma realização, o material do segundo precursor poderá ser constituído por uma espécie contendo silício, como um tri-alcoxi silano organo funcional ou uma mistura de tri-alcoxi silanos organo funcionais. Pelo menos um dos tri- alcoxi silanos organo funcionais poderá conter pelo menos um grupo zuiteriônico ou um precursor de um grupo zuiteriônico, de tal forma que cada nanopartícula, em média, poderá conter pelo menos um radical zuiteriônico ou um precursor de um radical zuiteriônico. Em uma realização, cada nanopartícula poderá conter, em média, uma quantidade de radicais zuiteriônicos ou de precursores de radicais zuiteriônicos. Em outras realizações, o núcleo poderá ser tratado com uma mistura contendo pelo menos dois radicais silanos. Em uma realização, o radical silano é funcionalizado com um radical zuiteriônico, ou um precursor de um radical zuiteriônico, e o segundo radical silano poderá não ser funcionalizado com nenhum radical zuiteriônico. Os radicais silano com carga poderão ser adicionados simultaneamente ou em seqüência. Em algumas realizações, um ou mais radicais silanos funcionalizados com um radical zuiteriônico, ou com um precursor de um radical zuiteriônico, poderão ser adicionados nos núcleos funcionalizados por radicais silanos não zuiteriônicos, simultaneamente ou em seqüência.

Em uma realização, um núcleo de óxido de tântalo poderá ser deixado reagir com um alcoxi silano que contém ambos, um nitrogênio quaternário, assim como um grupo sulfonato ou um grupo carboxila, por exemplo, um grupo sulfobetaina ou um grupo betaina. Em uma realização, o núcleo de óxido de tântalo poderá ser deixado reagir com (RO)3Si(CH2)xNR/2(CH2)ySO3, onde R é um grupo alquila ou arila, x él-10, y é 1-10, e Rz é H, um grupo alquila ou um grupo arila. Em uma realização, o R é um grupo alquila, como metila ou etila, x é 3, y está entre 2-5, eRzéHou um grupo alquila, como metila.

Em uma realização, os silanos funcionalizados por sulfobetaina poderão ser sintetizados na reação de abertura do anel de alquil sultonas ou de uma mistura de alquil sultonas com silanos amino substituídos. Em outra realização, alquil lactonas ou misturas de alquil lactonas poderão ser utilizadas no lugar das alquil sultonas. Em certas realizações, o invólucro é constituído por uma mistura de sulfobetaina e silanos betaina funcionais. Em outra realização, o núcleo de óxido metálico e poderá reagir com a uma sulfobetaina ou um radical silano betaina funcional, no qual o grupo sulfonato ou carboxila poderá ser protegido quimicamente.

Em outra realização, o núcleo de óxido de tântalo poderá ser deixado reagir com um silano contendo amina, como um tri- alcoxi silano amino funcional, para formar um núcleo de óxido de tântalo funcionalizado com silano contendo amina. Em uma segunda etapa, o núcleo funcionalizado com o silano poderá ser isolado. Em uma realização alternativa, o núcleo funcionalizado com silano poderá ser usado in-situ. O núcleo funcionalizado com silano poderá ser deixado reagir com uma alquil sultona, uma alquil lactona, um ácido ou éster halo-alquil carboxílico, misturas de alquil sultonas, misturas de alquil lactonas, misturas de ácidos ou ésteres halo-alquil carboxílicos, ou misturas de ambos, alquil sultonas e alquil lactonas, para formar um radical zuiteriônico. A quantidade de sultona, lactona ou misturas de sultonas e/ou lactonas poderá ser suficiente para produzir, em média, pelo menos um radical zuiteriônico por nanopartícula. Exemplos não limitantes de alquil sultonas incluem propano sultona e butil sultona. Exemplos não limitantes de lactonas incluem propano lactona e butil lactona.

Em uma realização, o método é ainda constituído pelo fracionamento de uma quantidade de nanopartículas. A etapa de fracionamento poderá incluir a filtração das nanopartículas. Em outra realização, o método poderá ainda ser constituído pelas purificação da quantidade de nanopartículas. A etapa de purificação poderá incluir o uso de diálise, filtração de fluxo tangencial, dia-filtração ou combinações dos mesmos. Em outra realização, o método é ainda constituído pelo isolamento das nanopartículas purificadas.

Em combinação com qualquer das reivindicações descritas acima, algumas realizações se referem a um método para a produção de uma composição de agente de diagnóstico para raios-X/tomografia computadorizada ou MRI. A composição de agente de diagnóstico é constituída por uma quantidade de nanopartículas. Em algumas realizações, o tamanho médio de partícula da quantidade de nanopartículas poderá não ser mais de cerca de 10 nm, como por exemplo, não mais de cerca de 7 nm, e em realizações específicas, não mais do que cerca de 6 nm. Ficará entendido que de acordo com algumas realizações, o tamanho de partícula da quantidade de nanopartículas poderá ser escolhido de forma que a nanopartícula se tome descartável por um rim de mamífero, como um rim humano, na forma particulada.

Em algumas realizações, a invenção atual é direcionada para um método de uso da composição de agente de diagnóstico, composta por uma quantidade de nanopartículas descritas aqui. Em algumas realizações, o método é composto pela administração in vivo ou in-vitro da composição de agente diagnóstico a um indivíduo, que em alguns casos poderá ser um indivíduo vivo, como um mamífero, e a geração subseqüente de imagem do indivíduo, com um dispositivo de raios-X/CT. As nanopartículas, conforme descrito acima, são constituídas por um núcleo e um invólucro, onde o invólucro é composto pelo menos por um radical zuiteriônico funcionalizado por silano. Em uma realização, o núcleo é composto por óxido de tântalo. A nanopartícula poderá ser introduzida no indivíduo por vários métodos conhecidos. Exemplos não limitantes para a introdução da nanopartícula no indivíduo incluem administração intravenosa, intra- arterial ou oral, a aplicação dérmica, ou a injeção direta no músculo, pele, cavidade peritoneal ou outros tecidos ou compartimentos do corpo.

Em outra realização, o método é composto pela administração da composição de agente diagnóstico a um indivíduo, e a obtenção da imagem do indivíduo com um dispositivo de diagnóstico. O dispositivo de diagnóstico utiliza um método de obtenção de imagem, exemplos dos quais incluem, mas não são limitados a, MRI, produção de imagem ótica, tomografia de coerência ótica, raios-X, tomografia computadorizada, tomografia de emissão de positrons, ou combinações dos mesmos. No método utilizado, o corpo poderá também ser administrado previamente com a composição de agente diagnóstico. A composição de agente diagnóstico, conforme descrito acima, é constituída por uma quantidade de nanopartículas 10.

Em uma realização, os métodos descritos acima para uso do agente de contraste de diagnóstico são ainda constituídos pelo controle da administração da composição de agente diagnóstico ao indivíduo com o dispositivo de diagnóstico, e a elaboração do diagnóstico do indivíduo; neste método os dados poderão ser colhidos e analisados genericamente de acordo com a operação normal do equipamento de produção de imagens de diagnóstico médico. A composição de agente diagnóstico poderá ser um raios-X ou um agente de contraste CT, por exemplo, como uma composição contendo um núcleo de óxido de tântalo. A composição de agente de diagnóstico poderá produzir um sinal CT na faixa de cerca de 100 Hounsfield a cerca de 500 unidades Hounsfield. Em outro exemplo, a composição de agente diagnóstico poderá ser um agente de contraste MRI, como um agente composto por um núcleo de óxido de ferro superparamagnético.

Uma realização da invenção apresenta um método para a determinação da extensão pela qual as nanopartículas 10 descritas aqui, tais como nanopartículas tendo núcleos de óxido de tântalo ou óxido de ferro, são distribuídas dentro de um indivíduo. O indivíduo poderá ser um material de mamífero ou biológico, constituído por uma amostra de tecido ou uma célula. O método poderá ser um método in-vivo ou in-vitro. A nanopartícula poderá ser introduzida no indivíduo por vários métodos conhecidos. Exemplos não limitantes para a introdução da nanopartícula no indivíduo incluem quaisquer dos métodos conhecidos descritos acima. Em uma realização, o método é composto por (a) a introdução das nanopartículas no indivíduo, e (b) a determinação da distribuição das nanopartículas no indivíduo. A distribuição dentro de um indivíduo poderá ser determinada utilizando-se a técnica de formação de imagem de diagnóstico, tais como aquelas mencionadas anteriormente. Altemativamente, a distribuição das nanopartículas no material biológico poderá ser determinada através de análise elementar. Em uma realização, poderá ser utilizada a Espectroscopia de Massa de Plasma acoplado indutivamente (ICP-MS) para determinar a concentração da nanopartícula no material biológico.

Outro aspecto da invenção refere-se ao uso das nanopartículas 10 descritas anteriormente para a fabricação de uma composição para uso como uma composição de agente de diagnóstico.

Os exemplo seguintes são incluídos para demonstrar realizações específicas da invenção atual. Deve ser considerado por aqueles adestrados na arte que os métodos apresentados nos exemplos que se seguem representam meramente realizações de exemplo da invenção atual. No entanto, aqueles com conhecimento na arte, a luz da apresentação atual, verificarão que podem ser feitas muitas alterações nas realizações específicas descritas, e ainda obter-se um resultado igual ou semelhante, sem se afastar do espírito e do escopo da invenção atual.

EXEMPLOS

A prática da invenção será ainda mais completamente entendida pelos exemplos que se seguem, que são apresentados aqui somente para ilustração, e não devem ser considerados como limitando a invenção de forma alguma. As abreviaturas usadas na seção de exemplos são ampliadas como se segue: "mg": miligramas; "mL": mililitros; “mg/mL”: miligramas por mililitro; “mmols”: milimols; “pL” e pLs: microlitros;"LC": cromatografia líquida; "DLS": Dispersão Dinâmica de Luz; "Dl": água desionizada; "ICO": plasma acoplado indutivamente.

A não ser que seja mencionado de outra forma, todos os produtos químicos grau reagente foram utilizados conforme foram recebidos, e a água "Millipore" foi utilizada na preparação de todas as soluções aquosas.

Síntese de nanopartículas com base em óxido de tântalo

Etapa 1: Síntese de N,N-dimetil-3-sulfo-N-(3- (trimetoxisilil)propil)propan-1 amínio

Tolueno (anidro, 250 ml), N,N-dimetilaminotrimetoxisilano (25 g, 121 mmols) e 1,3-propano sultona (13,4 g, 110 mmols) foram adicionadas a um frasco de fundo redondo de 500 ml contendo uma barra de agitação. A mistura foi agitada na temperatura ambiente durante quatro dias. A mistura foi então filtrada para isolar o produto precipitado, que posteriormente foi lavado com tolueno anidro fresco (2 x 60 ml). O rendimento de pó branco depois da secagem a vácuo foi de 23,6 g.

Etapa 2: Reação de N,N-dimetil-3-sulfo-N-(3- (trimetoxisilil)propil)propan-l amínio com núcleo baseado em óxido de tântalo

Método 1 : 1-propanol como solvente

Um frasco de fundo redondo de três pescoços de 250 ml contendo uma barra de agitação foi carregado com 1- propanol (73 ml ), seguido pela adição de ácido isobutírico (1,16 ml, 12,51 mmols, 1,27 eq com relação a Ta) e água Dl (1,08 ml, 59,95 mmols, 6,09 eq com relação a Ta) para formar uma mistura da reação. Foi borbulhado nitrogênio através da mistura da reação durante vinte minutos, seguido pela adição, gota a gota, de etóxido de tântalo (Ta(OEt)5) ( 2,55 ml, 4 g, 9,84 mmols) na mistura da reação na temperatura ambiente com agitação durante quinze minutos. Durante a adição de Ta(OEt)5, o nitrogênio foi borbulhado através da mistura da reação. A mistura da reação mencionada acima foi deixada sob agitação na temperatura ambiente sob nitrogênio durante 16h após a adição de Ta(OEt)5 ser completada.

A mistura da reação foi agitada na temperatura ambiente durante 16h e então uma porção (1,5 ml) foi retirada da mistura da reação, foi filtrada através de uma membrana de filtração de 20 nm, e foi medido o tamanho de partícula (como o raio hidro-dinâmico) em água através de DLS imediatamente após a etapa de filtração. Foi medido o tamanho médio de partícula, sendo de aproximadamente 3,6 nm. N,N-dimetil-3-sulfo-N-(3- (trimetoxisilil)propil)propan-l-amínio (4,03 g, 12,23 mmols, 1,24 eq com relação a Ta) foi dissolvido em 50 ml de água Dl. Esta solução foi adicionada na mistura da reação mencionada acima, gota a gota, ao longo de alguns minutos. A mistura da reação homogênea, incolor, mudou imediatamente para uma solução branca turva e finalmente virou uma solução leitosa no final da adição do radical zuiteriônico funcionalizado por silano. Depois de ser completada a adição, foi conectado no frasco um condensador e a mistura da reação foi mantida sob um lençol de nitrogênio. O frasco foi colocado em um banho de óleo preaquecido a 75 ° C e a mistura da reação foi agitada durante 6h. A mistura da reação clareou. Depois de 6h, a mistura da reação foi resfriada até a temperatura ambiente sob um lençol de ar. A mistura da reação heterogênea foi neutralizada até um pH 6-7 utilizando-se NH4OH (1M). A mistura da reação foi transferida para um segundo frasco de fundo redondo sob um lençol de ar. Durante a transferência da mistura da reação para o segundo frasco, uma quantidade de material branco permaneceu no frasco, e não foi transferido para o segundo frasco (produto bruto A). Este produto bruto A foi secado com um fluxo de nitrogênio durante a noite. No meio tempo, a solução do segundo frasco foi evaporada, utilizando-se um evaporador rotativo a 50 0 C. O resíduo seco e branco obtido depois da evaporação da solução, (produto bruto B) foi deixado em repouso sob fluxo de nitrogênio durante a noite.

O produto bruto A foi secado durante a noite. Este sólido foi completamente dissolvido em água DL O produto bruto B foi também completamente dissolvido em água Dl, e as duas soluções (produto bruto A & produto bruto B) foram combinadas (o volume total era de 60 ml). A solução aquosa foi filtrada em seqüência através de membranas de filtração de 450 nm, 200 nm e 100 nm, e finalmente, através de uma membrana de filtração de 20 nm. A solução foi então primeiramente dializada no pH 7,0 utilizando-se solução tampão de fosfato de sódio (tubo de celulose regenerada de pele de cobra ponto de corte peso molecular 10K), e então três vezes em água DL Finalmente, a nanopartícula foi isolada por liofilização.

Rendimento de pó branco = 1,748 g (rendimento de 38% com base em Ta), potencial Zeta : (-) 8,18 mV. Análise elementar: 38,3 ± 0,3% Ta, 4,8 ± 0,1% Si. Foi medido o tamanho médio de partícula por DLS, sendo de 8,9 nm. A pureza da nanopartícula foi medida por cromatografia líquida (LC)/ Plasma Acoplado Indutivamente (ICP).

Método 2: Trifluoretanol como solvente

Um frasco de fundo redondo com três pescoços, de 100 ml, contendo uma barra de agitação, foi carregado com trifluor- etanol (42 ml). Enquanto o solvente era borrifado com nitrogênio, foram adicionados ácido isobutírico (0,53 ml, 5,7 mmols) seguido por água (0,13 ml, 7,4 mmols) utilizando-se uma seringa. A solução foi deixada sob agitação durante mais 15 minutos, com o nitrogênio sendo borbulhado continuamente. Foi adicionado metóxido de tântalo ( Ta(OEt)5) (2g, 4,9 mmols), gota a gota, utilizando-se uma seringa. A solução ligeiramente turva foi deixada sob agitação na temperatura ambiente sob nitrogênio durante 17h. N,N-dimetil-3-sulfo-N-(3- (trimetoxisilil)propil)propan-l-amínio (exemplo 1, 3,2 g, 9,8 mmols) foi dissolvido em água (15 ml). Esta solução homogênea, incolor, foi adicionada na mistura da reação contendo tântalo, gota a gota, mas rapidamente sob ar com agitação. O frasco foi equipado com um condensador e então foi colocado em um banho de óleo preaquecido a 78 0 C. Depois de agitação nesta temperatura durante 6h, a mistura da reação homogênea, incolor, foi resfriada até a temperatura ambiente. O trifluoretanol foi substancialmente removido em um evaporador rotativo depois da adição de água (20 ml). A solução aquosa foi neutralizada utilizando-se hidróxido de amónio concentrado e então foi filtrada sucessivamente através de filtros de 200 nm, 100 nm e então 20 nm. A solução foi então dializada utilizando-se tubulação de diálise de pele de cobra de celulose regenerada corte de 3500 MW. A primeira diálise foi executada em 50:50 de água Dl até um pH de 7,0 com solução tampão de fosfato. As diálises subseqüentes foram executadas em água DL O produto de nanopartículas purificado não foi isolado da água. Foi utilizado teste de percentagem de sólidos em uma porção para se determinar que o rendimento das nanopartículas revestidas foi de 1,55 g. O tamanho médio de partícula foi determinado através de difusão dinâmica de luz sendo de 1,6 nm.

Síntese de nanopartícula com base em óxido de tântalo

Etapa 1: Síntese de etil 2-(4-(3-(trimetoxisilil)propilcarbamoil)piperazin-1 -il)acetato (3-isocianatopropil)trimetoxisilano ( 4,106 g) foi adicionado em uma solução de etilacetoxipiperazina (3,789 g) em cloreto de metileno (20 ml). A solução foi agitada durante 16h, e então o solvente foi removido sob pressão reduzida, produzindo 8,37 g de material, que foi usado sem purificação adicional.

Etapa 2: Reação de etil 2-(4-(3-(trimetoxisilil)propilcarbamoil)piperazin-l-il)acetato com um núcleo baseado em óxido de tântalo

Um frasco de fundo redondo de 500 ml foi carregado com n- propanol (99 ml), ácido isobutírico (1,4 ml), e água (1,2 ml). A solução foi agitada durante cinco minutos, e e então foi adicionado Ta(OEt)5 (5,37 g), gota a gota, na solução. A solução foi agitada na temperatura ambiente sob nitrogênio durante 18h. Um total de 60 ml desta solução foi então adicionado a etil 2-(4-(3-(trimetoxisilil)propilcarbamoil)piperazin-l-il)acetato (6,37 g), e a solução foi agitada sob nitrogênio durante 2h al00 ° C. A mistura foi então resfriada até a temperatura ambiente, foi adicionada água (20 ml), e a mistura foi agitada durante 18h na temperatura ambiente. Foi então adicionado um total de 75 ml de ácido clorídrico aquoso a 0,33 N, e a solução foi aquecida a 60 ° C durante 6h. A mistura foi então resfriada até a temperatura ambiente, foram adicionados 250 ml de amónia aquosa a 28%, e a mistura foi agitada durante a 5 dias. A amónia e o propanol foram removidos sob pressão reduzida, e então o material foi derramado dentro de um tubo de diálise de celulose regenerada ponto de corte de 3000 MW, e foi dialisada contra água destilada durante 48h, trocando-se a solução tampão de diálise a cada 12h. A solução foi então filtrada através de filtros de centrífuga ponto de corte de 30.000 MW, produzindo partículas com um tamanho médio de 4,5 nm, medido através de DLS.

Síntese de nanopartícula com base em óxido de ferro

Síntese de nanopartículas de óxido de ferro superparamagnético

Um frasco de fundo redondo com três pescoços de 100 ml foi carregado com 706 mg de Re(acac)3 e 20 ml de álcool benzílico anidro. A solução foi borrifada com nitrogênio e então foi aquecida a 165 ° C durante 2h sob uma atmosfera de nitrogênio. A solução foi então resfriada e estocada na temperatura ambiente.

Reação de etil 2-(4-(3-(trimetoxisilil)propilcarbamoil)piperazin-l-il)acetato com óxido de ferro superparamagnético

Uma porção de 10 ml de nanopartículas de óxido de ferro superparamagnético em álcool benzílico (5,58 mg de Fe/ml) foi diluída com 50 ml de tetra-hidrofuran. Foram adicionadas 2,00 g de etil 2-(4-(3- (trimetoxisilil)propilcarbamoil)piperazin-l-il)acetato e a mistura foi aquecida a 60 ° C com agitação durante 2h, seguido pelo resfriamento até a temperatura ambiente. Foram adicionados 50 ml de carbonato de potássio aquoso l,0M após o que o frasco foi então selado e aquecido com agitação até 60 ° C durante 18h. A mistura foi então resfriada e centrifugada, e a camada aquosa foi colocada em um tubo de diálise de celulose regenerada com ponto de corte de 10.000 MW e foi dialisada contra 4 litros de citrato de sódio lOmM durante 48h, trocando a solução tampão de diálise a cada 12h. O volume final era de 94 ml, com um total de 0,416 mg/ml de solução. O material tinha um tamanho médio de partícula de 8,4 nm em cloreto de sódio aquoso 150 mM, medido através de difusão dinâmica da luz.

Reação de N,N-dimetil-3-sulfo-N-(3-(trimetoxisilil)propil)propan-l-amínio com óxido de ferro superparamagnético

Uma porção de 16,75 ml de nanopartículas de óxido de ferro superparamagnético em álcool benzílico (5,58 mg Fe/ ml) foi adicionada a tetra-hidrofuran para ter um volume total de 94,5 ml. Esta solução foi então adicionada a um frasco de pressão, juntamente com 3,1 g de N,N-dimetil-3- sulfo-N-(3-(trimetoxisilil)propil)propan-l-amínio, e a mistura foi aquecida a 50 0 C com agitação durante 2h. Depois do resfriamento até a temperatura ambiente, foi adicionado um total de 31 ml de isopropanol e 76 ml de hidróxido de amónio aquoso concentrado (28% de NH3 em água); o frasco foi então selado e aquecido a 50 ° C com agitação durante 18h. A mistura foi resfriada e lavada com hexanos ( 3 x 100 ml). A camada aquosa foi colocada em um tubo de diálise de celulose regenerada, ponto de corte 10.000 MW, e foi dialisada contra 4 litros de citrato de sódio lOmM durante 18h. A solução final tinha um total de 0,67 mg de ferro/ml de solução. O material tinha um tamanho de partícula de 9,2 nm.

Determinação do tamanho de partícula e da estabilidade das nanopartículas em água

As nanopartículas do método 1 (36,2 mg) foram dissolvidas em 2 ml de água Dl. A solução foi filtrada através de uma membrana de filtração de 20 nm. O tamanho médio de partícula foi medido como o raio hidrodinâmico através de dispersão dinâmica da luz (DLS), imediatamente após a etapa de filtração. A amostra foi estocada durante quinze dias a 37 ° C, com monitoração periódica por DLS. Os resultados são mostrados na Tabela 1. Tabela 1

* o tamanho médio de partícula foi medido a 37 ° C, utilizando-se DLS.

Estudos de biodistribuição de nanopartícula

Foram feitos estudos in-vivo com ratos Lewis do sexo masculino, com uma faixa de tamanho entre 150 e 500 g de peso do corpo. Os ratos foram colocados em depósito standard com comida e água ad libitum e um ciclo de luz diária-noturna de 12h. Todos os animais usados para a biodistribuição eram animais normais sem tratamento.

As nanopartículas foram administradas como uma solução esterilizada por filtro em água ou em solução salina. A administração foi executada sob anestesia de isoflurano (4% de indução, 2% de manutenção) através de um cateter 26 G inserido na veia lateral do rabo. Os volumes de injeção foram determinados com base na concentração das nanopartículas na injeção e no tamanho do rato, mas geralmente eram menores do que 10% do volume de sangue do roedor. A dose visada era de 100 mg de metal do núcleo (por exemplo, tântalo) por kg de peso do corpo. Tão logo foram injetados, os animais foram removidos da anestesia, e depois de um período de observação em relação a efeitos adversos, foram retomados para o seu depósito normal. Em um período posterior, como alguns minutos até tanto quanto seis meses, os ratos foram eutanizados, e os órgãos de excretores foram retirados, pesados, e analisados em relação ao seu conteúdo total de metal (por exemplo, tântalo) através de análise ICP. Juntamente com os órgãos, uma amostra do material injetado foi submetida à determinação da concentração exata do que foi injetado. Estes dados combinados determinaram a percentagem de dose injetada ("% ID") que permaneceu em um tecido de interesse. Estes dados foram registrados como% ID/órgão, ou % ID/grama de tecido. As experiências geralmente foram feitas com quatro duplas de ratos em cada momento de tempo, permitindo a determinação do erro da experiência (± desvio standard). Tabela 2

A Tabela 2 descreve a biodistribuição das nanopartículas fracionadas com revestimentos não zuiteriônicos (PHS) e zuiteriônicos (SZWIS e CZWIS) nos órgãos mais importantes de excreção, uma semana após a injeção IV. "ND"significa "não detectado".

A quantidade de tântalo retida por órgão é representada na 10 Tabela 2 como a fração da dose injetada. Nanopartículas com revestimento não zuiteriônico de tamanhos comparáveis são retidas em níveis muito maiores (quase uma ordem de magnitude) de qualquer dos revestimentos zuiteriônicos testados.

Embora tenham sido ilustradas e descritas aqui somente 15 determinadas características da invenção, poderão ocorrer muitas modificações e alterações feitas por aqueles adestrados na arte. Deve ser portanto entendido que as reivindicações anexas se destinam a cobrir todas essas modificações e alterações, que se enquadram dentro do espírito verdadeiro da invenção.

Claims (4)

1. Composição de agente de diagnóstico, caracterizada pelo fato de ser constituída por uma pluralidade de nanopartículas, em que a nanopartícula (10) é constituída por: a) um núcleo (20) constituído por um óxido de tântalo tendo uma superfície do núcleo (30) isenta de sílica, e b) um invólucro (40) ligado à superfície do núcleo (30); onde o invólucro (40) contém um radical zuiteriônico funcionalizado por silano, em que o radical zuiteriônico funcionalizado por silano é constituído por um produto da hidrólise de um precursor tri-alcoxi silano, em que o precursor tri- alcoxi silano é constituído por N,N-dimetil-3-sulfo-N-(3- (trimetoxisilil)propil)propan-l-aminio, N(2-carboxietil)-N,N-dimetil-3- (trimetoxisilil)propan-1 -aminio, ou combinações dos mesmos, em que os radicais zuiteriônicos funcionalizados por silano são ligados ao núcleo na superfície do núcleo sem nenhuma camada intermediária de sílica.

2. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a nanopartícula (10) tem um tamanho de partícula de até 50 nm.

3. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que é para uso em diagnose.

4. Método para a produção das nanopartículas como definidas em qualquer uma das reivindicações anteriores, o método sendo caracterizado pelo fato de ser constituído as etapas de: a) prover um núcleo (20) constituído por um primeiro material precursor, em que o primeiro material precursor contém um metal de transição tendo uma superfície do núcleo (30) essencialmente isenta de sílica; e b) colocar um invólucro (40) ligado à superfície do núcleo (30) fornecendo um segundo material precursor, e reagir o segundo material precursor com o núcleo (20) para produzir um invólucro (40) colocado sobre o núcleo (20), onde o invólucro (40) é constituído por um radical zuiteriônico funcionalizado por silano.

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