用于磁性粒子成像的生物相容产品的制作方法
专利名称：用于磁性粒子成像的生物相容产品的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于在活体内和活体外对生物相容产品的非侵入成像的材料和方法。
背景技术：
生物相容产品用于多种生物医学应用。例如，生物相容产品包括人造组织构造、微 载体或微容器以及移植物。然而，到目前为止，很少将成像技术用于在活体内和活体外观察 或监测这种产品的例如重塑、发展或生物降解。已经提出了计算机断层摄影、磁共振成像 (MRI)或超声成像，并且能够将其用于这种监测，但每种技术都有其缺点。一般而言，使用造 影剂来提高这些技术的灵敏度。在US 2006/0204445中描述了一种利用信号增强剂和磁共振成像(MRI)监测人造 构造重塑的方法。然而，对比度增强的MRI感测的是受到造影剂影响的磁场中水(还有脂 类，但很少)的质子弛豫。因此，仅有生物相容产品和体液或组织的恰好界面处的造影剂才 对信号增强有贡献。这导致对信噪比的巨大限制。备选地，能够在大部分生物相容产品中 将造影剂与水封装在一起，这将改善信噪比，但会使组织构造复杂化并限制其应用的次数。
发明内容
在很多生物医学应用中，在活体外和活体内使生物相容材料可视化是很必要的。生物医学应用中的一个主要领域涉及组织工程学，组织工程学涉及到旨在替换、 修复、维护或增强组织功能的治疗策略的发展。例如，通过用细胞为诸如支架的人造组织构 造播种，组织在活体外或活体内生长以修复受损的组织。在组织形成过程期间，发展出组织 并随后对其重塑，从而使其变得更像原生组织。然而，发生得过慢的组织重塑会导致周围组 织的病理学响应以及血管的顺应性失谐，而快速的重塑可能导致设计的构造过早失效。此 外，生物可降解性常常是关键因素，因为人造组织构造应当优选被周围组织吸收，以免必须 进行手术去除。发生降解的速率必须尽可能地与组织形成的速率一致。由此，提供一种允 许在活体外和活体内监测诸如人造组织构造的生物相容材料的发展、重塑和生物降解的材 料或方法将是有利的。组织工程学中的主要问题是给送受损组织的数量充足的具有适当表现型的细胞 的有效性。通常，使用对细胞进行增殖的生物反应器培养系统克服这种困难，这种系统采用 微载体和/或微容器。除了充当用于繁殖贴壁依赖性细胞的基底之外，微载体和/或微容 器还能够用于将扩增的未分化或分化细胞给送到缺陷部位或在活性有机体中给送活化剂。 然而，细胞或活化剂的靶向给送的效率很大程度上取决于所使用的成像过程。因此，提供一 种在活体外和活体内监测细胞或活化剂的靶向给送的方法将是有利的。此外，提供能够改 善向靶部位靶向给送细胞或活化剂的微载体和/或微容器将是有利的。另一类广泛使用的生物相容产品是移植物。尤其是在微创手术中，特定移植物的 正确放置和取向很困难。通常，通过使用内窥镜或其他此类可插入放大和/或照明装置来 实现微创流程的可视性，其中，能够通过某种类型的目镜或在与手术室相邻的视频显示器屏幕上查看内窥镜所生成的图像。备选地，很多手术，尤其是移植移植物的流程，利用移植 物上的不透辐射标记物和外部成像器。尽管在这方面已经取得了巨大进展，但这些系统相 对昂贵，并且全都需要在手术室中进行消毒或屏蔽。因此，仍然需要一种能够监测导入活性 有机体中之后的生物相容材料的改进的方法。此外，提供一种能够在将其导入期望的靶部 位之后对其进行定位或检测的生物相容产品将是有利的。为了更好地解决一个或多个上述需求或目的，在本发明的第一方面中，提供了一 种包括至少一种适于磁性粒子成像(MPI)的示踪剂的生物相容产品。根据本发明的另一方面，提供了一种用于视觉监测生物相容产品的方法，其包括 以下步骤提供包括至少一种MPI示踪剂的生物相容产品、将包括至少一种MPI示踪剂的生 物相容产品导入靶部位，以及通过磁性粒子成像检测信号。在本发明的另一方面中，提供了一种包括至少一种MPI示踪剂的人造组织构造。在本发明的另一方面中，还提供了一种包括至少一种MPI示踪剂的微载体。在本发明的另一方面中，还提供了一种包括至少一种MPI示踪剂的移植物。在本发明的另一方面中，药用可接受的外壳围绕所述至少一种MPI示踪剂。本文所使用的术语“生物相容产品”指的是不会在生物系统引起有毒或有害作用 的人造产品。本文所使用的术语“支架”表示具有延伸的重复结构的材料，其形成框架或基质， 可以向该框架或基质上面和内部导入附加的成分，从而为材料赋予附加的特征。本文所使用的术语“可生物降解的”指的是能够由活性有机体吸收或降解的材料。本文所使用的术语“微载体”指的是用于支持细胞培养或作为药物给送系统的刚 性或半刚性、任选多孔的粒子材料。本文所使用的术语“微容器”指的是适于支持细胞培养的刚性或半刚性、任选多孔 的材料，其中，在诸如细胞处理或细胞给送的应用期间可以在至少一定时间内将细胞与环 境屏蔽开。对于本发明而言，将术语“靶部位”限定为位置，生物相容产品应当在此位置施加 其作用，例如替换受损组织。靶部位可以包括活体外的位置，例如在皮氏(Petri)培养皿 中，或活体内的位置，例如在活性有机体中。本文所使用的术语“移植物”指的是出于修复、治疗、诊断或试验的目的插入或植 入活性有机体中的对象或材料。本文所使用的术语“MPI示踪剂”指的是可以用于例如在DE 10151778中描述的磁 性粒子成像(MPI)方法中的粒子材料。在本发明的上下文中，“药用可接受的外壳”是覆盖MPI示踪剂内核的一层物质或 物质混合物，从而使得为患者施用MPI示踪剂时不会出现威胁生命的副作用。参考下文所描述的实施例，本发明的这些和其他方面将显而易见并得以阐述。
具体实施例方式根据本发明的一个实施例，提供一种包括至少一种磁性粒子成像(MPI)示踪剂的 生物相容产品。已经发现，利用例如在DE 10151778中描述的磁性粒子成像(MPI)技术能 够获得增强的或较好的信噪比。在这种方法中，产生具有磁场强度的空间分布的磁场，从而在检查区域中形成具有较低磁场强度的第一子区和具有较高磁场强度的第二子区，其中， 已经将磁性粒子导入检查区域中。随后偏移在检查区域中的子区空间中的位置，从而局部 地改变对检查区域中粒子的磁化。记录取决于检查区域中的磁化的信号，并通过提取关于 检查区域中磁性粒子的空间分布的信息，能够建立其图像。由此，这种方法提供了以高空间 分辨率进行非侵入成像的可能性。根据本发明的另一实施例，提供了一种用于视觉监测生物相容产品的方法，其包 括以下步骤提供包括至少一种MPI示踪剂的生物相容产品、将包括至少一种MPI示踪剂的 生物相容产品导入靶部位，以及通过磁性粒子成像检测信号。在一个实施例中，生物相容产品适于被导入到活性有机体中。活性有机体可以是 微生物、植物或哺乳动物，例如人、猴、狗、猫、小鼠、大鼠、牛、马、猪、山羊或绵羊。可以由不会在生物系统中引起有毒或有害作用的任何材料制造本发明的生物相 容产品。优选地，使用这样的材料，即，对于相应生物相容产品而言是标准或常规使用的材 料。范例包括合成和天然聚合物、贵金属、钛和其他金属、瓷料、氧化铝和其他陶瓷。根据一个实施例，生物相容产品至少可以部分地生物降解。代表性的可生物降解的有机材料可以包括天然或合成聚合物，例如胶原、纤维素、 硅酮、聚(α酯)(诸如聚(乳酸)、聚(羟基乙酸)、聚原酸酯或酸酐)。在示范性实施例 中，可生物降解的材料包括水凝胶。可以将水凝胶制成在较宽的降解时间范围内可生物降 解，这例如在组织工程学、细胞治疗应用或药用活化剂的受控释放中是有用的。可生物降解的无机材料的范例为金属或基于镁或锌中的至少一种的合金，或包括 Mg、Ca、Fe、Zn、Al、W、Ln、Si或Y中的至少一种的合金。适当的材料还有例如碱土金属氧 化物或氢氧化物，诸如氧化镁、氢氧化镁、氧化钙和氢氧化钙或其混合物。在本发明的示范 性实施例中，生物相容产品还可以包括无机合成物或有机合成物或混合式无机/有机合成 物。在一个实施例中，生物相容产品为人造组织构造。人造组织构造例如可以是提供 支撑性框架的支架，该框架允许细胞粘附于其上面并生长到上面。典型地，可以将支架放入 受损的组织区域中，以便诱发来自周围健康组织的细胞的生长，从而修复受损组织。在示范 性实施例中，支架具有互连孔的三维结构，以允许细胞附着。适于人造组织构造的合成聚合物范例包括，例如聚(聚氨酯)、聚(硅氧烷)或硅 酮、聚(乙烯)、聚(乙烯基吡咯烷酮)、聚(甲基丙烯酸2-羟基乙酯)、聚(N-乙烯基吡咯 烷酮)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(乙烯醇)(PVA)、聚(丙烯酸)、聚(乙酸乙烯酯)、聚丙 烯酰胺、聚(乙烯-共-乙酸乙烯酯)、聚(乙二醇)、聚(甲基丙烯酸)、聚乳酸(PLA)、聚羟 基乙酸(PGA)、聚(丙交酯-共-乙交酯)(PLGA)、尼龙、聚酰胺、聚酸酐、聚(乙烯-共-乙 烯醇)(EVOH)、聚己内酯、聚(乙酸乙烯酯)、聚乙烯醇(polyvinylhydroxide)、聚(环氧乙 烷)(PEO)和聚原酸酯或其任意组合。用于人造组织构造的常用合成可生物降解材料为聚乳酸(PLA)，这是一种能够在 人体内降解形成乳酸的聚酯，是能够容易地从体内去除的天然产生的化学物质。类似的材 料是聚羟基乙酸(PGA)和聚已酸丙酯(PCL)，其具有类似于PLA的降解机制的降解机制，但 与PLA相比分别表现出更快和更慢的降解速率。人造组织构造还可以由天然材料(例如诸 如胶原或血纤维蛋白的蛋白质材料)和聚糖材料(如壳多糖或糖胺聚糖(GAG))制造。此外，人造组织构造可以包括脱细胞基质，即诸如已经通过人工方法从中去除了细胞和组织 成分，留下完好的非细胞组成的基底结构的器官或其部分的生物结构。脱细胞基质可以是 刚性的、或半刚性的，具有改变其形状的能力。在另一实施例中，生物相容产品是微载体。微载体可以是实心的，从而例如允许细 胞仅粘附到表面，或者是多孔的，从而例如便于在内部俘获细胞。微载体可以具有球形、非 球形或不规则的形状。适当微载体的范例可以包括微球体、脂质体和纳米粒子。在示范性 实施例中，微载体为球形，尺寸为1到300μπι。在另一示范性实施例中，微载体具有互连孔 的三维结构，以便增大细胞可以在其上生长的可用表面面积。在又一示范性实施例中，微载 体包括功能性多层结构。备选地或此外，可以在微载体中俘获生物活性剂并可以在活性有 机体中将其释放。活化剂的释放可以立即发生或在活体外或活体内以受控的方式发生。微载体可以由无机或有机材料制造。适当的无机材料可以包括，例如磷酸钙、碳 酸钙、硫酸钙、玻璃、羟基磷灰石、生物陶瓷或这些材料的组合。有机材料可以包括，例如生 物聚合物(诸如胶原、凝胶、几丁质、壳多糖或壳多糖衍生物、纤维蛋白、右旋糖苷、琼脂糖 或藻酸钙)、组织粒子(诸如骨骼或去除矿物质的骨骼、软骨、腱、韧带、筋膜、肠黏膜或其他 结缔组织)或这些材料经化学修改的衍生物。有机材料还可以包括合成聚合材料，例如聚 乳酸、聚羟基乙酸、聚己内酯、聚碳酸酯、聚酯酰胺、聚酸酐、聚(氨基酸)、聚原酸酯、聚乙酰 (polyacetyls)、聚丙烯酸酯、聚氰基丙烯酸酯、聚醚酯、聚(二氧环己酮)、聚(亚烷基烷基 化物)、聚乙二醇和聚原酸酯的共聚物、聚氨酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚氟乙烯、聚(乙烯 基咪唑)、氯磺酸酯聚烯烃、聚环氧乙烷或多肽以及其混合物和共聚物。Hermink等人描述 了制造基于交联右旋糖酐的微球体的范例(Biomacromolecules 2006，7，1983-2990，以及 Journal of controlled Release 2007，122 (1)，71—78)。在另一实施例中，生物相容产品是微容器。微容器可以允许细胞附着并能够在应 用(例如细胞处理或细胞给送)期间至少在一定时间内将细胞与环境屏蔽开。微容器可以 是平面、二维的对象(“薄片”)，其中，这种对象包括刚性或半刚性、任选多孔的材料，通过 施加外部刺激，例如加热、改变PH值或暴露于电磁波时，所述材料从平面状态转变成卷起 状态。薄片的形状可以类似于例如正方形、矩形或平行四边形。同样地，薄片也可以具有圆 形、椭圆、类梯形、六边形、多边形或三角形形状。薄片的典型尺度处于细胞尺度的量级或比 其稍大，例如此类薄片的尺寸或长度为ΙΟμπι到100mm。薄片的厚度例如可以为IOOnm到 1mm。卷起状态可以包括例如两层、三层、多层或梯度结构。例如，卷起状态包括至少部分多 层的圆柱或仅大体闭合的圆柱体。优选地，细胞仅存在于薄片上，而不存在于薄片间的基底 上。然而，还可能希望细胞存在于薄片之间的间质中。可以通过控制薄片的卷起状态和平 面状态之间的转变使细胞在活性有机体内部的释放以受控方式发生。微容器可以由可生物降解且生物相容的材料制造。例如，水凝胶材料可能是适当 的。典型的水凝胶材料可以包括，例如聚(甲基)丙烯酸材料、置换的乙烯基材料或其混合 物，以及环氧化物、环氧丙烷或硫醇。其他适当材料包括，例如聚(羟基乙酸)、聚(乳酸) 及其共聚物和衍生物。可以采用的其他材料可以包括，例如藻酸盐、透明质酸、壳多糖、胶 原、凝胶、丝或其组合。在另一实施例中，生物相容产品为移植物。移植物的范例可以包括，例如血管内置 支架、腔内内置支架、诸如冠状动脉支架或周边支架的支架、手术、牙科或整形外科移植物、可植入整形外科固定辅助设备、整形外科骨骼修补物或关节修补物、人造心脏或其部分、人 造心脏瓣膜、心脏起搏器外壳或电极、皮下和/或肌内移植物、可植入药物给送装置、微芯 片、或可植入手术针、螺丝、钉子、夹子或卡钉，或籽晶移植物等。典型地，移植物由固体材料 制成，固体材料为聚合物、陶瓷或金属。为了能够给送药物，还可以利用多孔表面或使用多 孔材料制备移植物，其中，药物可以包含在孔隙系统中以进行活体内释放。可以将任何适当的移植物材料用于本发明的移植物的制造。例如，可以用金属 或金属合金制造移植物，例如从以下材料中选定的金属元素周期表的主族金属、过渡金 属(诸如铜、金和银、钛、锆、铪、钒、铌、钽、铬、钼、钨、锰、铼、铁、钴、镍、钌、铑、钯、锇、铱或 钼)或稀土金属。材料还可以由有机材料制造，例如热固性或热塑性聚合物、合成橡胶、可 压制聚合物、注射成型聚合物、可成型聚合物、可纺织、可编制和可针织聚合物、低聚物或其 预聚合形式或混合物。适当的聚合物包括，例如同质聚合物、共聚物、聚(甲基)丙烯酸酯 的预聚合形式和/或低聚物、不饱和聚酯、饱和聚酯、聚烯烃，如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯，醇 酸树脂、环氧聚合物或树脂、苯氧基聚合物或树脂、酚醛聚合物或树脂、聚酰胺、聚酰亚胺、 聚醚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚酯酰亚胺、聚酯酰胺酰亚胺、聚氨酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、多 酚、聚乙烯基酯、聚硅酮、聚缩醛、纤维素乙酸酯、聚氯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚砜、 聚苯砜、聚醚砜、聚酮、聚醚酮、聚苯并咪唑、聚苯并噁唑、聚苯并噻唑、多氟烃、聚苯醚、聚芳 酯、氰酰酯_聚合物，及其混合物。磁性粒子成像(MPI)允许对磁性粒子，即MPI示踪剂进行直接3D成像。在本发明 的上下文中，术语“磁性粒子”还指代“可磁化粒子”。通过测量由导入检查区域的MPI示踪 剂产生的磁场来生成空间图像。例如，在DE 10151778或US 2006/0210986中公开了磁性 粒子成像方法。如所述文献中的描述，已经发现可以在检查区域中确定磁性粒子空间分布 的变化，其中，检查区域可以存在于活组织或活性有机体中，诸如微生物、植物或哺乳动物。 例如，可以将磁性粒子空间分布的变化与局部浓度、压力、切变、粘滞度、温度和/或局部PH 值相关联。此外，在不同种类的组织中粒子富集到不同程度。这种作用通过使此类粒子的 分布可视化而实现所谓的“分子成像”，并可以用于例如监测组织的发展、重塑或降解。例如，在WO 2004/091397、US 2007/0036729、DE 10151778 或 DE 10238853 中描 述了适于本发明实施例的MPI示踪剂。MPI示踪剂可以具有适当的尺寸与形状。在示范性 实施例中，设计MPI示踪剂的尺度，使得其中仅能够形成单个磁畴(单畴)，且没有空白区 域。根据本发明的一种变型，适当的粒子尺寸处于从5nm到大约5000nm、10到800nm或20 到50nm的范围。典型地，上限值取决于所用的材料。对于本发明的实施例，必要的先决条件是粒子是生物相容的。MPI示踪剂的适当材 料可以包括磁铁矿(Fe3O4)、磁赤铁矿(Y-Fe2O3)和/或非化学计量的氧化铁或其混合物。 此外，可以向氧化铁加入其他金属氧化物，所述金属氧化物优选是从镁、锌和钴中选定的。 可以以高达全部的20%的比例向氧化铁中添加这些其他的金属氧化物。此外，可以包含小 于5%的量，优选小于量的锰、镍、铜、钡、锶、铬、镧、钆、铕、镝、钬、镱和钐。然而，可以使 用任何其他适当的磁性或可磁化材料。通过封装磁性材料可以进一步改善或改进MPI示踪剂的生物相容性。在一个实施 例中，可以由药用可接受外壳围绕至少一种MPI示踪剂。在示范性实施例中，制造药用可接 受外壳的物质或物质混合物是可生物降解的，并且例如，可以分裂成可由活性有机体使用和/或移除的小单元。在例如US5492814或US 2007/0036729的现有技术中描述了多种这 样的物质和制备它们的方法。药用可接受外壳可以包括，例如合成聚合物或共聚物、淀粉、 右旋糖酐、环右旋糖酐、脂肪酸、聚糖、卵磷脂、单、双或三酸甘油酯、蛋白质或多肽或其混合 物。在一个实施例中，由药用可接受外壳围绕的至少一种MPI示踪剂还包括至少一种 在外壳表面上不动的配位体。这可以显著增加与生物相容材料的亲合力或特异性，其中， MPI示踪剂并入或粘附到生物相容材料中。例如，可以将例如右旋糖酐的聚糖或例如聚乙烯 醇的聚合物用作配位体。在本发明的另一实施例中，至少一种MPI示踪剂可以包括无磁性的核和诸如上述 磁性材料构成的涂层。在示范性实施例中，无磁性的核可以包括生理学上可以接受的天然 材料，例如二氧化硅或乳胶。包括至少一种MPI示踪剂的生物相容材料可以使用现有技术中已知的任何适当 方法来合成。可适用方法的范例是纳米纤维自组装、诸如湿纺或干纺方法、电纺、针织或编 织的纺织技术，以及溶剂浇铸或乳化/凝固干燥。备选地或此外，以适当方式，将适当的散 装材料在模制或形成前后通过折叠、压花、打孔、冲压、挤压、集聚、注射成型等加以构造。纺织技术可以包括已经成功用于制备不同聚合物的无纺网孔的所有方式。例如， 参考电纺的过程，其涉及到在包括至少一种聚合物的液体表面产生电场。所得的电力产生 承载电荷的喷射的液体。可以将喷射的液体吸引到在适当电势处的其他带电对象，并且随 着喷射的液体延长和移动，它将会硬化和干燥。可以在US 2006/0204445中找到利用电纺 制造多孔材料的若干范例，这些多孔材料例如适于作为人造组织构造。在一个实施例中，至少一种MPI示踪剂被并入生物相容产品中。例如，可以将至少 一种MPI示踪剂嵌入、俘获或卷入生物相容产品内或包含在其腔、外壳、包涵体或囊袋内。 可以通过与制造生物相容产品的对应方法中采用的起始材料混合、掺合或熔合来将至少一 种MPI示踪剂并入生物相容产品中。备选地，例如，随后通过将生物相容产品浸入包含至少 一种MPI示踪剂的散装材料中，为生物相容产品加载至少一种MPI示踪剂。在一个实施例中，至少一种MPI示踪剂粘附到生物相容产品的表面。例如，可以将 至少一种MPI示踪剂结合到生物相容产品的特定部位。在示范性实施例中，可以将MPI示 踪剂吸附到生物相容产品的表面。在另一示范性实施例中，可以在至少一种MPI示踪剂的 药用可接受外壳上固定不动的至少一个配位体和生物相容产品表面上的官能团之间形成 共价键。在一个实施例中，将至少一种MPI示踪剂用于通过磁性粒子成像对生物相容产品 进行视觉监测。在示范性实施例中，将至少一种MPI示踪剂用于监测人造组织构造的发展、 重塑和降解。例如，可以将磁性粒子成像(MPI)用于量化示踪剂的局部浓度。发明人不希望 束缚于任何理论，相信生物降解和重塑导致“烧蚀”，即MPI示踪剂的去除，这可以通过MPI 信号随着时间减弱来监测。重塑还可以导致3D图像结构自身的改变。可以在活体外或活 体内执行监测。例如，可以监测血管和组织器官构造。在另一个示范性实施例中，利用磁性粒子成像对已经利用至少一种MPI示踪剂功 能化或混合的移植物进行可视化。在另一个实施例中，将至少一种MPI示踪剂用于物质给送的跟踪和监测。在示范性实施例中，将至少一种MPI示踪剂用于利用加载有活化剂的微载体对活化剂的靶向给送 进行可视化。在另一示范性实施例中，将至少一种MPI示踪剂用于利用加载有组织工程学 材料的微载体监测组织构造。用于组织工程学的适当治疗剂或材料例如是细胞、生物医学 物质或医药制品。在又一实施例中，将至少一种MPI示踪剂用于利用加载有细胞的微容器 对细胞的靶向给送进行可视化。尽管已经相对于本发明的具体实施例详细描述了本发明，但应当指出，上述实施 例应被视为例示性或示范性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。通过研究公 开内容和所附权利要求，本领域的技术人员在实践所主张的发明的过程中能够理解并实施 针对所公开的实施例的变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，不定冠 词“一”或“一个”不排除多个元件或步骤。在下文中，通过举例说明本发明。然而，这个范 例决不意在限制本发明的范围，而是用于通过其示范性实施例之一来例示本发明。范例范例1-包含MPI示踪剂的可降解支架的制造将45wt. 的胶原I、15wt. 的弹性蛋白和40wt. 的聚(乳酸/甘醇酸共聚 物)(PLGA)与尺寸大约为30nm的氧化铁磁性纳米粒子混合。将该溶质以10w/v% (lOOmg/ ml)的总浓度溶解于1，1，1，3，3，3-六氟代-2-丙醇中。将所获得的溶液进行电纺。获得高 孔隙度的支架。可以向溶液添加高分子量PLGA以提高支架的机械强度。支架的典型厚度 为1mm，横向尺寸为几厘米。范例2-包含MPI示踪剂的双层微容器的制造以3000RPM在30秒时间内在玻璃基底(经过10分钟的UV-臭氧处理)上旋转涂 敷具有0. 引发剂(Irgacure 651)和1 10的引发剂抑制剂(4-甲氧基苯酚)的 Ebecryl 1810。随后，将基底置于两个掩模之下，一个掩模为正方形，一个掩模为条形，并在 具有滤波器的UV-装置UV-2中辐照1秒。在利用异丙醇冲洗之后，获得图案。随后，将具有图案化Ebecryl层的玻璃板用作两个基底之一，以制作由两个平面 平行基底形成的小室。图案化的Ebecryl层置于小室内部。利用50 μ m厚的带作为间隔 体将小室的间距设置为50 μ m,并通过毛细力利用反应混合物填充小室，反应混合物包括在 50/50wt. 水/甲醇中与尺寸约为30nm的氧化铁磁性纳米粒子混合的50wt.-% η-异 丙基丙稀酰胺(NIPAA) (Imol %双-乙烯基甘油二丙烯酸酯(DEGDA))。将小室置于荫罩 (shadow mask)(正方形特征)下方并利用UV-光辐照4分钟。在辐照后，通过移除顶部基 底来打开小室并用水清洗。然后，将包含形成薄片的聚合合成物元件的底部基底放在室温 下的水浴中。在室温下，PNIPAA水凝胶在水中表现出很强的膨胀，并且结果，从基底释放出 图案化的薄片并且图案化的薄片在垂直于Ebecryl 1810条纹的方向上卷起的。在将水浴 加热到33°C以上时，PNIPAA水凝胶萎限(PNIPAA的LCST为33°C )并且水凝胶层收缩。结 果，在将水浴加热到33°C以上时双层被铺开。
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权利要求
一种生物相容产品，包括至少一种磁性粒子成像(MPI)示踪剂。
2.如权利要求1所述的生物相容产品，其中，所述生物相容产品是人造组织构造。
3.如权利要求1所述的生物相容产品，其中，所述生物相容产品是微载体或微容器。
4.如权利要求1所述的生物相容产品，其中，所述生物相容产品是移植物。
5.如前述权利要求中的任一项所述的生物相容产品，其中，所述至少一种MPI示踪剂 被并入所述生物相容产品中。
6.如前述权利要求中的任一项所述的生物相容产品，其中，所述至少一种MPI示踪剂 被粘附到所述生物相容产品的表面。
7.如前述权利要求中的任一项所述的生物相容产品，其中，所述至少一种MPI示踪剂 被药用可接受的外壳围绕。
8.如权利要求7所述的生物相容产品，其中，由药用可接受的外壳围绕的所述至少一 种MPI示踪剂还包括至少一种在所述外壳的表面上固定不动的配位体。
9.如前述权利要求中的任一项所述的生物相容产品，其中，所述至少一种MPI示踪剂 的粒子尺寸介于5和5000nm之间，优选介于20和50nm之间。
10.一种用于对如前述权利要求中的任一项所述的生物相容产品进行视觉监测的方 法，包括提供包括所述至少一种MPI示踪剂的生物相容产品；将包括所述至少一种MPI示踪剂的所述生物相容产品导入靶部位；以及通过磁性粒子成像检测由所述至少一种MPI示踪剂产生的信号。
11.如权利要求10所述的方法，其中，检测信号的所述步骤包括以下步骤定位所述信号；对所述信号进行量化；以及评价针对所述生物相容产品所获得的所述磁性粒子成像数据。
12.将MPI示踪剂用于利用磁性粒子成像对如前述权利要求中的任一项所述的生物相 容产品进行视觉监测。
全文摘要
本发明涉及用于生物相容产品的非侵入成像的材料和方法。提供了生物相容产品，可以利用磁性粒子成像方法在活体内或活体外对其进行可视化。发现可以将这些材料用于监测生物相容产品的发展、重塑或降解。在另一方面中，本发明的产品使得物质给送跟踪成为可能并可以用于对活化剂的靶向给送进行可视化。
文档编号A61L27/50GK101980730SQ200980111596
公开日2011年2月23日 申请日期2009年3月26日 优先权日2008年4月3日
发明者D·马尔科夫, H·M·B·伯芬 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司
技术领域：
本发明涉及用于在活体内和活体外对生物相容产品的非侵入成像的材料和方法。
背景技术：
生物相容产品用于多种生物医学应用。例如，生物相容产品包括人造组织构造、微 载体或微容器以及移植物。然而，到目前为止，很少将成像技术用于在活体内和活体外观察 或监测这种产品的例如重塑、发展或生物降解。已经提出了计算机断层摄影、磁共振成像 (MRI)或超声成像，并且能够将其用于这种监测，但每种技术都有其缺点。一般而言，使用造 影剂来提高这些技术的灵敏度。在US 2006/0204445中描述了一种利用信号增强剂和磁共振成像(MRI)监测人造 构造重塑的方法。然而，对比度增强的MRI感测的是受到造影剂影响的磁场中水(还有脂 类，但很少)的质子弛豫。因此，仅有生物相容产品和体液或组织的恰好界面处的造影剂才 对信号增强有贡献。这导致对信噪比的巨大限制。备选地，能够在大部分生物相容产品中 将造影剂与水封装在一起，这将改善信噪比，但会使组织构造复杂化并限制其应用的次数。
发明内容
在很多生物医学应用中，在活体外和活体内使生物相容材料可视化是很必要的。生物医学应用中的一个主要领域涉及组织工程学，组织工程学涉及到旨在替换、 修复、维护或增强组织功能的治疗策略的发展。例如，通过用细胞为诸如支架的人造组织构 造播种，组织在活体外或活体内生长以修复受损的组织。在组织形成过程期间，发展出组织 并随后对其重塑，从而使其变得更像原生组织。然而，发生得过慢的组织重塑会导致周围组 织的病理学响应以及血管的顺应性失谐，而快速的重塑可能导致设计的构造过早失效。此 外，生物可降解性常常是关键因素，因为人造组织构造应当优选被周围组织吸收，以免必须 进行手术去除。发生降解的速率必须尽可能地与组织形成的速率一致。由此，提供一种允 许在活体外和活体内监测诸如人造组织构造的生物相容材料的发展、重塑和生物降解的材 料或方法将是有利的。组织工程学中的主要问题是给送受损组织的数量充足的具有适当表现型的细胞 的有效性。通常，使用对细胞进行增殖的生物反应器培养系统克服这种困难，这种系统采用 微载体和/或微容器。除了充当用于繁殖贴壁依赖性细胞的基底之外，微载体和/或微容 器还能够用于将扩增的未分化或分化细胞给送到缺陷部位或在活性有机体中给送活化剂。 然而，细胞或活化剂的靶向给送的效率很大程度上取决于所使用的成像过程。因此，提供一 种在活体外和活体内监测细胞或活化剂的靶向给送的方法将是有利的。此外，提供能够改 善向靶部位靶向给送细胞或活化剂的微载体和/或微容器将是有利的。另一类广泛使用的生物相容产品是移植物。尤其是在微创手术中，特定移植物的 正确放置和取向很困难。通常，通过使用内窥镜或其他此类可插入放大和/或照明装置来 实现微创流程的可视性，其中，能够通过某种类型的目镜或在与手术室相邻的视频显示器屏幕上查看内窥镜所生成的图像。备选地，很多手术，尤其是移植移植物的流程，利用移植 物上的不透辐射标记物和外部成像器。尽管在这方面已经取得了巨大进展，但这些系统相 对昂贵，并且全都需要在手术室中进行消毒或屏蔽。因此，仍然需要一种能够监测导入活性 有机体中之后的生物相容材料的改进的方法。此外，提供一种能够在将其导入期望的靶部 位之后对其进行定位或检测的生物相容产品将是有利的。为了更好地解决一个或多个上述需求或目的，在本发明的第一方面中，提供了一 种包括至少一种适于磁性粒子成像(MPI)的示踪剂的生物相容产品。根据本发明的另一方面，提供了一种用于视觉监测生物相容产品的方法，其包括 以下步骤提供包括至少一种MPI示踪剂的生物相容产品、将包括至少一种MPI示踪剂的生 物相容产品导入靶部位，以及通过磁性粒子成像检测信号。在本发明的另一方面中，提供了一种包括至少一种MPI示踪剂的人造组织构造。在本发明的另一方面中，还提供了一种包括至少一种MPI示踪剂的微载体。在本发明的另一方面中，还提供了一种包括至少一种MPI示踪剂的移植物。在本发明的另一方面中，药用可接受的外壳围绕所述至少一种MPI示踪剂。本文所使用的术语“生物相容产品”指的是不会在生物系统引起有毒或有害作用 的人造产品。本文所使用的术语“支架”表示具有延伸的重复结构的材料，其形成框架或基质， 可以向该框架或基质上面和内部导入附加的成分，从而为材料赋予附加的特征。本文所使用的术语“可生物降解的”指的是能够由活性有机体吸收或降解的材料。本文所使用的术语“微载体”指的是用于支持细胞培养或作为药物给送系统的刚 性或半刚性、任选多孔的粒子材料。本文所使用的术语“微容器”指的是适于支持细胞培养的刚性或半刚性、任选多孔 的材料，其中，在诸如细胞处理或细胞给送的应用期间可以在至少一定时间内将细胞与环 境屏蔽开。对于本发明而言，将术语“靶部位”限定为位置，生物相容产品应当在此位置施加 其作用，例如替换受损组织。靶部位可以包括活体外的位置，例如在皮氏(Petri)培养皿 中，或活体内的位置，例如在活性有机体中。本文所使用的术语“移植物”指的是出于修复、治疗、诊断或试验的目的插入或植 入活性有机体中的对象或材料。本文所使用的术语“MPI示踪剂”指的是可以用于例如在DE 10151778中描述的磁 性粒子成像(MPI)方法中的粒子材料。在本发明的上下文中，“药用可接受的外壳”是覆盖MPI示踪剂内核的一层物质或 物质混合物，从而使得为患者施用MPI示踪剂时不会出现威胁生命的副作用。参考下文所描述的实施例，本发明的这些和其他方面将显而易见并得以阐述。
具体实施例方式根据本发明的一个实施例，提供一种包括至少一种磁性粒子成像(MPI)示踪剂的 生物相容产品。已经发现，利用例如在DE 10151778中描述的磁性粒子成像(MPI)技术能 够获得增强的或较好的信噪比。在这种方法中，产生具有磁场强度的空间分布的磁场，从而在检查区域中形成具有较低磁场强度的第一子区和具有较高磁场强度的第二子区，其中， 已经将磁性粒子导入检查区域中。随后偏移在检查区域中的子区空间中的位置，从而局部 地改变对检查区域中粒子的磁化。记录取决于检查区域中的磁化的信号，并通过提取关于 检查区域中磁性粒子的空间分布的信息，能够建立其图像。由此，这种方法提供了以高空间 分辨率进行非侵入成像的可能性。根据本发明的另一实施例，提供了一种用于视觉监测生物相容产品的方法，其包 括以下步骤提供包括至少一种MPI示踪剂的生物相容产品、将包括至少一种MPI示踪剂的 生物相容产品导入靶部位，以及通过磁性粒子成像检测信号。在一个实施例中，生物相容产品适于被导入到活性有机体中。活性有机体可以是 微生物、植物或哺乳动物，例如人、猴、狗、猫、小鼠、大鼠、牛、马、猪、山羊或绵羊。可以由不会在生物系统中引起有毒或有害作用的任何材料制造本发明的生物相 容产品。优选地，使用这样的材料，即，对于相应生物相容产品而言是标准或常规使用的材 料。范例包括合成和天然聚合物、贵金属、钛和其他金属、瓷料、氧化铝和其他陶瓷。根据一个实施例，生物相容产品至少可以部分地生物降解。代表性的可生物降解的有机材料可以包括天然或合成聚合物，例如胶原、纤维素、 硅酮、聚(α酯)(诸如聚(乳酸)、聚(羟基乙酸)、聚原酸酯或酸酐)。在示范性实施例 中，可生物降解的材料包括水凝胶。可以将水凝胶制成在较宽的降解时间范围内可生物降 解，这例如在组织工程学、细胞治疗应用或药用活化剂的受控释放中是有用的。可生物降解的无机材料的范例为金属或基于镁或锌中的至少一种的合金，或包括 Mg、Ca、Fe、Zn、Al、W、Ln、Si或Y中的至少一种的合金。适当的材料还有例如碱土金属氧 化物或氢氧化物，诸如氧化镁、氢氧化镁、氧化钙和氢氧化钙或其混合物。在本发明的示范 性实施例中，生物相容产品还可以包括无机合成物或有机合成物或混合式无机/有机合成 物。在一个实施例中，生物相容产品为人造组织构造。人造组织构造例如可以是提供 支撑性框架的支架，该框架允许细胞粘附于其上面并生长到上面。典型地，可以将支架放入 受损的组织区域中，以便诱发来自周围健康组织的细胞的生长，从而修复受损组织。在示范 性实施例中，支架具有互连孔的三维结构，以允许细胞附着。适于人造组织构造的合成聚合物范例包括，例如聚(聚氨酯)、聚(硅氧烷)或硅 酮、聚(乙烯)、聚(乙烯基吡咯烷酮)、聚(甲基丙烯酸2-羟基乙酯)、聚(N-乙烯基吡咯 烷酮)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(乙烯醇)(PVA)、聚(丙烯酸)、聚(乙酸乙烯酯)、聚丙 烯酰胺、聚(乙烯-共-乙酸乙烯酯)、聚(乙二醇)、聚(甲基丙烯酸)、聚乳酸(PLA)、聚羟 基乙酸(PGA)、聚(丙交酯-共-乙交酯)(PLGA)、尼龙、聚酰胺、聚酸酐、聚(乙烯-共-乙 烯醇)(EVOH)、聚己内酯、聚(乙酸乙烯酯)、聚乙烯醇(polyvinylhydroxide)、聚(环氧乙 烷)(PEO)和聚原酸酯或其任意组合。用于人造组织构造的常用合成可生物降解材料为聚乳酸(PLA)，这是一种能够在 人体内降解形成乳酸的聚酯，是能够容易地从体内去除的天然产生的化学物质。类似的材 料是聚羟基乙酸(PGA)和聚已酸丙酯(PCL)，其具有类似于PLA的降解机制的降解机制，但 与PLA相比分别表现出更快和更慢的降解速率。人造组织构造还可以由天然材料(例如诸 如胶原或血纤维蛋白的蛋白质材料)和聚糖材料(如壳多糖或糖胺聚糖(GAG))制造。此外，人造组织构造可以包括脱细胞基质，即诸如已经通过人工方法从中去除了细胞和组织 成分，留下完好的非细胞组成的基底结构的器官或其部分的生物结构。脱细胞基质可以是 刚性的、或半刚性的，具有改变其形状的能力。在另一实施例中，生物相容产品是微载体。微载体可以是实心的，从而例如允许细 胞仅粘附到表面，或者是多孔的，从而例如便于在内部俘获细胞。微载体可以具有球形、非 球形或不规则的形状。适当微载体的范例可以包括微球体、脂质体和纳米粒子。在示范性 实施例中，微载体为球形，尺寸为1到300μπι。在另一示范性实施例中，微载体具有互连孔 的三维结构，以便增大细胞可以在其上生长的可用表面面积。在又一示范性实施例中，微载 体包括功能性多层结构。备选地或此外，可以在微载体中俘获生物活性剂并可以在活性有 机体中将其释放。活化剂的释放可以立即发生或在活体外或活体内以受控的方式发生。微载体可以由无机或有机材料制造。适当的无机材料可以包括，例如磷酸钙、碳 酸钙、硫酸钙、玻璃、羟基磷灰石、生物陶瓷或这些材料的组合。有机材料可以包括，例如生 物聚合物(诸如胶原、凝胶、几丁质、壳多糖或壳多糖衍生物、纤维蛋白、右旋糖苷、琼脂糖 或藻酸钙)、组织粒子(诸如骨骼或去除矿物质的骨骼、软骨、腱、韧带、筋膜、肠黏膜或其他 结缔组织)或这些材料经化学修改的衍生物。有机材料还可以包括合成聚合材料，例如聚 乳酸、聚羟基乙酸、聚己内酯、聚碳酸酯、聚酯酰胺、聚酸酐、聚(氨基酸)、聚原酸酯、聚乙酰 (polyacetyls)、聚丙烯酸酯、聚氰基丙烯酸酯、聚醚酯、聚(二氧环己酮)、聚(亚烷基烷基 化物)、聚乙二醇和聚原酸酯的共聚物、聚氨酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚氟乙烯、聚(乙烯 基咪唑)、氯磺酸酯聚烯烃、聚环氧乙烷或多肽以及其混合物和共聚物。Hermink等人描述 了制造基于交联右旋糖酐的微球体的范例(Biomacromolecules 2006，7，1983-2990，以及 Journal of controlled Release 2007，122 (1)，71—78)。在另一实施例中，生物相容产品是微容器。微容器可以允许细胞附着并能够在应 用(例如细胞处理或细胞给送)期间至少在一定时间内将细胞与环境屏蔽开。微容器可以 是平面、二维的对象(“薄片”)，其中，这种对象包括刚性或半刚性、任选多孔的材料，通过 施加外部刺激，例如加热、改变PH值或暴露于电磁波时，所述材料从平面状态转变成卷起 状态。薄片的形状可以类似于例如正方形、矩形或平行四边形。同样地，薄片也可以具有圆 形、椭圆、类梯形、六边形、多边形或三角形形状。薄片的典型尺度处于细胞尺度的量级或比 其稍大，例如此类薄片的尺寸或长度为ΙΟμπι到100mm。薄片的厚度例如可以为IOOnm到 1mm。卷起状态可以包括例如两层、三层、多层或梯度结构。例如，卷起状态包括至少部分多 层的圆柱或仅大体闭合的圆柱体。优选地，细胞仅存在于薄片上，而不存在于薄片间的基底 上。然而，还可能希望细胞存在于薄片之间的间质中。可以通过控制薄片的卷起状态和平 面状态之间的转变使细胞在活性有机体内部的释放以受控方式发生。微容器可以由可生物降解且生物相容的材料制造。例如，水凝胶材料可能是适当 的。典型的水凝胶材料可以包括，例如聚(甲基)丙烯酸材料、置换的乙烯基材料或其混合 物，以及环氧化物、环氧丙烷或硫醇。其他适当材料包括，例如聚(羟基乙酸)、聚(乳酸) 及其共聚物和衍生物。可以采用的其他材料可以包括，例如藻酸盐、透明质酸、壳多糖、胶 原、凝胶、丝或其组合。在另一实施例中，生物相容产品为移植物。移植物的范例可以包括，例如血管内置 支架、腔内内置支架、诸如冠状动脉支架或周边支架的支架、手术、牙科或整形外科移植物、可植入整形外科固定辅助设备、整形外科骨骼修补物或关节修补物、人造心脏或其部分、人 造心脏瓣膜、心脏起搏器外壳或电极、皮下和/或肌内移植物、可植入药物给送装置、微芯 片、或可植入手术针、螺丝、钉子、夹子或卡钉，或籽晶移植物等。典型地，移植物由固体材料 制成，固体材料为聚合物、陶瓷或金属。为了能够给送药物，还可以利用多孔表面或使用多 孔材料制备移植物，其中，药物可以包含在孔隙系统中以进行活体内释放。可以将任何适当的移植物材料用于本发明的移植物的制造。例如，可以用金属 或金属合金制造移植物，例如从以下材料中选定的金属元素周期表的主族金属、过渡金 属(诸如铜、金和银、钛、锆、铪、钒、铌、钽、铬、钼、钨、锰、铼、铁、钴、镍、钌、铑、钯、锇、铱或 钼)或稀土金属。材料还可以由有机材料制造，例如热固性或热塑性聚合物、合成橡胶、可 压制聚合物、注射成型聚合物、可成型聚合物、可纺织、可编制和可针织聚合物、低聚物或其 预聚合形式或混合物。适当的聚合物包括，例如同质聚合物、共聚物、聚(甲基)丙烯酸酯 的预聚合形式和/或低聚物、不饱和聚酯、饱和聚酯、聚烯烃，如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯，醇 酸树脂、环氧聚合物或树脂、苯氧基聚合物或树脂、酚醛聚合物或树脂、聚酰胺、聚酰亚胺、 聚醚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚酯酰亚胺、聚酯酰胺酰亚胺、聚氨酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、多 酚、聚乙烯基酯、聚硅酮、聚缩醛、纤维素乙酸酯、聚氯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚砜、 聚苯砜、聚醚砜、聚酮、聚醚酮、聚苯并咪唑、聚苯并噁唑、聚苯并噻唑、多氟烃、聚苯醚、聚芳 酯、氰酰酯_聚合物，及其混合物。磁性粒子成像(MPI)允许对磁性粒子，即MPI示踪剂进行直接3D成像。在本发明 的上下文中，术语“磁性粒子”还指代“可磁化粒子”。通过测量由导入检查区域的MPI示踪 剂产生的磁场来生成空间图像。例如，在DE 10151778或US 2006/0210986中公开了磁性 粒子成像方法。如所述文献中的描述，已经发现可以在检查区域中确定磁性粒子空间分布 的变化，其中，检查区域可以存在于活组织或活性有机体中，诸如微生物、植物或哺乳动物。 例如，可以将磁性粒子空间分布的变化与局部浓度、压力、切变、粘滞度、温度和/或局部PH 值相关联。此外，在不同种类的组织中粒子富集到不同程度。这种作用通过使此类粒子的 分布可视化而实现所谓的“分子成像”，并可以用于例如监测组织的发展、重塑或降解。例如，在WO 2004/091397、US 2007/0036729、DE 10151778 或 DE 10238853 中描 述了适于本发明实施例的MPI示踪剂。MPI示踪剂可以具有适当的尺寸与形状。在示范性 实施例中，设计MPI示踪剂的尺度，使得其中仅能够形成单个磁畴(单畴)，且没有空白区 域。根据本发明的一种变型，适当的粒子尺寸处于从5nm到大约5000nm、10到800nm或20 到50nm的范围。典型地，上限值取决于所用的材料。对于本发明的实施例，必要的先决条件是粒子是生物相容的。MPI示踪剂的适当材 料可以包括磁铁矿(Fe3O4)、磁赤铁矿(Y-Fe2O3)和/或非化学计量的氧化铁或其混合物。 此外，可以向氧化铁加入其他金属氧化物，所述金属氧化物优选是从镁、锌和钴中选定的。 可以以高达全部的20%的比例向氧化铁中添加这些其他的金属氧化物。此外，可以包含小 于5%的量，优选小于量的锰、镍、铜、钡、锶、铬、镧、钆、铕、镝、钬、镱和钐。然而，可以使 用任何其他适当的磁性或可磁化材料。通过封装磁性材料可以进一步改善或改进MPI示踪剂的生物相容性。在一个实施 例中，可以由药用可接受外壳围绕至少一种MPI示踪剂。在示范性实施例中，制造药用可接 受外壳的物质或物质混合物是可生物降解的，并且例如，可以分裂成可由活性有机体使用和/或移除的小单元。在例如US5492814或US 2007/0036729的现有技术中描述了多种这 样的物质和制备它们的方法。药用可接受外壳可以包括，例如合成聚合物或共聚物、淀粉、 右旋糖酐、环右旋糖酐、脂肪酸、聚糖、卵磷脂、单、双或三酸甘油酯、蛋白质或多肽或其混合 物。在一个实施例中，由药用可接受外壳围绕的至少一种MPI示踪剂还包括至少一种 在外壳表面上不动的配位体。这可以显著增加与生物相容材料的亲合力或特异性，其中， MPI示踪剂并入或粘附到生物相容材料中。例如，可以将例如右旋糖酐的聚糖或例如聚乙烯 醇的聚合物用作配位体。在本发明的另一实施例中，至少一种MPI示踪剂可以包括无磁性的核和诸如上述 磁性材料构成的涂层。在示范性实施例中，无磁性的核可以包括生理学上可以接受的天然 材料，例如二氧化硅或乳胶。包括至少一种MPI示踪剂的生物相容材料可以使用现有技术中已知的任何适当 方法来合成。可适用方法的范例是纳米纤维自组装、诸如湿纺或干纺方法、电纺、针织或编 织的纺织技术，以及溶剂浇铸或乳化/凝固干燥。备选地或此外，以适当方式，将适当的散 装材料在模制或形成前后通过折叠、压花、打孔、冲压、挤压、集聚、注射成型等加以构造。纺织技术可以包括已经成功用于制备不同聚合物的无纺网孔的所有方式。例如， 参考电纺的过程，其涉及到在包括至少一种聚合物的液体表面产生电场。所得的电力产生 承载电荷的喷射的液体。可以将喷射的液体吸引到在适当电势处的其他带电对象，并且随 着喷射的液体延长和移动，它将会硬化和干燥。可以在US 2006/0204445中找到利用电纺 制造多孔材料的若干范例，这些多孔材料例如适于作为人造组织构造。在一个实施例中，至少一种MPI示踪剂被并入生物相容产品中。例如，可以将至少 一种MPI示踪剂嵌入、俘获或卷入生物相容产品内或包含在其腔、外壳、包涵体或囊袋内。 可以通过与制造生物相容产品的对应方法中采用的起始材料混合、掺合或熔合来将至少一 种MPI示踪剂并入生物相容产品中。备选地，例如，随后通过将生物相容产品浸入包含至少 一种MPI示踪剂的散装材料中，为生物相容产品加载至少一种MPI示踪剂。在一个实施例中，至少一种MPI示踪剂粘附到生物相容产品的表面。例如，可以将 至少一种MPI示踪剂结合到生物相容产品的特定部位。在示范性实施例中，可以将MPI示 踪剂吸附到生物相容产品的表面。在另一示范性实施例中，可以在至少一种MPI示踪剂的 药用可接受外壳上固定不动的至少一个配位体和生物相容产品表面上的官能团之间形成 共价键。在一个实施例中，将至少一种MPI示踪剂用于通过磁性粒子成像对生物相容产品 进行视觉监测。在示范性实施例中，将至少一种MPI示踪剂用于监测人造组织构造的发展、 重塑和降解。例如，可以将磁性粒子成像(MPI)用于量化示踪剂的局部浓度。发明人不希望 束缚于任何理论，相信生物降解和重塑导致“烧蚀”，即MPI示踪剂的去除，这可以通过MPI 信号随着时间减弱来监测。重塑还可以导致3D图像结构自身的改变。可以在活体外或活 体内执行监测。例如，可以监测血管和组织器官构造。在另一个示范性实施例中，利用磁性粒子成像对已经利用至少一种MPI示踪剂功 能化或混合的移植物进行可视化。在另一个实施例中，将至少一种MPI示踪剂用于物质给送的跟踪和监测。在示范性实施例中，将至少一种MPI示踪剂用于利用加载有活化剂的微载体对活化剂的靶向给送 进行可视化。在另一示范性实施例中，将至少一种MPI示踪剂用于利用加载有组织工程学 材料的微载体监测组织构造。用于组织工程学的适当治疗剂或材料例如是细胞、生物医学 物质或医药制品。在又一实施例中，将至少一种MPI示踪剂用于利用加载有细胞的微容器 对细胞的靶向给送进行可视化。尽管已经相对于本发明的具体实施例详细描述了本发明，但应当指出，上述实施 例应被视为例示性或示范性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。通过研究公 开内容和所附权利要求，本领域的技术人员在实践所主张的发明的过程中能够理解并实施 针对所公开的实施例的变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，不定冠 词“一”或“一个”不排除多个元件或步骤。在下文中，通过举例说明本发明。然而，这个范 例决不意在限制本发明的范围，而是用于通过其示范性实施例之一来例示本发明。范例范例1-包含MPI示踪剂的可降解支架的制造将45wt. 的胶原I、15wt. 的弹性蛋白和40wt. 的聚(乳酸/甘醇酸共聚 物)(PLGA)与尺寸大约为30nm的氧化铁磁性纳米粒子混合。将该溶质以10w/v% (lOOmg/ ml)的总浓度溶解于1，1，1，3，3，3-六氟代-2-丙醇中。将所获得的溶液进行电纺。获得高 孔隙度的支架。可以向溶液添加高分子量PLGA以提高支架的机械强度。支架的典型厚度 为1mm，横向尺寸为几厘米。范例2-包含MPI示踪剂的双层微容器的制造以3000RPM在30秒时间内在玻璃基底(经过10分钟的UV-臭氧处理)上旋转涂 敷具有0. 引发剂(Irgacure 651)和1 10的引发剂抑制剂(4-甲氧基苯酚)的 Ebecryl 1810。随后，将基底置于两个掩模之下，一个掩模为正方形，一个掩模为条形，并在 具有滤波器的UV-装置UV-2中辐照1秒。在利用异丙醇冲洗之后，获得图案。随后，将具有图案化Ebecryl层的玻璃板用作两个基底之一，以制作由两个平面 平行基底形成的小室。图案化的Ebecryl层置于小室内部。利用50 μ m厚的带作为间隔 体将小室的间距设置为50 μ m,并通过毛细力利用反应混合物填充小室，反应混合物包括在 50/50wt. 水/甲醇中与尺寸约为30nm的氧化铁磁性纳米粒子混合的50wt.-% η-异 丙基丙稀酰胺(NIPAA) (Imol %双-乙烯基甘油二丙烯酸酯(DEGDA))。将小室置于荫罩 (shadow mask)(正方形特征)下方并利用UV-光辐照4分钟。在辐照后，通过移除顶部基 底来打开小室并用水清洗。然后，将包含形成薄片的聚合合成物元件的底部基底放在室温 下的水浴中。在室温下，PNIPAA水凝胶在水中表现出很强的膨胀，并且结果，从基底释放出 图案化的薄片并且图案化的薄片在垂直于Ebecryl 1810条纹的方向上卷起的。在将水浴 加热到33°C以上时，PNIPAA水凝胶萎限(PNIPAA的LCST为33°C )并且水凝胶层收缩。结 果，在将水浴加热到33°C以上时双层被铺开。
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权利要求
一种生物相容产品，包括至少一种磁性粒子成像(MPI)示踪剂。
2.如权利要求1所述的生物相容产品，其中，所述生物相容产品是人造组织构造。
3.如权利要求1所述的生物相容产品，其中，所述生物相容产品是微载体或微容器。
4.如权利要求1所述的生物相容产品，其中，所述生物相容产品是移植物。
5.如前述权利要求中的任一项所述的生物相容产品，其中，所述至少一种MPI示踪剂 被并入所述生物相容产品中。
6.如前述权利要求中的任一项所述的生物相容产品，其中，所述至少一种MPI示踪剂 被粘附到所述生物相容产品的表面。
7.如前述权利要求中的任一项所述的生物相容产品，其中，所述至少一种MPI示踪剂 被药用可接受的外壳围绕。
8.如权利要求7所述的生物相容产品，其中，由药用可接受的外壳围绕的所述至少一 种MPI示踪剂还包括至少一种在所述外壳的表面上固定不动的配位体。
9.如前述权利要求中的任一项所述的生物相容产品，其中，所述至少一种MPI示踪剂 的粒子尺寸介于5和5000nm之间，优选介于20和50nm之间。
10.一种用于对如前述权利要求中的任一项所述的生物相容产品进行视觉监测的方 法，包括提供包括所述至少一种MPI示踪剂的生物相容产品；将包括所述至少一种MPI示踪剂的所述生物相容产品导入靶部位；以及通过磁性粒子成像检测由所述至少一种MPI示踪剂产生的信号。
11.如权利要求10所述的方法，其中，检测信号的所述步骤包括以下步骤定位所述信号；对所述信号进行量化；以及评价针对所述生物相容产品所获得的所述磁性粒子成像数据。
12.将MPI示踪剂用于利用磁性粒子成像对如前述权利要求中的任一项所述的生物相 容产品进行视觉监测。
全文摘要
本发明涉及用于生物相容产品的非侵入成像的材料和方法。提供了生物相容产品，可以利用磁性粒子成像方法在活体内或活体外对其进行可视化。发现可以将这些材料用于监测生物相容产品的发展、重塑或降解。在另一方面中，本发明的产品使得物质给送跟踪成为可能并可以用于对活化剂的靶向给送进行可视化。
文档编号A61L27/50GK101980730SQ200980111596
公开日2011年2月23日 申请日期2009年3月26日 优先权日2008年4月3日
发明者D·马尔科夫, H·M·B·伯芬 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司
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