KR101128577B1 - Ｘ선 조영제로서의 텅스텐 입자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘트라스트(contrast) 강화 물질로서 텅스텐, 또는 텅스텐과 다른 금속 원소의 혼합물로 구성된 코팅된 코어를 포함하는 입자, 이러한 입자를 함유하는 약제, 및 이러한 약제의 진단 조영, 특히 X선 조영에서의 조영제로서의 용도에 관한 것이다.

조영제, 텅스텐, 콘트라스트 강화 물질

Description

Ｘ선 조영제로서의 텅스텐 입자 {TUNGSTEN PARTICLES AS X-RAY CONTRAST AGENTS}

본 발명은 콘트라스트(contrast) 강화 물질로서 금속 원소인 텅스텐, 또는 텅스텐과 다른 금속 원소의 혼합물로 구성된 코팅된 코어를 포함하는 입자, 및 이러한 입자를 함유하는 약제에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 약제의 진단 조영, 특히 X선 조영에서의 조영제로서의 용도, 및 금속 원소인 텅스텐, 또는 텅스텐과 다른 금속 원소의 혼합물로 구성된 코어를 함유하는 콘트라스트 매질에 관한 것이다.

모든 진단 조영은 체내에서, 구조가 다르면 그로부터의 신호 수준로 다르게 얻어지는 점을 토대로 한다. 따라서, X선 조영에서, 예를 들면 소정의 신체 구조가 영상으로 보여지는 경우, 이 구조에 의한 X선 감쇠는 주변 조직의 경우와는 달라야 한다. 신체 구조와 그 주변 간의 신호차는 흔히 콘트라스트라 명명하며, 신체 구조와 그 주변 간의 콘트라스트가 커질수록 영상의 품질이 향상되고, 진단을 수행하는 의사에게 보다 유용해지기 때문에, 진단 조영에서 콘트라스트를 강화시키는 방법에 대한 많은 노력이 경주되었다. 또한, 콘트라스트가 커질수록 조영 과정에서 가시화될 수 있는 신체 구조는 세밀해지므로, 콘트라스트가 커질수록 공간 해 상도가 증가된다.

소정 공간 해상도에서, 영상 진단의 품질은 조영 과정에서의 본질적인 노이즈 수준에 따라 크게 좌우되므로, 콘트라스트 수준 대 노이즈 수준의 비율은 진단 조영에 대해 유효한 진단 품질 인자를 나타낸다고 할 수 있다.

오랫동안 이러한 진단 품질 인자의 개선이 달성되었으며, 이는 여전히 중요한 목표로 남아있다. X선, 자기 공명 영상(MRI) 및 초음파와 같은 기술에서, 진단 품질 인자를 개선하기 위한 한 방법은 콘트라스트 강화 물질인 조영제를 영상화될 신체 부위에 도입하는 것이었다.

따라서, X선에서 예를 들면, 조영제의 초기 예는 분포되는 신체 대역에서 X선 감쇠를 강화시키는 불용성 무기 바륨염이었다. 최근, X선 조영제 분야에서는 가용성 요오드 함유 화합물, 예를 들면 상표명 옴니파크(Omnipaque) 및 비시파크(Visipaque)로 아머샴 헬쓰 에이에스(Amersham Health AS)에 의해 시판되는 것이 우세하였다.

콘트라스트 강화 원소로서 중금속을 갖는 X선 조영제에 대한 연구는 중금속 이온의 아미노폴리카르복실산(APCA) 킬레이트에 크게 집중되었다. 많은 신체 부위의 유효한 영상을 인식하는 것은 비교적 고농도의 금속 이온의 당해 신체 부위에서의 국소화를 필요로 하기 때문에, 이를 얻기 위해 하나를 초과하는 별도의 킬란트 잔기를 갖는 물질인 폴리킬란트(polychelant)를 사용할 수 있는 것으로 제안되었다. 추가의 연구는 착화된 잔기 자체가 2 개 이상의 콘트라스트 강화 원자를 포함하는 착물인 다핵 착물의 사용에 집중되었다(문헌[Yu, S.B. and Watson, A.D. in Chem. Rev. 1999, 2353-2377] 참조). 따라서, 착물은 X선 또는 초음파의 경우, 2 개 이상의 중금속 원자를 포함하게 되고, MRI의 경우 상자성 성질을 갖는 2 개 이상의 금속 원자를 함유하게 된다.

문헌[Yu, S.B. and Watson, A.D. in Chem. Rev. 1999, 2353-2377]은 금속계 X선 콘트라스트 매질의 사용을 논의한다. 텅스텐 분말은 과다혈관 종양의 치료 및 수술전 색전에 사용되는 색전제에서 X선 콘트라스트 첨가제로 사용된다는 점이 주목된다. 그러나, 중금속 착물의 일반적인 혈관내 사용은 안정성 문제 및 투여량 요건에 의해 제한될 수 있다.

나노결정성 텅스텐 분말은 발화성이고 공기중에서 자발적으로 연소된다는 것이 공지되어 있다. 텅스텐 나노입자는 그의 반응성으로 인해 약제, 예를 들면 X선 조영제로 사용되지 못했다.

예를 들어, 미국 특허 5,728,590에는 금, 은, 백금 및 팔라듐으로 구성된 중금속 원소의 금속 공액 화합물, 및 그들의 조영제, 예를 들면 X선 조영제로서의 용도가 제안되고 있다. 또한, 미국 특허 6,203,778은 유기 코팅을 갖는 금속 구리, 니켈, 팔라듐, 금 및 은의 무기 코어로 구성된 입자를 X선 조영 방법에 사용할 수 있다고 언급한다.

WO 03/07961은 특히, X선 콘트라스트에 사용되는 금속 나노입자에 대해 기재하고 있다. 이 특허 출원은 항체에 공유결합으로 부착된 입자를 포함하는 나노미터 범위의 금 입자에 초점을 맞춘다. 금 입자는 티오글루코오스로 코팅되어 생리학적으로 더욱 용인되며, 다른 코팅, 예를 들면 글루타티온을 시도해보았으나 덜 용인되는 것으로 밝혀졌다. 또한, 백금, 팔라듐, 탈륨, 비스무트, 오스뮴, 이리듐, 은, 텅스텐, 납, 탄탈 및 우라늄이 가능한 대체 금속으로 언급되고 있다.

WO03/07961에 기재된 나노입자로 구성된 금 코어는 실질적으로 불활성 표면을 갖고, 티오글루코오스 코팅의 목적은 표면을 패시베이트(passivate)하지 않는 것이다.

금 입자의 티오글루코오스 코팅은 교환가능하고, 금 입자의 표면과 코팅 간의 결합은 비교적 약하다. 따라서, 조직 내 기, 예를 들면 단백질 술프히드릴기를 사용한 코팅시 리간드가 교환되기 때문에 이러한 코팅된 금 입자는 신체 중에서 긴 반감기를 가지기 쉽다. 따라서, 비코팅된 금 입자는 혈류 중에 남게 된다(예를 들면, 문헌[Hostetler, M.J.; Templeton, A.C.; Murray, R.W; "Dynamics of Place-Exchange Reactions on Monolayer-Protected Gold Cluster Molecules" Langmuir, 1999, 15, 3782-3789] 참조). 신체내 긴 반감기는 높은 독성을 유발할 수 있고, 일반적으로 X선 조사에 유리하지 않기 때문에 바람직하지 못하다.

앞서 언급한 바와 같이, 금속(0) 산화 상태에서 원소의 코어를 포함하는 조영제로 사용되는 다양한 금속들이 당업계에 공지되어 있다. 코팅된 나노입자를 X선 조영제로 사용하는 것이 제안되었다. 실질적으로 불활성 금속, 예를 들면 금, 은, 팔라듐 및 백금으로 구성된 나노입자가 약제로 사용하기에 바람직하다. 그러나, 많은 불활성 금속, 예를 들면 금, 가돌리늄, 에르븀 및 다른 희토류 원소는 고가이며, 상업적 조영제로서의 이용성이 떨어진다. 다른 것들, 예를 들면 우라늄은 방사성이기 때문에 X선 조영제로는 부적합하다. 금속, 예를 들면 납, 수은 및 탈 륨은 독성으로 인해 생체내에서 사용하기에는 바람직하지 못하다. 비스무트, 바륨 및 텅스텐이 이러한 특수 용도에 대한 가능한 후보이지만, 비스무트, 특히 바륨은 X선 감쇠 성질이 비교적 낮다. 텅스텐 분말 형태의 텅스텐은 발화성이기 때문에 약제로 사용될 수 없다.

비록 상업적으로 이용가능한 가용성 요오드 함유 화합물은 매우 안전한 것으로 생각되고, 미국에서 매년 2000만회가 넘는 X선 검사에 사용되고 있지만, 신규한 조영제 개발에 대한 요구는 여전하다. 이러한 약제는 이상적으로는 신장 독성, 점도, 주사 부피 및 감쇠/방사선량의 성질 중 하나 이상이 가용성 요오드 함유 화합물에 비해 개선된 성질을 가져야 한다.

본 발명자들은, 임의적으로 다른 금속 원소와 혼합된 금속 원소 텅스텐으로 구성되며 중합체 층 또는 단량체 층과 같은 코팅층으로 코팅되어 있는 코어를 포함하는 입자가 약제, 특히 조영제로서 놀랍고도 유리한 성질을 갖는다는 것을 발견하였다. 코팅층은 텅스텐 입자 코어의 반응성 표면을 패시베이트하고, 유리한 성질을 갖는 안전한 나노입자를 제공한다.

용어 입자 및 나노입자는 입자가 나노미터 크기인 경우 상호교환적으로 사용되며, 코어 및 텅스텐 코어도 이하에서 상호교환적으로 사용된다는 점이 주목되어야 한다. 또한, 표현 중에서, 약제는 약제의 활성 성분을 구성하는 입자/나노입자를 포함한다. 추가의 실시양태는 첨부되는 청구 범위에 구체화되며, 본 명세서에서 설명될 것이다.

본 발명의 화합물은 코어 및 코팅층을 포함하는 입자이다. 입경은 나노미터 범위이기 때문에 나노입자로 명명된다. 비록 입자는 약 1.5 nm 내지 20 nm 이상, 더욱 바람직하게는 1.5 내지 15 nm에서 변할 수 있지만, 대개는 신장에 의해 방출되는 것이 바람직하다. 따라서, 입도는 바람직하게는 약 6 내지 7 nm의 신장 역치(threshold) 미만이 되어야 하고(문헌[Kobayashi, H.; Brechbiel, M. W. Molecular Imaging 2, 1(2003)] 참조), 바람직하게는 입도는 1.5 nm 내지 7 nm, 더욱 바람직하게는 2 내지 6 nm이어야 한다.

입자의 코어는 금속 형태의 텅스텐 또는 다른 적합한 금속 원소와 혼합된 텅스텐을 함유한다. 바람직하게는, 텅스텐 함량은 20 내지 100 중량％, 더욱 바람직하게는 50 내지 100 ％, 훨씬 더 바람직하게는 85 내지 100 중량％, 특히 바람직하게는 95 내지 100 중량％이다. 일반적으로, 약 100 ％의 텅스텐으로 구성된 코어가 바람직하다.

텅스텐 코어에 다른 금속 원소를 도입시키면 코어에 개선된 성질, 예를 들면 개선된 안정성, 단분산성, 합성 및(또는) 금속 코어의 형성 속도를 제공할 수 있다. 바람직하게는, 단일 원소 또는 원소의 혼합물로서 5 내지 15 중량％의 레늄, 이리듐, 니오븀, 탄탈 또는 몰리브덴이 가능한 첨가제이며, 레늄 및 이리듐이 가장 바람직하다. 모든 이들 원소는 텅스텐과 혼화가능하고, 소량의 레늄 및(또는) 이리듐은 금속 코어의 저온 가소성을 개선시킨다.

입자에 감쇠 성질을 제공하는 금속 코어가 나노입자의 바람직한 총 크기를 고려하면서 이 성질에 대해 충분한 크기로 되는 것이 중요하다. 따라서, 코어는 원하는 감쇠 성질을 제공하기 위해 가능한 한 최적량의 금속 원자를 함유하여야 한다. 코어는 약 100 중량％의 텅스텐 금속으로 이루어진 경우, 15 내지 5000 개, 바람직하게는 100 내지 3000 개, 더욱 바람직하게는 200 내지 2500 개의 텅스텐 원자를 함유해야 한다. 텅스텐 원자가 신체 중심 육면체 결정에 패킹된다고 가정하면, 15 개의 원자의 텅스텐 원자로 구성된 한 코어는 약 0.6 nm의 코어 직경을 갖고, 100 개의 텅스텐 원자는 1.5 nm의 직경을 갖고, 1500 개의 텅스텐 원자 약 4.2 nm의 직경을 갖는 한편, 5 nm의 코어 크기는 약 2500 개의 텅스텐 원자를 함유하고, 5000 개의 텅스텐 원자를 함유하는 코어는 약 6.5 nm의 직경을 갖게 된다.

텅스텐 함유 코어는 다소간의 반응성을 갖기 때문에, 금속 코어는 반응성 표면을 패시베이트하기 위해 코팅되어야 한다. 코팅의 성질은 코어가 반응하지 않거나, 예를 들면 공기 중에 노출시 연소되지 않거나, 생체내 사용을 위해 제제화시 반응하지 않거나, 생체내 환경에서 반응하지 않도록 금속 코어에 대한 보호를 제공해야 한다. 바람직하게는, 코팅은 입자가 코어의 텅스텐 표면이 반응성을 갖지 않도록 투여되는 신체로부터 방출될 때까지 그 성질을 유지해야 한다. 또한, 코팅은 생체내에서 적합한 짧은 반감기를 갖는 나노입자를 제공해야 한다. 나노입자가 표적화 잔기를 함유하는 경우, 입자의 반감기는 길어질 수 있지만, 반감기가 독성을 고려하여 허용가능할 것이 필요하다. 따라서, 입자가 특히, 생체내에서 응집을 형성하는 경향이 낮도록 코팅하는 것이 중요하다. 동시에, 충분히 작은 입자를 제공하기 위해 코팅은 비교적 얇아야 하고, 비록 큰 입자들도 유용하지만 약 6 내지 7 nm의 신장 역치 미만의 크기로 되어 있는 입자가 바람직하다. 또한, 금속 코어와 코팅 간의 결합은 금속 코어와 코팅 간의 붕해를 피하도록 충분히 강해야 한다.

나노입자의 수용해도는 약제를 비경구 투여, 예를 들면 정맥 또는 동맥 주사용으로 제제화하는 경우 높아야 한다.

또한, 제제화된 약제의 점도는 약제가 용이하게 투여될 수 있도록 충분히 낮아야 한다. 점도는 비경구 투여용 약제에 중요한 인자이다. 신체의 외부 공백을 통해 투여되는 약제의 경우, 점도는 덜 중요하다. 1 ml 당 요오드 350 mg의 수용액 중 조영제 이오파미돌(Iopamidol)의 부피 분획은 0.26이고, 점도는 37 ℃에서 7.6 mPas이다. 본 발명에 따른 나노입자에 대해 동일한 부피 분획 φ=0.26을 사용할 수 있다고 가정하면(여기서, 용매의 점도는 물에 대해 37 ℃에서 η₀ = 0.653 10^-3 Pas임), 37 ℃에서 이 용액에 대한 점도 η는 다음과 같다.

(문헌["The viscosity of a concentrated suspension of spherical particles" Mooney, M.J. Colloid. Sci. vol. 6, page 162, (1951)] 참조). 이 점도는 이러한 입자의 고농도에 비해 매우 낮고, 강체구로 되어 있는 용액이라는 가정에 따른다. 또한, 이 점도는 요오드화 X선 조영제의 점도에 비해 낮다.

금속 텅스텐은 비교적 높은 X선 감쇠 값, 낮은 독성을 갖고, 허용가능한 비용으로 입수가능하다.

제제화된 약제의 오스몰랄 농도(osmolality)는 생성물의 독성에 영향을 미치 는 추가적인 중요한 인자이다. 용액의 오스몰랄 농도는 용매, 대개 물의 단위 당 용해된 입자의 수로써 결정된다. 오스몰랄 농도가 높은 제제는 특히, 정맥내 및 동맥내 주사로부터 더욱 심한 부작용을 일으키기 쉽다. 오스몰랄 농도가 높은 제제는 반투과성 막을 통해 물을 수송하여 원치않는 생리학적 효과를 제공할 수 있다. 따라서, 제제는 이상적으로는 본질적으로 등오스몰랄(isoosmolal)이어야 하지만, 약간의 과다오스몰랄(hyperosmolal) 또는 과소오스몰랄(hypoosmolal) 제제는 허용가능하다.

본 발명자들은 특수 형태의 코팅이 약제, 특히 의료 조영에서의 조영제, 예를 들면 X선 조영제로서 사용될 수 있는 코팅 및 코어를 포함하는 나노입자를 제공하는 것과 같은 앞서 논의한 성질을 충족시킨다는 것을 발견하였다.

제 1 실시양태에서, 하전된 코팅에 의해 코팅된 금속 코어를 포함하는 나노입자가 제공된다. "전하"는 (-) 또는 (+)로 하전된 기를 갖는 화학적 실체를 의미한다. 하전된 코팅은 나노입자당 50 개 이하, 바람직하게는 40 개 이하, 훨씬 더 바람직하게는 25 개 이하의 전하를 함유한다. 각 나노입자는 입자당 4 개 이상, 바람직하게는 8 개 이상의 전하를 함유해야 한다. 전하의 수는 금속 코어의 크기 및 코팅된 나노입자의 크기에 따라 좌우된다. (-) 또는 (+) 전하를 갖는 하전된 기를 포함하는 코팅은 용액 중에 존재하는 경우 서로 밀어내는 입자를 제공하게 되어, 실질적으로 또는 부분적으로 나노입자 군집의 형성을 피한다. 코팅된 입자의 군집의 형성을 피하면 입자의 용해도가 강화된다. 또한, 입자 제제의 점도도 바람직한 범위에서 유지되게 된다.

한편, 하전된 입자의 제제화는 반대이온을 중성화시키는 것을 포함하고, 이는 오스몰랄 농도를 상승시키게 된다. 그러나, 나노입자가 다수의 텅스텐 원자를 함유하기 때문에, 텅스텐 원자가 12 M인 용액을 얻는 것이 가능하며, 이들은 전형적으로 유리 입자의 수가 오직 60 mM이게 된다. 각각의 전하가 하나의 반대이온을 데리고오기 때문에, 0.5 M 이하의 유리 입자(반대이온 포함)로 등삼투 제제를 제제화할 수 있으므로 이는 한 입자당 몇 개의 전하들을 수용하는 큰 용량을 제공한다.

하전된 기는 화합물이 사용되는 환경의 pH에서 이온 형태로 존재해야 한다. 가장 중요하게는, 생리학적 pH, 특히 혈액의 pH에서 하전된 형태로 존재해야 한다. 약제가 비경구 투여되는 것이 아닌, 예를 들면 외부관 및 신체의 공백, 예를 들면 위장관, 방광 및 자궁을 통해 투여되는 경우, 코팅은 표적 장기의 특이적 pH에서 하전된 형태를 가져야 한다.

코팅 물질은 (+) 또는 (-) 전하로 된 기를 함유할 수 있다. (-) 전하를 제공하는 음이온성 기는 당업자에게 공지된 광범위한 기일 수 있다. 산성 기, 예를 들면 카르복실산기, 술폰산기, 인산기, 및 산성 헤테로시클릭기, 예를 들면 테트라졸 또는 5-히드록시이소옥사졸이 특히 중요하다. 유사하게, 양이온성 기도 이러한 목적에 부합하며, 광범위한 기가 이용가능하다. 염기성 아미노, 아미딘 및 구아니딘 기, 및 4급 암모늄 또는 포스포늄기를 사용할 수 있다.

코팅층은 중합체 물질 또는 단량체 물질을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 단량체 물질 코팅은 친수성인 분자로 구성된 하나 이상의 분획을 포함하는 비금속 물질의 친수성 층을 포함해야 하며, 바람직하게는 각 분자는 하나 이상의 친수성 기를 가져야 한다. 동시에, 코팅은 패시베이트하기 충분히 치밀하게 코어 표면(예를 들면, 텅스텐 코어 표면)을 커버해야 한다. 패시베이션(passivation)은 코어의 표면과 금속 배위기 사이 전자 전달이 존재하는 코어의 표면에서 일어난다. 금속 배위기의 예로는 화학식 A_n-L_o-M_p 중의 기 A가 있다. 바람직한 측면에서, 코팅은 코팅의 두께가 오직 하나의 단일 분자임을 의미하는 단층 코팅이다. 단량체 코팅은 코팅층이 얇게 만들어지고, 잘 정의된 성질을 갖는다는 이점을 갖는다. 나노입자의 효능은 입자의 가능한 가장 높은 분획을 구성하는 나노입자의 텅스텐 코어에 따라 좌우된다. 동시에, 입자의 총 직경은 작아야 하며, 비경구 사용시 신장 방출 역치인 약 6 내지 7 nm 미만인 것이 가장 바람직하다. 또한, 가용화 기 및 하전된 기로 작용하는 친수성 기가 위치할 수 있는 분자의 잘 정의된 외부 말단이 존재하고, 분자의 또 다른 말단은 금속을 향하고 금속에 결합하기 때문에, 배향된 단분자층도 용해도 및 독성에 대해 개선된 조절을 제공한다.

본 발명의 바람직한 측면에서, 단층 코팅은 화학식 A_n-L_o-M_p(여기서, A는 바람직하게는 하기 표 1로부터 선택된 하나 이상의 금속 배위기이고, L은 존재하거나 존재하지 않고, 존재시 바람직하게는, 하기 표 2로부터 선택된 하나 이상의 연결기이고, M은 바람직하게는 하기 표 3으로부터 선택된 하나 이상의 하전된 친수성 기임)에 따라 구성된다. 바람직하게는, 연결기는 하기 표 2로부터 선형, 분지형 또는 하나 이상의 고리 중에 배열된 임의의 수의 단편을 포함한다. A기 측을 향해 분지되어 다수자리 코팅을 형성하거나 M기를 향해 분지되어 고도의 친수성을 생성 할 수 있다. 또한, 양방향으로의 분지도 가능하다. 하기 표 2로부터의 연결 단편은 페닐 고리 또는 방향족 또는 비방향족 헤테로시클릭기로 합쳐질 수 있다. n은 임의의 양의 정수이고, 바람직하게는 1 내지 10, 더욱 바람직하게는 1 내지 4이다. o는 0 또는 임의의 양의 정수이고, 바람직하게는 1 내지 10, 더욱 바람직하게는 1 내지 2이다. p는 임의의 양의 정수이고, 바람직하게는 1 내지 10, 더욱 바람직하게는 1 내지 4이다. 기 A에 대한 점선은 o가 0인 경우 텅스텐 원소에 대한 결합, H 원자에 대한 결합, L기에 대한 결합, 또 다른 A기에 대한 결합 또는 M기에 대한 결합을 표시한다. 기 L에 대한 점선은 A기에 대한 결합, H 원자에 대한 결합, 또 다른 L기에 대한 결합 또는 M기에 대한 결합을 표시한다. 기 M에 대한 점선은 o가 0인 경우, L기에 대한 결합, H 원자에 대한 결합, 또 다른 M기에 대한 결합 또는 A기에 대한 결합을 표시한다.

R기는 H, 및 임의적으로, 하나 이상의 -OH기에 의해 치환되고 C₁-C₆ 알킬기의 C 원자 중 하나 이상이 에테르 기에 의해 치환될 수 있는 C₁-C₆ 알킬기로부터 독립적으로 선택된 임의의 기(들)이다.

중합체 물질 코팅은 나노입자당 최소 수의 하전된 기를 함유하고 친수성인 약제에 사용하기 적합한 임의의 중합체 물질로 구성된 층을 포함한다. 코팅은 패시베이트하기 충분히 치밀하게 텅스텐 표면을 커버해야 한다. 중합체 표면층은 금속 코어 표면에 공유 결합하거나 흡착될 수 있고, 비공유력에 의해 유지될 수 있다. 단량체 코팅에 대해 앞서 기재한 바와 같이, 코팅층을 가능한 한 얇게 함과 동시에, 텅스텐 코어 표면의 필요한 패시베이션을 제공하는 것이 바람직하다. 중합체는 천연 또는 합성 단독중합체 또는 공중합체일 수 있다. 다수의 중합체들이 이 목적에 이용가능하고, 당업자는 당업계에 공지된 적합한 중합체를 선택할 수 있을 것이다. 유용한 중합체 부류는 폴리에테르(예를 들면, PEG, 임의적으로 분지된 것), 폴리아세탈, 폴리비닐알코올 및 그들의 극성 유도체, 폴리에스테르, 폴리카르보네이트, 폴리펩티드 및 지방족 및 방향족 폴리아미드를 비롯한 폴리아미드, 카르보네이트류, 예를 들면 전분 및 셀룰로오스, 폴리시아노아크릴레이트 및 폴리시아노메타크릴레이트를 포함하며, 단 중합체는 최소의 하전된 기를 함유하고, 또한 친수성인 것이 가장 바람직하다. 아크릴산 단량체로 구성된 중합체가 특히 바람직하다. 또한, 조절된 적합한 수의 하전된 기를 갖는 층을 얻기 위해, 2 개 이상의 단량체 또는 블록을 함유할 수 있는 공중합체가 바람직하다. 단량체 중 하나 이상은 중합체 코팅에 하전된 기를 제공할 것이다. 전하는 수용해도를 증가시키고, 입자 응집의 위험을 감소시킬 뿐 아니라 입자의 오스몰 농도(osmolarity)를 증가시킨다. 따라서, 전하 운반기의 수는 최소화된 상태로 유지되어야 한다. 제제 중에서, 20:1 미만, 바람직하게는 10:1 내지 10:1.5의 몰비로 하전된 단량체와 합쳐진 중성 단량체는 2 내지 6 nm의 직경으로 되어 있는 나노입자에 적합한 수의 전하를 갖는 중합체를 제공할 수 있다. 가능하게는, 이 비는 훨씬 더 증가될 수 있다. 단량체 F의 사용은 가교결합된 중합체를 형성한다.

중합체 코팅을 형성하는 데 사용되는 적합한 단량체의 예는 다음과 같다.

일반적으로, 고비등점의 건조 및 탈산소화된 용매 중에서 하나 이상의 단량체의 존재 하에서 텅스텐(0), 예를 들면 텅스텐 헥사카르보닐, W(CO)₆의 공급원을 열분해함으로써 중합체 코팅된 나노입자를 제조한다. 분해로부터 형성된 텅스텐 입자를 중합체 코팅으로 커버하는 단량체의 열 유도된 중합이 발생한다. 단량체가 실릴에테르 보호 극성기(-OH, -COOH)를 포함하는 경우, 보호기는 수용액 중에서 절단되어 친수성 중합체 코팅된 입자를 생성한다.

일반적으로, 건조 용매를 사용해야 한다. 흡습성 용매(디글림(diglyme), 트리글림(triglyme))가 알루미나를 통해 삼출되고, 분자체에 저장되어야 한다. 모든 용매를 반응에 사용하기 전 25-30 분 동안 아르곤 기포를 통과시킴으로써 탈산소화시켜야 한다. 이 방법의 경우, 충족되어야 할 몇몇 기준들이 있기 때문에 용매의 선택이 중요하다. 하나는 출발 물질을 용해시키고 용액 중에 최종 중합체 코팅 입자를 유지시키는 능력이다. 여기서, 폴리에테르 디글림 및 트리글림이 특히 유용하다. 특히, 트리글림의 높은 비등점은 일산화탄소 분자가 입자를 떠나는 수준으로 온도가 도달되게 한다. 다른 유용한 용매는 디페닐 에테르 및 다른 불활성 고비등점 방향족 화합물이다. 또한, 트리옥틸 포스핀 옥시드(및 다른 알킬 유사체), 트리옥틸 포스핀(및 다른 알킬 유사체), 고비등점 아미드 및 에스테르도 유용하다.

또 다른 중요한 방법 매개변수는 W(CO)₆가 반응 혼합물 밖으로 승화되는 경향을 통제하는 능력이다. 이는 소 분획의 저비등점 용매 중에서 응축기 또는 혈관벽으로부터 임의의 고체 텅스텐 헥사카르보닐을 다시 연속적으로 세척하도록 혼합함으로서 달성될 수 있다. 시클로옥탄 및 n-헵탄은 5 내지 15 ％ 부피 분획 중에 사용시 우수한 선택이 된다.

입자의 후처리(work-up)의 경우, 펜탄 또는 다른 저비등점 알칸의 첨가에 의한 침전이 편리하다. 저비등점 용매는 입자가 건조되는 경우에 유리하다.

제조 및 후처리 절차를 하기 구체적인 실시예에서 추가로 설명한다.

제 2 실시양태에서, 코어는 하전된 기를 함유하지 않는 친수성 층으로 코팅된다. 바람직하게는, 코팅은 단량체 물질 코팅의 층이어야 하고, 친수성인 분자로 구성된 하나 이상의 분획을 포함하는 비금속 분자의 친수성 층을 포함해야 하고, 바람직하게는 각 분자는 상기한 하나 이상의 친수성 기를 가져야 한다.

표면 코팅은 표적화 잔기, 예를 들면 항체, 항체 단편, 펩티드, 지질, 카르보네이트, 핵산, 약물 또는 약물 단편, 또는 검사될 신체의 특이적 기관 또는 구조에 약제를 전달할 수 있는 임의의 다른 분자를 포함할 수 있다. 표적화되는 기관 또는 구조의 예로는 간 및 비장의 내부망(endoreticular) 시스템, 응혈의 구성성분, 동맥경화반의 구성성분, 종양 마커 및 마크로파지가 있다.

흔히, 콘트라스트 매질은 비경구, 예를 들면 정맥내, 동맥내 또는 피하 투여된다. 또한, 콘트라스트 매질은 경구 또는 외부관을 통해 예를 들면, 위장관, 방광 또는 자궁으로 투여될 수 있다. 적합한 담체는 당업계에 공지되어 있고, 예를 들면 투여 경로에 따라 좌우된다. 담체의 선택은 당업자의 능력 내에 속한다. 대개, 수성 담체는 약제, 예를 들면 조영제를 용해시키거나 희석하여 콘트라스트 매질을 형성하는 데 사용된다. 다양한 수성 담체, 예를 들면 물, 완충수, 식염수, 글리신, 히알루론산 등이 사용될 수 있다.

1 ml 용액당 약 1.0 내지 약 4.5 g의 텅스텐, 더욱 특히 1 ml 물당 1.5 내지 약 3.0 g, 가장 특히 약 2.2 g의 텅스텐을 갖는 본 발명의 나노입자를 함유하는 용액을 제제화하는 것이 가능할 것이다. 이는 약 12 M의 텅스텐 함량에 대응한다. 바람직하게는, 전형적인 나노입자 제제는 코어 중에 200 내지 2500 텅스텐 원자를 갖는다.

텅스텐 함유 나노입자는 약제로 사용시, 멸균되어야 하며, 이는 당업계에 공지된 기술에 의해 수행될 수 있다. 입자는 멸균 용액 또는 분산물 중에서 또는 건조 형태, 예를 들면 동결건조된 형태로 제공될 수 있다.

본 발명을 이하 비제한적인 실시예로 추가 설명한다.

실시예 1 내지 5는 단량체 층에 의해 코팅된 텅스텐 코어의 생성을 기재하고, 실시예 6 내지 10은 텅스텐 코어의 하전된 중합체 코팅을 기재한다. 모든 온도는 ℃이다.

실시예에 사용된 단량체 A 내지 G는 다음과 같다.

중합체 코팅된 입자의 분석을 주로 NMR(¹³C, ¹H), IR 및 X선 형광 분광법(XFS)에 의해 수행하였다. 한 경우, TEM 현미경 사진을 얻었다.

일반적으로, 넓어진 ¹H NMR 피크 및 이중 결합 영역에서의 공명의 결여는 중합이 완결되었음을 내포하였다. ¹³C NMR 스펙트럼은 중합체의 지방족 부로부터의 공명 외에도 카르보닐 영역에서 몇몇 근접하게 이격된(3 ppm 이내) 공명을 나타내었다. 잔여 금속 카르보닐로부터의 공명이 없음을 NMR에 의해 검출하였다.

IR 스펙트럼은 중합체 카르보닐기로부터의 강한 흡수 및 다양한 정도의 잔여 금속 카르보닐을 나타내었다.

입자 중 텅스텐 함량을 X선 형광 분광법에 의해 결정하였다.

탈산소화된 트리스-글리신 완충제 용액 중에서 UV-Vis 분광법(300-800 nm)을 사용하여 입자 분해 실험을 수행하였다.

트리스-글리신 완충제(pH 7.5) 중에서 수행된 전기영동 실험은 단량체 A 및 D를 포함하는 입자의 (-) 전하를 나타내었다.

확산 광 산란(Diffusion Light Scattering; DLS)을 사용하는 말번 제타시저(Malvern Zetasizer) 기기를 사용하여 제제 중 하나의 입도를 결정하였다.

트리스-글리신 완충제(0.1 M, pH 7.5) 중에 입자를 용해시키고, 용액을 동결 건조시킴으로써 수중 용해도를 결정하였다. 그 다음, 생성되는 분말의 용해도를 개략적으로 측정하였다.

실시예 1: 유기 용매 중 환원에 의한 텅스텐 나노입자의 제조

반응을 불활성 기체 하에서 수행하였다. 반응성 부위가 보호기에 의해 보호되는 텅스텐 화합물(예를 들면, WCl₆) 및 코팅을 비양성자성 수혼화불가능 유기 용매 중에 용해시키고, 가용성 환원제를 첨가하였다. 반응이 결된 후, 물 및 유기 용매를 첨가하고, 상을 분리하였다. 유기층을 물로 세척하고, 증발시켜 부피를 작 게 하였다. 과량의 에탄올/물을 첨가하고, 고형물을 침전시켰다. 고형물을 여과하고, 용해(dissolution), 침전 절차를 한번 더 반복하였다. 입자를 진공에서 건조시켰다.

보호기를 적합한 절차에 의해 제거하였다. 필요에 따라, 용액을을 투석, 크기 배제 크로마토그래피 또는 일부 다른 적합한 기술에 의해 탈염시켰다. 전형적으로, 최종 생성물을 동결 건조에 의해 얻었다.

실시예 2: 수중 환원에 의한 텅스텐 나노입자의 제조

수용성 텅스텐 화합물, 예를 들면 텅스텐산나트륨 및 코팅 분자를 불활성 분위기 하에서 탈산소수 중에 용해시켰다. pH를 원하는 값으로 조정하였다. 그 다음, 이 용액을 탈기수 중의 환원제의 격렬하게 교반된 용액에 첨가하였다. 환원이 완결된 후, 용액을 소정의 부피로 감소시키고, 투석에 의해 탈염한 다음, 동결 건조시켜 최종 생성물을 얻었다.

실시예 3: 역 미셀 (inverse micelle) 중 환원에 의한 텅스텐 나노입자의 제조

계면활성제의 큰 분획을 첨가함으로써, 원하는 pH로 조정된 수용성 텅스텐 화합물, 예를 들면 텅스텐산나트륨의 수용액을 수상으로서 유기 용매 중의 역 미셀에 도입하였다. 또한, 수성 환원제로 구성된 유사한 역 미셀 제제도 제조하였다. 텅스텐 함유 액체를 환원제에 첨가하였다. 코팅 분자를 첨가하였다. 평형화 후, 물을 첨가하여 에멀션을 해체시켰다. 수상을 수집하고, 유기상을 물로 2 회 이상 나누어 세척하였다. 수집된 수상의 부피를 감소시키고, 투석에 의해 탈염시켰다. 그 다음, 수용액을 동결 건조시켜 최종 생성물을 얻었다.

실시예 4: 텅스텐(0) 착물의 분해에 의한 텅스텐 나노입자의 제조

열불안정성 W(0) 착물, 예를 들면 W(CO)₆을 불활성 고비등점 용매, 예를 들면 시클로옥탄 중에서 반응성 부위가 보호기, 예를 들면 헥실아크릴레이트에 의해 보호되는 코팅 분자의 존재 하에서 분해시켰다. 반응이 결된 후, 극성 용매, 예를 들면 에탄올을 첨가하고, 흑색 분말을 여과시키고 세척하였다.

보호기를 예를 들면, 가수분해 또는 다른 적합한 절차에 의해 제거하였다. 용액의 부피를 감소시키고, 탈염시켰다. 그 다음, 수용액을 동결 건조시켜 최종 생성물을 얻었다.

실시예 5: N,N- 비스(2-히드록시에틸)아크릴레이트 코팅된 텅스텐 나노입자의 합성

반응을 공기 비함유 조건 하에서 수행하였다. 텅스텐 헥사카르보닐 및 N,N-비스(2-디메틸-tert-부틸실릴틸)아크릴레이트를 시클로옥탄 중에 용해시키고, 12 시간 동안 가열하여 환류시켰다. 대부분의 용매를 진공에서 제거하고, 흑색 잔여물을 메탄올로 3회 세척하였다.

보호기를 10 ％ 수성 포름산 중에서 가수분해에 의해 제거하였다. 액체를 증발시키고, 잔여물을 수중에 용해시키고, 또다시 건조시켰다. 생성물은 흑색 분말로 형성되었고, 여기서 코팅층은 분자 H₂C=C-CO-N(CH₂-CH₂0H)₂를 포함하였다.

실시예 6: 단량체 B 및 C를 포함하는 중합체 코팅된 텅스텐 나노입자의 제조

자기 교반기 및 응축기가 장착된 둥근바닥 플라스크에, 텅스텐 헥사카르보닐 W(CO)₆(500 mg, 1.4 mmol), 에틸렌글리콜 메틸에테르 아크릴레이트(C)(390 mg, 3.0 mmol) 및 트리메틸실릴 보호 2-카르복시에틸 아크릴레이트(B)(120 mg, 0.55 mmol)를 넣었다. 응축기에 격벽을 장착하고, 몇몇 진공/아르곤 주기를 가하여 플라스크 및 응축기를 탈기화(deairiate)하였다. 탈기화된 디글림(30 ml) 및 헵탄(2 ml)을 주사기를 사용하여 격벽을 통해 첨가하였다. 반응 혼합물을 아르곤 분위기 하에서 가열시켜 환류시켰다. 3 시간 후, 현재 소량의 흑색 침전물을 갖는 흑색 용액인 반응 혼합물을 실온으로 냉각시키고, 탈기화된 펜탄(60 ml)에 붓고, 원심분리하였다. 침전물을 펜탄으로 세척하고, 진공에서 건조시켰다.

수득량: 430 mg 어두운 회색 분말. X선 형광 분광법 분석은 텅스텐 함량이 대략 60 ％임을 보여주었다.

설명: 헵탄은 응축기에서 텅스텐 헥사카르보닐 승화 침착물을 방지하는 데 필요하다. 트리메틸 실릴 보호기는 수용액 중에서 자발적으로 절단되어 바람직한 카르복실레이트 G를 생성한다.

입자는 공중합된 C 및 B로 구성된 얇은 코팅에 의해 커버된 결정성 텅스텐의 코어를 갖는다. 입자는 4 내지 5 nm이다.

실시예 7: 단량체 B 및 D를 포함하는 중합체 코팅된 텅스텐 나노입자의 제조 및 분석

텅스텐 헥사카르보닐(440 mg, 1.2 mmol), 단량체 B(970 mg, 5.0 mmol) 및 단 량체 D(300 mg, 1.1 mmol)를 응축기 및 자기 교반기가 장착된 유리 플라스크에 넣었다. 플라스크 및 응축기를 아르곤 분위기가 남는 몇몇 진공/아르곤 주기 하에 두었다. 시클로옥탄(30 ml)을 주사기를 사용하여 격벽을 통해 응축기 상부에서 첨가하였다. 반응 용액을 교반시키고, 18 시간 동안 가열하여 환류시켰다. 처음 1 시간 동안, 용액은 천천히 어두워졌고, 결국 흑색(진한 커피같이)이 되었다. 반응 시간이 결된 후, 용액을 실온으로 냉각시키고, 펜탄(50 ml)에 부었다. 생성되는 슬러리를 원심분리하고, 침전물을 펜탄으로 세척하고, 진공에서 건조시켰다.

수득량: 400 mg 어두운 분말

분석 ¹H NMR: (ppm) 4.3, 4.1, 3.8, 3.5, 2.8, 2.7-2.2, 1.8-1.2, 0.8, 0.1에서 넓어진 공명이 나타났다.

IR : 1939w, 1852w, 1731vs, 1560m.

XFS: 57 ％ W

수중 용해도: > 500 mg/ml.

실시예 8: 단량체 A 및 C를 포함하는 중합체 코팅된 텅스텐 나노입자의 제조 및 분석

실시예 7의 절차 후, 텅스텐 헥사카르보닐(500 mg, 1.4 mmol), 단량체 A(120 mg, 0.55 mmol) 및 단량체 C(390 mg, 3.0 mmol)를 유리 플라스크에 첨가하였다. 디글림(30 ml) 및 헵탄(2 ml)을 응축기를 통해 첨가하였다. 반응 용액을 교반시킨 다음, 3 시간 동안 가열하여 환류시켰다. 수득량: 410 mg 어두운 분말.

분석: ¹H NMR: (ppm) 4.1, 3.5, 3.2, 2.5-2.2, 1.9-1.3에서 넓어진 공명이 나타났다.

IR : 1995w, 1894w, 1727vs, 1540s.

XFS: 55 ％ W.

TEM: 3-4 nm의 크기의 입자 코어를 나타내는 현미경 사진을 얻었다.

분해 실험: 전 스펙트럼(300-800 nm)에 걸친 흡수의 지수 감소. 흡수는 많아야 4.3 시간 내에 22 ％ 감소하였다(350 nm에서).

전기영동 실험: 입자의 이동은 (-) 전하를 나타내었다.

실시예 9: 단량체 E를 포함하는 중합체 코팅된 텅스텐 나노입자의 제조 및 분석

실시예 7의 절차 후, 텅스텐 헥사카르보닐(2.3 g, 6.5 mmol) 및 단량체 E(7.6 g, 32 mmol)를 유리 플라스크에 첨가하였다. 시클로옥탄(100 ml)을 응축기를 통해 첨가하였다. 반응 용액을 교반시킨 다음, 60 분 동안 가열하여 환류시켰다.

분석: 입자의 크기를 동적 광 산란(Dynamic Light Scattering)에 의해 결정하였다. 총 입자 부피 중 99 ％가 크기 5.8-7.8 nm를 갖는 입자에 속하였다.

실시예 10: 단량체 A, C 및 F를 포함하는 중합체 코팅된 텅스텐 나노입자의 제조 및 분석

텅스텐 헥사카르보닐(1.0 g, 2.8 mmol), 트리글림(45 ml) 및 헵탄(3 ml)을 응축기 및 자기 교반기가 장착된 유리 플라스크에 넣었다. 플라스크 및 응축기를 아르곤 분위기가 남는 몇몇 진공/아르곤 주기 하에 두었다. 슬러리가 용해될 때까지 가열하고 교반하였다. 그 다음, 용액을 160 ℃로 가열시킨 후, 단량체 C(1.8 g, 14 mmol), 단량체 A(280 mg, 1.3 mmol) 및 단량체 F(280 mg, 1.4 mmol)의 혼합물을 주사기 격벽을 통해 첨가하였다. 용액을 165-170 ℃에서 3 시간 동안 교반하였다. 반응 시간이 결된 후, 용액을 실온으로 냉각시키고, 펜탄(50 ml)에 부었다. 생성되는 슬러리를 원심분리하고, 침전물을 펜탄으로 세척하고, 진공에서 건조시켰다. 수득량: 800 mg 어두운 분말.

분석 ¹H NMR: (ppm) 4.2, 3.5, 3.3, 2.3, 2.0-1.4에서 넓어진 공명이 나타났다.

IR : 1921w, 1825w, 1727vs, 1534m.

XFS: 47 ％ W.

Claims (53)

1. 레늄, 이리듐, 니오븀, 탄탈 또는 몰리브덴으로부터 선택되는 다른 금속 원소와 임의적으로 함께, 텅스텐 금속 원소로 구성된 코어를 포함하는 입자로서, 상기 입자의 코어의 금속 텅스텐 함량은 20 내지 100 중량％이고, 상기 코어는 하기로 이루어진 군으로부터 선택되는 코팅을 함유하는 코팅층으로 코팅된 것인 입자.

   (i) (-) 알짜 전하 (net charge)를 갖는 중합체 층;

   (ii) H₂C=C-CO-N(CH₂-CH₂0H)₂를 포함하는 층; 및

   (iii)

   

   로 이루어진 군으로부터 선택되는 단량체로 형성된 중합체 층.
2. 제1항에 있어서, 직경이 1.5 내지 20 nm의 범위인 입자.
3. 제1항에 있어서, 코팅층이 (-) 알짜 전하를 갖는 중합체 층을 포함하는 것인 입자.
4. 제3항에 있어서, 코팅층이 카르복실산기, 술폰산기, 인산기 및 산성 헤테로시클릭기와 같은 산성 기의 (-) 알짜 전하를 제공하는 것인 입자.
5. 제3항에 있어서, 하전된 코팅층이 입자당 50 개 이하의 전하를 포함하는 것인 입자.
6. 제3항에 있어서, 중합체 층이 친수성 중합체를 포함하는 것인 입자.
7. 제3항에 있어서, 중합체가 단독중합체 또는 공중합체를 포함하는 것인 입자.
8. 제3항에 있어서, 중합체가 아크릴산 단량체로부터 형성되는 것인 입자.
9. 제3항에 있어서, 중합체가 하전된 기를 함유하는 하나 이상의 단량체로부터 형성되는 것인 입자.
10. 제9항에 있어서, 중합체가 하나 이상의 중성 단량체로부터 형성되는 것인 입자.
11. 제10항에 있어서, 중성 단량체와 하전된 단량체 간의 몰비가 20:1 미만인 입자.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 입자를, 제약상 허용되는 용매 또는 부형제와 임의적으로 함께 포함하는 약제.
13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 입자를, 용매 또는 부형제와 임의적으로 함께 포함하는 X선 조영제.
14. 디글림(diglyme), 트리글림(triglyme), 디페닐 에테르, 트리알킬 포스핀 옥시드 또는 트리알킬 포스핀을 포함하는 건조 및 탈산소화된 용매 중에서,

    

    로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 단량체의 존재 하에 텅스텐 헥사카르보닐(W(CO)₆)을 분해하여, 상기 단량체를 열 유도 중합시키는 것을 포함하는, 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 입자의 제조 방법.
15. 제14항에 있어서, 건조 및 탈산소화된 용매가 펜탄을 더 포함하는 것인 방법.
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