DE102008040042A1 - Microparticle, useful in the diagnosis or therapy of e.g. tumors, metabolic diseases, comprises an aggregate from superparamagnetic nanoparticle, where the nanoparticle exists alone or in combination with an active agent, e.g. antibody - Google Patents
Microparticle, useful in the diagnosis or therapy of e.g. tumors, metabolic diseases, comprises an aggregate from superparamagnetic nanoparticle, where the nanoparticle exists alone or in combination with an active agent, e.g. antibody Download PDFInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Mikropartikel, welche eine modifizierte oder unmodifizierte Oberfläche aufweisen und mindestens ein Aggregat aus superparamagnetischen Nanopartikeln enthalten, wobei die Nanopartikel allein oder in Verbindung mit mindestens einem Wirkstoff vorliegen, welcher direkt an die Nanopartikel gebunden oder separat vorliegt.The The present invention relates to microparticles which are modified or unmodified surface and at least contain an aggregate of superparamagnetic nanoparticles, wherein the nanoparticles are alone or in combination with at least an active ingredient which binds directly to the nanoparticles or separately.
In den letzten Jahren sind superparamagnetische Nanopartikel (NPs) entwickelt worden, die beispielsweise als Kontrastmittel für MRT-Untersuchungen injiziert und nach wenigen Minuten von der Leber eliminiert werden. Dadurch sind nur kurzzeitig Aufnahmen möglich und außerdem nicht alle Organe darstellbar. Des Weiteren werden superparamagnetische NPs beispielsweise in Tumorgewebe ins Gehirn gespritzt, um danach eine lokale Hyperthermie zu erzeugen, die das Tumorgewebe zerstören soll. Der große Nachteil dieser Anwendung besteht darin, dass zunächst ein nicht ungefährlicher invasiver Eingriff erforderlich ist, um die NPs in das Zielgewebe zu bringen.In In recent years, superparamagnetic nanoparticles (NPs) developed, for example, as a contrast agent for MRI scans are injected and eliminated from the liver within a few minutes become. As a result, only short-term recordings are possible and In addition, not all organs can be represented. Furthermore, will be superparamagnetic NPs, for example, injected into the brain in tumor tissue, then to produce a local hyperthermia, which is the tumor tissue should destroy. The big disadvantage of this application is that first a not less dangerous Invasive surgery is required to target the NPs into the target tissue bring to.
Die
Europäische Patentanmeldung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, Mikropartikel bereitzustellen, welche ein erhöhtes magnetisches Moment aufweisen, wobei die enthaltenen Nanopartikel die gezielte Ausbildung von Aggregaten ermöglichen.task the present invention is therefore to provide microparticles, which have an increased magnetic moment, wherein the nanoparticles contained the targeted formation of aggregates enable.
Diese Aufgabe wird gelöst durch Mikropartikel, welche eine modifizierte oder unmodifizierte Oberfläche aufweisen und mindestens ein Aggregat aus superparamagnetischen Nanopartikeln enthalten, wobei die Nanopartikel allein oder in Verbindung mit mindestens einem Wirkstoff vorliegen, welcher direkt an die Nanopartikel gebunden oder separat vorliegt.These Task is solved by microparticles, which are a modified or unmodified surface and at least contain an aggregate of superparamagnetic nanoparticles, wherein the nanoparticles are alone or in combination with at least an active ingredient which binds directly to the nanoparticles or separately.
Unter Mikropartikeln sind erfindungsgemäß alle geeigneten Partikel mit Durchmessern unter einem Millimeter, insbesondere 10 nm bis 100 μm zu verstehen, welche mindestens einen inneren Hohlraum und eine äußere Membran oder eine Matrixstruktur aufweisen.Under Microparticles are all suitable according to the invention Particles with diameters below one millimeter, in particular 10 nm to 100 microns, which at least one inner Cavity and an outer membrane or a matrix structure exhibit.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung konnte gezeigt werden, dass Mikropartikel beziehungsweise biologische Zellen (hu man oder tierisch) wie beispielsweise Erythrozyten mit superparamagnetischen NPs beladen werden können und diese in Abhängigkeit von den angewandten Stimuli NP-Aggregate bilden, so dass die Zellen superparamagnetische Eigenschaften erhalten. Die gezielte Ausbildung von NP-Aggregaten wird durch Polymere ermöglicht, welche auf der Oberfläche der Nanopartikel durch mindestens eine kovalente Bindung oder mindestens eine nicht-kovalente Bindung (z. B. ionische, koordinative Bindung) angebracht sind und auf Stimuli reagieren. Das Anbringen der Polymere auf den Partikeln kann in Form der Polymerbürsten oder Beschichtung erfolgen. Stimuli können sein: Temperatur-, pH-, Ionenstärke-, Zuckerkonzentrationsänderungen, Polymere, Einwirkung von sichtbarer und nicht sichtbarer Strahlung, elektrische, magnetische sowie elektromagnetische Felder und andere. Nach der Aggregatbildung haben äußere Magnetfelder keinen oder nur einen marginalen Einfluss auf die Aggregatbildung.in the Within the scope of the present invention it has been shown that microparticles or biological cells (man or animal) such as Erythrocytes can be loaded with superparamagnetic NPs and these depending on the applied stimuli NP aggregates form, so that the cells receive superparamagnetic properties. The targeted formation of NP aggregates is made possible by polymers, which on the surface of the nanoparticles by at least a covalent bond or at least one non-covalent bond (eg ionic, coordinative binding) and on stimuli react. The attachment of the polymers to the particles can be done in Shape of the polymer brushes or coating done. stimuli may be: temperature, pH, ionic strength, sugar concentration changes, Polymers, exposure to visible and non-visible radiation, electric, magnetic and electromagnetic fields and others. After aggregate formation have external magnetic fields no or only a marginal influence on aggregate formation.
Die erfindungsgemäßen Polymere umfassen alle geeigneten natürlichen und künstlichen Polymere aus ionischen und nichtionischen Monomeren, hydrophilen und hydrophoben Monomeren, die durch bekannte Polymerisationsreaktionen [Kationische-, anionische Polymerisation, wie auch alle radikalischen Polymersationen, wie Atom Transfer Radical Polymersation (ATRP), Reversible Addition Fragmentation Polymerisation (RAFT), Nitroxide-Mediated Radical Polymerisation (NMRP)], mit einem Molekulargewicht von 5,000 bis 500,000 g/mol hergestellt werden. Bevorzugte Polymerisationsreaktionen sind die radikalischen Polymerisationsreaktionen, insbesondere ATRP und RAFT, bevorzugt ATRP.The Polymers according to the invention include all suitable ones natural and artificial polymers of ionic and nonionic monomers, hydrophilic and hydrophobic monomers, by known polymerization [cationic, anionic Polymerization, as well as all radical polymerizations, such as Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP), Reversible Addition Fragmentation Polymerization (RAFT), Nitroxide-Mediated Radical Polymerization (NMRP)], with a molecular weight of 5,000 to 500,000 g / mol. Preferred polymerization reactions are the radical polymerization reactions, in particular ATRP and RAFT, preferably ATRP.
Geeignete Monomere beinhalten alle für radikalische Polymerisationsreaktionen geeigneten Monomere, welche radikalstabilisierende Substituenten tragen, wie z. B. Styrole, (Meth)acrylate, (Meth)acrylamide, Diene, Acrylonitrile, insbesondere (Meth)acrylatester, (Meth)acrylnitrile, (Meth)acrylamide und (Meth)acrylsäuren.suitable Monomers all include for radical polymerization reactions suitable monomers which radical-stabilizing substituents wear, such. Styrenes, (meth) acrylates, (meth) acrylamides, dienes, Acrylonitriles, in particular (meth) acrylate esters, (meth) acrylonitriles, (Meth) acrylamides and (meth) acrylic acids.
Durch die Bildung der NP-Aggregate in den Zellen erhöht sich das magnetische Moment, so dass die NP-Aggregate mittels externer Felder in der Zelle bewegt werden können, an der Zellmembran andocken und die Permeabilität der Membran erhöhen. Bringt man parallel zu den NPs weitere aktive Substanzen in die Zellen, können diese auf Grund der erhöhten Membranpermeabilität die Zelle wieder verlassen. Knüpft (linkt) man an die NPs selbst aktive Substanzen, wie beispielsweise Antikörper, Antigene, Enzyme, Medikamente usw. werden diese gemeinsam mit den NP-Aggregaten die Membran passieren. Außerhalb der Zellen zerfallen die NP-Aggregate, so dass lokal eine hohe Konzentration an NPs und damit an Wirkstoffen erreichbar ist. Weiterhin ist es auf Basis der gebildeten NP-Aggregate möglich, die sie enthaltenden Mikropartikel, insbesondere humane oder tierische Zellen selbst gezielt zu bewegen, beispielsweise durch Anwendung eines Permanentmagneten.By the formation of NP aggregates in the cells, the magnetic moment increases, so that the NP aggregates can be moved by external fields in the cell, at the cell membrane ando increase the permeability of the membrane. If you bring more active substances into the cells parallel to the NPs, they can leave the cell due to the increased membrane permeability. If one links (links) to the NPs themselves active substances, such as antibodies, antigens, enzymes, drugs, etc., these will pass through the membrane together with the NP aggregates. Outside the cells, the NP aggregates disintegrate, so that locally a high concentration of NPs and thus of active substances can be achieved. Furthermore, based on the NP aggregates formed, it is possible to specifically move the microparticles containing them, in particular human or animal cells, for example by using a permanent magnet.
Erfindungsgemäße Mikropartikel sind ausgewählt aus der Gruppe von humanen oder tierischen Zellen, Liposomen, Polyelektrolytmikrokapseln (PEMC) und Hydrogelen, wobei humane oder tierische Zellen bevorzugt sind. Vorzugsweise werden diese humanen oder tierischen Zellen ausgewählt aus der Gruppe der Erythrozyten, Leukozyten, Thrombozyten, neutrophilen, eosinophilen und basophilen Granulozyten, Monozyten, Lymphozyten, hämatopoetische Stamm- und Progenitorzellen, wobei Erythrozyten besonders bevorzugt sind.invention Microparticles are selected from the group of human or animal cells, liposomes, polyelectrolyte microcapsules (PEMC) and hydrogels, with human or animal cells being preferred. Preferably, these human or animal cells are selected from the group of erythrocytes, leukocytes, platelets, neutrophils, eosinophilic and basophilic granulocytes, monocytes, lymphocytes, hematopoietic stem and progenitor cells, with erythrocytes are particularly preferred.
Die superparamagnetischen Nanopartikeln bestehen aus Materialien, welche ausgewählt sind aus der Gruppe der ferromagentischen Materialen, wobei es sich insbesondere um solche handelt, welche ausgewählt sind aus der Gruppe von reinen Metallen allein oder in Mischung oder aus ihren Oxiden.The Superparamagnetic nanoparticles are made of materials which are selected from the group of ferromagnetic materials, wherein these are in particular those which are selected are from the group of pure metals alone or in mixture or from their oxides.
Bevorzugte Materialien sind ausgewählt aus der Gruppe von Eisen, Kobalt, Nickel, Gadolinium, Dysprosium, Holmium, Erbium und Terbium, Co/Pt, Fe/Pt, Magnetit (Fe3O4), Maghemit (Fe2O3), AlNiCo, SmCo, Nd2Fe19B, NiFe, NiFeCo, Chromdioxid, Manganarsenid und Europiumoxid. Besonders bevorzugt werden für die superparamagnetischen Nanopartikel Eisenoxide, vorzugsweise Magnetit oder Maghemit, eingesetzt.Preferred materials are selected from the group of iron, cobalt, nickel, gadolinium, dysprosium, holmium, erbium and terbium, Co / Pt, Fe / Pt, magnetite (Fe 3 O 4 ), maghemite (Fe 2 O 3 ), AlNiCo, SmCo, Nd 2 Fe 19 B, NiFe, NiFeCo, chromium dioxide, manganese arsenide and europium oxide. Particular preference is given to using iron oxides, preferably magnetite or maghemite, for the superparamagnetic nanoparticles.
Die Nanopartikel des mindestens einen Aggregats aus superparamagnetischen Nanopartikeln weisen eine mittlere Größe von 5 nm–10 μm, vorzugsweise 5 nm–1 μm, höchst bevorzugt 5 nm–150 nm auf.The Nanoparticles of the at least one superparamagnetic aggregate Nanoparticles have a mean size of 5 nm-10 μm, preferably 5 nm-1 μm, most preferably 5 nm-150 nm.
Weiterhin weisen die Nanopartikel, die das mindestens eine Aggregat aus superparamagnetischen Nanopartikeln ausbilden, eine Beschichtung mit mindestens einem Polymer, welches auf äußere Stimuli reagiert, auf. Dieses mindestens eine Polymer ist ausgewählt aus der Gruppe der ionischen und nicht-ionischen Polymere mit einem Molekulargewicht von 5.000 bis 500.000 g/mol, vorzugsweise 10.000 bis 100.000 g/mol. Vorzugsweise ist das mindestens eine Polymer ausgewählt aus der Gruppe der Poly-(oligoethylenglycol)-methacrylate, wobei die Oligoethylenglycol-Funktion 2 bis 20 Ethylenglycol-Einheiten enthalten. Höchst bevorzugt ist die Verwendung eines Polymers ausgewählt aus der Gruppe der Homo- und Copolymere aus Di-(ethylenglycol)methylether-methacrylat (MEO2MA) und Poly-(ethylenglycol)-methylether-methacrylat (OEGMA), wobei letzteres vorzugsweise 7 bis 9 Ethylenglycoleinheiten aufweist.Furthermore, the nanoparticles which form the at least one aggregate of superparamagnetic nanoparticles have a coating with at least one polymer which reacts to external stimuli. This at least one polymer is selected from the group of ionic and nonionic polymers having a molecular weight of 5,000 to 500,000 g / mol, preferably 10,000 to 100,000 g / mol. Preferably, the at least one polymer is selected from the group of poly (oligoethylene glycol) methacrylates wherein the oligoethylene glycol function contains from 2 to 20 ethylene glycol units. Most preferred is the use of a polymer selected from the group of homopolymers and copolymers of di (ethylene glycol) methyl ether methacrylate (MEO 2 MA) and poly (ethylene glycol) methyl ether methacrylate (OEGMA), the latter preferably being 7 to 9 Having ethylene glycol units.
Aufgrund dieser Beschichtung wird die gezielte Ausbildung von Aggregaten durch Einwirken geeigneter Stimuli ermöglicht. Die Beschichtung erfolgt vorzugsweise durch „oberflächen-initierte Atom-Transfer-Radikal-Polymerisation” (OI-ATRP = „grafting from”-Methode) und/oder „grafting-to”-Methode. Bei der OI-ATRP/grafting-from-Methode werden zuerst stabilisierte Nanopartikel, beispielsweise mit Ölsäure stabilisierte Fe3O4-Partikel zum Ligandenaustausch mit einem ATRP-Initiator versetzt. Anschließend werden ATRP-Initiatoren mit Mischungen aus geeigneten Monomeren der ATRP unterworfen. Geeignete Monomere umfassen stimulisensitive und gegebenenfalls fluoreszierende Monomere. Bei der „grafting to”-Methode werden entsprechende stimulisensitive Polymere aus den geeigneten Monomeren mit mindestens einem Anker-Molekül mit mindestens einer Funktionalität (wie z. B. Carboxyl-, Amin-, Hydroxy-, Catechol-, Ammonium-, Amid-, Carbonyl-, Ether-, Thiol-, Silol-, Silan- oder Halogen) zuerst hergestellt und dann nachhaltig mit der Oberfläche der Partikel gekoppelt/gebunden.Due to this coating, the targeted formation of aggregates is made possible by the action of suitable stimuli. The coating is preferably carried out by "surface-initiated atom transfer radical polymerization" (OI-ATRP = "grafting from" method) and / or "grafting-to" method. In the OI-ATRP / grafting-from method, stabilized nanoparticles, such as oleic acid-stabilized Fe 3 O 4 particles, are first added to ligand exchange with an ATRP initiator. Subsequently, ATRP initiators with mixtures of suitable monomers are subjected to ATRP. Suitable monomers include stimuli-sensitive and optionally fluorescent monomers. In the "grafting to" method, corresponding stimuli-sensitive polymers are prepared from the appropriate monomers having at least one anchor molecule having at least one functionality (such as, for example, carboxyl, amine, hydroxy, catechol, ammonium, amide, Carbonyl, ether, thiol, silanol, silane or halogen) are first prepared and then coupled / bonded to the surface of the particles over a sustained period of time.
Das in den erfindungsgemäßen Mikropartikeln enthaltene mindestens eine Aggregat umfasst 2–10 Millionen, vorzugsweise 10–1 Million, höchst bevorzugt 10–100000 Nanopartikel. Ebenso ist es erfindungsgemäß, dass in einem Mikropartikel 1–5 Millionen, vorzugsweise 10–1 Million, höchst bevorzugt 10–500.000 Aggregate enthalten sind. Die Größe der Aggregate beziehungsweise ihr Wachstum wird durch Auswahl einer geeigneten Konzentration an Nanopartikeln in der Lösung bei Einbringen der Nanopartikel in die Mikropartikel gesteuert. Durch Wahl einer passenden Konzentration werden so pro Mikropartikel 2 – 5 × 1013, vorzugsweise 100 – 1012, höchst bevorzugt 100 – 5 × 1010 Nanopartikel eingebracht.The at least one aggregate contained in the microparticles of the invention comprises 2-10 million, preferably 10-1 million, most preferably 10-100,000 nanoparticles. It is also according to the invention that 1-5 million, preferably 10-1 million, most preferably 10-500,000 aggregates are contained in a microparticle. The size of the aggregates or their growth is controlled by selecting an appropriate concentration of nanoparticles in the solution upon incorporation of the nanoparticles into the microparticles. By choosing a suitable concentration, 2 - 5 × 10 13 , preferably 100 - 10 12 , most preferably 100 - 5 × 10 10 nanoparticles are introduced per microparticle.
Das
Beladen der Mikropartikel mit den superparamagentischen Nanopartikeln
kann nach Standardverfahren erfolgen, wie sie auch in der
Das mindestens eine Aggregat wird im Mikropartikel durch Temperatur-, pH-, Ionenstärke-, Zuckerkonzentrations-Änderungen, Behandlung mit Polymeren, Antikörpern, Peptiden, Proteinen, Harnstoff oder durch Einwirkung von sichtbarer und nicht sichtbarer Strahlung, oder durch Einwirken elektrischer, magnetischer oder elektromagnetischer Felder erzeugt.The at least one aggregate is in the microparticle by temperature, pH, ionic strength, sugar concentration changes, Treatment with polymers, antibodies, peptides, proteins, Urea or by the action of visible and invisible Radiation, or by acting on electrical, magnetic or generated electromagnetic fields.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das mindestens eine Aggregat im Mikropartikel durch Temperatureinstellung erzeugt. Das Überschreiten einer kritischen Temperatur führt zur Aggregatbildung. Bevorzugt wird eine Temperatureinstellung auf 4°C–95°C, vorzugsweise auf 4°C–50°C, höchst bevorzugt auf 10°C–45°C eingesetzt. Die Temperaturänderung führt zu einer Änderung der räumlichen Struktur und somit zu einer Änderung von hydrophilem zu hydrophobem Charakter. Dabei handelt es sich um einen reversiblen Prozess, der durch Absenken der Temperatur auf Werte unterhalb der kritischen Temperatur wieder umgekehrt wird.In In a preferred embodiment, the at least one Aggregate generated in the microparticle by temperature adjustment. The crossing of a critical temperature leads to aggregate formation. Prefers is a temperature setting at 4 ° C-95 ° C, preferably at 4 ° C-50 ° C, highest preferably used at 10 ° C-45 ° C. The Temperature change leads to a change the spatial structure and thus a change of hydrophilic to hydrophobic character. It is about a reversible process by lowering the temperature is again reversed to values below the critical temperature.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das mindestens eine Aggregat im Mikropartikel durch Anlegen eines elektrischen, magnetischen oder elektromagnetischen Feldes mit einer Feldstärke von 0,1 mTesla bis 7 Tesla, vorzugsweise von 0,1 mTesla bis 1 Tesla, höchst bevorzugt von 0,1 mTesla bis 0,1 Tesla erzeugt. Es ist ebenfalls bevorzugt, das mindestens eine Aggregat durch Einstellung eines pH-Wertes von 3 ≤ pH ≤ 11, vorzugsweise 4 ≤ pH ≤ 10, höchst bevorzugt 5 ≤ pH ≤ 9 zu erzeugen. Weiterhin bevorzugt ist die Erzeugung des mindestens einen Aggregats durch Einstellung einer Ionenstärke von 0,1 mM–1 M, vorzugsweise 5 mM–500 mM, höchst bevorzugt 10 mM–300 mM.In In another preferred embodiment, the at least an aggregate in the microparticle by applying an electrical, magnetic or electromagnetic field with a field strength from 0.1 mTesla to 7 Tesla, preferably from 0.1 mTesla to 1 Tesla, most preferably generated from 0.1 mTesla to 0.1 Tesla. It is also preferred that the at least one aggregate be adjusted by adjustment a pH of 3 ≤ pH ≤ 11, preferably 4 ≤ pH ≤ 10, most preferably 5 ≤ pH ≤ 9. Further preferred is the generation of the at least one aggregate by setting an ionic strength of 0.1 mM-1 M, preferably 5mM-500mM, most preferably 10mM-300mM.
Der
gegebenenfalls im Mikropartikel enthaltene mindestens eine Wirkstoff
ist aus der Gruppe der diagnostischen oder therapeutischen Wirkstoffe ausgewählt.
Vorzugsweise umfassen diese die Gruppe der Pharmaka, der biologisch
aktiven Peptide, der DNS- und RNS-Sequenzen, der Antikörper,
Antigene, Enzyme, Wachstumsfaktoren und Signalmoleküle.
Besonders bevorzugt ist der mindestens eine Wirkstoff ausgewählt
aus der Gruppe der Antibiotika, welche vorzugsweise Vancomycin,
Gentamycin, Cephalosporine umfassen; der Zytostatika, welche vorzugsweise
5-Fluoruracil (5-FU), Paclitaxel (Taxol, Docetaxel), Endoxan, Bleomycin
und Vincristin umfassen; der Immunsuppressiva, vorzugsweise Cyclosporin;
der biologisch aktiven Peptide, welche vorzugsweise Insulin, Cell
Penetrating Peptides und Chemokine umfassen; der DNS- und RNS-Sequenzen;
der Antikörper; der Antigene; der Enzyme, welche vorzugsweise
Asparaginase umfassen; der Wachstumsfaktoren und Signalmoleküle,
die vorzugsweise Neurotransmitter, Zytokine und Hormone umfassen.
Bleomycin ist ein Antibiotikum, welches aber vorwiegend als Zytostatikum
benutzt wird. Vincristin ist ein Zytostatikum, das vorwie gend für
Lymphome Verwendung findet. Im Hinblick auf weitere Wirkstoffe,
welche in den erfindungsgemäßen Mikropartikeln
enthalten sein können, wird auf die
In einer Ausführungsform weist der Mikropartikel eine modifizierte Oberfläche auf, wobei die Modifizierung Beschichtung mit Polymeren, vorzugsweise Polyethylenglykol (PEG), Bindung von Antikörpern oder Antigenen, RNS- und DNS-Sequenzen und Peptiden und kovalente Bindung von Makromolekühlen umfasst.In In one embodiment, the microparticle has a modified one Surface up, taking the modification coating with Polymers, preferably polyethylene glycol (PEG), binding of antibodies or antigens, RNA and DNA sequences and peptides and covalent Binding of macromolecules includes.
Die vorliegende Erfindung betrifft ebenso ein Verfahren zur Modifizierung eines Mikropartikels, welches die Schritte
- – Beladen des Mikropartikels mit mindestens 2 superparamagnetischen Nanopartikeln, wobei die Nanopartikel allein oder in Verbindung mit mindestens einem Wirkstoff vorliegen, welcher direkt an die Nanopartikel gebunden oder separat vorliegt,
- – gegebenenfalls Beladen des Mikropartikels mit mindestens einem Wirkstoff, wobei die Beladungsschritte gleichzeitig oder nacheinander erfolgen können,
- – gegebenenfalls Oberflächenmodifizierung des Mikropartikels,
- – Erzeugung mindestens eines Aggregats aus den superparamagnetischen Nanopartikeln durch Temperatur-, pH-, Ionenstärke-, Zuckerkonzentrations-Änderungen, Behandlung mit Polymeren, Antikörpern, Peptiden, Proteinen, Harnstoff oder durch Einwirkung von sichtbarer und nicht sichtbarer Strahlung, oder durch Einwirken elektrischer, magnetischer oder elektromagnetischer Felder, umfasst.
- Loading the microparticle with at least 2 superparamagnetic nanoparticles, wherein the nanoparticles are present alone or in combination with at least one active substance which is bound directly to the nanoparticles or is present separately,
- Optionally loading the microparticle with at least one active substance, wherein the loading steps can take place simultaneously or successively,
- - optionally surface modification of the microparticle,
- Generation of at least one aggregate of the superparamagnetic nanoparticles by temperature, pH, ionic strength, sugar concentration changes, treatment with polymers, antibodies, peptides, proteins, urea or by the action of visible and non-visible radiation, or by the action of electrical, magnetic or electromagnetic fields.
Erfindungsgemäß sind verschiedene Verfahren zur Modifizierung der Mikropartikel realisiert worden, welche alle die Aggregation der superparamagnetischen Nanopartikel ergeben. Eine Ausführungsform ist ein Verfahren zur Modifizierung eines Mikropartikles, bei welchem das mindestens eine Aggregat durch Temperatureinstellung auf 4°C–95°C, vorzugsweise auf 4°C–50°C, höchst bevorzugt auf 10°C–45°C erzeugt wird. Eine andere bevorzugte Ausführungsform ist das Anlegen eines elektrischen, magnetischen oder elektromagnetischen Feldes mit einer Feldstärke von 0,1 mTesla bis 7 Tesla, vorzugsweise von 0,1 mTesla bis 1 Tesla, höchst bevorzugt von 0,1 mTesla bis 0,1 Tesla, um die Aggregate zu erzeugen. Weiterhin ist es ebenfalls bevorzugt, das mindestens eine Aggregat durch Einstellung eines pH-Wertes von 3 ≤ pH ≤ 11, vorzugsweise 4 ≤ pH ≤ 10, höchst bevorzugt 5 ≤ pH ≤ 9 oder durch Einstellung einer Ionenstärke von 0,1 mM–1 M, vorzugsweise 5 mM–500 mM, höchst bevorzugt 10 mM–300 mM zu erzeugen.According to the invention, various methods for modifying the microparticles have been realized, all of which result in the aggregation of the superparamagnetic nanoparticles. One embodiment is a method for modifying a microparticle in which the at least one aggregate is produced by temperature adjustment to 4 ° C-95 ° C, preferably 4 ° C-50 ° C, most preferably 10 ° C-45 ° C. Another preferred embodiment is the application of an electric, magnetic or electromagnetic field with a field strength of 0.1 mTesla to 7 Tesla, preferably from 0.1 mTesla to 1 Tesla, most preferably from 0.1 mTesla to 0.1 Tesla to generate the aggregates. Furthermore, it is also preferred that the at least one aggregate by adjusting a pH of 3 ≤ pH ≤ 11, preferably 4 ≤ pH ≤ 10, more preferably 5 ≤ pH ≤ 9, or by establishing an ionic strength of 0.1 mM-1 M, preferably 5 mM-500 mM, most preferably 10 mM-300 mM.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur gesteuerten Bewegung der Mikropartikel. Die gesteuerte Bewegung eines Mikropartikels, welcher eine modifizierte oder unmodifizierte Oberfläche aufweist, enthaltend mindestens ein Aggregat aus superparamagnetischen Nanopartikeln, wobei die Nanopartikel allein oder in Verbindung mit mindestens einem Wirkstoff vorliegen, welcher direkt an die Nanopartikel gebunden oder separat vorliegt erfolgt durch Anlegen äußerer Felder, wobei ein Gradient von 10 Ts/m bis 100 kTesla/m, vorzugsweise 10 Tesla/m bis 1000 Tesla/m, höchst bevorzugt 10 Tesla/m bis 100 Tesla/m eingesetzt wird. Die Bewegung erfolgt vom schwachen zum starken Gradienten.One Another object of the present invention is a method for the controlled movement of the microparticles. The controlled movement a microparticle which is a modified or unmodified Surface having at least one aggregate from superparamagnetic nanoparticles, where the nanoparticles are present alone or in conjunction with at least one active ingredient which is attached directly to the nanoparticles or present separately by applying outer fields, with a gradient from 10 Ts / m to 100 kTesla / m, preferably 10 Tesla / m to 1000 Tesla / m, most preferably 10 Tesla / m to 100 Tesla / m is used. The movement is from weak to strong gradient.
Die Erfindung betrifft weiterhin die Änderung der Membranpermeabilität eines Mikropartikels, welcher eine modifizierte oder unmodifizierte Oberfläche aufweist, enthaltend mindestens ein Aggregat aus superparamagnetischen Nanopartikeln, wobei die Nanopartikel allein oder in Verbindung mit mindestens einem Wirkstoff vorliegen, welcher direkt an die Nanopartikel gebunden oder separat vorliegt. Die Änderung der Membranpermeabilität wird realisiert, indem das mindestens eine Aggregat an der inneren Seite der Mikropartikelmembran anhaftet. Das Anhaften an der inneren Seite der Membran erfolgt vorzugsweise aufgrund von elektrostatischen oder hydrophoben Wechselwirkungen zwischen Aggregat und Membran.The The invention further relates to the change in membrane permeability a microparticle which is a modified or unmodified Surface having at least one aggregate from superparamagnetic nanoparticles, where the nanoparticles are present alone or in conjunction with at least one active substance, which is bound directly to the nanoparticles or is present separately. The change in membrane permeability is realized by the at least one aggregate on the inner side of the microparticle membrane adheres. The adhesion to the inner side of the membrane takes place preferably due to electrostatic or hydrophobic interactions between aggregate and membrane.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Freisetzung des mindestens einen Aggregats aus superparamagnetischen Nanopartikeln, wobei die Nanopartikel allein oder in Verbindung mit mindestens einem Wirkstoff vorliegen, welcher direkt an die Nanopartikel gebunden oder separat vorliegt aus dem Mikropartikel durch Anwendung eines Feldimpulses.A Another embodiment of the invention relates to a method to release the at least one superparamagnetic aggregate Nanoparticles, where the nanoparticles are alone or in combination with at least one active ingredient, which directly to the Nanoparticles bound or separately present from the microparticle by applying a field pulse.
Die erfindungsgemäßen Mikropartikel werden zur Diagnose oder Therapie von Tumoren, Stoffwechselerkrankungen, Arteriosklerose, neurodegenerativen Erkrankungen, Entzündungsprozessen, Autoimmunerkrankungen, Mykosen und Infektionserkrankungen eingesetzt. Bevorzugt ist insbesondere die Diagnose oder Therapie von Tumoren.The Microparticles according to the invention are used for diagnosis or therapy of tumors, metabolic diseases, arteriosclerosis, neurodegenerative diseases, inflammatory processes, autoimmune diseases, Mycoses and infectious diseases used. Particularly preferred is the Diagnosis or therapy of tumors.
Beschreibung der AbbildungenDescription of the pictures
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert.following the invention will be explained in more detail by way of examples.
BEISPIELEEXAMPLES
Beispiel 1example 1
Herstellung multifunktionaler Polymerliganden mit einer funktionellen terminalen GruppeProduction of multifunctional polymer ligands with a functional terminal group
Die
Synthese erfolgt mittels Atom-Transfer-Radikalketten-Polymerization
(ATRP) gemäß Literatur (
Anschließend
werden die dopamin-terminierten ATRP-Initiatoren zur ATRP mit Mischungen aus
Monomeren eingesetzt, welche Di-(ethylenglycol)methylether-methacrylat
(MEO2MA), Poly-(ethylenglycol)-methylether-methacrylat (OEGMA)
und Rhodamin oder Fluorescein-gelabelte Monomere (Fluorescein/Rhodamin-Methacrylat
oder Vinylbenzyl-Rhodamine/Fluorescein) enthalten. Die Homopolymer/Copolymersegmente
aus MEO2MA und OEGMA sind thermisch empfindlich
und in Wasser bei tiefen Temperaturen löslich (hydrophil),
dagegen bei höheren Temperaturen unlöslich in
Wasser (hydrophob). Ihre Übergangstemperatur, die als untere
kritische Lösungstemperatur (lowest critical solution temperature,
LCST) bezeichnet wird, hängt vom molaren Verhältnis
von MEO2MA zu OEGMA ab. (
Das Molekulargewicht der erhaltenen Polymere liegt in Abhängigkeit von der ATRP-Periode im Bereich von 5.000–500.000 g/mol, bevorzugt im Bereich von 10.000 bis 100.000 g/mol.The Molecular weight of the resulting polymers is dependent from the ATRP period in the range of 5,000-500,000 g / mol, preferably in the range of 10,000 to 100,000 g / mol.
Da die ATRP-Prozedur die terminale Gruppe unverändert lässt (Catechol-Einheit der Initiatoren), bleibt das Dopamin (Catechol-Einheit) am Ende des Polymers erhalten.There the ATRP procedure leaves the terminal group unchanged (Catechol unit of initiators), the dopamine (catechol unit) remains obtained at the end of the polymer.
Beispiel 2Example 2
Erzeugung von Magnetit-Nanopartikeln verschiedener GrößeGeneration of magnetite nanoparticles of various types size
Gemäß dem
aus der Literatur bekannten Verfahren (
In
der zweiten Variante werden Eisenoxid-Nanopartikel w gemäß Co-precipitationsverfahren
in wässrigen Medium durch Ausfällung von Fe2+ und Fe3+-Ionen
(1:2 molaren Verhältnis) in alkalischen Milieu hergestellt
[
Beispiel 3Example 3
Beschichtung von Nanopartikeln mit funktionalen Copolymeren mit der OI-ATRP-MethodeCoating of nanoparticles with functional Copolymers with the OI-ATRP method
Mit Ölsäure stabilisierte Fe3O4-Nanopartikel werden zum Ligandenaustausch der Partikel in Toluol mit funktionalen Dopamin-ATRP-initiatoren, wie sie in Beispiel 1 hergestellt wurden, für 1 bis 3 Tage inkubiert. Die Ölsäure wird gegen den ATRP-Initiator ausgetauscht, da Dopamin im Vergleich zu Ölsäure die höhere Bindungsaffinität zu Fe3O4 aufweist. Die Partikel werden durch Ausfällung gereinigt und zur Mischung der geeigneten Monomeren und Lösungsmittel gegeben und die ATRP durchgeführt. Auf den mit der Partikeloberfläche gekoppelten ATRP-initiatoren wachsen mit der fortschreitenden Reaktion die Polymere. Die erhaltenen Fe3O4-Nanopartikel, welche nun mit Polymeren beschichtet sind, werden gegen Toluol dialysiert, bis kein freies Polymer mehr in der Lösung enthalten ist. Unter Verwendung von Ethanol als intermediäres Lösungsmittel werden die Partikel anschließend in Wasser oder PBS-Pufferlösungen überführt.Oleic acid stabilized Fe 3 O 4 nanoparticles are incubated for ligand exchange of the particles in toluene with functional dopamine ATRP initiators as prepared in Example 1 for 1 to 3 days. The oleic acid is exchanged with the ATRP initiator because dopamine has the higher binding affinity to Fe 3 O 4 compared to oleic acid. The particles are purified by precipitation and added to the mixture of the appropriate monomers and solvents and the ATRP is carried out. On the particle surface coupled ATRP initiators, the polymers grow as the reaction progresses. The resulting Fe 3 O 4 nanoparticles, which are now coated with polymers, are dialyzed against toluene until no more free polymer is contained in the solution. Using ethanol as the intermediate solvent, the particles are then transferred to water or PBS buffer solutions.
Beispiel 4Example 4
Beschichtung von Ölsäure stabilisierten Nanopartikeln mit funktionalen Copolymeren mit der „grafting-to”-Methode:Coating of oleic acid stabilized nanoparticles with functional copolymers using the grafting-to method:
Gemäß dem aus der Literatur bekannten Verfahren werden mit Hilfe der ATRP auf dem Dopamin-Initiator gewünschte Polymere hergestellt. Diese Polymere enthalten die Catechol-Einheit (Dopamin) als terminale Gruppe. Diese Polymere werden nach der Aufreinigung in Chloroform gelöst und mit Ölsäure stabilisierten Fe3O4-NP (in Toluol) für 3–4 Tage inkubiert. Die Anzahl der Polymer-Moleküle ist im hohen Überschuss zu der Partikel-Anzahl. Die Ölsäure wird gegen die funktionellen Polymeren ausgetauscht, aufgrund der höheren Bindungsaffinität der Catechol-Einheit des Dopamin zu Fe3O4. Die Partikel werden durch Ausfällung in Hexan/Pentan gereinigt, in Ethanol aufgenommen und gegen Ethanol dialysiert, bis kein freies Polymer mehr in der Lösung enthalten ist. Dann können die Partikel mit Hilfe der Dialyse in H2O oder PBS überführt werden und durch Ausfällung oberhalb der LCST aufkonzentriert.According to the method known from the literature, the desired polymers are produced by means of the ATRP on the dopamine initiator. These polymers contain the catechol unit (dopamine) as a terminal group. These polymers are dissolved after purification in chloroform and incubated with oleic acid-stabilized Fe 3 O 4 -NP (in toluene) for 3-4 days. The number of polymer molecules is in high excess to the number of particles. The oleic acid is exchanged for the functional polymers because of the higher binding affinity of the catechol moiety of the dopamine to Fe 3 O 4 . The particles are purified by precipitation in hexane / pentane, taken up in ethanol and dialyzed against ethanol until no free polymer is contained in the solution. Then the particles can be converted by means of dialysis into H 2 O or PBS and concentrated by precipitation above the LCST.
Beispiel 5Example 5
Beschichtung und Stabilisierung der Fe3O4-Nanopartikeln, hergestellt durch Co-precipitationsverfahren, mit funktionalen Copolymeren mit der „grafting-to”-Methode und in-situ-MethodeCoating and stabilization of the Fe 3 O 4 nanoparticles, prepared by co-precipitation methods, with functional grafting-to-co-polymers and in situ methods
„Grafting-to”-Methode: Eisenoxid-Nanopartikel werden gemäß Co-precipitationsverfahren in wässrigem Medium durch Aus fällung von Fe2+ und Fe3+-Ionen (1:2 molares Verhältnis) in alkalischem Milieu hergestellt. Die Partikel werden mit dest. H2O gewaschen und mit dem oben genannten Polymer in wässeriger Lösung für mindestens einen Tag inkubiert und dann gegen H2O dialysiert, bis kein freies Polymer in der Lösung enthalten ist."Grafting-to" method: Iron oxide nanoparticles are prepared by co-precipitation in an aqueous medium by precipitation of Fe 2+ and Fe 3+ ions (1: 2 molar ratio) in an alkaline medium. The particles are washed with dist. H 2 O and incubated with the above polymer in aqueous solution for at least one day and then dialyzed against H 2 O until no free polymer is contained in the solution.
In-situ-Methode: Eisenoxid-Nanopartikel werden in der Gegenwart von dem Polymer im wässerigen Medium durch Coprecipitationsverfahren hergestellt und durch Dialyse gereinigt.In-situ method: Iron oxide nanoparticles are in the presence of the polymer in the aqueous medium prepared by Coprecipitationsverfahren and cleaned by dialysis.
Die erhaltenen Nanopartikel werden in Blutzellen, insbesondere Erythorzyten ohne deren Beschädigung beziehungsweise ohne Beschädigung deren Zellmembran überführt.The nanoparticles obtained are in blood cells, especially erythrocytes without damaging them or damaging them Cell membrane transferred.
Beispiel 6Example 6
Ausbildung von Aggregaten aus superparamagnetischen
Nanopartikeln (vgl.
In Wasser oder in physiologischen Pufferlösungen suspendierte Poly(OEGMAx-random-co-MEO2MA1-x)-beschichtete Fe3O4-Nanopartikel (x = Molenbruch) wurden durch kontrollierte Temperaturerhöhung in einem Wasserbad zur Ausbildung von Aggregaten gebracht. Die Aggregatbildung wird durch einen sprunghaften Anstieg des mittleren Partikeldurchmessers und Entstehung eines Niederschlags gekennzeichnet und kann mittels dynamischer Lichtstreuungsmethoden registriert werden. Makroskopisch äußert sich die Aggregatbildung in einer schlagartigen Trübung der Partikelsuspension beim Erreichen der kritischen Temperatur LOST. Bei den Partikeln mit dem Polymer Poly(OEGMA10-random-co-MEO2MA90) beträgt die LOST in H2O ca. 40 ± 2°C und in physiolgischem Medium ca. 36 ± 2°C. Durch Abkühlung der Suspension unter den kritischen Temperaturwert werden die Aggregate wieder aufgelöst und die Suspension erhält ihr transparentes Aussehen zurück.In water or physiological buffer solutions suspended poly (OEGMA x -random-co-MEO2MA 1-x) coated Fe 3 O 4 nanoparticles (x = mole fraction) were placed by controlled temperature increase in a water bath for the formation of aggregates. The aggregate formation is characterized by a sudden increase in the mean particle diameter and formation of a precipitate and can be registered by means of dynamic light scattering methods. Macroscopically, aggregate formation manifests itself as a sudden turbidity of the particle suspension upon reaching the critical temperature LOST. For the particles with the polymer poly (OEGMA 10 -random-co-MEO2MA 90 ), the LOST in H 2 O is about 40 ± 2 ° C and in physiological medium about 36 ± 2 ° C. By cooling the suspension below the critical temperature value, the aggregates are redissolved and the suspension retains its transparent appearance.
Beispiel 7Example 7
Ausbildung von Aggregaten aus superparamagnetischen Nanopartikel im Inneren von roten BlutzellenFormation of superparamagnetic aggregates Nanoparticles inside red blood cells
Rote
Blutzellen werden nach dem Verfahren nach
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