Поликомпонентная наноразмерная система для диагностики и терапии новообразований

Изобретение может быть использовано в медицине. Поликомпонентная наноразмерная система для диагностики и терапии новообразований состоит из ядра, сформированного из диоксида кремния, диоксида титана, диоксида циркония или их композитов, внутреннего слоя, содержащего оксид меди, диоксид марганца, двойной оксид железа или их композитов, внешнего слоя, содержащего металлические наночастицы серебра, золота или их биметаллические частицы, и биологически активные молекулы - биомаркеры. Изобретение позволяет получить поликомпонентную наноразмерную систему, имеющую структуру «ядро-оболочка», содержащую сферические агрегативно устойчивые монодисперсные частицы, в качестве контрастного агента для магнитно-резонансной и компьютерной томографии и в качестве основы для препаратов адресной доставки лекарственных средств в противоопухолевой терапии. 6 ил., 3 пр.

 

Область техники изобретения

Изобретение относится к области химии, химического синтеза, способам получения новых функциональных наноразмерных материалов, а именно к синтезу многофункциональной поликомпонентной наноразмерной системы на основе оксидных, металлических и неметаллических материалов для диагностической медицины. Данная многофункциональная поликомпонентная наноразмерная система может применяться для диагностики новообразований в качестве контрастных агентов для магнитно-резонансной и компьютерной томографии, так и в качестве основы для препаратов адресной доставки лекарственных средств в противоопухолевой терапии.

Особенностью изобретения является строение многофункциональной поликомпонентной наноразмерной системы, представленное:

- ядром, сформированным из диоксида кремния, диоксида титана, диоксида циркония и их композитов;

- внутренним слоем, содержащим оксид меди, диоксид марганца, двойной оксид железа и их композитов;

- внешним слоем, содержащим металлические наночастицы серебра, золота и их биметаллические частицы, полимеры и биологически активные молекулы - биомаркеры.

Уровень техники

Особое место в современной диагностической медицине получили поликомпонентные системы на основе оксидных, металлических и неметаллических материалов. Они нашли широкое применение в качестве контрастных агентов в магнитно-резонансной и компьютерной томографии, в магнитном разделении олигонуклеотидов, в качестве агентов при адресной доставке лекарств, основы для создания противоопухолевых препаратов. (Баскаков, А.О. Структурные, магнитные и электронные свойства нанокомпозитов типа «ядро-оболочка» на основе оксидов и карбидов железа : автореф. дис. … канд. физ.-мат. наук : 01.04.07 / Баскаков Арсений Олегович. - М., 2019. - 20 с.).

Известен способ получения магнитного композита, состоящего из ферромагнитных оксидов железа и слоистых двойных гидроксидов. (Патент RU 2678024 С1, опубл. 22.01.2019, Бюл. №3). Данное изобретение может применяться в качестве носителя лекарственных веществ. Магнитный композит получают путем твердофазного синтеза гидратированных солей двух и трехвалентного железа в молярном соотношении 1:2 с твердыми солями, содержащими катионы двух- и трехвалентных металлов, взятых в молярном соотношении 2:1, и с твердыми гидроксидами щелочных металлов.

Недостатком данного изобретения является низкая чистота получаемого продукта и низкая воспроизводимость результатов.

Известен способ получения магнитных композитов на основе оксидов железа и молекулярных кристаллов (Патент RU 2421243 C1, опубл. 20.06.2011, Бюл. № 17). Данное изобретение предназначено для адресной доставки лекарственных препаратов, а также может быть использовано в качестве магнитных сорбентов. Для получения магнитного композита на основе оксидов железа и молекулярных кристаллов магнитный оксид железа смешивают с пироксикамом или мелоксикамом. Соотношение в смеси пироксикам-оксид железа составляет 1:3, в смеси мелоксикам-оксид железа - 1:3 или 1:10. Далее проводят механическую обработку полученной смеси в высоконапряженных планетарно-центробежных или вибрационных мельницах. При использовании вибрационной мельницы отношение массы навески к массе шаровой нагрузки 1:20, ускорение 8-10g. При использовании планетарно-центробежной мельницы отношение массы навески к массе шаровой нагрузки составляет 1:30, нагрузка на шар - 20g.

Недостатком данного изобретения является сложность контроля твердофазного синтеза при использовании высоконапряженных планетарно-центробежных или вибрационных мельниц, высокие энергозатраты, низкая чистота получаемого продукта в связи с попаданием продуктов взаимодействия реакционной массы с рабочими элементами данных мельниц.

Известно изобретение «Наноматериал SiO₂/Au c нуклеокапсидной структурой - биологический белковый лекарственный комплекс и способ его получения» (Патент CN №101411879 B, опубл. 09.02.2011). Данный композитный наноматериал может быть использован в качестве препарата для адресной доставки противоопухолевых веществ.

Способ приготовления включает следующие стадии:

1. Смешивают аминополиэтиленгликоль и 2-иминосульфан в молярном соотношении 1:1 в растворе карбоната калия, далее проводят диализ и очистку реагентов бидистиллированной водой;

2. Смешивают SiO₂/Au, белковый препарат и 2-иминосульфан в растворе карбоната калия, добавляют смесь в сульфановый полиэтиленгликоль.

Композит SiO₂/Au получают в результате многоступенчатого синтеза, включающего синтез монодисперсных наночастиц диоксида кремния, их взаимодействия с 3-аминопропилтриэтоксисиланом и добавлением наночастиц золота в присутствии соляной кислоты. Монодисперсные наночастицы диоксида кремния получают в результате взаимодействия воды, этанола, нашатырного спирта и тетраэтоксисилана.

Недостатком данного изобретения является низкий выход продуктов реакции и сложная технология синтеза.

Известен способ получения рентгеноконтрастного вещества, состоящего из поликомпонентной системы «ядро-оболочка» (Патент RU №2361617 С2). Вольфрамовые частицы получают путем восстановления в органическом растворителе. Данный синтез проводят в атмосфере инертного газа. Соединение вольфрама растворяют в гидрофобном растворителе и добавляют восстановитель. После завершения реакции добавляют воду и органический растворитель, затем разделяют фазы. Органический слой промывают водой и упаривают до небольшого объема. Добавляют большой избыток смеси «этанол/вода» и твердым веществам дают выпасть в осадок.

Недостатком данного изобретения является высокая токсичность применяемых материалов.

Известен способ электрохимического иммуноанализа на основе композитных наночастиц Au-Pb-SiO₂ (Патент CN 102226807B, опубл. 11.12.2013). Существенным недостатком данного изобретения является применение тяжелого металла - свинца в составе данного нанокомпозита.

Существенным недостатком вышеизложенных изобретений является их ограниченная область применения.

Принципиальным отличием заявленного изобретения от представленных прототипов является возможность использования многофункциональной поликомпонентной наноразмерной системы на этапах обнаружения, диагностики, терапии новообразований, что связано со способом получения данной многофункциональной поликомпонентной наноразмерной системы и ее строением, которое представлено:

- ядром, сформированным из диоксида кремния, диоксида титана, диоксида циркония и их композитов;

- внутренним слоем, содержащим оксид меди, диоксид марганца, двойной оксид железа и их композитов;

- внешним слоем, содержащим металлические наночастицы серебра, золота и их биметаллические частицы, полимеры и биологически активные молекулы - биомаркеры.

Краткое описание чертежей и иных материалов

На фиг. 1 представлена гистограмма распределения гидродинамических радиусов частиц многофункциональной поликомпонентной наноразмерной системы, полученной по Примеру 1.

На фиг. 2 представлена гистограмма распределения гидродинамических радиусов частиц многофункциональной поликомпонентной наноразмерной системы, полученной по Примеру 2.

На фиг. 3 представлена гистограмма распределения гидродинамических радиусов частиц многофункциональной поликомпонентной наноразмерной системы, полученной по Примеру 3.

На фиг. 4 представлена СЭМ-микрофотография многофункциональной поликомпонентной наноразмерной системы, полученной по Примеру 1.

На фиг. 5 представлена СЭМ-микрофотография многофункциональной поликомпонентной наноразмерной системы, полученной по Примеру 2.

На фиг. 6 представлена СЭМ-микрофотография многофункциональной поликомпонентной наноразмерной системы, полученной по Примеру 3.

Раскрытие изобретения

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в получении многофункциональной наноразмерной поликомпонентной системы для диагностической медицины.

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к получению монодисперсной многофункциональной поликомпонентной наносистемы, имеющей структуру «ядро-оболочка» и состоящей из двух и более слоёв, содержащую сферические агрегативно устойчивые монодисперсные частицы. Принципиальное строение такой системы следующее:

1. Ядро системы, состоящее из диоксида кремния, диоксида титана, диоксида циркония или композитов на их основе;

2. Внутренний слой, состоящий из оксида меди, двойного оксида железа, диоксида марганца или композитов на их основе - данный слой обладающий рентгенно- и магнитоконтрастными свойствами, также необходимый для создания определенных адсорбционных центров для нанесения следующего слоя поликомпонетной системы;

3. Внешний слой, содержащий металлические наночастицы золота, серебра или биметаллические частицы на их основе, полимеры и биологически-активные соединения (биомаркеры и прочее). Наночастицы, присутствующие в этом слое повышают рентгеноконтрастные свойства, полимеры обеспечивают стабильность системы, а биологически-активные соединения, в частности биомаркеры выполняют функциональные свойства.

Сущностью изобретения является многофункциональная поликомпонентная наноразмерная система для диагностической медицины, получают систему способом, который проводят в несколько этапов.

На первом этапе формируется ядро, состоящее из наночастиц SiO₂, TiO₂, ZrO₂ и их композитов. Для этого в смесь тетраэтоксисилана, тетраизопропилата титана или нитрата цирконила и этанола при постоянном перемешивании по каплям добавляется 25% водный раствор аммиака. Затем проводится центрифугирование в течение 5 минут со скоростью 10000 об/мин. Полученный осадок несколько раз промывается бидистиллированной водой.

На втором этапе полученный отмытый осадок редиспергируется в водном растворе прекурсоров оксида меди, диоксида марганца и двойного оксида железа, в качестве которых используются ацетат меди, перманганат калия и сульфат железа (II) и (III). Затем в данную систему вносится по каплям водный раствор осадителя - гидроксид натрия NaOH и проводится центрифугирование в течение 5 минут со скоростью 10000 об/мин. Полученный осадок несколько раз промывается бидистиллированной водой.

На третьем этапе данная композиция при интенсивном перемешивании вводится в водные растворы 0,001-0,1 М золотохлористоводородной кислоты HAuCl₄ и нитрата серебра AgNO₃. Реакционная смесь перемешивается в течение 15 минут при 1500 об/мин. Затем вводится по каплям 0,1 М водный раствор боргидрида натрия.

На следующем этапе для повышения функциональных свойств в систему вводятся биомаркеры или другие биологически активные вещества. Данный процесс может проводится при воздействии электрического или магнитного поля, что позволяет повысить адсорбцию биомаркеров или других биологически активных веществ. В результате получается многофункциональная поликомпонентная наноразмерная система со следующим соотношением компонентов, мас. %:

диоксид титана	0-10
диоксид циркония	0-5
оксид меди (II)	0,001-5
диоксид марганца	0,001-5
двойной оксид железа	0,001-5

золото

0,00001-1

серебро	0,00001-1
биологически активные молекулы	0,000001-0,01
диоксид кремния	остальное

Заявленный препарат представляет собой водную суспензию от темно-красного до бурого цвета, без запаха, не оказывающего местно-раздражающего и сенсибилизирующего действия.

Осуществление изобретения

Пример 1.

Многофункциональную поликомпонентную наноразмерную систему получают следующим способом, который проводят в несколько этапов.

На первом этапе формируется ядро, состоящее из наночастиц SiO₂, TiO₂, ZrO₂ и их композитов. Для этого в смесь тетраэтоксисилана, тетраизопропилата титана или нитрата цирконила и этанола при постоянном перемешивании по каплям добавляется 25 % водный раствор аммиака. Затем проводится центрифугирование в течение 5 минут со скоростью 10000 об/мин. Полученный осадок несколько раз промывается бидистиллированной водой.

На втором этапе полученный отмытый осадок редиспергируется в водном растворе прекурсоров оксида меди, диоксида марганца и двойного оксида железа. В качестве которых используются ацетат меди, перманганат калия и сульфат железа (II) и (III). Затем в данную систему вносится по каплям водный раствор осадителя - гидроксид натрия NaOH и проводится центрифугирование в течение 5 минут со скоростью 10000 об/мин. Полученный осадок несколько раз промывается бидистиллированной водой.

На третьем этапе данная композиция при интенсивном перемешивании вводится в водные растворы 0,001-0,1 М золотохлористоводородной кислоты HAuCl₄ и нитрата серебра AgNO₃. Реакционная смесь перемешивается в течение 15 минут со скоростью 1500 об/мин. Затем вводится по каплям 0,1 М водный раствор боргидрида натрия.

На следующем этапе для повышения функциональных свойств в систему вводится биомаркеры или другие биологически активные вещества. Данный процесс может проводится при воздействии электрического или магнитного поля, что позволяет повысить адсорбцию биомаркеров или других биологически активных веществ. В результате получается многофункциональная поликомпонентная наноразмерная система со следующим соотношением компонентов, мас. %:

диоксид титана	0-0,1
диоксид циркония	0-0,1
оксид меди (II)	0-0,001
диоксид марганца	0-0,001
двойной оксид железа	0-0,001
золото	0,000001-0,00001
серебро	0,000001-0,00001
биологически активные молекулы	0,000001-0,00001
диоксид кремния	остальное

Пример 2.

Проводят аналогично примеру 1, но берут следующее соотношение компонентов, мас.%:

диоксид титана	0,1-10
диоксид циркония	0,1-5
оксид меди (II)	0,001-5
диоксид марганца	0,001-5
двойной оксид железа	0,001-5
золото	0,00001-1
серебро	0,00001-1
биологически активные молекулы	0,000001-0,01
диоксид кремния	остальное

Пример 3.

Проводят аналогично примеру 1 и 2, но берут следующее соотношение компонентов, мас. %:

диоксид титана	10-30
диоксид циркония	5-15
оксид меди (II)	5-10
диоксид марганца	5-10
двойной оксид железа	5-10
золото	1-5
серебро	1-5
биологически активные молекулы	0,01-1
диоксид кремния	остальное

С целью определения влияния концентрации компонентов на дисперсный состав и микроструктуру образцов многофункциональной поликомпонентной наноразмерной системы проводили исследования с помощью фотонной корреляционной спектроскопии динамического рассеяния света на установке Photocor Complex и растровой электронной микроскопии на сканирующем электронном микроскопе MIRA-LMH с системой определения элементного состава AZtecEnergy Standart / X-max 20 (standard) фирмы Tescan. По результатам исследований были получены гистограммы распределения гидродинамических радиусов частиц (фиг. 1-3) и СЭМ-микрофотографии (фиг. 4-6).

Анализ фиг. 1 показал, что распределение частиц многофункциональной поликомпонентной наноразмерной системы носит бимодальный характер, со средним гидродинамическим радиусом частиц первой фракции порядка 50 нм и второй - 1 мкм.

Анализ фиг. 2 показал, что характер распределения гидродинамических радиусов частиц унимодальный и средний гидродинамический радиус составляет порядка 100 нм.

Анализ фиг. 3 показал, что распределение гидродинамических радиусов частиц носит бимодальный характер со средним радиусом первой фракции 200 нм, второй - 10 мкм.

Анализ фиг. 4 показал, что частицы имеют правильную сферическую форму, но обладают высокой полидисперсностью, что объясняется влиянием микроколичества компонентов многофункциональной поликомпонентной наноразмерной системы на микроструктуру диоксида кремния, занимающую большую часть данной системы, синтезируемой по Примеру 1.

На фиг. 5 наблюдаются сферические частицы со средним диаметром порядка 200-250 нм, с высокоразвитой поверхностью, что связано с термодинамически выгодным формированием слоёв и структуры всей многофункциональной поликомпонентной наноразмерной системы, синтезируемой по Примеру 2.

На фиг. 6 наблюдаются различные кристаллиты неправильной формы с высокой степенью полидисперсности, что связано с большим содержанием компонентов в составе многофункциональной поликомпонентной наноразмерной системы, синтезируемой по Примеру 3, которые кристаллизуются в отдельные фазы, и при данных концентрациях не образуют композиты и твердые растворы.

В результате можно заключить, что оптимальной является многофункциональная поликомпонентная наноразмерная система, полученная в соответствии с Примером 2, которая отличается сферическими частицами со средним диаметром порядка 200-250 нм с высокоразвитой поверхностью, мономодальным характером распределения гидродинамических радиусов частиц и агрегативной устойчивостью, проявляющуюся в формировании не агрегированных отдельных частиц с четко различимыми границами, как можно отметить на фиг. 5.

Поликомпонентная наноразмерная система для диагностики и терапии новообразований, состоящая из ядра, сформированного из диоксида кремния, диоксида титана, диоксида циркония или их композитов, внутреннего слоя, содержащего оксид меди, диоксид марганца, двойной оксид железа или их композитов, внешнего слоя, содержащего металлические наночастицы серебра, золота или их биметаллические частицы, и биологически активные молекулы - биомаркеры, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

диоксид титана	0,1-10
диоксид циркония	0,1-5
оксид меди(II)	0,001-5
диоксид марганца	0,001-5
двойной оксид железа	0,001-5
золото	0,00001-1
серебро	0,00001-1
биологически активные молекулы	0,000001-0,01
диоксид кремния	остальное