[发明专利]用亲水α‑羟基膦酸共轭物处理水不溶性纳米微粒，这样改性的纳米微粒及其作为造影剂的用途

说明书

背景

本发明主要涉及处理纳米微粒，特别是基于过渡金属氧化物的纳米微粒，以致使其足够亲水以形成稳定的含水混悬液，因此可用于需要亲水性的应用，比如在诊断成像比如MRI和X-射线中的造影剂，涉及所述处理产生的亲水纳米微粒，涉及所述稳定的含水混悬液和在所述成像中所述亲水纳米微粒作为造影剂的用途。纳米微粒，即直径适当地测量为纳米的微粒，已被视为具有广泛多种最终用途。这些用途有些需要一定程度的亲水性，但有些纳米微粒的基础材料可能缺乏这种属性。例如，用作MR和X-射线成像造影剂的具有适当成像性质的纳米微粒通常基于缺乏合适亲水性的过渡金属氧化物。因此已试图改变这些纳米微粒的表面性质以与含水介质更可相容，使这些纳米微粒能够形成稳定的含水混悬液。但是，在一些应用比如作为造影剂时，还期望纳米微粒具有单分散性粒度分布，通过在基于碳水化合物的生物基质中与羧酸根基团络合导致多分散性粒度分布(比如不均匀聚集物)的任何表面处理都是有问题的。此外，在一些应用比如体内用作造影剂时，期望表面处理具有充分限定的可再现结构和经得起安全试验。基于甲硅烷的表面处理可能有问题，因为它们可发生自缩合，阻碍这些目标。

此外，需要不因纯化而遭受亲水性降级和在含有电解质的含水介质中表现混悬稳定性的亲水纳米微粒。例如，在制备体内用于人受试者的造影剂时，通常将候选纳米微粒过滤，预期在等渗含水介质即含有约150mM NaCl的介质中显示混悬液稳定性。已尝试单独用磷酸盐基材料(比如聚磷酸)或者连接亲水部分(比如聚乙二醇)，采用磷酸盐粘附于过渡金属氧化物以赋予纳米微粒这种类型的亲水性。在这方面，优选具有基本中性ζ电位的亲水部分体内用于人受试者以避免与人组织的不良相互作用。但是，这样的尝试尚未得到这样亲水改性的纳米微粒以便过滤后在150mM NaCl含水介质中作为胶体混悬液表现期望的稳定性。例如，这样的尝试尚未得到这样的混悬液，其在30kDa截止(cut off)的切向流过滤和在这样的含水介质中贮存超过1周后，通过动态光散射(DLS)测量表现基本稳定(流体力学直径(D_H)不增加)的粒度。

简述

本发明涉及以下发现：α-羟基膦酸与亲水部分经携带α-羟基的碳原子连接的共轭物作为水不溶性纳米微粒，特别是基于过渡金属氧化物的纳米微粒的亲水性改善剂的优越性能。共轭物连接(linkage)保护α-羟基膦酸的所有3个羟基，据信这使共轭物对纳米微粒超级粘附。在一些实施方案中共轭物具有以下结构I：

其中S是间隔基，L是S与R之间的连接，R是亲水部分，m和p是1-5，n和o是0-5。在一些实施方案中，S是直接键、未被取代或取代的脂族或环脂族基团、未被取代或取代的芳基、杂脂族基团或杂芳基，有时是长度为1-10个碳原子的直链烷基，L是直接键、羰基、醚基、酯基、仲胺或叔胺、季胺基、酰氨基、氨基甲酸酯基或脲基。合适的纳米微粒不是典型意义的溶于水的那些，其中个体溶质分子以糖或食盐在水中的方式均匀地分散在溶剂中。因此本发明包括用α-羟基膦酸共轭物处理在水中具备一定程度可悬浮性的纳米微粒和所得的粘附共轭物的纳米微粒。

特别关注的是共轭物不包括对人组织可具有不良反应的基团或部分。因此，方便的是当粘附于纳米微粒时，共轭物表现约-40mV-40mV，优选约-15mV-15mV的ζ电位，尤其关注的是当这样粘附时其表现基本中性的ζ电位。这通过利用两性离子或非离子部分作为亲水部分方便地完成。

亲水部分可以为单体或聚合物，但方便的是它们具有基本中性的净离子电荷。在聚合物亲水部分中，尤其关注的是至少部分基于环氧乙烷单元的那些聚醚，比如环氧乙烷/环氧丙烷共聚物和聚乙二醇。不带净电荷的单体亲水部分，特别是两性离子，方便地用于处理将用于人受试者体内的纳米微粒的共轭物中，因为表征它们的安全性评价时更容易。其中尤其关注的是基于4-哌啶羧酸的那些。

对于用于处理将用于人受试者体内的纳米微粒的共轭物，还方便的是α-羟基膦酸与亲水部分之间的连接是烃，即在结构I中A是单键。这将这样处理的纳米微粒与人组织之间任何相互作用的机率减到最小。在这方面，特别关注的是以下结构II和III的共轭物：

共轭物优选充分亲水，以便当将其以约2个共轭物每纳米微粒的比率处理纳米微粒时，使纳米微粒能够以约500nm或更小的D_H(通过DLS测定)在含水介质中形成稳定的胶体混悬液。特别方便的是它使这样处理的纳米微粒足够亲水，以便在等体积正辛醇与0.1M pH7.0 3-(N-吗啉代)丙磺酸(MOPS)缓冲液之间表现小于1的分配系数对数值。