用于醫學治療的新的金基納米晶體及其電化學制造方法

專利名稱：用于醫學治療的新的金基納米晶體及其電化學制造方法
技術領域：
本申請要求七份其他專利申請的優先權1)2009年7月8日提交的USSN 61/223, 944 ；2) 2009 年 7 月 16 日提交的 USSN 61/226，153 ；3) 2009 年 7 月 24 日提交的 USSN 61/228，250 ；4) 2009 年 8 月 20 日提交的 USSN 61/235，574 ；5) 2009 年 10 月 8 日提交的 USSN 61/249,804 ；6) 2009 年 11 月 23 日提交的 USSN 61/263,648 ；以及 7) 2010 年 1 月 13 日提交的 USSN 61/294，690。本發明涉及具有基本上沒有有機或其他雜質或薄膜的表面的新的金納米晶體和納米晶形分布。具體來說，所述表面與使用需要有機還原劑和/或表面活性劑從溶液中的金離子生長金納米粒子的化學還原方法所制造的金納米粒子的表面相比是“干凈的”。本發明包括用于制造金基納米晶體的新的電化學制造裝置和技術。本發明還包括其藥物組合物以及金納米晶體或其懸液或膠體的應用，用于治療或預防已知使用金療法的疾病或病癥，以及更普遍地用于由病理性細胞活化引起的病癥，例如炎性(包括慢性炎性)病癥、自身免疫病癥、超敏性反應和/或癌性疾病或病癥。在一個實施方案中，病癥由 MIF(巨噬細胞移動抑制因子)介導。
背景技術：
金鹽發現氰化金對結核分枝桿菌(Mycobacterium tuberculosis)的抑菌效應歸功于羅伯特科赫(Robert Koch)。后來發現，患有結核病的患者當用金鹽注射劑治療該疾病時， 常常得到某些炎性病癥減輕的益處。這種觀察到的炎癥減輕導致i^orestier在1927年將硫醇金鹽用于治療類風濕性關節炎(Panyala，2009) (Abraham，1997)。早期的金基產品典型地采取肌肉內或皮下方式(后來采取關節內方式)注射，并且有一些到今天仍可用于和 /或仍被用于治療類風濕性關節炎。具體來說，多年來已經知道某些金化合物具有抗炎活性。例如，(i)作為 Myocrisin銷售的硫代蘋果酸鈉金(也稱為“硫代蘋果酸金鈉”)和作為Myochrisine和 Myochrisis銷售的相關化學物質形式；(ii)作為Solganol銷售的硫代葡萄糖鈉金(也稱為“硫代葡萄糖金鈉”)；(iii)作為Sanocrysin銷售的硫代硫酸鈉金和作為Crisalbine、 Aurothion和Sanocrysis銷售的相關化學物質形式；以及(iv)作為Allocrysine銷售的硫代丙醇磺酸鈉金，它們已被用于治療類風濕性關節炎(Sadler，1976 ；Shaw, 1999 ；Eisler, P. 133,2004) 0據信，只有單價金鹽對類風濕性關節炎的治療顯示出療效。1961年，英帝國風濕病委員會(Empire Rheumatism Council)確認注射用金鹽顯示出效能，并且金鹽仍然是進行性類風濕性關節炎的廣泛使用的治療方法(Ueda，1998)。也已提出或無對照地觀察到使用各種金鹽的治療對多種其他疾病包括哮喘、HIV, 瘧疾和癌癥有效。在這些疾病中，人類和動物模型中均存在相當大量的證據，表明對于這些未滿足醫學需求的領域來說金可能是可行的治療選項(DabrOWiak，2009)。口服金
更近些時候，一種口服金產品，作為Auranofin 或Ridaura 在世界幾個地區銷售的2，3，4，6-四-ο-乙酰基-1-硫代-β-D-吡喃葡萄糖苷-S-(三乙基膦)，已經可以獲得(Ho & Tiekink，2005，Dabrowiak，2009)。Auranofin 在 1980 年代中期被 FDA 批準用于人類；Auranofin 具有口服吸收的優點，但是被認為與注射用硫醇金鹽相比效率較低 (Sadler, 1976 ；Shaw 1999)。金鹽和口服金的毒理學在歷史上，毒性限制了所有注射和口服的金基療法，有30-50%之間的患者由于不良或無法忍受的副作用而終止了各種金基治療。許多傳統金療法的副作用包括皮疹或黏膜皮膚效應(例如瘙癢、皮炎和口炎)；血液學變化(例如血小板減少癥)；尿液含蛋白(蛋白尿)；口腔的炎癥；循環白細胞數量減少；血小板數量降低；由器官損傷引起的再生障礙性貧血；肺異常；不良免疫反應，例如嗜酸性細胞增多、淋巴結病、高Y球蛋白血癥；嚴重低血壓、心絞痛、心肌梗塞、腎毒性和腎病綜合征；肝炎；結腸炎；以及角膜、晶狀體和皮膚的金質沉著(色素沉著)(EiSler，p. 133-134,2004)。金療法的最常見副作用是皮膚毒性，占所有不良反應的高達60%，特別是苔蘚樣疹和非特異性皮炎(Eisler，p. 133-134，2004)。據信，這些副作用與所使用的制劑(例如載體分子、化合物中金的氧化狀態等)而不是金本身相關(Ho & Tiekink，2005)。Payne和Arena在1978年報道了幾種口服金化合物包括Auranofin 與注射的金對照相比，在大鼠中的亞急性和慢性毒性。向Sprague Dawley大鼠給藥6周、6個月和1年的時間。在后續研究中，用依序殺死和修改的給藥方案重復了 1年期的調查。該研究所鑒定的靶器官是胃和腎。胃變化包括延伸直達黏膜的三分之一厚度并覆蓋多達5%表面積的黏膜淺表侵蝕。這種變化與劑量相關并伴有體重減輕。愈合病變也是明顯的。在SK&F 36914給藥六個月的大鼠腎臟中，存在皮質腎小管上皮細胞的膨大(巨細胞癥)。此外，存在核的劑量依賴性擴大(核巨大)，對于多型和多核細胞來說明顯。在1年期研究中也觀察到類似變化，但此外還觀察到發生率呈劑量依賴性的腎皮質細胞腺瘤(對于對照、低、中和高劑量來說分別為0/38、3/39、6/37和8/37)。在重復的1年期研究中，發生了出人意料的高死亡發生率。這歸因于回盲腸病變發展成潰瘍，在許多病例中表現出腸壁穿孔。推測死亡起因于急性感染性腹膜炎。在注射的對照中，通過每周一次肌肉內注射給藥硫代蘋果酸金鈉共一年，和在第二項研究中每周一次共46周，然后每日一次共330日。 在1年期研究中，觀察到腎小管細胞核巨大癥，并且在1/16的雌性動物中觀察到腎細胞腺瘤，但是在雄性動物中沒有觀察到。在21個月的研究中，所有存活大鼠都顯示出皮質腎小管上皮的核巨大癥，并常常觀察到囊性腎小管。在存活至21個月的8/8雌性和3/7雄性動物中觀察到腎臟腺瘤，偶見多發性的(Payne & Arena，1978)。在狗中觀察到了類似結果 (Payne & Arena，SK&F 36914 和 SK&FD-39162 在狗中的亞急性和慢性毒性(The subacute and chronic toxicity of SK&F 36914 and SK&F D—39162 in dogs)，197 。Szabo等1978a報道了含金化合物包括Auranofin 對妊娠大鼠和胎畜的影響。調查了硫代蘋果酸金鈉和口服金化合物Auranofin 對母體和胎畜毒性和致畸性的影響。口服金在妊娠第6-15日通過插管法給藥，而硫代蘋果酸金鈉在第6-15日通過皮下注射給藥。 這是這類研究中的標準暴露時間段，并且這種暴露被認為等同于人類妊娠的前三個月。使用標準程序檢查胎畜，并且組的大小足以用于研究目的。母體和胎畜毒性明顯，并且硫代蘋果酸金鈉給藥動物的胎畜顯示出與劑量相關的畸形的模式。所使用的劑量引起一定比例的雌親死亡，并顯示出對體重的顯著影響(包括給藥開始時的實際體重減輕)并減少進食。畸形包括骨骼異常、外部畸形和各種程度的腦積水和眼缺陷。SK&F D-39162不影響食物攝取或體重增加，但是與對照相比也伴有胎畜體重減輕。使用SK&FD-39162治療所發現的唯一重要缺點是水腫。在硫代蘋果酸金鈉處理的動物中，沒有發現硫代蘋果酸金鈉對著床、再吸收、胎畜數量或胎畜體重的影響的證據。這些作者得出結論，對胎畜的影響是間接的，并可歸因于金在卵黃囊上皮溶酶體中的積累，并因此抑制參與胎畜營養的生命所必需的酶。這種假說被發展以解釋其他化學物質的致畸性，并可能是合理的6zab0，Guerrier0，& Kang， 含金化合物對妊娠大鼠及其胎畜的影響(The effects of gold containing compounds on pregnant rats and their fetuses)，1978)。Szabo等1978b報道了含金化合物對妊娠兔和胎畜的影響。在該研究中，妊娠的 6-18日對妊娠兔給藥。硫代蘋果酸金鈉通過皮下注射給藥，口服化合物通過插管法給藥。 兩種給藥途徑都引起母體死亡，并且在存活動物中也觀察到流產。在注射和口服金兩者的較高劑量下，觀察到母體進食的劑量相關性降低，引起實際體重降低。對同窩仔畜數量、再吸收數量和平均胎畜體重也有顯著影響。也觀察到胎畜異常和畸形，主要是在腹部(腹裂和臍疝)，而影響腦、心肺和骨骼的異常的發生率較低。作者得出結論，腹部異常的發生率超過所有它們的歷史對照數據，表明在兔中對這種金的影響特別敏感(&abo，DiFebbo, & Phelan,1978)。根據這些研究，相對高劑量含金化合物的口服給藥與胃黏膜侵蝕的劑量相關性發生率相關，并且在更長期研究中，與引起大量動物死亡的顯著的回盲腸病變(包括潰瘍)相關。對呈現的數據的檢查表明，胃病變典型為對黏膜的顯著的直接局部影響。皮質腎小管上皮是另一種靶組織，可能是通過在尿液濃縮期間產生高的局部濃度。在相當數量的動物中，皮質腎小管上皮病變從核巨大發展成腺瘤形成。盡管這是良性腫瘤，但根據風險評估也不能忽視它。然而，還值得注意的是，嚙齒動物的腎臟病變相對常見，特別是在雄性中，但是在這些研究中似乎對雌性的影響相對高于雄性。在給藥相對大量金溶液后發生胃病變。在這些研究中還表明重要的毒劑是離子金(例如Au(III)或Au3+)。這種類型的病變也由在各種形式關節炎的治療中使用的許多 NSAID藥劑產生，并一般被認為是盡管不想要、但可管控的副作用。因此，不存在這樣的副作用將構成優于現有金基療法的優勢。1996 年，Cheriathundam 禾口 Alvares 在 Sprague Dawley 大鼠禾口三個小鼠種系 (Swiss-Webster,C3H/Hej和DBAAJ)中評價了硫醇鈉金和Auranofin 對肝臟和腎臟標志物以及金屬硫蛋白水平的影響。在大鼠中，硫醇金鈉引起肝臟金屬硫蛋白水平增加7倍，而在小鼠種系中，金屬硫蛋白水平在Swiss-Webster中增加2倍，在近交種系中增加約5倍。 在小鼠種系中，硫醇金鈉只引起腎臟金屬硫蛋白水平的極小變化。在任何被測物種或種系中，肝臟標志物血清ALAT不受硫醇金鈉的改變。腎功能的一種指示物BUN在大鼠中升高 3倍，但是在任何小鼠種系中沒有升高。這些數據與硫醇金鈉在大鼠和人類中具有腎毒性的觀察相一致，但有趣的是注意到在小鼠中沒有腎毒性的跡象(Cheriathundam Mlvares, 1996)。在處理兩個物種的妊娠動物后觀察到胚胎毒性和胎畜缺陷，表明有可能許多、即便不是所有以前使用的形式的金表現出發育風險。這與許多其他當前的RA療法相一致，例如其中氨甲蝶呤被要求標注關于對胎兒的潛在有害效應的警示。對于口服金來說，已經鑒定了對臨床效能和不良反應兩者有貢獻的幾種可能的藥理作用。例如，Walz及其同事顯示，濃度為40、20和10mg/kg的Auranofin 在大鼠中以劑量相關方式抑制角叉菜聚糖誘導的浮腫，其中最大抑制率為86%，在最高劑量下，并且血清金水平約為10 μ g/mL。Auranofin 的兩種基本配體、即三乙基氧化膦和2，3，4，6-四-ο-乙酰基-1-硫代-β -D-吡喃葡萄糖不顯示任何顯著的生物活性，并且硫代蘋果酸金鈉、金硫代葡萄糖和硫代蘋果酸不顯著影響大鼠的爪水腫。已顯示，Auranofin 顯著抑制佐劑性關節炎，而配體沒有任何影響。Auranofin 抑制抗體依賴性補體裂解。已顯示Auranofin 抑制從受刺激的多形核白細胞釋放溶酶體酶例如β-葡糖苷酸酶和溶菌酶。Auranofin 是來自佐劑性關節炎大鼠的多形核白細胞所表現出的抗體依賴性細胞介導的細胞毒性的強力抑制劑。與硫代蘋果酸金鈉相比，Auranofin 是強得多的超氧化物產生抑制劑。在免疫吞噬作用測定中，硫代蘋果酸金鈉在能夠引起顯著抑制的Auranofin 濃度的40倍濃度下，不顯示 Φ制活性(ffalz, DiMartino, Intocca, & Flanagan，1983)。Walz及其同事還陳述了Auranofin 作為外周血單核細胞的皮膚遷移、趨化性和吞噬作用的抑制劑，比硫代蘋果酸金鈉更強。Lipsky及其同事顯示，Auranofin 與硫代蘋果酸金鈉一樣，在體外通過直接抑制單核吞噬細胞來抑制成淋巴細胞發生。然而， Auranofin 也對淋巴細胞功能具有抑制效應，這在硫代蘋果酸金鈉中沒有觀察到。獲得單核細胞抑制的Auranofin 濃度比硫代蘋果酸金鈉濃度低10至20倍(Walz，DiMartino， Intocca，& Flanagan，1983) 0一般來說，患有活性類風濕疾病的患者，其有絲分裂原刺激的成淋巴細胞發生或由混合淋巴細胞反應誘導的成淋巴細胞發生的能力降低。盡管一開始首先用硫代蘋果酸金鈉治療的患者顯示出對有絲分裂原刺激的成淋巴細胞發生的一些抑制，但最終對藥物產生響應的患者在體外顯示出正常的淋巴細胞應答性。相反，在患者接受Auranofin 幾周內， 淋巴細胞響應性被顯著抑制。因此，Auranofin 在比注射用金化合物低一個數量級下顯示出強有力的體外免疫抑制效應，這最可能是由于口服化合物與注射用硫醇金化合物相比藥理性質的重大差異(Dabrowiak，2009)。不良反應是使用口服金化合物例如Auranofin 的主要限制因素，因為約30-50% 的被治療患者發生某些形式的毒性(Dabrowiak, 2009) (Kean & Anastassiades, 1979) (Kean & Kean，《金的臨床藥理學》(The clinical Pharmacology of Gold)，2008)。皮疹是最常見的不利副作用，并且在約30%患者中發生某些形式的疹。大多數病變發生在手、前臂、軀干和小腿上，但是偶見發生在面部，并表現為具有鱗狀小片的小紅斑， 尺寸為1-lOcm，類似于脂溢性疹。罕見記錄到錢幣狀濕疹、完全表皮脫落和強烈搔癢形式的幾種皮疹問題。在約20%的接受注射金療法的患者中，發生類似于口瘡性潰瘍的口腔潰瘍(疼痛和無痛型)。口腔潰瘍的發生是繼續金療法的明確禁忌征，因為已知口腔潰瘍可能預示天皰瘡樣大皰性皮膚病變。在Kean和Anastassiades報告的研究中，蛋白尿的頻率廣泛變化(0-40% )，這極有可能反映了對構成蛋白尿的不同定義。在這些研究中，沒有由金療法引起任何長期嚴重或永久性腎損傷的明確記錄的病例；然而，顯微鏡血尿是中止口服金治療的原因(Kean & Anastassiades,1979)0由金化合物引起的血小板減少癥以兩種不同類型發生更常見的類型與血小板表面IgG抗體相關，另一種不太常見的是骨髓抑制后繼發的。遺傳標志物HLA DR3可以指示患者發生與血小板表面抗體相關的血小板減少癥的風險增加。膽汁郁積性黃疸或急性小腸結腸炎形式的特發性毒性也已與可注射用金化合物、 特別是硫代蘋果酸金鈉相關聯，但是使用口服金時還沒有報道。元素金在眼晶狀體和角膜中的沉積已有報道，但這似乎不引起對視覺敏銳度的任何具體損傷。口服金療法特有的是發生松軟糞便，通常在療法的第一個月中。在治療的后幾個月中糞便改變的發生率下降可能與對腹瀉易感的患者較早退出有關。在2-5%的患者中發生明顯的水樣腹瀉，并且似乎與劑量相關。一般來說，使用口服金時不良事件發生率低于注射金，但可能仍然是顯著的。使用現有金基治療的第二個主要缺點是生效非常慢。患者在體驗到任何顯著好處之前，經常必須用例如金鹽持續治療3至6個月。這種長期等待任何察覺到的好處，是患者順從性的主要障礙，并因此對使用效能有不利影響。對金的藥物動力學情況的了解主要集中于元素金的測量，而對于金在各種組織或器官中存在時的金結構(例如其化學或物理或晶體結構)了解不多。在口服攝取后，口服金復合物快速但是不完全吸收。注射用金復合物的金部分在肌肉內注射后似乎快速吸收到循環中。在血液循環中，Auranofin (或其配體)似乎主要與白蛋白結合。具體來說，在將放射性標記的Auranofin 口服給藥于人類志愿者后，在血漿中檢測到約35%的給藥劑量，在1-2小時內達到6-9 μ g/100mL的峰值濃度。血漿半衰期大約15-25天上，在55-80天后幾乎完全從體內消除。在180天后，只能檢測到約的放射性標記的金，而在該時間處，檢測到高達30%的來自硫代蘋果酸金鈉的金。金廣泛分布于網狀內皮系統，特別是在肝臟、骨髓、淋巴結、脾臟的吞噬細胞中以及在滑膜中。發生在皮膚中的沉積，并且已觀察到在真皮中的金量與給予的金的總劑量之間可能存在定量相關性。 在腎臟管狀細胞、即富有含巰基酶的另一個位點中，也觀察到金的電子致密沉積物，但出現金與腎小球結合似乎并不常見(Walz，DiMartino Jntocca，& Flanagan，1983) (Dabrowiak, 2009)。金納米粒子已經并繼續在開發其他金制劑，它們大多數利用通過各種化學還原技術制造的金納米粒子，有一些利用水下等離子體電弧技術，并且它們大多數產生各種穩定或部分穩定的金膠體或金納米粒子懸液。通過化學還原產生的膠體金納米粒子在1850年代左右，邁克爾·法拉第(Michael Faraday)通過化學還原方法制造了第一個膠體金懸液(Faraday，1857)。法拉第使用還原化學技術，利用分散在醚(例如 CH3-CH2-O-CH2-CH3)中的磷、或二硫化碳(即CS2)作為還原劑，對水性金鹽——氯金酸鹽 (即金(III)鹽)進行化學還原。今天，大多數膠體金制備物通過用還原劑例如檸檬酸鈉還原氯酸(四氯金酸)以產生“Tyndall紫”來制造。現在，存在多種“典型的”還原化學方法用于形成膠體金。具體來說，存在幾類合成路線，其每種在由其產生的最終產物(例如膠體金納米粒子)中顯示出不同特征。已經注意到，除了所使用的還原劑的強度、量和類型之外，穩定劑(即在溶液相合成過程中使用的化學物質)的作用也是關鍵的(Kimling，2006)。盡管法拉第引入了膠體金溶液，但Turkevich和Frens的均質結晶方法(及其變化形式)在目前最常用，并典型地產生許多粒度的主要為球形的粒子(Kimling，2006)。具體來說，最流行的方法是從金(III)復合物例如四氯金酸(或氯酸)出發，通過使用添加的化學物質還原劑例如硫氰酸鈉、白磷、檸檬酸鈉和鞣酸、NaBH4、檸檬酸、乙醇、抗壞血酸鈉、 檸檬酸鈉、十六烷基苯胺等，將金復合物中的金還原成金金屬(即金(0)或金屬金)(Brown, 2008)。然而，另一種化學還原技術使用硼氫化鈉作為用于AuP(Wi3)的化學物質還原劑 (Brown, 2008)。取決于在這些化學還原方法中使用的具體加工條件，這些形成的主要為球形的納米粒子的尺寸在直徑為約Inm至約64nm的范圍內(Brown，2008)。此外，Kimling所使用的特定檸檬酸鹽熱還原方法除了球形粒子之外，還產生少部分三角形粒子，其中三角形物質最多約為5% (Kimling 2006)。其他工作致力于控制膠體金屬納米粒子的形狀。生物學家和生化學家久已了解到對于蛋白質功能來說，“結構決定功能”。不同形狀的金納米粒子也具有不同性質(例如光學、催化、生物性質等)。控制納米粒子形狀為例如光學調制納米粒子提供了精巧的方法。 盡管所有金納米粒子都含有面心立方晶格，但如果某些加工條件允許或引起，金納米粒子能夠采取各種晶體形狀，其范圍從具有帶缺陷表面(例如階)的不規則橢球到具有相對有限表面缺陷的多面體。不同晶體形態與不同晶面(或晶面組)相關。但是，一些最常見的金納米粒子形態不由單晶疇構成，而是由孿晶面組成(Tao，2008)。Yuan等認識到，通過提供種晶，可能更容易從金鹽(即HAuCl4或金酸)的硼氫化物還原中獲得非球形的金納米粒子。然后放置種晶，使其與同樣的金鹽在溶液中接觸，并加入化學物質NH20H、CTAB和檸檬酸鈉作為還原劑和/或表面活性劑(例如包覆劑(capping agent))。通過這種方法形成了幾種不同晶體形狀，包括三角形、截斷的三角形、六角形層和假五角形。^an得出結論，通過使用不同化學還原技術產生的加工變化能夠影響得到的粒子的物理和化學性質。研究人員注意到，包覆劑的選擇是控制納米粒子生長(和形狀)的關鍵因素(Yuan，2003)。^an所描述和使用的方法被稱為“異質成核”，其中種子粒子在單獨的合成步驟中產生。因此，這種形狀控制類型可以被認為是附晶生長過程(Tao，2008)。許多化學還原技術利用這種更為復雜的兩步異質成核和生長過程。然而，其他技術利用單步均質成核，其中種晶首先成核，然后從成核的種晶形成納米粒子。典型地，在均質成核中同時發生一系列化學反應。均質成核的主要目的是針對晶體生長速率來平衡成核速率并控制粒徑，因為成核和生長兩者通過相同的化學過程來進行(Tao，2008)。在溶液中合成金屬納米粒子通常需要使用表面活性試劑(表面活性劑)和/或兩親性聚合物作為穩定劑和/或包覆劑。眾所周知，表面活性劑和/或兩親性聚合物對于控制分散粒子的尺寸、形狀和穩定性起到關鍵作用(Sakai，2008)。在晶體金納米粒子中(例如在異質成核過程中)觀察到的一些最常見晶體形態不由單晶或單晶疇構成，而是含有往往由孿晶面結合的多晶疇的粒子。正十面體(也稱為五角雙錐)是完全由三角形(III)小面結合的平衡形狀，并可以被認為是共有沿著五重軸的共同邊的5個四面體。這些結構通常在通過將金屬蒸發到固相基質上和接種異質成核還原化學方法所合成的納米晶體粒子上觀察到(Tao，2008)，然而，對于通過Turkevich和Frens 的方法合成的納米粒子來說難以觀察到十面體，因為它們起到用于生長納米絲和納米桿的合適的種晶作用(Tao，2008)。因此，通過在歸屬于Turkevich和Frens的還原化學方法期間控制加工條件以及添加和使用的表面活性劑和包覆劑的量和類型，可以獲得各種形狀。在通過還原化學方法生產的每種膠體金組合物中，顯然包含還原劑和/或表面活性劑或包覆劑的一種或多種要素的表面涂層將存在于懸浮的金納米粒子的至少一部分上 (或其中)。還原劑的使用典型地幫助將納米粒子懸浮在液體(例如水)中。然而，還原劑涂層或表面雜質有時附加有表面活性劑涂層或包覆劑或甚至被其取代。這樣的還原劑 /表面活性劑涂層或薄膜可以作為位于金屬基納米粒子上和/或其中的雜質被觀察到，并可能導致這樣的膠體或溶膠實際上具有比金納米粒子本身更多的保護性涂層或薄膜性質 OVeiser，p. 42，1933)。例如，表面活性劑和兩親性聚合物不僅深度參與納米粒子的形成(從而影響尺寸和形狀)，而且也摻入到納米粒子本身中。納米粒子的表面性質被還原劑涂層和/或表面活性劑分子涂層所改變(Sperling，2008)。在成核粒子的表面上吸附疏水性尾、親水性頭基團和某些反離子(至少在使用離子型表面活性劑的情形中)，以及金屬離子與表面活性劑和/或兩親性聚合物與形成的粒子的絡合，都能影響納米粒子的形狀、納米粒子的表面和/或改變納米粒子的功能(Sakai， 2008)。不同表面化學或表面薄膜(例如存在還原劑副產物組合物和/或還原劑副產物的厚度(例如薄膜))可以引起金納米粒子與例如生物體中的各種蛋白的不同相互作用。納米粒子與蛋白的生物物理結合力(例如靜電、疏水、氫鍵鍵合、范德華結合)不僅影響納米粒子的尺寸、形狀和組成，也影響納米粒子上的表面雜質或涂層的類型和/或厚度。用于制造金納米粒子的Turkevich和Frens方法(及其變化形式)是最廣泛了解和使用的化學還原方法。使用檸檬酸或檸檬酸鈉還原劑在金納米粒子表面上產生基于檸檬酸的化學物質(例如基于檸檬酸的涂層)(即也稱為檸檬酸穩定化的)(LaCerda，2010)。此外，Daniel等綜述了主要的金納米粒子形成技術，包括化學合成和組裝過程，包括(1)檸檬酸還原，其產生附著于金納米粒子的“相當松散的[基于檸檬酸的]配體的殼”；
(2)使用檸檬酸鹽和兩親性表面活性劑(用于尺寸控制)的檸檬酸還原方法的變化形式；
(3)產生“強烈結合金”的硫醇或硫醇鹽配體的“Brust-Schiffrin”方法；(4)產生含硫配體包括黃原酸鹽、二硫化物、二硫醇、三硫醇和間苯二酚芳烴四硫醇的方法；以及( 與膦、 氧化膦、胺、羧酸酯、芳基異氰酸酯和碘化物相關的其他配體(其能夠代替檸檬酸涂層)。作者重申了 Brust關于形成的金納米粒子的陳述“所得到的物理性質既不是塊體金屬的也不是分子化合物的物理性質，而是強烈依賴于納米粒子的粒度、粒子間距離、保護性有機殼的性質、和形狀。” (Daniel, 2004)。盡管金納米粒子上存在的有機配體(例如基于檸檬酸的配體或者涂層或薄膜)幫助使金納米粒子在液體中穩定，以阻止納米粒子例如附著于其他納米粒子并聚團和/或由于例如重力而從懸液中沉淀出來，但這些有機基配體(例如有機殼)是雜質(即相對于其下的金納米粒子來說)，并造成金納米粒子與生命系統中的蛋白質的相互作用。這樣的涂層或薄膜可能具有強烈生物學影響(LaCerda，2010)。此外，Wang等得出結論，通常使用的檸檬酸還原的金納米粒子相對于不含還原劑和穩定劑的膠體溶液來說，干擾金納米粒子的攝取(Wang，2007)。用樣地，Lacerda等陳述，更好地理解納米粒子的生物效應需要了解自身與納米粒子相結合的體內蛋白的結合性質。納米粒子上的蛋白質吸附(或蛋白質暈)可以隨著納米粒子的尺寸和表面層組成和厚度而變。Lacerda得出結論，“穿”在納米粒子上的蛋白質層控制納米粒子聚集的傾向性并強烈影響它們與生物材料的相互作用(LaCerda，2010)。對化學還原技術制造的膠體金納米粒子的清潔在某些情況下，允許還原劑表面涂層或薄膜作為雜質保留在納米粒子表面上，但是在其他情況下，試圖通過各種多少有些復雜和昂貴的技術將其移除。在被移除時，涂層被允許納米粒子在水合時停留在懸液中的替代組合物或涂層代替。純度對納米粒子的化學和性質的影響常常被忽略，但是現在的結果表明純化程度可能具有顯著影響(Sweeney， 2006)。這些研究人員注意到納米粒子的充分純化可能比制備本身更具挑戰性，通常包含繁瑣耗時并且浪費的程序，例如大量溶劑清洗和分步結晶。不進行這樣的純化時，化學還原的納米粒子表面上的表面化學相關污染物的可變性，將影響理解/控制基本結構-功能關系的能力(Sweeney，2006)。隨后的加工技術可能也需要一組清洗步驟、某些濃縮或離心步驟和/或隨后的化學反應涂層步驟，所有這些步驟對于獲得納米粒子和納米粒子懸液的期望結果和某些性能特征(例如由于配體交換而產生的穩定化作用、效能等)來說，都是需要的(Sperling，
2008)。在其他情況下，使用苛刻的洗提方法確保非常清潔的納米粒子表面(Panyala，
2009)。因此，其他人得出結論，金納米粒子在疾病的管理、治療和/或預防中的發展，受到當前金納米粒子的制造方法總體基于化學還原方法這一事實的阻礙。具體來說，Robyn Whyman在1996年認識到，在通過各種還原化學技術制造的膠體金的發展中，主要障礙之一是缺乏任何“相對簡單、可重復和普遍適用的合成程序”(Whyman 1996)。法拉第當初教導的還原化學技術的變化形式有許多，其每種都能夠生產具有各種不同物理性質(例如單獨或在懸液中)和還原劑涂層的膠體金，它們當使用在活細胞中或與活細胞一起使用時都能產生不同的效能/毒性情況。這些技術都不滿足Whyman的標準。因此，用于制造金納米晶體的相對簡單、可重復和普遍適用的制造方法將是受歡迎的。此外，這種制造方法符合FDA cGMP要求的能力將是更加有價值的。其他人已經開始認識到，從用于制造納米粒子的化學形成(即化學還原)過程中， 不能完全擺脫所形成的納米粒子的不良物理/生物性能。就此而言，盡管可以利用多少有些復雜、昂貴和環境不友好的清洗或清潔方法來改變或清潔通過還原化學產生的納米粒子的表面，但化學過程的要素仍可能保留并影響納米粒子的表面(并因此影響其功能)。此夕卜，納米粒子形成過程中某些化學物質的存在影響了形成中的納米粒子的形態(即尺寸和 /或形狀)。在通過這些還原化學技術生產的許多產品中，不容易觀察到某些已知存在于金基晶體系統中的可能需要的形態(形狀)。用于制造膠體金的其他技術
獲得不含表面活性劑和還原劑(例如不添加用于實現金離子物質還原的穩定、包覆或還原劑)，已成為明顯了解因還原化學方法而存在的還原劑/表面活性劑涂層的一些不良后果的某些研究人員的目標。例如，已經使用超聲技術，其中950kHz的頻率被施加于四氯金酸水溶液。在高于50°C的溫度下制備了 20-60nm范圍內的球形金納米粒子，而當混合物在低于50°C下加工時，相對更大的三角形晶片和一些六角球體共存(Sakai，2008)。已經開發了 HAuCl4的X-射線輻照來獲得不含還原劑和穩定劑的金納米粒子，以便在生物醫學應用中不“危及”生物相容性問題。作者推測，他們通過使用“強”X-射線束產生氫自由基電子供體來產生Au+的化學還原的所需電子(Wang，2007)。用于最小化或消除對還原劑的需要和/或最小化還原劑的不想要的氧化產物的另一種更老和更復雜的技術，利用了來自6°Co源的劑量率為1. 8X 104rad/h的γ -輻射。 在這種情形中，通過首先從水的輻射分解產生水合電子并利用水合電子還原金離子，將 Au (CN)2還原，即eaq>Au (CN) 2 — Au°+2CN"(Henglein, 1998)。已知金納米粒子的表面可以通過添加化學物質例如聚乙二醇(PEG)或其他特異性配體進行加工。就此而言，在癌癥療法中出現了大量工作，其中通過各種技術誘導PEG包被的金納米粒子遷移到癌癥或腫瘤位點，隨后用例如紅外或無線電波輻照以加熱和破壞癌細胞(Panyala，2009)。也已知表面PEG化增加了納米粒子的血液半衰期；并且聚山梨酸酯-80能夠提高納米粒子的血腦屏障運輸(Teixido & Giralt，2008)。通過水下電弧放電產生膠體金在本技術領域中，還已知道通過水下電弧放電方法制造金納米粒子的方法。這種方法首先在1800年代晚期由Bredig開創。Bredig使用直流電在兩條導線之間產生水下電弧。Bredig使用了 5-10安培的電流和30-110伏特的電壓。在某些情況下，Bredig還使用 0. OOlN氫氧化鈉代替純水。Bredig認為他的方法使金屬電極粉碎。以這種方式，Bredig獲得了金的水溶膠 OVeiser，pp. 9-17，45-46，1933)。后來，Svedberg通過利用高頻電弧代替Bredig的直流電弧，改進了 Bredig的方法。Svedberg指出，電弧使金屬氣體形成，其隨后冷凝成膠體尺寸的粒子。圍繞該過程的準確機制存在許多爭論，然而金屬的汽化被視為是重要的(Weiser，pp. 9-17,45-46,1933)。Svedberg在控制電粉碎過程以形成膠體溶液中最重要的參數是a)粉碎率，b)沉積物與分散的全部金屬的比率，c)介質分解的程度，以及d) (a)-(c)對電流特征的依賴性。 通過Bredig和Svedberg的方法獲得的沉積物的量，在各種加工條件下在約30%至約50% 的范圍內(Kraemer，1924)。更近些時候，Mucalo等使用Bredig的方法在鈀上進行了工作。這些研究人員測試了下述理論，即Bredig溶膠中的金屬粒子是否因來自電解質的同時電解質分解產生的雜質和據認為在電弧放電期間形成的氧化材料而變得“不純”(MuCalo，2001)。這些研究人員利用了現代表面分析技術(即XPS或“χ-射線光電子光譜”)來測定表面物質形成的差異隨PH的變化。在較低pH下，產生了灰黑色不穩定材料。在較高pH下，溶膠更穩定，但是仍然在1-2周內完全聚集。產生的納米粒子由形狀不規則的球體構成。盡管在較高和較低 PH兩者下產生的材料在性質上主要是金屬性的，但這些不穩定膠體的表面特征不同。較高 PH的Bredig溶膠在不穩定的納米粒子上產生更厚的外部氧化物層(Mucalo，2001)。
Bredig和Svedberg的方法后來被其他人進行改進，產生了各種不同的基于水下電弧的方法。然而，這些水下電弧放電方法每一種的共同之處是產生多少形狀有些不規則的基于金屬的球體。就此而言，通過Bredig或Svedberg方法產生的納米粒子是非特定的球狀形狀，表明在基于金屬的汽化繼以快速淬滅的方法中，納米粒子包被(和/或包含)了各種不同量的不同的基于氧化物的材料。膠體金納米粒子的毒理學關于金納米粒子的毒理學的綜述由Johnston等進行并在2010年報道。其中總結了用于小鼠和大鼠兩者的四種靜脈內暴露途徑和用于大鼠的一種氣管內方法。關于總結的四種靜脈內研究，Johnston等報道了根據量的次序，蓄積的組織位點在4個試驗的3個中是肝臟-脾臟，在4個試驗的1個中是肝臟-肺臟(即最高的金納米粒子蓄積是在肝臟中)。 具體來說，由Johnston等報告的四種靜脈內試驗概述如下(Johnston，2010)。在通過各種途徑暴露后，金屬粒子的組織分布(Johnston等，2010)。
權利要求
1.金納米晶體，其包含基本上沒有有機雜質或薄膜的表面；以及選自{111}、{110}和{100}及其等價物的至少一個空間擴展的低指數晶面。
2.權利要求1的金納米晶體，其中所述納米晶體的最長尺度小于20nm。
3.權利要求2的金納米晶體，其中所述納米晶體包含四面體和十面體至少之一的成形晶體。
4.權利要求1的金納米晶體，其中所述納米晶體通過包含水中電化學的方法制造。
5.權利要求2的金納米晶體，其中所述納米晶體被懸浮在水中。
6.權利要求3的金納米晶體，其中多個成形晶體被懸浮在水中。
7.權利要求6的金納米晶體，其中所述成形晶體在所述水中的百分率為5-35%，由此形成懸液。
8.權利要求6的懸液，其中所述成形晶體在所述水中的百分率為5-35%。
9.權利要求8的懸液，其中存在包含四面體和十面體的兩種成形晶體。
10.權利要求8的懸液，其中存在包含四面體和十面體的兩種成形晶體。
11.權利要求10的懸液，其中包含四面體和十面體的兩種成形晶體以15%-50%的范圍存在。
12.權利要求11的懸液，其中所述成形晶體具有小于20nm的平均晶體尺寸。
13.金納米晶體在水中的懸液，其包含 模式粒度不超過20nm的晶體；四面體成形晶體和十面體成形晶體，其相對于在所述水中的其他納米粒子的數量以 16-66%的組合量存在；以及具有基本上沒有有機雜質或薄膜的表面的晶體。
14.權利要求13的懸液，其中所述表面基本上完全沒有有機雜質或薄膜。
15.權利要求13的懸液，其中所述表面完全沒有有機雜質或薄膜。
16.權利要求15的懸液，其中所述晶體以至少30%的量存在。
17.權利要求15的懸液，其中所述晶體以至少40%的量存在。
18.權利要求15的懸液，其中所述晶體以每毫升至少5毫克的量存在。
19.權利要求13的懸液，其中所述晶體以每毫升約2-100毫克的量存在。
20.權利要求13的組合物，其包含利用所述組合物治療關節炎。
21.權利要求13的組合物，其包含利用所述組合物治療多發性硬化癥。
22.權利要求13的組合物，其包含利用所述組合物治療選自炎性病癥、慢性炎性病癥、 自身免疫病癥、超敏性反應和癌性疾病或病癥的至少一種適應癥。
23.權利要求13的組合物，其包含利用所述組合物治療顯示出MIF的任何疾病。
24.在水中生長金納米晶體的方法，所述方法包含 向所述水加入至少一種加工增強劑；將至少一組金電極與所述水相接觸；向所述至少一組金電極施加AC電壓，以允許金納米晶體生長成選自四面體和十面體中至少一種形狀的形狀。
25.權利要求M的方法，其中所述金納米晶體具有不超過20nm的模式粒度。
26.權利要求M的方法，其中所述AC電壓包含20-2000伏特的電壓。
27.權利要求M的方法，其中所述AC電壓包含100-300伏特的電壓。
28.權利要求對的方法，其中所述水被包含在槽式構件中。
29.權利要求觀的方法，其中當施加所述AC電壓時所述水連續流過所述槽式構件。
30.權利要求四的方法，其中連續流過所述槽式構件的所述水流出所述槽式構件時具有至少8的pH。
31.權利要求對的方法，其中不向所述水中添加有機化合物。
全文摘要
本發明涉及具有基本上沒有有機雜質或薄膜的表面的新的金納米晶體和納米晶形分布。具體來說，所述表面與使用需要有機還原劑和/或表面活性劑從溶液中的金離子生長金納米粒子的化學還原方法所制造的金納米粒子的表面相比是“干凈的”。本發明包括用于制造金基納米晶體的新的電化學制造裝置和技術。本發明還包括其藥物組合物以及金納米晶體或其懸液或膠體的應用，用于治療或預防已知使用金療法的疾病或病癥，以及更普遍地用于由病理性細胞活化引起的病癥，例如炎性(包括慢性炎性)病癥、自身免疫病癥、超敏性反應和/或癌性疾病或病癥。在一個實施方案中，病癥由MIF(巨噬細胞移動抑制因子)介導。
文檔編號A01N55/02GK102548417SQ201080036729
公開日2012年7月4日 申請日期2010年7月8日 優先權日2009年7月8日
發明者D·奇勒·皮爾斯, 亞當·多夫曼, 安東尼·洛克特, 戴維·布萊斯, 米克海爾·莫茲里埃科夫, 里德·韋爾考克斯, 馬克·莫騰松 申請人:Gr智力儲備股份有限公司