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特開2024-94323治療、イメージング、およびセラノスティック用途向けの小型超均一ナノ医薬組成物

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024094323

(43)【公開日】2024-07-09

(54)【発明の名称】治療、イメージング、およびセラノスティック用途向けの小型超均一ナノ医薬組成物

(51)【国際特許分類】

A61K 49/10 20060101AFI20240702BHJP

A61B 5/055 20060101ALI20240702BHJP

B82Y 5/00 20110101ALI20240702BHJP

【ＦＩ】

A61K49/10

A61B5/055 383

B82Y5/00

【審査請求】有

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024048664

(22)【出願日】2024-03-25

(62)【分割の表示】P 2021514119の分割

【原出願日】2019-09-13

(31)【優先権主張番号】62/730,882

(32)【優先日】2018-09-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】512255103

【氏名又は名称】ザリージェンツオブザユニバーシティーオブミシガン

(74)【代理人】

【識別番号】100077012

【弁理士】

【氏名又は名称】岩谷龍

(72)【発明者】

【氏名】ホプキンス，トーマス

(72)【発明者】

【氏名】スワンソン，スコット，ディー．

(72)【発明者】

【氏名】コペルマン，ラウル

(57)【要約】

【課題】革新的な薬剤、医療製品、イメージング剤を提供する。
【解決手段】対象をイメージングする方法である。（i）対象に複数のナノ構造体を有するイメ－ジング剤を投与すること、ナノ構造体の各々はマルチアームＰＥＧと、マルチアームＰＥＧと相互作用する一つ以上の添加剤を含み、ステップ(ii)でスキャンされるとき、複数のナノ構造体の各々のマルチアームＰＥＧは核磁気共鳴イメージを提供するには十分であって、(ii)ステップ(i)に続いて、イメージングスキャンが核磁気共鳴スキャンである対象のイメージングスキャンを実行すること、(iii) 複数のナノ構造体のマルチアームＰＥＧの核磁気共鳴イメージを提供することを含む。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象をイメージングする方法であって、
（i）対象に複数のナノ構造体を有するイメ－ジング剤を投与するステップと、
(ii)ステップ(i)に続いて、イメージングスキャンが核磁気共鳴スキャンである、対象のイメージングスキャンを実行するステップと、
(iii)複数のナノ構造体のマルチアームＰＥＧの核磁気共鳴イメージを提供するステップとを含み、
ナノ構造体の各々はマルチアームＰＥＧと、マルチアームＰＥＧと相互作用する一つまたは複数の添加剤とを含み、ステップ(ii)でスキャンされるとき、複数のナノ構造体の各々のマルチアームＰＥＧは核磁気共鳴イメージを提供するには十分である、
方法。

【請求項2】

コンピューターアキシャルトモグラフィースキャン、プロトン放出断層撮影スキャン（ＰＥＴ）および／又は蛍光イメージングスキャンを実行するステップをさらに含む、請求項1記載の方法。

【請求項3】

核磁気共鳴スキャンがスピンエコーイメージング又は拡散荷重スピンエコーイメージングを含み、核磁気共鳴スキャンはイメージングスキャンの間に組織の水のプロトン信号および／又は脂肪を抑制する、請求項１または２記載の方法。

【請求項4】

ステップ (iii)において、核磁気共鳴スキャンは、対象に水ベースのプロトンを含まない、請求項１から３のいずれか1項に記載の方法。

【請求項5】

マルチアームＰＥＧは、２、４、６、８、１０又はそれ以上のアームを有する、請求項１から４のいずれか1項に記載の方法。

【請求項6】

１つまたは複数の添加剤は、標的化剤、治療剤、光増感剤、イメージング剤、造影剤、診断剤、セラノスティック剤など及びこの組み合わせからなる群から選択される活物質を含み、活物質は骨格材料と共有結合により相互作用する、請求項１から５のいずれか1項に記載の方法。

【請求項7】

ステップ (iii)は、対象の腫瘍の形状、構造および／又は位置を識別するデータを提供することをさらに含む、請求項１から６のいずれか1項に記載の方法。

【請求項8】

ステップ (iii)は、対象の腫瘍のイメージング剤の濃度を識別するデータを提供することをさらに含む、請求項１から７のいずれか1項に記載の方法。

【請求項9】

ナノ構造体は、光線力学治療法（ＰＤＴ）ナノ構造体であり、１つまたは複数の活物質はＰＤＴ剤を含む、請求項１から８のいずれか1項に記載の方法。

【請求項10】

１つまたは複数の活物質は光増感剤（ＰＳ）を含み、ＰＳを活性化するためにナノ構造体に光エネルギーを付与するステップ(iV) をさらに含む、請求項１から９のいずれか1項に記載の方法。

【請求項11】

ステップ(iV)に続いて、対象の第二イメージングスキャンを取得するステップ(v)をさらに含み、第二イメージングスキャンは、核磁気共鳴スキャン、コンピューターアキシャルトモグラフィースキャンおよびプロトン放出断層撮影スキャン（ＰＥＴ）からなる群から選択される、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

骨格材料は非常磁性である、請求項１から１１のいずれか1項に記載の方法。

【請求項13】

ナノ構造体が約２０００個から約５０００個のプロトンを含み、ナノ構造体は２５ｎｍ未満である、請求項１から１２のいずれか1項に記載の方法。

【請求項14】

ナノ構造体が約５０００個から約１５０００個のプロトンを含み、ナノ構造体は５０ｎｍ未満である、請求項１から１２のいずれか1項に記載の方法。

【請求項15】

１つまたは複数の活物質はテトラピロール、シアニン又はこれらの組み合わせを含む、請求項１から１４のいずれか1項に記載の方法。

【請求項16】

１つまたは複数の活物質はポルフィリン、クロリン、フタロシアニン、バクテリオクロリン又はこれらの組み合わせを含む、請求項１から１５のいずれか1項に記載の方法。

【請求項17】

ナノ構造体は、３５ｋＤａから７５ｋＤａの分子量を有する、請求項１から１６のいずれか1項に記載の方法。

【請求項18】

１つまたは複数の活物質は標的化剤を含む、請求項１から１７のいずれか1項に記載の方法。

【請求項19】

標的化剤は心臓標的化ペプチドである、請求項１８に記載の方法。

【請求項20】

標的化剤は癌標的化剤である、請求項１８に記載の方法。

【請求項21】

癌標的化剤はＲＧＤ、ｃＲＧＤ、ｉＲＧＤおよびＦ３からなる群から選択される、請求項２０に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
この出願は、３５ＵＳＣ§１１９（ｅ）（１）に基づき、優先権の利益を主張し、出願日２０１８年９月１３日に提出された米国特許仮出願第６２／７３０，８８２の利益を主張し、その開示全体を参照により本明細書に援用する。

【0002】

政府利益に関する記述
本発明は、米国国立衛生研究所によって授与されたＣＡ１８６７６９の下で政府の支援を受けてなされた。政府は、本発明におけるある特定の権利を有する。

【背景技術】

【0003】

【発明の分野】

【0004】

本発明は、一般に、ナノ構造体、ならびに動的治療法、イメージング、診断、セラノスティックス、および他の用途におけるこの構造体の使用に関する。

【0005】

「ナノ粒子」、「ナノ材料」、「ナノ粒子」、「ナノ製品」、「ナノプラットフォーム」、「ナノ構造体」、「ナノコンポジット」、「ナノ」の用語、およびこれらと同様の用語は、特に明記しない限り、可能な限り広い意味を有することとし、約１ナノメートル（ｎｍ）から約１００ｎｍにおける少なくとも１つの寸法を有する体積形状を有する粒子、材料、および組成物を含む。実施形態では、好ましくは、この体積形状は、約１ｎｍから約１００ｎｍにおける最大断面を有する。

【0006】

「ナノ構造体」、「ナノプラットフォーム」、「ナノコンポジット」、および「ナノ構造体」の用語、およびこれらと同様の用語は、特に明記しない限り、可能な限り広い意味を有することとし、骨格材料を有する粒子、例えば、ケージ、支持体またはマトリックス材料、および骨格と相互作用する１つまたは複数の添加剤、例えば、薬剤、部位、組成物、生物学的製剤、および分子を含む。一般に、骨格材料はナノ粒子であり得る。一般に、添加剤は、標的化、治療法、イメージング、診断、セラノスティックまたは他の能力、ならびにこの組み合わせおよび変形を有する活物質である。実施形態では、骨格材料は、標的化、治療法、イメージング、診断、セラノスティックまたは他の能力、ならびにこの組み合わせおよび変形を有する活物質であり得る。実施形態では、添加剤および骨格材料の両方が活物質である。１つ、２つ、３つ、またはそれ以上の異なるタイプの骨格材料、添加剤、ならびにこの組み合わせおよび変形が企図される。

【0007】

「セラノスティック」の用語は、特に明記しない限り、可能な限り広い意味を有することとし、イメージングおよび治療能力の両方、診断および治療能力の両方、ならびにこの組み合わせと変形および標的化などの他の機能を含む、複数の能力および機能を有する粒子、薬剤、構造体、または材料を含む。

【0008】

「イメージング」、「イメージング剤」、「イメージング装置」、およびこれらと同様の用語は、特に明記しない限り、可能な限り広い意味を有することとし、構造体、特に動物、哺乳類、およびヒトの構造体のサイズ、形状、位置、組成、およびこの組み合わせと変形、ならびにその他の特徴を検出、分析、視覚化する能力を強化、提供、または可能にする装置、薬剤、および材料を含む。イメージング剤には、造影剤、色素、および同様のタイプの材料が含まれる。イメージング装置および方式の例としては、磁気共鳴、コンピューターアキシャルトモグラフィースキャン（ＣＡＴスキャン）、プロトン放出断層撮影スキャン（ＰＥＴスキャン）、超音波、蛍光、および光音響が挙げられる。

【0009】

「診断」の用語は、特に明記しない限り、その可能な限り広い意味を有することとし、動物、哺乳類、およびヒトの状態や病気を含む状態や病気の特定、判定、定義、およびこの組み合わせと変形を含む。

【0010】

「治療的」および「治療法」の用語およびこれらと同様の用語は、特に明記しない限り、可能な限り広い意味を有することとし、動物、哺乳類、およびヒトの状態や病気を含む状態や病気への対処、治療、管理、鎮静、治癒、予防、およびこの組み合わせと変形を含む。

【0011】

「光線力学治療法」、「ＰＤＴ」、「光増感剤」、「ＰＳ」、およびこれらと同様の用語は、特に明記しない限り、それらの可能な限り広い意味を有することとし、生体組織を光増感剤（ＰＳ）分子を利用した光酸化により殺すなど、切除する方法を含む。光増感剤が特定の波長の光に露出されると、近くの細胞を殺す酸素の形態、例えば、細胞に対して細胞毒性のある、あらゆる形態の酸素を含む活性酸素種（「ＲＯＳ」）を生成する。すべての波長にわたる光、例えば、ＵＶから可視光、ＩＲにおける光は、一般に、ＰＳの活性剤として使用される。

【0012】

「活性化動的治療法」、「動的治療法」、「動的治療法剤」、およびこれらと同様の用語は、可能な限り広い意味を有することとし、ＰＤＴおよびＰＳ、ならびに、光以外の他のエネルギー源に露出された場合、活性剤として活性酸素種（「ＲＯＳ」）または他の活性治療材料などの活性酸素を生成するように誘導する薬剤を使用することができる。これらには、電波、他の電磁石放射、磁気、および音波（例えば、音波力学治療法またはＳＤＴ）などのエネルギー源によって活性化される材料または薬剤が含まれる。

【0013】

本明細書において、特に明記しない限り、室温は２５℃である。また、標準の周囲温度および圧力は２５℃および１気圧である。特に明記されていない限り、すべてのテスト、テスト結果、物理的特性、および温度依存するする値、圧力依存する値、あるいはその両方の値は、標準の周囲温度と圧力における値であり、これには粘度が含まれる。

【0014】

一般に、本明細書で使用される「約」の用語および記号「～」は、特に明記しない限り、記載された値の取得に関連する実験または器具の誤差、±１０％の分散または範囲を包含することを意味し、好ましくはこの大きい方を包含することを意味する。

【0015】

本明細書で使用される場合、本明細書における値の範囲の列挙は、特に明記しない限り、範囲内にある個々の値を個別に示す簡略法として役立つことのみを意図している。特に記載がない限り、本明細書における範囲内の個々の値は、それぞれが個別に列挙されているかのように本明細書組み込まれる。

【0016】

本発明の背景技術のセクションは、本発明の実施形態に関連し得る当技術分野の様々な態様を紹介することを意図している。したがって、上記セクションにおける上述の議論は、本発明をよりよく理解するためのフレームワークを提供するものであり、先行技術の承認と見なされるものではない。

【発明の概要】

【0017】

動物、哺乳類、ヒトの状態に対処するための、新しく革新的な薬剤、医療製品、イメージング剤に対するニーズは長年満たされないままであった。特に、この長年の満たされていないニーズは、癌の診断と治療、哺乳類とヒトの他の状態、およびＭＲＩイメージング剤における重金属の使用にある。

【0018】

本発明は、とりわけ、本明細書で教示、開示、および請求される組成物、材料、製造品、装置、方法、およびプロセスを提供することによって、このニーズを解決する。

【0019】

治療法、イメージング、診断またはセラノスティック用途を有する組成物が提供され、この組成物は複数のナノ粒子を有し、前記ナノ粒子は骨格材料と、骨格に付加した活性作用剤とを含み、前記複数のナノ粒子は、Ｄ１０＝ｎ－５、Ｄ５０＝ｎ、Ｄ９０＝ｘ＋５によって定義される所定の粒子サイズ分布を有する。

【0020】

さらに、以下の特徴のうちの１つ以上を有するこのナノ構造体、ナノ粒子、薬剤、組成物、方法、および装置が提供される：ｎは、約５ｎｍから約２５ｎｍの範囲の数である；ｎは７ｎｍから２２ｎｍの範囲の数である；ｎは、約１０ｎｍから約２０ｎｍの範囲の数である；ｎは、約１１ｎｍから約１５ｎｍの範囲の数である；活性作用剤は光増感剤である；活性作用剤は光音響剤である；活性作用剤は超音波増感剤である；活性作用剤は光増感剤であり、第二の活性作用剤を有し、ただし、第２の活性作用剤は活性作用剤とは異なる；活性作用剤は、メチレンブルー、クロリンｅ６（Ｃｅ６）、クマシーブルー、および金からなる群より選択される；活性作用剤はテラピロールである；活性作用剤は、ポルフィリン、クロリン、フタロシアニン、およびバクテリオクロリンからなる群より選択される；活性作用剤は、ＨＰＰＨ、ＴＯＯＫＡＤ、ＬＵＺ１１、およびＢＣ１９ポルフィリンからなる群より選択される；活性作用剤は、フェノチアジニウム塩、ベンゾフェノチアジニウム塩、ハロゲン化キサンテン、およびスクアラインからなる群より選択される；活性作用剤は、メチレンブルー、トルイジンブルーＯ、ＰＰ９００４、ＥｔＮＢＳ、ローズベンガル、ＡＳＱＩ、亜鉛（ＩＩ）ジピコリルアミンジヨード－ＢＯＤＩＰＹ、およびＢＩＭＰｙ－ＢＯＤＩＰＹからなる色素の群より選択される；活性作用剤は遷移金属配位化合物である；活性作用剤は、ルテニウム、ロジウム、白金、金およびイリジウム、亜鉛、銅、およびパラジウムからなる群より選択される金属を有する遷移金属配位化合物である；ナノ粒子は８ＰＥＧＡである；ナノ粒子はＢｉＰＥＧである；ナノ粒子は標的化剤を含む；ナノ粒子は標的化剤を含み、標的剤はＦ３－ｃｙｓである；ナノ粒子は８ＰＥＧＡであり、活性作用剤はＣｅ６であり、ナノ粒子は標的剤を含み、標的剤はＦ３－ｃｙｓである。

【0021】

さらに、治療法、イメージング、診断、およびセラノスティック用途を有する組成物が提供され、この組成物は、複数のナノ粒子を有し、ナノ粒子は、ＰＥＧからなる骨格材料と、骨格に付加した活性作用剤とを含むことにより、複数のナノ構造体を定義し、前記複数のナノ構造体は、Ｄ１０＝ｎ－５、Ｄ５０＝ｎ、Ｄ９０＝ｘ＋５によって定義される狭い粒子サイズ分布を有し、前記複数のナノ構造体は、治療法、イメージング、診断および治療用途を実行することができる。

【0022】

さらに、腫瘍細胞を破壊するのに使用するための組成物が提供され、この組成物は、複数のナノ粒子を有する賦形剤と、賦形剤と相互作用する光増感剤とを含み、前記賦形剤は、本質的にＰＥＧからなる骨格を有し、前記賦形剤は、Ｄ１０＝ｎ－５、Ｄ５０＝ｎ、Ｄ９０＝ｘ＋５によって定義される粒子サイズ分布を有する。

【0023】

さらに、以下の特徴のうちの１つ以上を有するこのナノ構造体、ナノ粒子、薬剤、組成物、方法、および装置が提供される：ｎは、約５ｎｍから約２５ｎｍの範囲の数である；ナノ粒子は８ＰＥＧＡである；活性作用剤はＣｅ６であり、標的化剤を有し、標的化剤はＦ３－ｃｙｓである。

【0024】

さらに、治療用途をガイドするのに使用するためのデータ取得方法が提供され、この方法は、重金属を含まない複数のナノ粒子を有するイメージング剤を対象に投与するステップと、イメージング剤の投与後に対象の核磁気共鳴スキャンを実行するステップとを有し、ナノ粒子が直接イメージングされることにより、ナノ粒子のＭＲＩと、ナノ粒子および対象に関連するデータが提供される。

【0025】

さらに、以下の特徴のうちの１つまたは複数を有するこのナノ構造体、ナノ粒子、薬剤、組成物、方法、および装置が提供される：ナノ粒子はＰＥＧを含む；ナノ粒子は８ＰＥＧＡを含む；ナノ粒子はセラノスティックなナノ構造体を定義する；ナノ粒子はＰＤＴナノ構造体を定義する；データは腫瘍の形状と位置を識別する；さらに、少なくとも部分的にデータを使用してＰＤＴを提供する；さらに、少なくとも部分的にデータを使用してＰＤＴを提供し、ＰＤＴが提供された後にナノ粒子のＭＲＩを取得する；さらに、データをＰＤＴシステムに提供する；および、さらに、データを医療記録に提供する。

【0026】

さらに、ＰＤＴを提供する方法が提供され、この方法は、対象におけるナノ粒子のＭＲＩからデータを取得することと、少なくとも部分的にデータを使用してＰＤＴを提供することを有し、ナノ粒子は本質的に重金属を含まない。

【0027】

さらに、以下の特徴のうちの１つまたは複数を有するこのナノ構造体、ナノ粒子、薬剤、組成物、方法、および装置が提供される：ナノ粒子は０．１ｐｐｍ未満の重金属を有する；ナノ粒子は０．０１ｐｐｍ未満の重金属を有する；ナノ粒子は０．００１ｐｐｍ未満の重金属を有する。

【0028】

さらに、ＰＤＴを提供する方法が提供され、この方法は、対象におけるナノ粒子のＭＲＩからデータを取得することと、少なくとも部分的にデータを使用してＰＤＴを提供することとを有し、ナノ粒子はガドリニウム本質的に含まない。

【0029】

さらに、以下の特徴のうちの１つまたは複数を有するこのナノ構造体、ナノ粒子、薬剤、組成物、方法、および装置が提供される：ナノ粒子は１ｐｐｍ未満のガドリニウムを有する；ナノ粒子は、０．１ｐｐｍ未満のガドリニウムを有する；ナノ粒子は０．０１ｐｐｍ未満のガドリニウムを有する；ナノ粒子は０．００１ｐｐｍ未満のガドリニウムを有する。

【0030】

さらに、治療用途をガイドするのに使用するためのデータ取得方法が提供され、この方法は、本質的にガドリニウムを含まない複数のナノ粒子を有するイメージング剤を対象に投与することと、イメージング剤の投与後に対象の核磁気共鳴スキャンを実行することとを有し、ナノ粒子が直接イメージングされることにより、ナノ粒子のＭＲＩ、ならびにナノ粒子および対象に関連するデータが提供される。

【0031】

さらに、ＰＤＴを提供する方法が提供され、この方法は、対象におけるナノ粒子のＭＲＩからデータを取得することと、少なくとも部分的にデータを使用してＰＤＴを開発することとを有し、ナノ粒子は本質的に重金属を含まない。

【0032】

さらに、以下の特徴のうちの１つまたは複数を有するこのナノ構造体、ナノ粒子、薬剤、組成物、方法、および装置が提供される：ＰＤＴの開発は光増感剤の評価を含む；ＰＤＴの開発は標的化剤の評価を含む；ＰＤＴの開発はナノ構造体の評価を含む；データはナノ粒子の直接ＮＭＲイメージを有する；対象は、動物、哺乳動物、およびヒトからなる群より選択される。

【0033】

さらに、治療法を開発する方法が提供され、この方法は、ナノ粒子のＭＲＩからデータを取得することと、少なくとも部分的にデータを使用して治療法を開発することとを有し、ナノ粒子は１ｐｐｍ未満のガドリニウムを有する。

【0034】

さらに、以下の特徴のうちの１つまたは複数を有するこのナノ構造体、ナノ粒子、薬剤、組成物、方法、および装置が提供される：治療法の開発は、医薬品開発、癌治療開発、心臓状態開発、遺伝物質分析、反応経路分析、および薬理学からなる群より選択される評価を含む；ナノ粒子が生体内でイメージングされる；ナノ粒子が生体外でイメージングされる。

【0035】

さらに、材料を開発する方法が提供され、この方法は、ナノ粒子のＭＲＩからデータを取得することと、少なくとも部分的にデータを使用して材料を開発することを含み、ナノ粒子は１ｐｐｍ未満のガドリニウムを有する。

【0036】

さらに、評価を開発する方法が提供され、この方法は、ナノ粒子のＭＲＩからデータを取得することと、少なくとも部分的にデータを使用して対象を評価することを含み、ナノ粒子は１ｐｐｍ未満のガドリニウムを有する。

【0037】

さらに、以下の特徴のうちの１つ以上を有するこのナノ構造体、ナノ粒子、薬剤、組成物、方法、および装置が提供される：対象は、材料、医薬品、プロセス、反応経路、反応経路、及び製造方法からなる群より選択される。

【0038】

さらに、核磁気共鳴イメージング剤が提供され、イメージング剤は、本質的に重金属を含まない複数のナノ粒子と、ＰＥＧを有するナノ粒子とを有するものであって、ナノ粒子は、磁気共鳴イメージングシステムによって生成された磁場によって直接イメージングすることができる。

【0039】

さらに、核磁気共鳴イメージング剤が提供され、イメージング剤は、複数のナノ粒子を有するものであって、ナノ粒子はＰＥＧを有し、ナノ粒子は、磁気共鳴イメージングシステムによって生成される静磁場、勾配磁場、およびラジオ周波数（ＲＦ）磁場によって直接イメージングすることができることにより、ナノ粒子のイメージを生成し、また、造影剤は本質的に重金属を含まない。

【0040】

さらに、核磁気共鳴イメージング剤が提供され、イメージング剤は、１ｐｐｍ未満のガドリニウムを有する複数のナノ粒子を有し、ナノ粒子はＰＥＧを有し、ナノ粒子は、磁気共鳴イメージングシステムによって生成された磁場によって直接イメージングすることができる。

【0041】

さらに、核磁気共鳴イメージング剤が提供され、イメージング剤は、複数のナノ粒子を有し、ナノ粒子はＰＥＧを有し、ナノ粒子は磁気共鳴イメージングシステムによって生成された磁場によって直接イメージングすることができることにより、ナノ粒子のイメージを生成し、また、イメージング剤は１ｐｐｍ未満のガドリニウムを有する。

【0042】

さらに、磁気共鳴イメージング装置内の磁場によって直接イメージングすることができるナノ粒子を有するイメージング剤が提供され、このナノ粒子は、骨格材料を有するナノ構造体を有し、骨格材料は非常磁性であり、ナノ構造体は磁場によって直接イメージングすることができる。

【0043】

さらに、以下の特徴のうちの１つまたは複数を有するこのナノ構造体、ナノ粒子、薬剤、組成物、方法、および装置が提供される：ナノ構造体は約３６００個のプロトンを有す。；ナノ構造体は２５ｎｍ未満である；ナノ構造体は光増感剤を有する；ナノ構造体は標的化剤を有する；ナノ構造体は標的化剤およびイメージング剤を有する；および、ナノ構造体は腫瘍結合性である。

【0044】

さらに、このイメージング剤またはこのナノ粒子の少なくとも１つのイメージを直接取得しながら、ＭＲＩで治療法を実行する方法が提供される。

【0045】

さらに、以下の特徴のうちの１つまたは複数を有するこのナノ構造体、ナノ粒子、薬剤、組成物、方法、および装置が提供される；治療法は外科手術である；および、治療法はＰＤＴを有する。

【0046】

一実施形態では、ＰＥＧによるナノ粒子のＭＲＩイメージングは、ナノ粒子のＭＲＩ信号を選択的に視覚化し、水または脂肪から生じる他のプロトン信号を抑制するために、コンポーネントが追加された従来のＭＲパルスシーケンスを使用することによって達成される。このシーケンスには、スピンエコーイメージング法、グラジエントエコーイメージング法、刺激エコーイメージング法、エコープレーナーイメージング（ＥＰＩ）法、スパイラルイメージング法、逆投影イメージング法、およびケミカルシフトイメージング（ＣＳＩ）またはボクセルベースの分光法が含まれるが、これらに限定されない。

【0047】

一実施形態では、他のシングルからのフィルタリングが提供される。ＰＥＧナノ粒子信号を他のプロトン信号から分離するために、特定のフィルタリングコンポーネントが選択したパルスシーケンスに追加される。このＭＲＩ信号フィルタリング方法としては、組織の水ＭＲＩ信号を優先的に低減する、１，０００／ｍｍ^２より大きい磁場勾配Ｂ値を有するパルスシーケンスであって、ラジオ周波数（ＲＦ）脂肪抑制又はＴ_１脂肪抑制を用いた従来の脂肪抑制スキーム、ＰＥＧプロトンの長いＴ_２倍を利用し、組織の水と組織の脂肪信号の両方を低減するのに十分長いＴＥ時間を有するパルスシーケンス、ＰＥＧプロトンの特定のケミカルシフトに基づく、またはそれを使用するパルスシーケンス、上述ように脂肪抑制と水抑制で展開され、次にＤｉｘｏｎタイプのイメージングシーケンスを使用して水とＰＥＧプロトンイメージを別々に生成するパルスシーケンス、磁化伝達（ＭＴ）を使用して組織内の水をさらに抑制するが、ＰＥＧプロトンを抑制しないパルスシーケンス、特定のケミカルシフトの水、脂肪、およびＰＥＧプロトンにおける、１Ｄ、２Ｄまたは３Ｄのプロトンの低解像度イメージを生成するＣＳＩパルスシーケンス、およびボクセルＮＭＲスペクトルを生成するために水と脂肪の抑制方法を採用する、シングルボクセルまたはマルチボクセル局所分光パルスシーケンスが含まれるが、これらに限定されない。

【図面の簡単な説明】

【0048】

図１は、Ｃｅ６送達およびＲＯＳ生成効能（原寸に比例して描かれていない）の実施形態の構造表現を示す図であり、左の図は、Ｃｅ６によって単独でＲＯＳがどのように生成されるかを示し、右の図は、本発明による、カプセル化されたＣｅ６の実施形態に対する８ＰＥＧＡに固定された実施形態である。ＲＯＳの移動におけるこの違いは、明らかな効能の増加を示す。

【0049】

図２は、ＡＤＰＡ蛍光消光によって経時的に追跡された、ＰＡＡｍＮＰにカプセル化されたＣｅ６のｋ値プロットの実施形態を示す図である。ＰＢＳ中で６６０ｎｍＯＤ＝０．１２であり、プロットの傾きがｋ値である。

【0050】

図３Ａは、本発明による、Ｆ３－ｃｙｓペプチドによる８ＰＥＧＡ－Ｃｅ６の修飾の実施形態を示すグラフである。

【0051】

図３Ｂは、本発明による、０．１ｍｇ／ｍのＰＢＳ中の８ＰＥＧＡ－Ｃｅ６およびＦ３－８ＰＥＧＡ－Ｃｅ６のＵＶ／ＶＩＳスペクトルの実施形態の示すグラフである。

【0052】

図４は、血球計算盤細胞集団結果の実施形態のグラフである。対照群およびテスト群に対して、Ｎ＝３ｘ３（各３プレート、各３回テスト）で、２０００００個の細胞を播種したウェルに２００ｕｇ／ｍＬのＦ３－８ＰＥＧＡ－Ｃｅ６を２４時間処理のインキュベーション条件を採用し、対照群の細胞は、同じ条件下でＦ３－８ＰＥＧＡ－Ｃｅ６ナノ構造体を含まない。本発明によれば、結果は、ほぼ同一の細胞集団を示している。

【0053】

図５Ａから図５Ｅは、ＨｅＬａ２２９細胞のＰＤＴテストのイメージ写真である。図５Ａ。ＰＤＴコントロール細胞のカルセインＡＭ蛍光（Ｆ３－８ＰＥＧＡ－Ｃｅ６なし）。図５Ｂ。照射の２時間後のＰＤＴ対照細胞のカルセインＡＭ蛍光。図５Ｃ。ＰＤＴ前のテスト細胞（Ｆ３－８ＰＥＧＡ－Ｃｅ６を使用）のカルセインＡＭ蛍光。図５Ｄ。ＰＤＴの２時間後のテスト細胞のカルセインＡＭ蛍光。図５Ｅ。ＰＤＴの２時間後の蛍光。ＰＤＴの２時間前、２００ＵＧ／ｍＬのＦ３－８ＰＥＧＡ－ＣＥ６でＰＤＴテストプレートをインキュベートした後、６９２＋／－２０ｎｍのフィルターとアークランプを使用して、合計５０ミリワット／ｃｍ^２のフルエンスで１０分間、全ての細胞を照射した。この操作は本発明により実行した。

【0054】

図６は、ｂ＝１０^８ｓ／ｍ^２（Ａ）、およびｂ＝１０^１０ｓ／ｍ^２（Ｂ）で得られた、８ＰＥＧＡの実施形態の拡散加重スピンエコーＭＲイメージのイメージである。１１０Ｍ水のプロトン信号は、（Ａ）に見られるように、従来のＭＲイメージを支配するが、ｂ＝１０^１０ｓ／ｍ^２におけるイメージングでは１０^－１０倍抑制されている。エコーパルス磁場勾配ＮＭＲにより測定した２５°Ｃにおける８ＰＥＧＡの拡散定数は、３．５７２１０^－１１Ｍ^２／ｓであり、ｂ＝１０^１０ｓ／ｍ^２で残存初期磁化の７０％が許容された。（Ｂ）のカラーバーは、本発明により検出された８ＰＥＧＡの濃度を示す。

【0055】

図７は、８ＰＥＧＡの実施形態の濃度依存性ＭＲＩ信号のグラフである。５つのバイアルのそれぞれに対して関心領域（ＲＯＩ）を選択し、信号の平均（円）と標準偏差（エラーバー）を計算した。本発明により、線形方程式を５つの測定されたバイアルに適合させ、その結果を破線として示す。

【0056】

図８は、本発明によるナノコンポジットの実施形態のサイズ分布を示すグラフである。

【0057】

図９は、本発明によるＰＤＴの実施形態を示す概略図である。

【0058】

図１０は、本発明による８ーアーム－ＰＥＧ－アミン（８ＰＥＧＡ）の例示的な実施形態を示すチャートである。

【0059】

図１１～１８は、本発明による実施形態の性能および性質を示すチャートである。

【0060】

図１９は、本発明による、８ＰＥＧＡ－Ｃｅ６実験で使用されたものに等しいＯＤにおけるＰＡＡｍ－Ｃｅ６ＮＰのＫ値プロットの実施形態を示すグラフである。

【0061】

図２０は、本発明による８ＰＥＧＡ上のＣｅ６の実施形態のスペクトルであり、標的化の有無にかかわらず、Ｃｅ６の８ＰＥＧＡへの添加は、凝集を引き起こさず、蛍光が維持され、それでもＲＯＳを生成することを示す。

【0062】

図２１は、適用された勾配（ｂ値）の関数としての８ＰＥＧＡからの信号の変化を示すグラフの実施形態である。本発明によれば、勾配は拡散定数Ｄを与える。

【0063】

図２２は、筋細胞におけるＣＴＰ標的化８ＰＥＧＡ－Ｃｅ６の選択的取り込みを示すイメージである。Ｃｅ６の蛍光は筋細胞でのみ見られる。

【0064】

図２３は、本発明による８ＰＥＧＡの実施形態のＴＥＭである。８ＰＥＧＡはヒドロゲルであり、ＴＥＭは測定に真空を使用するため、グリッドはまだ湿っている間に挿入され、プレートの表面張力のために一部の８ＰＥＧＡが水化された形態で残っている可能性がある。平均範囲は約１０～１２ｎｍである。

【0065】

図２４は、本発明による、標的化８ＰＥＧＡＮＰを有するＰＤＴの実施形態が血管系に損傷を引き起こさないことを示すイメージである。ＰＩ蛍光は筋細胞からのみである。

【0066】

図２５は、本発明による、Ｃｅ６を用いた非標的化ＰＤＴの実施形態を示すイメージである。ＰＩ蛍光はもはや筋細胞に限定されず、冠状血管細胞に現れ、血管系の損傷を示している。

【0067】

図２６は、本発明によるＭＲＩの実施形態およびＭＲＩを使用するためのプロセスの概略斜視図である。

【発明を実行するための形態】

【0068】

一般に、本発明は、ナノ構造体、このナノ構造体を製造する方法、および治療法、イメージング、診断、セラノスティックおよび他の用途に関する。

【0069】

一般に、一実施形態では、ナノ構造体（ＮＣ）は、治療プラットフォームとして、ならびにイメージング剤として同時に機能することができる。このナノ構造体は、他の能力、例えば、特定の細胞型、特定の構造を選択するための標的化剤などを提供する活性成分などを有してもよいし、または細胞膜透過性などの特定の膜関連特性を有してもよい。

【0070】

一般に、好ましい実施形態は、多数の望ましい治療法、イメージング、診断、セラノスティック、およびこれらの特性の組み合わせおよび変形を有する多機能の、超小型ナノプラットフォームである。この好ましい実施形態は、光増感剤単独および他のＰＤＴナノ構造体と比較して、優れた光線力学的効能を有する。利用において、この好ましいナノ構造体は、癌細胞へのその適用において優れた光線力学的効能を有する。その優れた効能に加えて、このＮＣは無毒性であり、ＭＲＩの分子イメージング剤である。

【0071】

８ーアームポリエチレングリコールアミン（８ＰＥＧＡ）は、様々な修飾を可能にする生体適合性ポリマーである。通常、アミン基は、光線力学治療法（ＰＤＴ）における一連の光増感剤（ＰＳ）の共有結合による固定に使用できる。さらに、実施形態では、ポリマーの他のアームをマレイミド基に変換して、様々なシステイン末端ペプチドの付加を可能にする。たとえば、ペプチドには余分なアミノ酸（システイン）を付加して、遊離チオールを取得し、それを利用することができる。そのような実施形態では、ペプチド機能が保持されているペプチド＋１アミノ酸が存在する。いくつか例を挙げると、癌、心不整脈、脈絡膜血管新生などの多くの生物学的環境でＰＤＴを標的化し、適用するように柔軟に適合させるＮＣとしての８ＰＥＧＡの実施形態がある。８ＰＥＧＡはＭＲＩのための長いＴ_２寿命も持ち、また、例えば、クリーンで直接的なイメージを生成する方法の組み合わせによって水信号が十分に抑制され得る、高いｂ値における従来の拡散加重イメージング（ＤＷＩ）を介して、生体内でイメージング剤として使用される。

【0072】

本ＮＣ、システム、および方法は、以前の治療法、イメージングシステム、以前のナノ粒子（ＮＰ）、および治療に比べて多くの改善を提供する。この改善の例としては、最適化された活性酸素種（ＲＯＳ）の生成、任意の望ましい生物学的領域の浸透を可能にする小さなサイズ、多様な生物学的システムの標的化とＮＣ蓄積を可能にする変更の容易さ、８ＰＥＧＡのサイズが小さく生分解性があることによる生体内除去率の向上、および従来の方法よりも改善されたＤＷＩが含まれる。

【0073】

ＮＭＲイメージング剤又は造影剤として使用するための実施形態において、ＮＣの実施形態では、典型的にはＢ値が１０^８と１０^９ｓ／ｍ^２との間のＤＷＩに使用されるが、８ＰＥＧＡの長いＴ_２寿命と高いＭＷ（ＩＮ４０ｋＤａ）により、ｂ＝１０^１０ｓ／ｍ^２までにおいても使用が可能であり、水／脂肪信号の十分な抑制につながり、８ＰＥＧＡのみが残ることになる。さらに、ＤＷＩで８ＰＥＧＡを使用すると、安全性の懸念を一貫して引き起こす重金属原子を必要とせずにＭＲＩが可能である。

【0074】

このナノ構造体は、血流への直接送達、例えば、包装済みのＩＶ配合物または使い捨ての包装済み注射器；ピル、錠剤、液体などの摂取；定量吸入器またはネブライザーなどによる吸入；ガス吹送法の一部として、経皮送達または生体内用の軟膏または液体などの局所送達などの薬剤送達システムに処方することができる。この薬剤送達システムは、１つ、２つ、３つ、またはそれ以上の異なるナノ構造体を有することができ、それぞれが特定して設計されているか、特定の目的を有する。この薬剤送達システムはまた、追加のイメージングおよび治療剤として機能する、例えば、ナノ構造体ではない他の添加剤および活性作用剤を含んでもよい。

【0075】

一般に、添加剤は、例えば、化学結合（例えば、共有結合、イオン結合、ファンデルワールス結合など）、立体障害または骨格内または骨格による物理的捕獲などによる立体的または機械的相互作用、添加剤が骨格材料を構成する分子構造の一部になること、およびこの組み合わせと変形などを介して、ナノ構造体骨格、即ち、ナノ粒子と相互作用することができる。添加剤は、ナノ粒子の形成前、ナノ粒子の形成中、ナノ粒子の形成後、およびこの組み合わせおよび変形に添加することができる。

【0076】

多くのイメージング色素またはイメージング剤、および他の診断ツールは、特にヒトにおける使用には望ましくないと見なされる可能性のある材料を使用している。この色素および薬剤は、金属ベースであり得、金属、金属酸化物、または鉄、鉄白金、マグネシウム、およびマンガンなどの金属化合物または複合体を使用または含有し得る。ＭＲＩイメージング剤はガドリニウムベースの材料を使用する。

【0077】

重金属を含まない本ナノ構造体の実施形態、例えば、ナノ構造体、ナノ構造体の薬剤送達システム、およびその両方は、約１０ｐｐｍ未満の重金属、約１ｐｐｍ未満の重金属、および約０．１ｐｐｍ未満の重金属を含む金属、およびゼロの重金属を含む。重金属には、チタンとすべての重金属が含まれる。この重金属を含まないナノ構造体は、イメージング剤および診断剤として機能することができる。このイメージングナノ構造体の実施形態は、ガドリニウムを含まない、例えば、０．１ｐｐｍ未満であり、好ましくはガドリニウムがゼロであるＭＲＩイメージング剤を提供する。重金属を含まないＮＰ、ＮＣ、薬剤送達システム、およびこの組み合わせと変形は、ＭＲＩによって直接イメージングできるため、直接ＭＲＩイメージング剤、診断剤、およびその両方として機能する。

【0078】

標的化可能なＮＣの実施形態は、光線力学治療法（ＰＤＴ）の治療プラットフォームとして、またＭＲ分子イメージング剤として同時に機能することができる。一実施形態では、このナノ構造体は、重金属原子、特にガドリニウムを含まない。

【0079】

一実施形態では、付加されたクロリンｅ６（ＣＥ６）ＰＳおよび標的化部位ＣＴＰ－Ｃｙｓ付き（心臓標的化ペプチド）の超小型８ーアームポリエチレングリコールアミン（８ＰＥＧＡ）ＮＣは、心筋細胞の細胞特異的破壊のために標的ペプチドを使用する場合、生きているラットおよびヒツジのそれぞれの心臓における生体内および生体外において、心不整脈のＰＤＴに対して治療結果をもたらす。このＮＣは、タコのような、超コンパクトで生体適合性の高いポリマー、８ーアームポリエチレングリコールアミン（８ＰＥＧＡ）であった。アミン末端アームは、藻類由来のＰＳ、クロリンｅ６（Ｃｅ６）、および心筋細胞の標的化部位を固定した。このナノ構造体は、ＭＲＩイメージング剤として使用でき、心臓の状態やその他の状態のＭＲＩセラノスティックとして使用できる。

【0080】

一実施形態では、このナノ構造体は、癌にＰＤＴを提供するように構成することができる。この目的のためには、標的ペプチドはＦ３－ｃｙｓであり得る。８ＰＥＧＡ－Ｃｅ６ＮＣは、従来のＣｅ６カプセル化ポリアクリルアミド（ＰＡＡｍ）ＮＣと比較して、優れた活性酸素種（ＲＯＳ）生成を示す。これは、とりわけ、一部の用途では、ＰＡＡｍＮＣと比較した場合にＰＤＴにおける８ＰＥＧＡＮＣの利点をもたらす。

【0081】

８ＰＥＧＡ－Ｃｅ６ＮＣによって証明された優れた活性酸素種は、Ｃｅ６はシングレット酸素を生成するため、シングレット酸素である。ＲＯＳが常にＮＣのマトリックスから逃れるとは限らないＮＰカプセル化と比較して、細胞内でより広く利用可能であることにより、生成されたもののより多くが酸化ストレスで効果的に使用できることで、この生成は優れていると定義される。さらに、８ＰＥＧＡやＰＡＡなどのＮＣは、ＰＳの凝集を防ぐ効果的なツールとして機能し、これは遊離ＰＳが行え得るため、励起状態の消光により生成が停止する。この比較を行う際には、Ｃｅ６－８ＰＥＧＡとＣｅ６－ＰＡＡのｋ値を同じ光学密度で比較することが好ましい。

【0082】

８ＰＥＧＡ－Ｃｅ６ＮＣは細胞適合性もあり、選択した標的化ペプチドの付加に化学的柔軟性を提供する。最後に、このラベルフリー８ＰＥＧＡＮＣは、水信号を抑制するために大きな拡散磁場勾配を持つ標準的なスピンエコーイメージングシーケンスを使用して、ＭＲＩによって直接かつ選択的にイメージングできる。特に、その超小型サイズにより、このＮＣは生体内における浸透と生体内除去を改善した。

【0083】

一般に、理論上では、任意のペプチドはＰＥＧナノ粒子への付加が実行可能であり、システイン末端であるすべてのペプチドは８ＰＥＧＡに付加できると考えられている。Ｆ３－ｃｙｓペプチドは特定の癌を標的とするペプチドである。一実施形態では、それは、癌への８ＰＥＧＡ－Ｃｅ６の適用のために使用された。ＨｅＬａ細胞は、その堅牢な性質と、Ｆ３－ｃｙｓペプチドの特定の標的であるヌクレオリン過剰発現していることが知られているため、対象のモデルシステムとして選択された。８ＰＥＧＡは、小さいサイズ、均一性、および生体適合性からの利点に加えて、与えられたＰＳで最適化されたＲＯＳの生成を含むさらなる利点が本発明によって開発されたことにより、ＭＲＩの分子イメージング剤として使用される。理論上、ポリアクリルアミドヒドロゲルナノ粒子（ＰＡＡｍＮＰ）などの標準モデルマトリックス内にカプセル化されている場合とは対照的に、たとえば、ＰＳＣｅ６が酸素化環境と直接接触するため、このＮＣでは最適化されたＲＯＳ生成が期待されるとされている。このようにして、実施形態では、以前のＮＣと比較した場合に、ＲＯＳ産生効能、生体適合性、および標的化における柔軟性が増加したナノ構造体が提供される。

【0084】

本発明の実施形態では、８ＰＥＧＡベースのナノ粒子およびナノ構造体は、イメージング用途、診断用途、セラノスティック用途、およびこの組み合わせおよび変形のためのＭＲＩイメージング剤として使用される。この８ＰＥＧＡＭＲＩイメージング剤は、他の治療法、イメージング剤または造影剤、および用途と組み合わせて使用できる。理論上、８ＰＥＧＡ群の実施形態の高分子量（例えば、４０ｋＤａ）、柔軟な鎖ダイナミクス、およびその特定の構造は、部分的に、本発明の高度に選択的な分子イメージングＭＲＩ剤にとって好ましい条件を作り出すとされている。さらに、８ＰＥＧＡの遅い拡散定数と横方向のスピン緩和速度が組み合わさって、周囲の水信号を抑制する拡散加重ＭＲＩシーケンスが可能になり、８ＰＥＧＡのクリーンなイメージが提供される。本発明の８ＰＥＧＡＭＲＩイメージング剤および８ＰＥＧＡＭＲＩイメージング用途の実施形態では、８ＰＥＧＡＭＲ信号は選択的に検出され、その濃度に比例する。８ＰＥＧＡＭＲＩイメージング剤および用途は、本重金属原子ＭＲＩイメージング剤と比較して、とりわけ、その生体適合性のために、本ＭＲＩイメージング剤および用途よりも優れている。さらに、８ＰＥＧＡＭＲＩイメージング剤はまた、セラノスティック剤であるか、または本ＭＲＩイメージング剤および用途に比べて追加の機能および利点を提供するセラノスティック機能を有する。

【0085】

８ＰＥＧＡに付加されたＣＥ６のＲＯＳ産生に対してポリアクリルアミド（ＰＡＡｍ）にカプセル化が、２つの競合するナノ構造の比較として図１に示されている。図１は、波長６６０ｎｍの光にＣＥ６１０２が露出される場合、分子状酸素（^３Ｏ_２）のトリプレット基底状態１０１から励起シングレット状態（^１Ｏ_２）１００へのＲＯＳ１００の生成を示す。Ｃｅ６１０２がＰＡＡｍＮＣ（Ｃｅ６／ＰＡＡｍＮＰ）１０５内にカプセル化されている場合のＲＯＳ１００の生成およびＲＯＳの経路が、Ｃｅ６１０２が８ＰＥＧＡＮＣ（８ＰＥＧＡ－Ｃｅ６）１０６の一部である場合のＲＯＳ１００の生成と比較されている。

【0086】

図２は、ＰＡＡｍカプセル化Ｃｅ６の相対的ＲＯＳ生成の「ｋ値」プロットの実施形態のグラフである。ｋー値は、ＡＤＰＡ蛍光の一次減衰によって測定される、Ｃｅ６によってＲＯＳが生成される速度の尺度である。同等のｋ値を生成するために、ＰＡＡｍ－Ｃｅ６ＮＰの光学密度（ＯＤ）をＵＶ／ＶＩＳにより６６０ｎｍにおける８ＰＥＧＡ－Ｃｅ６のＯＤ（０．１２）に調整した。表１は、文献のＯＤに対して正規化した場合の２つのＮＣの相対的な結果を示す。

【表1】

表１：６６０ｎｍにおけるＯＤ＝０．１２において、検討された２つのＮＣのｋ値

【0087】

ＮＣ８ＰＥＧＡの直径も、ストークス－アインシュタイン近似およびＴＥＭによって計算し、図２３に示す。

【0088】

図３Ａは、標的化ＮＣであるＦ３－８ＰＥＧＡ－Ｃｅ６コンジュゲート３０１、および非標的化ＮＣである８ＰＥＧＡ－Ｃｅ６コンジュゲート３０２の吸収スペクトルを示す。６６０ｎｍにおける特徴的なピークは、両方のＮＣで保持されている。

【0089】

図３Ｂは、Ｆ３－ｃｙｓによる８ＰＥＧＡ－Ｃｅ６の化学修飾を示す図を提供する。したがって、８ＰＥＧＡ３１１およびＣｅ６３１２を有するＮＣ３１０は、ＢｉＰＥＧ、例えば３１３で修飾されてＮＣ３１０ａを提供し、次にＦ３－ｃｙｓ、例えば３１４で修飾されて標的化ＮＣ３１０ｂを提供する。

【0090】

このＦ３－ｃｙｓ－８ＰＥＧＡ－Ｃｅ６ＮＣの生体適合性をテストする方法としてフローサイトメトリーを採用し、暗毒性をテストした。細胞は２００ｕｇ／ｍＬＦ３－８ＰＥＧＡ－Ｃｅ６の濃度でテストした。コントロール細胞は、Ｆ３－８ＰＥＧＡ－Ｃｅ６ＮＣが追加されていないデータ群を表す。図４から分かるように。有意な毒性は観察されなかった。

【0091】

励起光による単純な細胞ストレスの可能性を排除するためのコントロールテストとして、Ｆ３－８ＰＥＧＡ－Ｃｅ６を含まないＨｅＬａ細胞をまき、ＮＣ処理細胞のＰＤＴで使用したのと同じ時間と電力（５０ｍＷ／ｃｍ^２、１０分）で照射した。照射後（図５Ａ、Ｂ参照）、細胞形態にわずかな変化が見られたが、細胞質染色カルセインＡＭ蛍光カウントに変化はなく、膜ブレビングの兆候（アポトーシスの特徴）はなかった。

【0092】

Ｆ３－８ＰＥＧＡ－Ｃｅ６で細胞を光照射した後のカルセインＡＭ蛍光に顕著な違いが見られる（図５Ｃ、Ｄ参照）。照射前には観察可能なヨウ化プロピジウム（ＰＩ）蛍光はなかったが（データは示していない）、照射後は細胞膜不透過性ＰＩが細胞の核を染色していることがわかる（図５Ｅ参照）。

【0093】

８ＰＥＧＡの並進拡散定数Ｄ、および緩和時間Ｔ_１およびＴ_２を、２５℃及び３５℃で測定した（表２、図２１参照）。８ＰＥＧＡ（非修飾）の溶液中のイメージを収集して、水／脂肪が抑制されたときのクリーンなイメージの生成（図６参照）とそれらの濃度依存性応答（図７参照）を示した。したがって、図６において、イメージ６０１はｂ＝１０^８ｓ／ｍ^２で得られた８ＰＥＧＡを示し、イメージ６０２はｂ＝１０^１０Ｓ／ｍ^２で得られた８ＰＥＧＡを示す。イメージ６０１に見られるように、１１０Ｍの水のプロトン信号が従来のＭＲイメージを支配するが、ｂ＝１０^１０Ｓ／ｍ^２のイメージングにおいて１０^－１０倍に抑制される。バー６０３は、イメージ６０２において８ＰＥＧＡの検出された濃度と相関している。この応答は、濃度に対して線形であることがわかり（図７参照）、水抑制技術で収集されたイメージ（図６Ｂ参照）と一致している。テストした濃度は、Ｈ_２Ｏ中で０、２．３８、４．７７、９．５４、および１９．０８ｍｇ／ｍＬの８ＰＥＧＡであった。さらに、ストークス－アインシュタインの式：

【数1】

を採用して８ＰＥＧＡのサイズを計算してＴＥＭ結果を検証し、直径は３５℃で１０．９６ｎｍと計算され、１３個の測定されたＮＣで分かった約１０～１２ｎｍの範囲と一致する（図２３を参照）。

【表2】

表２：２５℃及び３５℃における緩和時間及び８ＰＥＧＡの並進拡散定数は、１６．４Ｔで測定。サンプルは２５／７５（Ｖ／Ｖ）Ｈ_２Ｏ／Ｄ_２Ｏ中の５ｍｇ／ｍｌＬ８ＰＥＧＡである。

【0094】

Ｃｅ６－８ＰＥＧＡは、ヒドロゲルＮＰと比較して、他のどの要因よりも８ＰＥＧＡではＣｅ６群が細胞の酸素化環境と直接接触していることに基づいて、より効率的なＲＯＳ生成プラットフォームである。この構成は、図１に示されている。したがって、酸素は、ＰＳ１０２をカプセル化するＰＡＡｍＮＰマトリックス１０５に拡散する必要はなく、ＲＯＳ１０１は、とりわけ、拡散する必要はなく、マトリックスとの反応による損失を被る必要もない。この特徴は、同一のＯＤに調整した場合、ｋ値テストによってＣｅ６－８ＰＥＧＡのｋ値がＣｅ６カプセル化ＰＡＡｍＮＰのｋ値よりも約５０％大きいことを示すことにより確認される（表１）。

【0095】

８ＰＥＧＡは星型のポリマーであるため、球形の材料形状を想定したストークス－アインシュタインの式によるサイズの測定が望ましい。並進拡散係数Ｄ（表２、図２１）を測定した結果、３５℃におけるポリマーのサイズは約１１ｎｍであることがわかる。二次分析方法として、８ＰＥＧＡを酢酸ウラニルで染色し、ＴＥＭを使用して視覚化した（図２３参照）。以下の円内の選択した１３点のサイズ、円２３０１（１３．１ｎｍ）、２３０２（１１．３ｎｍ）、２３０３（１０．４ｎｍ）、２３０４（１２．５ｎｍ）、２３０５（１０．８ｎｍ）、２３０６（１２．２ｎｍ）、２３０７（１０．１ｎｍ）、２３０８（１１．５ｎｍ）、２３０９（１１．９ｎｍ）、２３１０（１０．８ｎｍ）、２３１１（１０．９ｎｍ）、２３１２（１１．６ｎｍ）、２３１３（１２．５ｎｍ）は約１０～１２ｎｍであることが分かり、ストークス－アインシュタイン式の測定とよく一致している。

【0096】

ナノ粒子の表面をＰＥＧ化することとは異なり、本発明の実施形態では、ナノ粒子骨格自体は、主にＰＥＧ、例えば、少なくとも約８５％のＰＥＧ、少なくとも９０％のＰＥＧ、少なくとも９５％のＰＥＧ、少なくとも９９％、または少なくとも９９．９％のＰＥＧで形成され、好ましくは１００％のＰＥＧで形成される。したがって、標的化ベクターは、生体内における用途だけでなく、生体外おける細胞取り込みを加速するのにも役立つ。たとえば、癌を標的とする場合、８ＰＥＧＡ－Ｃｅ６にグラフトするために、ヌクレオリンを標的とするペプチドＦ３－ｃｙｓが選択された。なお、Ｆ３－ｃｙｓの付加後、Ｃｅ６分光学的特徴は、図３Ｂに示されるように、ほとんど影響を受けず、図３Ｂに示すように、ペプチドを切り替える際（心臓筋細胞を標的とするためのＣＴＰから、癌細胞を標的とするためのＦ３へ）の光物理的特性の保存を示す。修飾の前後と比較した場合、０．１ｍｇ／ｍＬでＣｅ６吸収のわずかな減少が見られるが、ＢｉＰＥＧおよびＦ３－ｃｙｓがＮＣのＭＷを増加させるので、このことは予想される。ＢｉＰＥＧは、２アームの二機能性ＰＥＧ（２ｋＤａなど）である。ＢｉＰＥＧの実施形態は、一端にＮＨＳエステルを有し、他端にマレイミドを有することができる。実施形態では、これは、ペプチドが付加されるように、アミンをマレイミドに変換するように機能する。

【0097】

本ＮＣの実施形態の重要な態様は、それらの生体適合性である。一実施形態では、全体の構造は、ＰＥＧ、Ｃｅ６、およびホーミングペプチドＦ３－ｃｙｓで構成される。ＰＥＧは、生体適合性の高い物質であり、Ｆ３－Ｃｙｓは生体外または生体内で毒性効果を持たない良好な標的化剤である。藻類由来のＣｅ６はＰＤＴ剤の一例である。この３つの部位を有するＮＣの実施形態は、重大な生体適合性の問題を示さない、即ち、ＮＣは生体適合性である。これは、図４に示すような血球計算盤の結果によって生体外で確認される。

【0098】

Ｆ３－８ＰＥＧＡ－Ｃｅ６でＰＤＴテストを開始する前に、選択したレーザー条件（５０ｍＷ／ｃｍ^２で１０分間）をテストして、照射が重大な細胞ストレスの原因ではないことを確認した。照射前（図５Ａ参照）および照射後（図５Ｂ参照）の細胞のカルセインＡＭイメージは、形態にほとんど変化を及ぼさず、アポトーシスの兆候を示さなかった。したがって、光照射源は細胞に大きなストレスを与えない。その後、２００Ｕｇ／ｍｌの濃度のＦ３－８ＰＥＧＡ－ＣＥ６の存在下でＰＤＴを開始した（図５Ｃ／Ｄ／Ｅ参照）。ＰＤＴ後、細胞質の内容物の喪失をしめす、カルセインＡＭ蛍光の有意な減少がみられ、これは、細胞膜が破裂した条件下においてのみ発生するイベントである。膜の破裂は、細胞不透過性色素ＰＩによる核の染色によって示された（図５Ｅ参照）。図４の細胞適合性と併せてＰＤＴテスト結果を考察すると、細胞の死がＰＤＴを介していることは明らかである。

【0099】

より効率的なＰＤＴ（５０％大きいｋ値）に加えて、８ＰＥＧＡＮＣ、治療法、セラノスティックスの使用には、例えば、次のような多くの追加の利点があると考えられる：（１）ＮＣのサイズが小さいため、より大きなＮＰでは提供されない機能として、体からの迅速な腎クリアランスの可能性；および（２）腫瘍に浸透できるようにするには多孔性／漏出性血管系を必要とする従来のより大きなＮＰとは対照的に、まだ血管新生が成されてない腫瘍領域に浸透する能力など。

【0100】

本発明以前は、異種核ＭＲ法を使用して生体内で選択的にイメージングできる前に、ＰＥＧに^１３Ｃタグを付ける必要があると考えられていた。本発明のＰＥＧＮＰおよびＮＣの実施形態は、ＮＭＲ、ＭＲＩ、イメージング剤、造影剤、およびこの組み合わせおよび変形になるという驚くべき能力を示す。ＰＥＧの実施形態では、とりわけ、ポリエチレンオキシド鎖の固有の柔軟性と８ＰＥＧＡの遅い並進拡散は^１ＨＮＭＲを用いた、８ＰＥＧＡプロトンの選択的なＭＲイメージングのための物理的および動的条件の利用可能なセットを作り出す。具体的には、相関時間が約０．１ｎｓの８ＰＥＧＡの高速鎖運動は、プロトン双極子－双極子相互作用の十分な平均化を提供し、２５℃と３５℃でそれぞれ５８６ｍｓと７６９ｍｓと測定される長い核スピン横方向緩和時間Ｔ_２を生成する。高速の内部鎖ダイナミクスとは対照的に、分子の高分子量は、水分子よりも２桁遅い並進拡散定数を生成する。したがって、水信号は大きな拡散勾配によって効果的に抑制でき、８ＰＥＧＡの場合、その長いＴ_２時間と遅い拡散の組み合わせにより、エチレンオキシド信号のみが残る。なお、ＭＲ信号強度は次のように減衰する。

【数2】

【0101】

ここで、ｂ値は、磁場勾配の大きさ及び持続時間によって決定され、Ｄは水又は８ＰＥＧＡいずれかの並進拡散定数であり、ＴＥはエコー時間であり、Ｔ_２は、横方向スピン緩和時間である。また、エチレンオキシドモノマーの対称性により、４つのプロトンすべてに対して単一のケミカルシフトが生じ、それぞれの４０ｋＤａポリマー分子は約３，６００のプロトンを運ぶことで、ＮＭＲまたはＭＲＩ信号の大きなモル増幅を生み出す。高いｂ値と長いＴＥ時間による拡散加重スピンエコーＭＲイメージング実験を実行することにより、速い拡散による水信号と短いＴ_２時間による脂肪信号が効果的に抑制され、８ＰＥＧＡ信号が選択的にイメージングされる。生体内では、細胞内の水分子の拡散が制限されているため、高いｂ値における水信号強度のごく一部が残るが、従来の^１ＨＮＭＲにおけるプロトン水とエチレングリコールのプロトンの差が約１ｐｐｍであるため、この信号は８ＰＥＧＡ信号から削除または区別できる。なお、プロトンの数は、ナノ粒子に応じて、３，６００より多くても少なくてもよく、約２，０００から約３０，０００、約４，０００より多くてもよく、約５，０００より多くてもよく、約２，０００から約１０，０００、約３，０００から約７，０００であってもよい。また、この範囲内のすべての値およびこの範囲より多いまたは少ない数量であってもよい。

【0102】

したがって、例えば図６に見られるように、８ＰＥＧＡは、上記の抑制技術と組み合わせると、ＭＲイメージング剤として非常によく機能する。これにより、健康上の懸念、安全上の懸念、および特定の患者群に対して本健康上のリスクの対象となる、ガドリニウム塩やキレートなどのような、利点がより少なく、問題を抱えるまたは危険な材料などの他のＭＲＩ造影剤を置き換えるまたは排除するための大幅な進展と能力が提供される。抑制技術が適用されていないイメージ６０１と適用されたイメージ６０２との間には明らかな違いがある。８ＰＥＧＡイメージング信号はまた、その濃度に対して線形である（図７参照）。上記のイメージング剤およびイメージング技術の実施形態が適用される場合、８ＰＥＧＡのクリーンで明確なイメージが回収されることで、生体内におけるイメージング剤としてのその実行可能性を明確に示される。適切な較正下で、これにより、生体組織（例えば、腫瘍領域対濾過器官）における８ＰＥＧＡの定量化を可能にすることを含む、精密なイメージングおよび診断が提供される。

【0103】

したがって、８ＰＥＧＡ－Ｃｅ６ＮＣは、優れた活性酸素種、ＭＲＩイメージング能力、重金属非含有、および癌標的化剤を有する能力の１つ以上、好ましくはすべての特徴をＮＣに提供する。

【0104】

イメージング剤とＰＤＴ剤の両方である標的化ナノ構造体を有する能力は、これまで前例のない状態の治療に効能を生み出す。この標的化セラノスティックナノ構造体は、標的化剤を使用して、特定の構造、例えば、細胞型、腫瘍などを標的とする。このようにして、標的化セラノスティックナノ構造体は、標的化剤の作用によって標的構造と選択的に相互作用する。標的化剤のみで、標的構造体と相互作用するナノ構造体の約８０％、約９０％、または約９５％に対して優れた特異性を提供することができる。ただし、標的化剤は、標的構造体に絶対的な特異性を提供することはできない。したがって、活性化エネルギーが送達される際、標的構造をイメージングすることができ、それによって、好ましくは、活性化エネルギー、例えば、光の送達のための精密なパターンを決定できることが望ましい。

【0105】

このようにして、セラノスティック法の一実施形態では、標的化セラノスティックナノ構造体が身体に送達され、血液によって運ばれ、標的構造、例えば腫瘍と相互作用する。腫瘍のＭＲＩイメージングが行われ、このイメージはナノ構造体の存在によって強調される。体内の標的構造の位置と形状が取得され、保存される。後続のイメージ技術、例えば、光音響イメージング、コンピュータによる強調および初期ＭＲＩイメージのレンダリングなどのモデリング技術、ならびにその両方を使用して、体内の標的構造体に関する非常に精密なイメージおよび、位置データおよび情報を提供することができる。次に、このイメージと位置データに基づいて照射パターンを作成できる。この照射パターンは、事前に決定し、カスタマイズして、標的構造体に特定化することができる。

【0106】

一実施形態では、この所定の照射パターンは、小径のレーザースポットであり得る。このパターンで照射されるレーザービームのエネルギーは、ＰＳを活性化してＲＯＳを生成するのに十分である。ただし、レーザービームによって送達されるエネルギーは、レーザーが組織の光学的破壊を引き起こす閾値（ＬＩＯＢ）より低く、好ましくは、組織が加熱される閾値より低い。実施形態では、レーザービームの特性、例えば、波長、焦点距離、スキャン時間または持続時間、パワー、パルス化、パルス長または連続性、およびスポットサイズは、レーザーとの直接相互作用による標的構造の組織への損傷がほとんどまたはまったくない状態で、細胞レベルおよび細胞内レベルまでＰＳが非常に精密な位置（ｚ、ｘ、およびｙ座標）で活性化されるように決定することができる。このようにして、ＰＳは細胞レベルの精度で活性化され、その構造に隣接する細胞に損傷を与えることなく、標的構造体にＲＯＳを提供することができる。（ＲＯＳは作り出された後の持続期間が非常に限られており、細胞内または細胞に隣接して作り出された場合、隣接していない細胞に移動したり、影響を与えたりしない可能性は低いと理解されている。）

【0107】

ナノ構造体の実施形態では、空間的（レーザー焦点）および生物学的（細胞選択的）選択性の両方が、標的化抗体またはペプチドを有するナノ構造体（ＮＣ）を使用することによって達成され、これはまた、表面下腫瘍へのＰＤＴ治療を拡張する。一般に、ＮＣの使用は、免疫系を迂回するため、生物学的な環境からＰＳの保護を可能にし、逆もまた同様である。

【0108】

比較的に小さいサイズ（＜２０ｎｍ）の８ＰＥＧＡ由来のＮＣは、筋肉などの非常に密度の高い組織を含む標的組織に浸透し、筋細胞などの特定の細胞タイプに選択的に蓄積されることで、穏やかな近赤外照射下で光線力学的破壊を可能にした。癌の治療において、このＮＣのサイズが小さい場合、単独で、または標的部位と組み合わせて、ＮＣに腫瘍結合性が提供され、腫瘍に対して細胞選択性を有する。

【0109】

任意のタイプの活性的、動的治療法部位に、ナノ粒子を、好ましくは標的化剤とともに使用して、セラノスティックナノ構造体、たとえば、ナノ構造体を形成することができる。一実施形態では、現在知られている、または後に開発される動的治療法剤は、少なくとも部分的にＰＥＧ、ＰＥＧベースの材料、およびこの組み合わせおよび変形から形成されるナノ粒子と組み合わされる。一実施形態では、現在知られている、または後に開発される動的治療法剤は、断面が５０ｎｍ未満であるナノ粒子、および４０ｎｍ未満の実施形態と組み合わされる。一実施形態では、現在知られている、または後に開発される動的治療法剤は、約５ｎｍから約２０ｎｍ、約５ｎｍから約１５ｎｍ、約１０ｎｍから約１５ｎｍ、および約９ｎｍから約１２ｎｍまでの断面を有するナノ粒子と組み合わされる。一実施形態では、現在知られている、または後に開発される動的治療法剤は、断面が５０ｎｍ未満、４０ｎｍ未満、３０ｎｍ未満、２０ｎｍ未満、１５ｎｍ未満、および１０ｎｍ未満であるナノ粒子と組み合わされる。一実施形態では、現在知られている、または後に開発される動的治療法剤は、８ＰＥＧＡであるナノ粒子と組み合わされる。ナノ構造体のこれらの実施形態のすべては、例えば、腫瘍結合性などの標的化能力または特徴を有する標的化剤等およびその組み合わせおよび変形も含んでもよい。

【0110】

ナノ構造体に関する上記の実施形態の組み合わせおよび変形、ならびに本明細書で教示される他のものは、医薬品としてまたはその一部として使用される。この医薬品の一実施形態では、ナノ構造体は、均一なサイズおよびより均一なサイズを有する。したがって、実施形態では、医薬品中のナノ構造体、特に対象または患者（動物、哺乳動物、またはヒト）で使用するための医薬品の投与量は、約１％以下、約５％以下、および約１０％以下のサイズ差を有する粒子を有する。実施形態では、医薬品中のナノ構造体は、以下の粒子サイズ分布を有することができる：Ｄ１０＝ｎ－５、Ｄ５０＝ｎ、Ｄ９０＝ｘ＋５（ここで、ｎ＝５～２５ｎｍ）；Ｄ１０＝ｎ－１０、Ｄ５０＝ｎ、Ｄ９０＝ｘ＋１０（ここで、ｎ＝５～２５ｎｍ）；約１０のＤ５０、約１５ｎｍのＤ５０、約２０ｎｍのＤ５０、約５０ｎｍのＤ５０、約８ｎｍから約１５ｎｍのＤ５０、およびそれより大きな値およびより小さな値。（図８は、Ｄ１０、Ｄ５０、およびＤ９０値の計算および分布を示している。Ｄ５０は、医薬品の累積量の５０％を占めるナノ構造体のサイズを表す値である。Ｄ－９０は、医薬品の累積量の９０％を占めるナノ構造体のサイズを表する。Ｄ－１０は、医薬品の累積量の１０％を占めるナノ構造体のサイズを表す値である。）実施形態では、医薬品は、約１０ｎｍ以下、約５ｎｍ以下、および約１ｎｍ以下の粒子サイズ分布を有するナノ構造体を有する。

【0111】

一般に、ＰＤＴの場合、光源の波長は、光増感剤を励起して活性酸素種を生成するのに適切である必要がある。ＰＤＴを介して生成されるこの活性酸素種は、フリーラジカルまたはシングレット酸素として知られる反応性の高い酸素状態である。典型的には、実施形態では、光増感剤は、分子状酸素（^３Ｏ_２）のトリプレット基底状態を励起シングレット状態（^１Ｏ_２）へ励起するために必要とされる最小のエネルギーである適切なエネルギー（約０．９５ｅＶ）のトリプレット状態を生成することができる。生成され得る他の細胞毒性種としては、例えば、他のＲＯＳ、１型ＲＯＳ、ヒドロキシルラジカル、過酸化物、およびスーパーオキシドアニオンが含まれる。

【0112】

典型的には、腫瘍細胞に対する直接的な細胞毒性効果、腫瘍血管系への損傷、および全身性免疫の発達につながる可能性のある炎症性免疫の誘導の３つのメカニズムが存在し、これらは、実施形態では、ＰＤＴが標的組織の破壊、例えば、腫瘍破壊を媒介することにより相互に関連し得る。

【0113】

より小さなナノ構造体、例えば８ＰＥＧＡに光増感剤を組み込むことにより、より低いエネルギー状態の光増感剤を得ることができる。他の理由の中でも、理論上、光増感剤は、ＲＯＳを形成するために利用できる組織酸素が多いＮＣの表面またはその近くにあるため、より小さいＮＣのサイズにより、ＲＯＳの影響を受ける組織または構造に近接してＲＯ種を生成する能力をＮＣと光増感剤に与えるとされている。

【0114】

一実施形態では、典型的な光増感剤は、例えば、シングレット酸素または他の活性酸素種の量子収率が十分に高い（＞０．４）場合、効率的なＰＤＴ剤であり得る。つまり、励起された光増感剤分子の少なくとも４０％は、蛍光、燐光、またはその他の手段によってエネルギーを放つ代わりに、シングレット酸素または活性酸素種を生成する。さらに、励起された光増感剤のトリプレット状態の寿命が長いほど（＞１ｍｓ）、周囲の分子との相互作用が良くなり、より多くの細胞毒性種が生成される。より小さなサイズのナノ構造体、およびナノ構造体が非常に均一なサイズ分布を有する医薬品を利用する本発明の実施形態は、より効率の低い光増感剤に効果的なＰＤＴとして機能する能力を提供し、また、ＰＤＴで使用される既存の光増感剤の治療効能を大幅に高める。より小さなナノ構造体、例えば８ＰＥＧＡに光増感剤を組み込むことにより、より低いエネルギー状態の光増感剤を得ることができる。他の理由の中でも、理論上、光増感剤は、ＲＯＳを形成するために利用できる組織酸素が多いＮＣの表面またはその近くにあるため、より小さいＮＣのサイズにより、ＲＯＳの影響を受ける組織または構造に近接してＲＯＳ種を生成する能力をＮＣと光増感剤に与えるとされている。

【0115】

なお、ＰＤＴのメカニズムは、レーザー創傷治癒および回復、または強力なパルス光毛除去などの他の光ベースおよびレーザー治療法とは区別され、これらは光増感剤、蛍光、燐光、または生体内で生成される、つまり、作り出される、または活性部位の生成を必要とする他の手段を必要としない。

【0116】

実施形態では、典型的には、ＰＤＴによって標的化される構造の例は、ミトコンドリア、リソソーム、または小胞体であり得る。細胞への影響は、例えば、ｃｙｔｔｉｄ効果は、理論上、例えば、アポトーシス細胞死メカニズム、壊死経路、およびその両方を介して起こるとされている。理論上、アポトーシスに必要な酵素が破壊され、十分な細胞損傷があることで、壊死の結果（原形質膜が損傷）を引き起こすとされている。腫瘍破壊のもう１つの主な原因としては、理論上、腫瘍への酸素と栄養素の供給を制限する血管の閉鎖によるものであり、組織の低酸素症と細胞死につながるとされている。さらに理論上のメカニズムとしては、ＰＤＴが免疫応答を活性化し、リンパ球、白血球、マクロファージなどの免疫細胞が標的組織に浸潤するとされている。腫瘍破壊のもう１つの原因としては、腫瘍への酸素と栄養素の供給を制限する血管の閉鎖を介するものであり、組織の低酸素症と腫瘍細胞死につながる。これは、腫瘍破壊における８ＰＥＧＡＮＣの実施形態において、腫瘍細胞死の主要な手段である。

【0117】

より小さなサイズのナノ構造体、ナノ構造体の非常に均一なサイズ分布を有する医薬品、およびこの組み合わせを利用する本発明の実施形態は、新しい光増感剤、古くて好まれない光増感剤、および以前はＰＤＴでは無視されていた光増感剤を使用する能力を提供する。これらの実施形態は、腫瘍細胞死に対するこれらの本理論化されたメカニズム、ならびに本発明のイメージング能力およびセラノスティックスを含む、本発明の結果として生じる、または後で発見され得る他の方法または経路を使用することができる。

【0118】

本発明は、特定の光増感剤に限定されない。いくつかの実施形態では、薬剤は、メチレンブルー（ＭＢ）、クロリンｅ６（Ｃｅ６）、クマシーブルー（実施形態では、ＰＴＴ（光熱治療法）剤として機能する）、金、または他の適切な光増感剤である。いくつかの実施形態では、光増感剤はまた、イメージング（例えば、ＭＢ）にも適している。

【0119】

本発明の実施形態は、光線力学治療法に限定されない。本発明の実施形態では、本発明のナノ構造体およびナノ構造体医薬品の一部を形成し得る追加の治療剤を利用することができる。その例としては、アポトーシスを誘導する薬剤超音波増感剤、例えば、超音波増感剤；ポリヌクレオチド（例えば、アンチセンス、リボザイム、ｓｉＲＮＡなど）；ポリペプチド（例えば、酵素および抗体）；ＢａｘなどのＢｃｌ－２ファミリータンパク質と結合する（例えば、オリゴマー化または複合体化する）薬剤；アルカロイド；アルキル化剤；抗生物質；代謝拮抗剤；ホルモン；白金化合物；モノクローナルまたはポリクローナル抗体（例えば、抗癌剤、毒素、ディフェンシンとコンジュゲートした抗体）、毒素；放射性核種；生物学的反応修飾因子（例、インターフェロン（ＩＦＮ－αなど）およびインターロイキン（例、ＩＬ－２）、養子免疫治療法剤、造血増殖因子、細胞分化を誘導する薬剤（例、オールトランスレチノイン酸）、遺伝子治療法試薬（例、アンチセンス治療法試薬およびヌクレオチド）；血管新生阻害剤；プロテオソーム阻害剤：ＮＦ－ＫＢモジュレーター；抗ＣＤＫ化合物；ＨＤＡＣ阻害剤；重金属（例、バリウム、金、またはプラチナ）；化学治療法剤（例、ドキソルビシンまたはシスプラチン）などが含まれるが、それらに限定されない。他の多くの毒性化合物の例が当業者に知られており、より小さなサイズのＮＣ、医薬品中における非常に均一なＮＣサイズ分布、およびこの組み合わせによって、これらの化合物の使用が可能である。

【0120】

いくつかの実施形態では、毒性剤は超音波増感剤である。超音波増感剤の例としては、ポルフィリン（例えば、ヘマトポルフィリン、ジアセチルヘマトポルフィン－マイトマイシン－Ｃコンジュゲート、フォトフリンＩＩ、メソポルフィリン、プロトポルフィリンＩＸ、銅プロトポルフィリン、テトラフェニルポルフィンテトラスルホネート、ＡＴＸ－７０、ＡＴＸ－Ｓ１０、フェオホルビド－ａ、ＣＩＡ１－フタロシアニンテトラスルホネート、および塩素ＰＡＤ－Ｓ３１）、テノキシカム、ピロキシカム、ローズベンガル、エリスロシンＢ、メロシアニン５４０、ジメチルホルムアミド、シトシンアラビノシド、ピリドキサルバゾール、２，２’－アゾビス（２－アムジノプロパン）、５，５’－ジメチル－１－ピロリン－Ｘ－オキシド、ｅ－ピリジル－１－オキシド－Ｎｔ－ブチルニトロン、および抗癌剤（例えば、窒素マスタード、シクロホスマドミド、ブレオマイシン、アドリアマイシン、ＦＡＤ１０４、アンホテリシンＢ、マイトマイシンＣ、ダウノマイシン、シスプラチン、エトポシド、ジアジクオン、ジヒドロキシ（オクスビ－グオアニド）ボロン、および５－フルオロウラシル）（例えば、Ｒｏｓｅｎｔｈａｌｅｔａｌ、ＵｌｔｒａｓｏｎｉｃｓＳｏｎｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ１１（２００４）３４９参照；参照によりその全体が本明細書に組み込まれる）などが含まれるが、それらに限定されない。

【0121】

いくつかの実施形態において、毒性剤は、アポトーシスを誘導または刺激する薬剤を含む。アポトーシスを誘導する薬剤としては、放射線（例えば、Ｘ線、ガンマ線、ＵＶ）；腫瘍由来成長因子のリガンド、受容体、および類似体；キナーゼ阻害剤（例えば、上皮成長因子受容体（ＥＧＦＲ）キナーゼ阻害剤、血管成長因子受容体（ＶＧＦＲ）キナーゼ阻害剤、線維芽細胞成長因子受容体（ＦＧＦＲ）キナーゼ阻害剤、血小板由来成長因子受容体（ＰＤＧＦＲ）キナーゼ阻害剤、およびＢｃｒ－Ａｂｌキナーゼ阻害剤（ＧＬＥＥＶＥＣなど））；アンチセンス分子；抗体（例、ハーセプチン、リツキサン、ゼバリン、ベキサール、およびアバスチン）；抗エストロゲン（例えば、ラロキシフェンおよびタモキシフェン）；抗アンドロゲン（例、フルタミド、ビカルタミド、フィナステリド、アミノグルテチミド、ケトコナゾール、およびコルチコステロイド）；シクロオキシゲナーゼ２（ＣＯＸ－２）阻害剤（例、セレコキシブ、メロキシカム、ＮＳ－３９８、および非ステロイド性抗炎症剤）；抗炎症剤（例、ブタゾリジン、デカドロン、デルタソン、デキサメタゾン、デキサメタゾンインテンソール、デキサメタゾン、ヘキサドロール、ヒドロキシクロロキン、メチコルテン、オラデキソン、オラソン、オキシフェンブタゾン、ペディアプレド、フェニルブタゾン、プラケニル、プレドニゾロン、プレドニゾン、プレローン、およびタンデアリル）；および癌化学治療法剤（例、イリノテカン（ＣＡＭＰＴＯＳＡＲ）、ＣＰＴ－１１、フルダラビン（ＦＬＵＤＡＲＡ）、ダカルバジン、デキサメタゾン、ミトキサントロン、ＭＹＬＯＴＡＲＧ、ＶＰ－１６、シスプラチン、カルボプラチン、オキサリプラチン、５－ＦＵ、ドキソルビシン、ゲムシタビン、ボルテゾミブ、ゲフィチニブ、ベバシズマブ、タキソテール、またはタキソール）；細胞シグナル伝達分子；セラミドとサイトカイン；スタウロスポリンなどが含まれるが、それらに限定されない。

【0122】

本組成物および方法における使用に適したアルキル化剤としては、１）窒素マスタード（例えば、メクロレタミン、シクロホスファミド、イホスファミド、メルファラン（Ｌ－サルコリシン）；およびクロラムブシル）；２）エチレンイミンおよびメチルメラミン（例えば、ヘキサメチルメラミンおよびチオテパ）；３）アルキルスルホネート（例えば、ブスルファン）；４）ニトロソウレア（例、カルムスチン（ＢＣＮＵ）；ロムスチン（ＣＣＮＵ）；セムスチン（メチル－ＣＣＮＵ）；およびストレプトゾシン（ストレプトゾトシン））；５）トリアゼン（例えば、ダカルバジン（ジメチルトリアゼノイミド－アゾールカルボキサミド））などが含まれるが、それらに限定されない。

【0123】

いくつかの実施形態では、本組成物および方法における使用に適した代謝拮抗剤としては、１）葉酸類似体（例えば、メトトレキサート（アメトプテリン））；２）ピリミジン類似体（例えば、フルオロウラシル（５－フルオロウラシル）、フロクスウリジン（フルオロデオキシウリジン）、およびシタラビン（シトシンアラビノシド））；３）プリン類似体（例えば、メルカプトプリン（６－メルカプトプリン）、チオグアニン（６－チオグアニン）、およびペントスタチン（２’－デオキシコホルマイシン））などが含まれるが、それらに限定されない。

【0124】

さらに別の実施形態では、本発明の組成物および方法における使用に適した化学治療法剤としては、１）ビンカアルカロイド（例えば、ビンブラスチン、ビンクリスチン）。２）エピポドフィロトキシン（例、エトポシドおよびテニポシド）；３）抗生物質（例えば、ダクチノマイシン（アクチノマイシンＤ）、ダウノルビシン（ダウノマイシン；ルビドマイシン）、ドキソルビシン、ブレオマイシン、プリカマイシン（ミトラマイシン）、およびマイトマイシン（マイトマイシンＣ））；４）酵素（例えば、Ｌ－アスパラギナーゼ）；５）生物学的応答修飾因子（例えば、インターフェロン－アルファ）；６）白金配位錯体（例えば、シスプラチンおよびカルボプラチン）；７）アントラセンジオン（例、ミトキサントロン）；８）置換尿素（例えば、ヒドロキシ尿素）；９）メチルヒドラジン誘導体（例えば、プロカルバジン（Ｎ－メチルヒドラジン））；１０）副腎皮質抑制剤（例、ミトタン（ｏ、ｐ’－ＤＤＤ）およびアミノグルテチミド）；１１）アドレナリンコルチコステロイド（例、プレドニゾン）；１２）プロゲスチン（例えば、カプロン酸ヒドロキシプロゲステロン、酢酸メドロキシプロゲステロン、および酢酸メゲストロール）；１３）エストロゲン（例、ジエチルスチルベストロールおよびエチニルエストラジオール）；１４）抗エストロゲン（例、タモキシフェン）；１５）アンドロゲン（例、プロピオン酸テストステロンおよびフルオキシメステロン）；１６）抗アンドロゲン（例、フルタミド）：および１７）ゴナドトロピン放出ホルモン類似体（例、リュープロリド）などが含まれるが、それらに限定されない。

【0125】

いくつかの代替の実施形態では、ナノ粒子、ナノ構造体、およびその両方は、イメージングの目的で追加の薬剤を含む。いくつかの実施形態では、イメージング剤は、例えば、磁性材料（例えば、ＭＲＩ用の鉄）、発光反応を触媒するタンパク質（例えば、生物発光イメージング用のルシフェラーゼなどのルシフェリン）；蛍光色素（例えば、蛍光イメージング用のローダミンまたはフルオレセインイソチオシアネート）；蛍光タンパク質（例、緑色蛍光タンパク質）；および放射性元素（例えば、オートラジオグラフィー用）などから選択される。

【0126】

いくつかの実施形態では、ナノ粒子、ナノ構造体、およびその両方が、Ｘ線／ＣＴの造影剤として使用されるナノ材料を含むか、またはＭＲＩが、光活性特性、Ｘ線の吸収、またはＴ１磁気共鳴イメージングの常磁性特性を利用する。例示的な造影剤としては、ガドリニウム造影剤、蛍光剤（例えば、アリザリンレッドＳ）、および米国特許第７４１２２７９号または６５４０９８１に記載されている造影剤が含まれ、このそれぞれが参照によりその全体が本明細書に組み込まれるが、それらに限定されない。

【0127】

本発明の実施形態は、毒性剤を活性化する活性剤を提供し、細胞特異的な方法で標的の細胞に局所的な細胞および組織の損傷を与える。本発明は、特定の活性剤に限定されない。毒性剤を活性化する任意の活性剤は、本発明の実施形態における使用を見出す。一般に、活性剤は、細胞の死または破壊につながる毒性剤放出エネルギー（例えば、フリーラジカルの形態で）をもたらすエネルギー源を提供する。例示的な活性剤には、光、熱、放射、音などが含まれるが、これらに限定されない。

【0128】

いくつかの実施形態では、本発明は、光線力学治療法を使用して説明されている。ただし、本発明は、光線力学治療法の使用に限定されない。本発明の実施形態において、様々な毒性剤および活性化システムの使用が見出される。

【0129】

図９を参照すると、光線力学治療法（ＰＤＴ）の一般的な実施形態では、光増感剤が光エネルギーによって活性化し、活性酸素種を放出す化学反応の使用が含まれる。ＰＤＴは２つの段階を含む。最初に、光増感剤が投与され、受動的または能動的標的化によって組織上または組織内に蓄積する。次に、光増感化された組織は、光増感剤の吸収スペクトルと一致する波長の光に露出され、これにより、光増感剤は照射されると励起される。光力学的に有効な光増感剤を使用することにより、分子状酸素（細胞内で利用可能）へのエネルギー移動と、主にシングレット酸素（Ｏ_２）である活性酸素種（ＲＯＳ）の生成につながる。細胞の脂質、アミノ酸、およびタンパク質のその後の酸化は、組織の壊死および／またはアポトーシスなどの細胞損傷を誘導する。ＲＯＳは、寿命と拡散長が非常に限られていることにより、非常に局所的な毒性があるため、それらの放出は不可逆的でありながら、非常に制限された細胞の損傷と組織の壊死を引き起こす。したがって、ＰＤＴによって誘導される損傷は、光増感された細胞に限定されるが、隣接する非光増感細胞は影響を受けない。

【0130】

本ナノプラットフォームの実施形態は、コンジュゲート光増感剤であり、また、標的化された細胞特異的ＰＤＴが効能および制御性を大幅に向上させて様々な用途に利用可能であるようにヒドロゲルを持つ標的化部位である。たとえば、生分解性ナノ粒子とコンジュゲートした２つの薬剤の相乗的実行を含む、細胞および空間に特異的な細胞死の方式：筋細胞を標的とするペプチド（たとえば、ＣＴＰ）、および光増感剤（たとえば、クロリンｅ６）を可能にする光線力学治療法である。

【0131】

いくつかの実施形態では、活性剤は音である（例えば、音波力学治療法）。音波力学治療法は、特定の化合物（超音波増感剤）の細胞毒性活性の超音波依存性増強によるものである。超音波は、２０ｋＨｚ以上の周波数で連続的な弾性媒体内の粒子の周期的な振動を伴う力学的波である。液体では、約１０００～１６００ｍ／ｓのその速度は、マイクロメートルからセンチメートルの波長範囲に変換される。その結果、音場は、分子レベルの生物学的環境を含む、分子のエネルギーレベルと直接結びつけることはできない。したがって、この放射は安全であると認識されるだけでなく、そのエネルギーを大幅に減衰させることなく、非常に優れた組織透過能力を備えている。いくつかの実施形態では、音は体外で生成され、組織を介して所望の治療領域を標的とする。

【0132】

音波力学治療法は、超音波と「超音波増感剤」と呼ばれる化合物の相乗効果に基づいている。効果は、定義された領域（たとえば、標的組織の領域）に超音波を集中させることによって局所化することができる。いくつかの実施形態では、超音波は、標的組織の特定の領域に経皮的に送達される。

【0133】

いくつかの実施形態において、活性剤は、治療剤（例えば、化学治療法剤）を活性化する医薬製剤である。例えば、いくつかの実施形態において、ベラパミルは、化学治療法剤（例えば、ドキソルビシン）の効能を活性化または改善するために使用される。

【0134】

本発明の実施形態は、本明細書に記載のナノ構造体およびナノ構造体医薬品を含む組成物、キット、およびシステムを提供する。いくつかの実施形態では、システムは、ナノ粒子、ナノ構造体、およびその両方、ならびに活性剤を送達するための器具または装置（例えば、レーザー、超音波装置、放射線送達装置など）を含む。いくつかの実施形態では、システムは、標的組織においてナノ粒子、ナノ構造体、およびのその両方をイメージングする器具と、活性剤の送達、イメージング、データ分析、およびデータ表示を制御するためのコンピュータシステムをさらに含む。

【0135】

次に、細胞特異的な死は、活性剤（例えば、レーザー光または音）送達の局所送達（例えば、埋め込まれたナノ粒子または表面上の毒性剤を介して）と、それに続くＲＯＳの局所放出により誘導される。実施形態において、特異的に標的化された細胞型は、活性剤が送達される領域においてのみ殺され、一方、非標的化細胞の数は、活性剤の送達後、一定のままである。

【0136】

本発明は、活性剤の特定の送達方法に限定されない。いくつかの実施形態において、活性剤は、例えば、内視鏡手術または開腹術である外科手術による治療法を必要とする標的組織の領域に直接送達される。いくつかの実施形態において、活性剤は、自動化されたシステム（例えば、コンピューター制御）を使用して標的化および制御される。

【0137】

いくつかの実施形態において、活性剤は、カテーテルまたは他の静脈内または動脈内送達を使用して、または経皮的に（例えば、超音波を介して）治療を必要とする標的の領域に局所的に送達される。そのような方法は、開腹外科手術の必要性を回避する。

【0138】

いくつかの実施形態では、治療法は音波力学治療法である。音波力学治療法には、経皮送達の利点があるため、侵襲手段なしで手順全体を実行できる。毒性剤（例、超音波増感剤）が送達され（例、静脈内）、次に組織の標的領域が超音波で治療される。

【0139】

いくつかの実施形態では、治療法は光線力学治療法である。光線力学治療法は、照射された領域のみが治療を受け、他の領域は未治療のままであるため、空間的特異性をもたらす能力がある。

【0140】

いくつかの実施形態では、治療法は、筋細胞を標的とし、切除するか、または殺す。ただし、本発明は、筋細胞の標的化に限定されない。治療用ナノプラットフォームを実装することの利点は、異なる標的組織の用途のために、様々なオプションの標的化剤にコンジュゲートするこの担体の高い汎用性である。実際、他の標的化部位（例えば、抗体、ペプチドなど）、機能性色素、または生物活性作用剤は、このナノプラットフォームで容易に実装できる。

【0141】

いくつかの実施形態では、本明細書に記載の治療用途は、既存の治療法と組み合わせて、または既存の治療法の代替として使用される。いくつかの実施形態では、ナノ粒子ベースの治療法は、失敗したまたは不完全な治療法（例えば、非ナノ粒子治療法）のフォローアップとして使用される。

【0142】

いくつかの実施形態では、ナノ粒子、ナノ構造体、およびその両方が、イメージング（例えば、生体内イメージング）用途で利用される。いくつかの実施形態では、蛍光性ある、または他の方法でもイメージング可能である感光剤（例えば、クロリンｅ６）または粒子が利用される。本明細書に記載されるように、本発明の重要な実施形態は、ナノ粒子、ナノ構造体、およびそれらの両方であり、他の薬剤または材料の添加により、ＭＲＩイメージング剤として機能する。他の実施形態では、ナノ粒子、ナノ構造体、およびその両方は、別個のイメージング剤をさらに含む。例えば、本明細書に記載されるように、いくつかの実施形態において、ナノ粒子、ナノ構造体、およびその両方は、イメージング（例えば、Ｘ線、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージング、ＰＥＴイメージング、超音波、光音響イメージング、またはＭＲＩイメージング）のための造影剤を含む。例えば、いくつかの実施形態では、^１５７Ｇｄ、金、ヨウ素、鉄酸化物、またはイメージング被覆ナノ粒子、ナノ構造体およびその両方における使用に適した他の薬剤である。

【0143】

いくつかの実施形態において、ナノ粒子、ナノ構造体、およびその両方は、生体内または生体外で、生物発光イメージングによって生物学的標的を検出すために使用される。いくつかの実施形態において、ナノ粒子、ナノ構造体、およびその両方は、生物発光反応を触媒する酵素を含む。生物発光反応を触媒する酵素としては、細菌ルシフェラーゼ（米国特許第４，５４８，９９４号）、Ｐｈｏｔｉｎｕｓｐｙｒａｌｉｓルシフェラーゼ（米国特許第５，６７０，３５６号および第５，６７４，７１３号）、Ｒｅｎｉｌｌａｒｅｎｉｆｏｒｍｕｓルシフェラーゼ、Ｐｙｒｏｐｈｏｒｕｓｐｌａｇｉｏｐｈｔｈａｌａｍｕｓルシフェラーゼ、Ｌｕｃｉｏｌａｃｒｕｃｉａｔａルシフェラーゼ（Ｍａｓｕｄａｅｔａｌ．，Ｇｅｎｅ７７：２６５－７０［１９８９］）、Ｌｕｃｉｏｌａｌａｔｅｒａｌｉｓルシフェラーゼ（Ｔａｔｓｕｍｉｅｔａｌ．，Ｂｉｏｃｈｉｍ．ＢｉｏｐｈｙｓＡｃｔａ１１３１：１６１－６５［１９９２］）、およびＬａｔｉａｎｅｒｉｔｏｉｄｅｓルシフェラーゼが含まれるが、これらに限定されない。上述の文献および特許は、参照により本明細書に具体的に組み込まれる。

【0144】

いくつかの実施形態では、イメージングはインサイチュで実行される。生物発光酵素を含むナノ粒子、ナノ構造体、およびその両方が動物の静脈内に提供され、分子認識要素がその生物学的標的に結合するように時間が与えられる。次に、いくつかの実施形態において、生物発光酵素の基質（例えば、細菌または昆虫のルシフェリン）が、動物に（例えば、静脈内、腹腔内、膀胱内、または脳血管内送達を介して）提供される。いくつかの実施形態では、次に、生物発光検出システムによって、基質に対する酵素の作用による生物発光の生成が検出される。いくつかの実施形態では、生物発光検出システムは、浜松強化ＣＣＤ（ＩＣＣＤ、モデルＣ２４００－３２）を含む。他の実施形態では、生物発光検出システムは、弱い信号を増強するための他の装置（例えば、マイクロチャネルプレートインテンシファイアおよび検出器および／またはインテンシファイアのペルチェまたは液体窒素冷却用の装置）をさらに含む。いくつかの実施形態では、動物が配置されている暗いチャンバーのドアを開くことによって、動物のグレースケールイメージは得られる。次にドアを閉め、インテンシファイアのゲインを最大に調整して生物発光シグナルを検出する。次に、信号は疑似カラーのグレースケールイメージでオーバーレイされる。

【0145】

他の実施形態では、ナノ粒子、ナノ構造体、およびその両方を使用して、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）によって生物学的標的を検出する。いくつかの実施形態では、イメージングされた生物学的標的はインサイチュである。磁性材料を含むナノ粒子、ナノ構造体、およびその両方が動物に提供され（例えば、静脈内に）、分子認識要素がその生物学的標的に結合するように時間が与えられる。次に、いくつかの実施形態では、生物学的標的は、磁気共鳴システム（例えば、７ーテスラ磁気共鳴システム）でイメージングされる。いくつかの実施形態では、Ｔ_１加重またはＴ_２加重イメージが得られる。

【0146】

いくつかの実施形態では、診断およびイメージング用途は、治療用途と組み合わせて実行される。例えば、いくつかの実施形態では、イメージング剤を利用して、光線力学治療法の前後の標的組織を視覚化して、細胞死を監視する。例えば、いくつかの実施形態では、イメージングにより、臨床医は、ナノ粒子、ナノ構造体、およびその両方がどこに結合しているかを見ることができる（例えば、活性化の前、最中、または後）。いくつかの実施形態では、イメージングを使用して、治療後の標的組織を視覚化して、細胞死滅の程度または局在化を決定する。したがって、イメージングにより、動的治療法の進行状況をリアルタイムで監視できる。

【0147】

いくつかの実施形態では、イメージング法を利用して、活性化の治療過程を決定する。例えば、いくつかの実施形態では、治療後に、例えば、同一または異なる領域における追加の活性剤、または追加のナノ粒子、ナノ構造体、およびその両方の送達の形態で追加の治療が必要かどうかを決定するためにイメージングが使用される。

【0148】

いくつかの実施形態では、ナノ粒子、ナノ構造体、およびその両方が、研究（例えば、動物モデルにおけるイメージング、構造研究、ＤＮＡ－タンパク質結合相互作用、タンパク質捕捉など）、外科手術中、または薬剤スクリーニング用途で使用される。

【0149】

本ＮＣ、本ＮＣの作製方法、およびこのＮＣの使用方法を評価するために、様々な分析および監視の手法と機器を使用できる。たとえば、島津ＵＶ－１６０１ＵＶ／可視分光光度計は、ＮＰの光学密度（ＯＤ）の記録と調整に使用できる。蛍光スペクトルは、Ｆｌｕｏｒｏｍａｘ－３を使用して取得できる。

【0150】

本ＮＣを作製するために使用される出発材料、試薬、およびコンポーネントは、入手可能な商業的供給源から入手でき、好ましくは、医療製品で使用するためのＦＤＡ承認材料である。例えば、以下は、実施例の実施形態に使用することができる材料の供給源である。クロリンｅ６（Ｃｅ６）および１－エチル－３－（３－ジメチルアミノプロピル）カルボジイミド（ＥＤＣ）は、ＦｒｏｎｔｉｅｒＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃから供給される。８ＰＥＧＡ（４０ｋＤａ）およびＢｉ－ＰＥＧ（Ｍａｌｅｉｍｉｄｅ－ＰＥＧ－ＳｕｃｃｉｎｉｍｙｄａｌＥｓｔｅｒ、２ｋＤＡ）は、ＣｒｅａｔｉｖｅＰＥＧＷｏｒｋｓから供給される。Ｆ３－Ｃｙｓペプチド（ＫＤＥＰＱＲＲＳＡＲＬＳＡＫＰＡＰＰＫＰＥＰＫＰＫＫＡＰＡＫＫＣ）はＳｙｎＢｉｏＳｃｉから供給される。ＤｅｃｏｎＬａｂｓからの１９０プルーフの天然エタノール。Ａｍｉｃｏｎセル用の１０ｋＤａおよび３００ｋＤａフィルターと１０ｋＤａ遠心フィルターはＡｍｉｃｏｎから供給される。ＤＭＥＭ［（＋）グルタミン、砂糖、ピルビン酸ナトリウム）、ペニシリンストレプトマイシン、およびウシ胎児血清は、ＬｉｆｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓから供給される。他のすべての化学物質はＳｉｇｍａＡｌｄｒｉｃｈから供給された。アクリルアミド、３－（アクリロイルオキシ）－２－ヒドロキシプロピルメタクリレート（ＡＨＭ）、アミノプロピルメチルアクリルアミド塩化水素塩（ＡＰＭＡ）、Ｎ－ヒドロキシスクシンイミド（ＮＨＳ）、Ｎ、Ｎ’－ジシクロヘキシルカルボジイミド（ＤＣＣ）、ＢｒｉｊＬ４、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム塩（ＡＯＴ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、過硫酸アンモニウム（ＡＰＳ）、テトラメチルエチレンジアミン（ＴＥＭＥＤ）、リン酸緩衝食塩水（０．０１Ｍ、ＰＢＳ）、ヘキサン、システイン、アントラセンジプロピオン酸（ＡＤＰＡ）、カルセインＡＭ、ヨウ化プロピジウム（ＰＩ）。

【0151】

一実施形態では、ＮＭＲは、クリーンなＰＥＧイメージを提供するのに十分な水および脂肪の抑制を提供するように操作および分析される。たとえば、組織の水の９５％が除去される拡散ベースの方法を採用できる。残留水は、当業者に知られている他の水抑制方法によって除去することができる。たとえば、追加の水抑制を行うには、各ボクセルが水、ＰＥＧ、および脂肪のＮＭＲスペクトルからなる分光イメージングを使用できる。この抑制方法は、組織分布研究にも適用できる。

【0152】

一実施形態では、８ＰＥＧＡのＭＲＩは、エトキシプロトンの信号を直接拾い上げ、それを測定する。これは、ガドリニウムなどの金属とは異なって、ガドリニウムは、相互作用する水のプロトンの緩和時間を変化させ、スキャン中に見ることができるにコントラストを作り出す。したがって、本発明の実施形態は、ＮＰ中のプロトンの直接測定に基づくイメージを提供し、水のプロトンの緩和時間の変化に依存せず、またそれを使用しない。

【0153】

ＮＣ、特にＰＥＧベースのＮＣの実施形態は、様々な異なるサイズおよび重量であり得、例えば、モノマー（例えば、複数のＰＥＧから構成されていない単一の大きな高分子）、マルチアームＰＥＧ（例えば、２、４、６、８、１０、または以上のアーム）、およびこの組み合わせと変形を含む。ＮＣは、約１０ｋＤＡから約１，０００ｋＤａ、約２０ｋＤａから約５００ｋＤａ、約３０ｋＤａから約２００ｋＤａ、約４０ｋＤａから約７５０ｋＤａ、約３５から約７５ｋＤａ、約５０ｋＤａから約８００ｋＤａの１ＭＤａ未満の総分子量を有することができる。また、この範囲内のすべての値およびこの範囲より多いまたは少ない数量を含む。

【0154】

図１０を参照すると、普遍的に適用可能な超小型ナノプラットフォームである８ーアーム－ＰＥＧアミン（８ＰＥＧＡ）１０１０の実施形態を示すチャートが提供され、そのナノプラットフォームは光線力学治療法（ＰＤＴ、「セラ」）および分子ＭＲ剤（「ノスティック」）としてのセラノスティックス用である。イメージ１０１１の左側は、光増感剤（ＰＳ）を様々な官能基を介して付加でき、次に胞特異的標的化方式のための、マレイミドーチオール反応などの二官能性ＰＥＧとの単純な「クリック」化学反応によって標的化剤（ペプチドなど）が付加できる柔軟性を示す。右は、８ＰＥＧＡ１０１０に、ＭＲＩイメージングに理想的な様々な物理的特性がどのように含まれているかを示す。この特性には、Ｔ_２寿命が長く、ＭＷが４０ｋＤａと高いため拡散定数が遅いことが含まれ、これは拡散加重ＭＲＩに理想的な特性である。

【0155】

図１１を参照すると、Ｃｅ６（ＰＳ）およびＣＴＰ（ＴＡ）を用いて８ＰＥＧＡを組み立てる一般的なフローチャートが示されている。これは、任意の適切なＴＡおよびＰＳの使用に一般的に適用できる。上のチャート１１０１は、ＰＤＴがどのように機能するかについての一般的なルートの説明である。ナノプラットフォームは光を受け取り、それを吸収して局所の酸素に伝達し、ＲＯＳを作り出す。次に、このＲＯＳは細胞に損傷を与える。下のチャート１１０２は、標的化ＮＣを作製するための概略的な反応経路である。

【0156】

図１２を参照すると、ラットおよびヒトの細胞培養の生体外におけるＣＴＰ－８ＰＥＧＡ－Ｃｅ６ＮＰの性能のスライドが示され、この培養には、線維芽細胞と心筋細胞の両方が含まれる。ラットの場合、線維芽細胞と直接接触している場合でも、筋細胞のみが死滅することがわかる。死んだ細胞では、カルセインＡＭ蛍光が減少し、ヨウ化プロピジウムは増加する。ヒト細胞テストは、プラットフォームを変更することなく、これと同じ選択性をヒトで達成できることを示す（標的化テストと非標的化テストを実行し、標的化が優先的かつ効果的であることを示した）。

【0157】

図１３を参照すると、ＮＰ注射後（注射後１時間）に単離されたラット心臓からの組織が示されている。ＤＡＰＩはすべての細胞の核を染色する。ＣＥ６の蛍光は、生体外選択性の結果が生体内で直接変換することを示し、筋細胞への極端な選択性によって局在していることがわかる。

【0158】

図１４を参照すると、外科的設定対象１４０１、心臓１４０２、およびＰＤＴから得られた電位図（標的化、非標的化、またはシャムのいずれか）のデモンストレーションが示されている。電位図の振幅の減少は、信号の遮断を示す。残留信号は遠方界活性に起因している。標的化と非標的化の両方に効果があったが、レーザーだけでは効果がなかった。これは、ＰＤＴは一般的に変化を引き起こす可能性があることを示す。

【0159】

図１５を参照すると、ＰＩ（死んだ細胞の核染色）は筋細胞（３つの異なる拡大領域）にのみ存在することが示されている。ＤおよびＥは、検査領域が治療領域から離れるにつれてＰＩ蛍光が減少することを示すことにより、ＰＤＴが照射領域でのみ起こったことを示す。

【0160】

図１６を参照すると、図１５と同様の組織サンプリングテストが示されているが、非標的化ＰＤＴを使用している。筋細胞のみを殺す標的化されたものと比較して、標的化されていないＣｅ６ＰＤＴはすべてを殺すことが写真のバーで（そしてグラフで定量化されて）示されている。

【0161】

図１７を参照すると、標的化ＰＤＴまたはレーザーのみのいずれかを受けたマウスの心電図が示されている。目標化ＰＤＴを使用した場合にのみ、心拍数が正常に戻ることに違いがある。

【0162】

図１８を参照すると、ＰＤＴが組織にどれだけ深く浸透したかが示されている（組織を浸透するＰＩ蛍光によって追跡される）。また、レーザーだけでは効果がなかったことが示されている。

【0163】

一実施形態では、光線力学治療法（ＰＤＴ）の治療プラットフォームとして、また重金属原子を含まないＭＲ分子イメージング剤として同時に機能することができる、新しい標的化可能なナノ構造体（ＮＣ）が提供される。一実施形態では、癌のためのＮＣベースのＰＤＴが提供される。一実施形態では、Ｆ３－ｃｙｓ標的化剤ＮＣが提供される。一実施形態では、８ＰＥＧＡ－Ｃｅ６ＮＣは、従来のＣｅ６カプセル化ポリアクリルアミド（ＰＡＡｍ）ＮＣと比較して、優れた活性酸素種（ＲＯＳ）生成を有する。ＮＣのこの実施形態はまた、細胞適合性であり、選択された標的となるペプチドの付加のための化学的柔軟性を提供する。水信号を抑制するために大きな拡散磁場勾配を備えた標準的なスピンエコーイメージングシーケンスを使用して、ＭＲＩによって直接かつ選択的にイメージングできるラベルフリー８ＰＥＧＡＮＣも提供されている。特に、その超小型サイズにより、このＮＣは生体内において浸透と生体内除去が改善することができた。

【0164】

図２６を参照すると、ＭＲＩシステム２５０１の実施形態の概略図が示されている。システム２５０１は、磁石２５０２、勾配コイル２５０３、ラジオ周波数コイル２５０４、ボア２５０５、およびテーブル２５０６を有する。この図は概略図であり、他のコンポーネントおよび他の構成およびタイプのＭＲＩシステムが使用可能であることが理解される。一実施形態では、システム２５０１は、３つの磁場を生成するように構成される。第一の磁場は強い静磁場であり、スピン角運動量で原子核にエネルギー準位の差を生じさせ、バルク核磁化を生じさせる。第２の磁場はラジオ周波数場であり、これを使用して生成された核磁化を傾け、ＲＦコイル２５０４で検出できるようにする。第三の磁場は、核磁化のマップを作成するために信号を空間的に符号化するために使用される磁場勾配のセットである。したがって、実施形態では、磁場は、イメージングされる対象に配置された添加剤中に存在する非水のプロトンのイメージを生成するように構成される。ここで、磁場勾配は、流れまたは拡散による運動に対して核を増感させるために特定の方法でパルス化することができる。

【0165】

一実施形態では、本ナノ構造体、例えば、ＰＥＧベースのナノ粒子から形成されるイメージング剤が、患者に投与される。次に、イメージング剤が投与された患者をテーブル２５０６に置き、テーブルをボア２５０５に移動し、システム２５０１がスキャンを実行し、例えば本明細書に開示されたタイプのＭＲイメージを取得する。ナノ粒子は直接イメージングされ、患者におけるそれらの位置に関する詳細なイメージとデータを提供する。この情報から、治療法を設計、改良、および実行することができる。たとえば、ナノ構造体が標的化されたＰＤＴナノ構造体の場合、外科的、外科的ＰＤＴ、またはＰＤＴのみの治療法を開発し、それらを実行して標的組織を除去することができる。

【0166】

ＭＲＩシステム２５０１は、制御システム２５０７を有し、これは、オペレータ入力および他の制御特徴、ならびにコンピュータコードなどの操作命令を含む。制御システム２５９７は、破線２５０８によって示されるように、装置２５１０と制御通信している。制御通信とは、データ、情報、および制御コマンド、ならびに他の命令が、制御システム２５０７と装置２５１０との間で通信されることを意味する。制御システム２５０７は、装置２５１０から分離されてもよく、またはそれは、例えば、装置２５１０の構造内で、装置２５１０の一部であってもよい。一実施形態では、ＰＥＧベースのナノ粒子をイメージングするための操作パラメータを提供するためにＭＲＩを動作させるための命令が、システム２５０１に提供される。これは、たとえば、ソフトウェアのアップグレードの方法であり得る。このようにして、既存のＭＲＩシステムを容易にアップグレードして、本ＰＥＧベースのナノ粒子イメージング剤の利点を最大限に活用することができる。

【0167】

実施例
以下の実施例は、本発明のシステム、治療法、プロセス、組成物、用途、および材料の様々な実施形態を説明するために提供される。これらの実施例は、説明を目的としたものであり、予言的である可能性があり、本発明の範囲を制限するものと見なされるべきではなく、また、その他の点で本発明の範囲を制限するものではない。実施例で使用されるパーセンテージは、特に明記しない限り、例えば、配合物、組成物、混合物、生成物、または構造など、全体の重量パーセントである。

【0168】

実施例１
Ｃｅ６－８ＰＥＧＡＮＣの実施形態は、カプセル化ＰＡＡｍ－Ｃｅ６ＮＰと比較して、超小型であり、優れたＲＯＳ産生を有する。ＣＴＰからＦ３－ｃｙｓへの標的化ペプチドの成功的な交換は、ターゲットの交換におけるこのＮＣの化学的柔軟性を示す。Ｆ３－８ＰＥＧＡ－ＣＥ６ＮＣは、生体外および生体内における良好な生体適合性を有する。

【0169】

実施例２
８ＰＥＧＡＮＰおよびＮＣの実施形態は、ＭＲＩにおける分子イメージング剤である。このイメージング剤は、水と脂肪の信号を抑制する技術とさらに組み合わせることができ、さらに強化されたイメージング能力を提供する。

【0170】

実施例３
Ｆ３－８ＰＥＧＡ－Ｃｅ６は、心不整脈から癌、そしておそらく他の病状まで、セラノスティックス（イメージングおよびＰＤＴ）に魅力的な普遍的なＮＣを提供する。利点には、とりわけ、ＭＲＩの結果と相まって、血管新生の前であっても、初期腫瘍における迅速な腎クリアランスおよび蓄積が含まれる。

【0171】

実施例４
８ＰＥＧＡ－Ｃｅ６コンジュゲート：Ｃｅ６は、ＤＭＦのＤＣＣ／ＮＨＳカップリングを介して８ＰＥＧＡにコンジュゲートされる。簡単に説明すると、４４８ｕＬのＣｅ６溶液（２０ｍｇ／ｍＬ、ＤＭＦ）を、１５４．８ｕＬのＤＣＣと１７２．８ｕＬのＮＨＳで、３０分間攪拌（２０ｍｇ／ｍＬ、ＤＭＦ）しながら活性化する。５００ｍｇの８ＰＥＧＡは、超音波処理を使用して５０ｍｇ／ｍＬの濃度でＤＭＦに溶媒和される。溶媒和したら、Ｃｅ６溶液を８ＰＥＧＡ溶液に加え、一晩撹拌する。翌日、１０ｋＤａメンブレンを使用したＡｍｉｃｏｎＣｅｌｌろ過システムで５０％エタノール／ＰＢＳ混合物を使用して、非コンジュゲートＣｅ６を除去する。精製後、溶媒をミリポア超純水と交換し、材料を０．４５ｕｍシリンジフィルターでろ過し、凍結乾燥して保存する。

【0172】

実施例５
Ｆ３－８ＰＥＧＡ－Ｃｅ６コンジュゲート：８ＰＥＧＡ－ＣＥ６は、長年にわたって、私たちの研究室から報告された同じ方法を介してＦ３で修飾された。Ｆ３－ｃｙｓで修飾した後、ＵＶ／ＶＩＳを使用して、Ｃｅ６がプロセスにおいて凝集していないことを確認した。簡単に説明すると、２０ｍｇのＢｉ－ＰＥＧを１ｍＬの８ＰＥＧＡ－Ｃｅ６（２０ｍｇ／ｍＬ、ＰＢＳ）に加え、３０分間撹拌する。次に、溶液を１０ｋＤａ遠心フィルターを使用してＰＢＳで４ｘ１５分間洗浄する。得られた溶液を２０ｍｇ／ｍＬ（元の質量による）に濃縮し、２２ｍｇのＦ３－ｃｙｓを加え（２２０ｕＬ、１１ｍｇ／１１０ｕＬＤＭＳＯ）、一晩撹拌する。翌日、過剰のシステインを加えて２時間撹拌し、未反応のマレイミド基をキャップする。次に、１０ｋＤａの遠心フィルターとミリポアの超純水を使用して溶液を再度ろ過し、凍結乾燥して保存する。

【0173】

実施例６
Ｃｅ６カプセル化ポリアクリルアミドナノ粒子（ＰＡＡｍＮＰ）：Ｃｅ６は、以前に報告された方法をわずかに変更して、ＰＡＡＮＰにカプセル化されている。簡単に説明すると、５ｍｇのＣｅ６を９３０ｕＬのＰＢＳおよび１００ｕＬのＤＭＳＯに２８ｍｇのＡＰＭＡ、１９ｍｇのＮＨＳ、および１６ｍｇのＥＤＣとともに添加する。溶液を３７°Ｃで２時間撹拌する。次に、アクリルアミドとＡＨＭ（それぞれ３６８ｍｇと５２．６ｕＬ）を溶液に加え、超音波処理して均一な溶液を作製する。この溶液を、３１ｍＬのヘキサン、２．２ｍＬのＢｒｉｊＬ４、および１．０７ｇのＡＯＴを含む１００ｍＬの丸底フラスコに攪拌しながら加える。攪拌は、生成された渦が攪拌バーにかろうじて接触する場所に調整される（約５００ＲＰＭ）。次にフラスコの内容物を窒素で１５分間パージする。窒素の流れはフラスコの内容物との接触から取り除かれ、フラスコ内に維持される。１００ｕＬの水中の１５ｍｇのＡＰＳを滴下して重合を開始し、１００ｕＬのＴＥＭＥＤを滴下してプロセスを触媒する。重合を２時間進行させる。次に、ヘキサンをロータリーエバポレーターで除去する。得られた内容物をエタノールに再分散し、３００ｋＤａフィルターを使用してＡｍｉｃｏｎセル内で１０ｘ１５０ｍＬのエタノールと５ｘ１５０ｍＬのミリポア超純水を使用して洗浄する。精製された材料は、０．４５ｕｍフィルターを使用してシリンジろ過し、保存のために凍結乾燥される。

【0174】

実施例７
医薬品にはＦ３－８ＰＥＧＡ－Ｃｅ６ＮＣが含まれている。ＮＣは、約１０ｎｍ～１５ｎｍの平均粒子サイズを有し、均一であり、非常に狭い粒子サイズ分布を有し、平均距離は約５％未満である。

【0175】

実施例８
医薬品にはＦ３－８ＰＥＧＡ－Ｃｅ６ＮＣが含まれている。ＮＣの粒子サイズ分布は、Ｄ１０＝１０ｎｍ、Ｄ５０＝１２ｎｍ、Ｄ９０＝１５ｎｍである。

【0176】

実施例９
医薬品にはＦ３－８ＰＥＧＡ－Ｃｅ６ＮＣが含まれている。ＮＣは、約１０ｎｍ～１５ｎｍの範囲内の平均粒子サイズを有し、均一であり、非常に狭い粒子サイズ分布を有し、平均距離は約１０％未満である。

【0177】

実施例９Ａ
医薬品にはＦ３－８ＰＥＧＡ－Ｃｅ６ＮＣが含まれている。ＮＣは、約８ｎｍ～１８ｎｍの範囲内の平均粒子サイズを有し、均一であり、非常に狭い粒子サイズ分布を有し、平均距離は約１０％未満である。

【0178】

実施例９Ｂ
医薬品にはＦ３－８ＰＥＧＡ－Ｃｅ６ＮＣが含まれている。ＮＣは、約８ｎｍ～１０ｎｍの範囲内の平均粒子サイズを有し、均一であり、非常に狭い粒子サイズ分布を有し、平均距離は約１０％未満である。

【0179】

実施例９Ｃ
医薬品にはＦ３－８ＰＥＧＡ－Ｃｅ６ＮＣが含まれている。ＮＣは、約１０ｎｍ～１２ｎｍの範囲内の平均粒子サイズを有し、均一であり、非常に狭い粒子サイズ分布を有し、平均距離は約１０％未満である。

【0180】

実施例９Ｄ
医薬品にはＦ３－８ＰＥＧＡ－Ｃｅ６ＮＣが含まれている。ＮＣは、約１１ｎｍ～１４ｎｍの範囲内の平均粒子サイズを有し、均一であり、非常に狭い粒子サイズ分布を有し、平均距離は約１０％未満である。

【0181】

実施例９Ｅ
医薬品にはＦ３－８ＰＥＧＡ－Ｃｅ６ＮＣが含まれている。ＮＣは、約１５ｎｍ～１８ｎｍの範囲内の平均粒子サイズを有し、均一であり、非常に狭い粒子サイズ分布を有し、平均距離は約１０％未満である。

【0182】

実施例１０
医薬品にはＦ３－８ＰＥＧＡ－Ｃｅ６ＮＣが含まれている。ＮＣは、Ｄ１０＝約８ｎｍ、Ｄ５０＝約１０ｎｍ、Ｄ９０＝約１２ｎｍの粒子サイズ分布を有する。

【0183】

実施例１１
医薬品にはＦ３－８ＰＥＧＡ－Ｃｅ６ＮＣが含まれている。ＮＣは、Ｄ１０＝約５から１２ｎｍ、Ｄ５０＝約８から１５ｎｍ、Ｄ９０＝約１２から２２ｎｍの粒子サイズ分布を有する。

【0184】

実施例１１Ａ
医薬品にはＦ３－８ＰＥＧＡ－Ｃｅ６ＮＣが含まれている。ＮＣは、Ｄ１０＝約６から１０ｎｍ、Ｄ５０＝約８から１５ｎｍ、Ｄ９０＝約１２から２０ｎｍの粒子サイズ分布を有する。

【0185】

実施例１１Ｂ
医薬品にはＦ３－８ＰＥＧＡ－Ｃｅ６ＮＣが含まれている。ＮＣは、Ｄ１０＝約１０から１２ｎｍ、Ｄ５０＝約１１から１３ｎｍ、Ｄ９０＝約１０から１５ｎｍの粒子サイズ分布を有する。

【0186】

実施例１２
実施例７から１２の医薬品は、ＮＭＲまたはＭＲＩのイメージング剤、造影剤、またはその両方として使用される。

【0187】

実施例１３
他のＮＣ、イメージング剤、または治療剤は、実施例７から１２の医薬品に含まれる。

【0188】

実施例１４
実施例７から１２の医薬品は、他のＮＣ、イメージング剤、または治療剤などの他の医薬品と共に使用することができる。

【0189】

実施例１５
医薬品には、ＴＡ（標的化剤）－８ＰＥＧＡ－ＡＡ（活性作用剤）ＮＣが含まれている。ＮＣは、約１０ｎｍの平均粒子サイズを有し、均一であり、非常に狭い粒子サイズ分布を有し、平均距離は約５％未満である。

【0190】

実施例１６
医薬品にはＴＡ－８ＰＥＧＡ－ＡＡＮＣが含まれている。ＮＣの粒子サイズ分布は、Ｄ１０＝１０ｎｍ、Ｄ５０＝１２ｎｍ、Ｄ９０＝１５ｎｍである。

【0191】

実施例１７
医薬品にはＴＡ－８ＰＥＧＡ－ＡＡＮＣが含まれている。ＮＣは、約１０ｎｍ～１５ｎｍの範囲内の平均粒子サイズを有し、均一であり、非常に狭い粒子サイズ分布を有し、平均距離は約１０％未満である。

【0192】

実施例１８
医薬品にはＴＡ－８ＰＥＧＡ－ＡＡＮＣが含まれている。ＮＣは、Ｄ１０＝約８ｎｍ、Ｄ５０＝約１０ｎｍ、Ｄ９０＝約１２ｎｍの粒子サイズ分布を有する。

【0193】

実施例１９
医薬品にはＴＡ－８ＰＥＧＡ－ＡＡＮＣが含まれている。ＮＣは、Ｄ１０＝約６から１０ｎｍ、Ｄ５０＝約８から１５ｎｍ、Ｄ９０＝約１２から２０ｎｍの粒子サイズ分布を有する。

【0194】

実施例２０
実施例１５から１９の医薬品は、ＮＭＲまたはＭＲＩのためにイメージング剤、造影剤、またはその両方に使用される。

【0195】

実施例２１
他のＮＣ、イメージング剤、または治療剤は、実施例１５から１９の医薬品に含まれる。

【0196】

実施例２２
実施例１５から１９の医薬品は、他のＮＣ、イメージング剤、または治療剤などの他の医薬品と共に使用することができる。

【0197】

実施例２３
実施例１５～２２の医薬品において、ＴＡは、例えば、システイン末端であり、追加の遊離チオール基を含まない任意のペプチドを８ＰＥＧに付加させて使用することができる、ＲＧＤ、ｃＲＧＤ、ｉＲＧＤ、Ｆ３、およびＣＴＰなどの１つまたは複数である。さらなる例としては、公に利用可能なファージライブラリーが含まれる。一般に、選択的に蓄積する小さい分子またはペプチドを有する細胞は、それをＮＣに付加するか、ＮＣの一部となり、８ＰＥＧＡのＴＡとしてを含めて、ＴＡとして機能する。

【0198】

実施例２４
実施例１５から２２の医薬品において、ＡＡは、光増感剤、超音波増感剤、光音響剤、および本明細書に開示される、当業者に知られている、または後に開発される他のものなどの１つまたは複数である。

【0199】

実施例２５
約８～１５ｎｍの粒子サイズを有し、実施例２４の群からのＡＡを有するＮＣ。

【0200】

実施例２６
約８～１５ｎｍの粒子サイズを有し、実施例２３の群からのＴＡを有するＮＣ。

【0201】

実施例２７
約１０～２０ｎｍの粒子サイズを有し、実施例２４の群からのＡＡを有するＮＣ。

【0202】

実施例２８
約１０～２０ｎｍの粒子サイズを有し、実施例２３の群からのＴＡを有するＮＣ。

【0203】

実施例２９
実施例２５、２６、２７、および２８からのＮＣを有し、粒子サイズ分布を有する医薬品は、Ｄ５０値の５ｎｍ以内にＤ１０およびＤ９０値を有する。

【0204】

実施例３０
実施例２５、２６、２７、および２８からのＮＣを有し、粒子サイズ分布を有する医薬品は、Ｄ５０値の１０ｎｍ以内のＤ１０およびＤ９０値を有する。

【0205】

実施例３１
実施例２５、２６、２７、および２８からのＮＣを有し、粒子サイズ分布を有する医薬品は、Ｄ５０値の２ｎｍ以内のＤ１０およびＤ９０値を有する。

【0206】

実施例３２
本イメージング剤の実施形態の定量的イメージングを強化するためのＭＲＩ較正。選択的８ＰＥＧＡＮＭＲイメージングおよび分光法のシーケンスとプロトコルによって生成されたイメージとスペクトルは、ＰＥＧナノ構造の局所濃度に比例する信号強度を有する。ｍｇ／ｍｌまたはモル濃度としてＰＥＧナノ構造体の絶対濃度を定量的に測定する必要がある場合、ＭＲＩシステムは、既知のＰＥＧ濃度のファントムを使用して特定のＭＲＩスキャナーで選択的ＰＥＧパルスシーケンスを実行するか、または既知のＰＥＧ濃度の患者とファントムの同時イメージングにより較正することができる。さらに、濃度較正曲線は、図６および７のように構築することができ、これらの図は、ＰＥＧ選択的ＭＲＩによって生成される信号強度が８ＰＥＧＡの濃度に比例することを示めしている。

【0207】

実施例３２Ａ
ＭＲＩは、ＰＥＧベースのイメージング剤でプロトンをイメージングするように構成されている。ＭＲＩは通常、医師に診断医療情報を提供する目的で適用されて、患者のケア管理を支援するイメージングツールである。ＭＲＩは３つの磁場を使用する。第一に、強い静磁場がスピン角運動量で原子核にエネルギー準位差を生じさせ、バルク核磁化を生じさせる。第二に、ラジオ周波数（ＲＦ）フィールドを使用して、生成された核磁化を傾け、ＲＦコイルで検出できるようにする。そして最後に、磁場勾配のセットを使用して信号を空間的に符号化し、核磁化のマップを作成する。さらに、磁場勾配を特定の方法でパルス化して、流れまたは拡散による運動に対して核を増感させることができる。ＭＲＩパルスシーケンスは、Ｔ_１、Ｔ_２、拡散、およびその他のパラメータに敏感なＭＲイメージを生成するための一連のＲＦパルスと勾配パルスからなる。

【0208】

実施例３２Ｂ
８ＰＥＧＡ特異的イメージを生成するためのＭＲＩパルスシーケンスの一実施形態を図６および７に示す。この特定のケースでは、繰り返し時間ＴＲ＝５００ｍｓ、エコー時間ＴＥ＝２００ｍｓ、および振幅１２６ｍＴ／ｍ、持続時間７．１ミリ秒、分離＝１８０ミリ秒の拡散符号化勾配のペアを有する拡散加重スピンエコーイメージングシーケンスを使用して、１０^１０ｓ／ｍ^２の拡散ｂ値を生成した。磁場勾配は、ＭＲ信号強度を次のように減衰させる。

【数3】

【0209】

水の拡散定数Ｄは、２５℃で２．２１０^－９ｍ^２ｓ^－１であり、８ＰＥＧＡは水より２桁遅い３．５１０^－１１ｍ^２ｓ^－１である。この特定のパラメータを使用することにより、純水信号はｅｘｐ（－ｂＤ）＝２．７１０^－１０だけ減少し、水信号は効果的にノイズフロアに配置される。逆に、ｂ＝１０^１０Ｓ／ｍ^２において、ＰＥＧ８Ａ信号の６０％が残存する。勾配強度が１２．５ｍＴ／ｍに減少し、１０^８ｓ／ｍ^２のａｂ値が生成されたことを除いて、同じパラメータでＰＥＧ８Ａと水の両方の背景イメージが取得された。このパラメータを使用すると、初期値に対して、水は８０％に減衰し、ＰＥＧ８Ａは９９％に減衰するが、水のプロトン濃度は大幅に高いので、ＭＲＩ信号を支配する。

【0210】

生体内では、水分子の拡散が細胞壁によって制限され、ｂ＝１０^１０Ｓ／ｍ^２において、水信号の約５％が残存すると推定される。水のプロトンのＴ_２時間は、典型的には＜８０ｍｓであるのに対して、８ＰＥＧＡのＴ_２時間は、＞５００ｍｓである。したがって、一度で、長いＴＥ時間でイメージングすることにより、追加的な水分抑制を達成できる。信号の減衰は持続する。

【数4】

したがって、長いＴＥ時間でイメージングすることにより、追加的な水の減衰を実現できる。さらに、ケミカルシフトまたは水のプロトン緩和時間に基づく従来の水抑制方法を、勾配抑制方法と同時に使用して、さらなる多くの水信号減衰を提供することができる。

【0211】

臨床ＭＲＩシステムでは、磁場勾配の振幅は約４０ｍＴ／ｍの値に制限される。１０^１０ｓ／ｍ^２のｂ値を生成するには、を調整する必要がある。たとえば、勾配振幅が４０ｍＴ／ｍの場合、は８ＰＥＧＡの選択的なイメージングに十分である７×１０^１０ｓ／ｍ^２のＡＢ値の結果をもたらす。

【0212】

一般に、高いｂ値と１００ミリ秒を超えるＴＥ時間を提供するＭＲＩパルスシーケンスは、水と脂肪の信号を十分に減衰させる。

【0213】

実施例３３
光音響イメージング－光音響イメージング（ＰＡＩ）は、他の光学イメージングシステムよりも深度制限が大きく、解像度も向上する。ＰＡＩは、パルスレーザー光の吸収に応答して生成された音波を使用し、たとえば約１００μｍ以上の解像度で数センチメートルの深さで吸収された光エネルギー密度の非侵襲的なイメージを提供する。

【0214】

８ＰＥＧＡ光音響イメージングＮＣ（ＰＡＩ－ＮＣ）は、活性作用剤を有する。ＰＡＩ－ＮＣは、約１０ｎｍから２０ｎｍの粒子サイズを有する。ＰＡＩ－ＮＣはまた、実施例２３からの標的化剤の１つを含む標的剤を有することができる。

【0215】

ＰＡＩ－ＮＣのための活性作用剤、例えば、イメージング剤、造影剤は、例えば、小型分子色素、金、炭素、リポソームカプセル、ヘプタメチンシアニン色素（例えば、インドシアニングリーン）、アゾ色素（例えば、メチレンブルー）、およびナフタロチアニン色素であってもよい。

【0216】

一般に、活性作用剤を選択する際に、化合物構造に親水性のＲ基がある場合、ＰＥＧにタグを付けることができるはずである（最も一般的な基はスルホン酸とカルボン酸塩である）。シアニン色素には通常、スルホン酸基（ＳＯ_３－）が含まれており、これを誘導体化して、ＰＥＧ上のアミンとの反応性が高い塩素化中間体にすることができる。ＩＣＧ（インドシニングリーン、商品名ＣＡＲＤＩＯＧＲＥＥＮで入手可能）は、ＦＤＡ承認の例であり、スペクトル吸収（７８０ｎｍ）、８ＰＥＧＡＰＡＩ－ＮＣで使用する薬剤である。ＰＡＩ－ＮＣで使用できるその他のものとしては、たとえば、クマシーブリリアントブルー（ａｂｓｍａｘ＝５９５～６１０ｎｍ）、ａｌｅｘａｆｌｕｏｒ７５０、ＩＲ７８０、ＩＲＤｙｅ８００、Ｃｅ６、メチレンブルー、ＳｉＮｃなどがある。

【0217】

実施例３４
高解像度で精密なセラノスティックスのためのシステムと方法。システムは、標的化された８ＰＥＧＡＮＣを有する医薬品を使用して、標的組織、例えば腫瘍に位置するＮＣのＭＲＩを取得し、このようにして、標的組織のイメージ、ならびに標的組織におけるＮＣの場所、濃度、量、およびこの組み合わせと変形を取得する。このイメージは、対象となる組織とＮＣの形状、位置、場所、この組み合わせと変形に関するデータと情報、およびその他の情報を提供する。次に、イメージは保存され、ＭＲＩの解像度が向上する、光音響イメージング装置に転送される。ＮＣおよび標的組織の増強されたＰＡＩイメージに少なくとも部分的に基づいて、または使用して、ＮＣ上の活性作用剤を活性化するためのエネルギーを送達するためのカスタムレーザー送達パターンが開発される。次に、カスタムレーザー送達パターンが標的組織に送達される。このようにして、状態の非常に精密な治療を行うことができる。強化されたイメージング、標的ＮＣ、および所定のレーザー送達パターンの組み合わせにより、細胞レベルを含む組織を非常に精密に除去する機能が提供される。このシステムおよび方法は、本質的に細胞メスを提供する。

【0218】

このシステムは、統合されたユニットとすることができる。それぞれのデータが他のユニットに転送されるいくつかの異なるユニットとすることができる。このようにして、ユニットをネットワーク内に構成できる。

【0219】

さらに、システムは、レーザー送達パターンの効果を監視し、履歴データに基づいて、特定の状態、状態、または組織タイプについて、所定のレーザー送達パターンを改良および強化することができる。

【0220】

さらに、システムは様々な操作を様々な時間に実行する機能を提供する。８ＰＥＧＮＣは、標的組織に残留し、約１２時間から約１週間、約１日から約４日、約１２時間から約３日、およびこの範囲内のすべての値の間、およびこの範囲より多いまたは少ない時間の間、セラノスティック材料として活性化状態で、または実行可能な状態で残留できる。

【0221】

実施例３５
音波エネルギーへの露出時に活性化される動的治療法剤、例えば、活性作用剤を有する８ＰＥＧＡ治療法ＮＣ。

【0222】

実施例３５Ａ
音波エネルギーへの露出時に活性化される音波力学治療法剤、例えば活性作用剤を有する８ＰＥＧＡ治療法ＮＣ。

【0223】

実施例３６
エネルギー源への露出時に活性化される動的治療法剤を有する８ＰＥＧＡセラノスティックＮＣ。薬剤は、音波エネルギー、光エネルギー、または任意の電磁エネルギー源によって活性化されるように選択することができる。

【0224】

実施例３７
実施例３２、３２Ａ、３２Ｂ、３３、および３４のシステムおよび方法は、モデルおよびアルゴリズムをさらに使用して、イメージの解像度、標的組織およびＮＣの場所、形状、および位置、ならびにレーザー送達パターンをさらに高めることができる。

【0225】

実施例３８
実施例３２、３２Ａ、３２Ｂ、３３、および３４のシステムは、階層化が増加したイメージおよびデータのモデリングを提供するために使用される。この階層化およびモデル化されたイメージは、診断、治療、およびセラノスティックな目的において価値がある。このデータ、階層化されたイメージ、およびその両方を機械学習でさらに使用して、この実施例の拡張システムを提供できる。

【0226】

実施例３９
実施例３２、３２Ａ、３２Ｂ、３３、および３４のシステムは、生物学的組織（例えば、腫瘍領域対濾過器官）における８ＰＥＧＡＮＣの定量化を提供する。

【0227】

実施例４０
適用のための８ＰＥＧＡの実施形態は、以下を伴うものとする：ＤＣＣ／ＮＨＳカップリング反応を介してＰＳをＤＭＦに添加することによる、８ＰＥＧＡあたり約１．５ＰＳが得られる；ＮＨＳ－ＰＥＧ－ＭＡＬ（２ｋＤａ）を使用したアミンアームのマレイミドへの変換；よく分かっているチオール－マレイミド反応を介して８ＰＥＧＡに固定するシステイン末端ペプチドの追加；また、８ＰＥＧＡを使用したＤＷＩにさらなる変更は不要。

【0228】

見出しと実施形態
本明細書における見出しの使用は、明確にすることを目的としており、決して限定するものではないことを理解されたい。したがって、見出しの下に記載されているプロセスおよび開示は、様々な例を含め、本明細書全体に関連して読まれる必要がある。本明細書における見出しの使用は、本発明に与えられる保護の範囲を制限するものではない。

【0229】

本明細書に示されるシステム、治療法、プロセス、組成物、用途、および材料の様々な実施形態は、他の様々な分野、および他の様々な活動、使用、および実施形態に使用することができる。さらに、これらの実施形態は、例えば、既存のシステム、治療法、プロセス、組成物、用途、および材料とともに使用してもよく；将来開発され得るシステム、治療法、プロセス、組成物、用途、および材料とともに使用してもよく；および、この明細書の教えに基づいて部分的に変更され得るシステム、治療法、プロセス、組成物、用途、および材料ともに使用してもよい。さらに、本明細書に示される様々な実施形態および実施例どうしは、全体的または部分的に、そして異なる様々な組み合わせで、互いに使用することができる。したがって、例えば、本明細書の様々な実施形態および実施例で提供される構成どうしは、互いに使用することができる。例えば、Ａ、Ａ’、およびＢを有する実施形態のコンポーネント、ならびにＡ’’、Ｃ、およびＤを有する実施形態のコンポーネントは、この明細書の教示により、例えば、Ａ、Ｃ、Ｄ、およびＡ、またはＡ’’、Ｃ、およびＤなどの様々な組み合わせで互いに使用することができる。したがって、本発明に与えられる保護の範囲は、特定の実施形態、実施例、または特定の図の実施形態に示される特定の実施形態、実施例、構成、または配合に限定されるものではない。

【0230】

本発明は、その精神または本質的な特徴から逸脱することなく、本明細書に具体的に開示されたもの以外の形態で具体化することができる。記載された実施形態は、すべての点で例示としてのみ考慮されるべきであり、限定するものと見なされるべきではない。

【図1】