專利名稱：遠(yuǎn)程檢測(cè)nmr活性顆粒的遙測(cè)術(shù)的制作方法
遠(yuǎn)程檢測(cè)NMR活性顆粒的遙測(cè)術(shù)本申請(qǐng)案主張優(yōu)先于在2008年1月10日申請(qǐng)的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)案第 61/020, 248號(hào)，其是以引用方式并入本文中。政府資金本文所述工作屬于由國(guó)立衛(wèi)生研究院(National Institutes of Health)授予的 第R01CA124427-02、U54CA119335、和5U54CA119349-03項(xiàng)美國(guó)政府資金和國(guó)家科學(xué)基金會(huì) (National Science Foundation)授予的第DMR-0213805項(xiàng)美國(guó)政府資金支持的研究計(jì)劃 的一部分。美國(guó)政府對(duì)這些發(fā)明擁有一定的權(quán)利。
背景技術(shù)：
核磁共振(NMR)是與原子核的自旋角動(dòng)量相關(guān)的物理現(xiàn)象，并且當(dāng)前用于多種醫(yī) 療和科學(xué)診斷測(cè)量中。磁共振成像(MRI)是基于NMR的技術(shù)，其已成為觀察有機(jī)體和材料的 內(nèi)部結(jié)構(gòu)的有效非侵入性診斷技術(shù)。磁共振波譜是另一種基于NMR的技術(shù)，其可為地質(zhì)學(xué)、 生物學(xué)、生物化學(xué)和有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域提供關(guān)于地質(zhì)樣品、細(xì)胞、蛋白質(zhì)和復(fù)雜分子結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 和/或組成的細(xì)節(jié)?；贜MR的各種類型的遠(yuǎn)程檢測(cè)測(cè)量已應(yīng)用于異質(zhì)混合物的波譜和成像分析、化 學(xué)分析、地質(zhì)勘測(cè)和磁共振波譜領(lǐng)域。然而，這些應(yīng)用中所檢測(cè)的NMR信號(hào)通常品質(zhì)較低并 且需要較長(zhǎng)數(shù)據(jù)采集時(shí)間。此外，基于NMR測(cè)量的習(xí)用成像技術(shù)提供較低空間分辨率。例 如，獲取單次掃描值所需的時(shí)間通常為數(shù)十分鐘，并且磁共振圖像的體素大小一般大于10毫升。在某些方法中，超順磁性顆粒已與MRI協(xié)同用于在凝聚分析中實(shí)施體內(nèi)遙測(cè)術(shù)， 其中源自水分子的質(zhì)子信號(hào)的相干時(shí)間或自旋_自旋馳豫時(shí)間T2主要取決于超順磁性顆 粒的凝聚。水分子附近的超順磁性顆粒通過(guò)影響局部磁場(chǎng)來(lái)影響并改變其T2信號(hào)。對(duì)于 這些測(cè)量來(lái)說(shuō)，將填充有水與超順磁性顆粒的混合物的半透性微隔室植入個(gè)體中。此需要 空間選擇性磁共振激發(fā)來(lái)測(cè)量受限體積中的T2馳豫率，其耗時(shí)并且難于實(shí)施。另外，需要 對(duì)磁場(chǎng)分布進(jìn)行高水平控制。波譜和凝聚NMR技術(shù)中存在另一困難。由于兩種測(cè)量都能檢測(cè)到來(lái)自天然原子物 質(zhì)的質(zhì)子信號(hào)，因此其靈敏度都受到大量源自所檢查區(qū)域本身所具有的NMR背景信號(hào)的影 響。此背景信號(hào)使所記錄數(shù)據(jù)的品質(zhì)降格。

發(fā)明內(nèi)容
本文所揭示的本發(fā)明實(shí)施例包括用于核磁共振的遙測(cè)方法，其可用于遠(yuǎn)程確定系 統(tǒng)是否表現(xiàn)特定特征。在各實(shí)施例中，將NMR活性顆粒引入進(jìn)行NMR測(cè)量的系統(tǒng)中。對(duì)系 統(tǒng)實(shí)施NMR激發(fā)并且使用NMR裝置來(lái)檢測(cè)得自NMR活性顆粒的核磁共振信號(hào)并加以分析。 對(duì)所檢測(cè)信號(hào)的分析可確定系統(tǒng)是否表現(xiàn)特定特征。在各方面中，用于核磁共振的遙測(cè)方法包含提供NMR活性顆粒，所述顆粒在實(shí)質(zhì)上不含任何源自進(jìn)行NMR測(cè)量的系統(tǒng)的NMR信號(hào)的波譜區(qū)中具有NMR共振峰。NMR活性顆 粒的粒徑可較小(例如亞毫米級(jí)、亞微米級(jí)、納米級(jí))，并且用作顯像劑。遙測(cè)方法可另外包 含將NMR活性顆粒引入系統(tǒng)中，并檢測(cè)NMR活性顆粒共振峰的位移。在某些實(shí)施例中，所述 方法另外包含通過(guò)動(dòng)態(tài)核極化來(lái)增強(qiáng)源自NMR活性顆粒的核磁共振信號(hào)，其中動(dòng)態(tài)核極化 是在原位或異位進(jìn)行。在其它實(shí)施例中，遙測(cè)方法另外包含將濃度與所檢測(cè)共振峰的位移 相關(guān)聯(lián)。本發(fā)明實(shí)施例也包括用于核磁共振分析的遙測(cè)方法。所述方法可包含以下步驟 提供NMR活性顆粒，所述顆粒在實(shí)質(zhì)上不含任何源自分析系統(tǒng)中其它組份的NMR信號(hào)的波 譜區(qū)中具有NMR共振峰；將NMR活性顆粒引入分析系統(tǒng)中；將分析物引入分析系統(tǒng)中；和檢 測(cè)NMR活性顆粒的共振峰的位移。分析用遙測(cè)方法可另外包含將分析物的濃度與所檢測(cè)共 振峰的位移相關(guān)聯(lián)。在某些實(shí)施例中，所述方法另外包含通過(guò)動(dòng)態(tài)核極化增強(qiáng)源自NMR活 性顆粒的核磁共振信號(hào)，其中動(dòng)態(tài)核極化是在原位或異位進(jìn)行。在某些實(shí)施例中，用于核磁共振的遙測(cè)方法包含提供NMR活性顆粒，所述顆粒在 實(shí)質(zhì)上不含任何源自系統(tǒng)內(nèi)其它組份的NMR信號(hào)的波譜區(qū)中具有NMR共振峰；將NMR活性 顆粒引入系統(tǒng)中；和檢測(cè)或測(cè)量NMR活性顆粒所提供信號(hào)的一或多個(gè)特征或方面和/或其 變化。此遙測(cè)方法的一實(shí)施例可另外包含根據(jù)所檢測(cè)一或多個(gè)方面和/或其變化的數(shù)據(jù)來(lái) 形成圖像。此遙測(cè)方法的一實(shí)施例可另外包含通過(guò)所檢測(cè)一或多個(gè)不同方面和/或其變化 的數(shù)據(jù)來(lái)衡量所形成圖像或?qū)⑺纬蓤D像與所述數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，例如通過(guò)代表NMR顆粒共振 頻率的頻率變化的數(shù)據(jù)來(lái)衡量根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度形成的圖像。在某些實(shí)施例中，NMR活性顆粒經(jīng)化學(xué)官能化。在某些實(shí)施例中，NMR活性顆粒已 進(jìn)行同位素富集或同位素貧化。在各方面中，NMR活性顆粒的共振峰的信號(hào)強(qiáng)度是背景NMR 信號(hào)水平的約2倍，是背景NMR信號(hào)水平的約5倍，是背景NMR信號(hào)水平的約10倍，并且在 某些實(shí)施例中是背景NMR信號(hào)水平的約20倍。在某些實(shí)施例中，遙測(cè)方法是使用空間分辨測(cè)量技術(shù)來(lái)實(shí)施。例如，可使用磁場(chǎng)梯 度以使得可使用空間分辨測(cè)量技術(shù)來(lái)實(shí)施對(duì)共振峰的位移或共振峰強(qiáng)度變化的檢測(cè)。在各 方面中，空間分辨率介于約5毫升與約10毫升之間，介于約2. 5毫升與約5毫升之間，并且 在某些情形下介于約1毫升與約2. 5毫升之間。在某些實(shí)施例中，在實(shí)施遙測(cè)方法時(shí)不使 用空間分辨測(cè)量技術(shù)。在各實(shí)施例中，檢測(cè)共振峰的位移的NMR測(cè)量耗時(shí)介于約10分鐘與約20分鐘之 間，介于約5分鐘與約10分鐘之間，介于約2. 5分鐘與約5分鐘之間，并且在某些實(shí)施例中 介于約1分鐘與約2. 5分鐘之間。可結(jié)合附圖根據(jù)下述說(shuō)明更全面地理解本教示內(nèi)容的上述和其它方面、實(shí)施例和 特征。本申請(qǐng)案中引用的所有文獻(xiàn)和類似材料包括(但不限于)專利、專利申請(qǐng)案、文章、 書籍、論文、和網(wǎng)頁(yè)，不管所述文獻(xiàn)和類似材料是何種形式，其都是全文以引用方式明確并 入本文中。


所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，本文所示圖表僅用于說(shuō)明目的。應(yīng)理解，在某些情形下 本發(fā)明的各方面可以夸張或放大方式來(lái)顯示，以幫助理解本發(fā)明。在圖中，所有各圖中的相同參考字符一般是指相同的特征、功能上類似和/或結(jié)構(gòu)上類似的元件。附圖不一定符合 比例，而重點(diǎn)在于闡釋本教示內(nèi)容的原理。附圖并不意欲以任何方式限制本發(fā)明的范圍。圖1展示基本一致的核磁矩110的運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)和靜磁場(chǎng)去。磁矩旋進(jìn)并執(zhí)行回轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng)，軌跡為路徑120。圖2A展示磁矩110隨機(jī)定向的原子或分子210的集合。圖2B展示已通過(guò)磁場(chǎng)極化的原子或分子的集合。一部分原子220的磁矩定向在 優(yōu)選方向上。圖3是NMR活性顆粒和可引入所述顆粒的系統(tǒng)的NMR波譜的圖示。在某些實(shí)施例 中，系統(tǒng)波譜301在NMR活性顆粒的譜峰350附近實(shí)質(zhì)上不表現(xiàn)共振峰或信號(hào)。圖4A繪示具有官能化表面的顆粒410和靶向成份450。顆粒表面上的靶向配體 420與定位于靶向成份上的受體460結(jié)合。圖4B展示已結(jié)合NMR活性顆粒/靶向成份對(duì)。圖4C-4D繪示包括囊封外殼480的官能化NMR活性顆粒。圖5A是NMR活性顆粒的譜峰的圖示。例如，共振峰510可對(duì)應(yīng)于未結(jié)合顆粒410 的磁共振激發(fā)頻率ωρ附近的NMR信號(hào)強(qiáng)度，例如如圖4Α中所繪示。圖5Β是繪示圖5Α中NMR波譜特征可在顆粒與靶向成份結(jié)合時(shí)發(fā)生的變化的圖 示，例如如圖4Β中所繪示。圖6繪示結(jié)合兩種類型的顆粒的靶向成份650的凝聚。NMR活性顆粒410在激發(fā) 時(shí)提供NMR信號(hào)，并且順磁性或超順磁性顆粒610可緊密結(jié)合在NMR活性顆粒附近時(shí)改變 NMR信號(hào)。圖7Α-7Β繪示使用NMR活性顆粒的NMR遙測(cè)方法的實(shí)施例。圖8展示若干個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化NMR信號(hào)振幅對(duì)具有不同平均粒徑的NMR活性顆粒的頻率 的曲線。數(shù)據(jù)已位移至零頻率。根據(jù)下文所述實(shí)施方式并結(jié)合附圖可更多地了解本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式概括來(lái)說(shuō)，本發(fā)明用于核磁共振的遙測(cè)方法采用可引入系統(tǒng)中的NMR活性顆粒。 顆粒內(nèi)至少某些原子具有非零核自旋?？蓪⑦@些NMR活性顆粒直接納入系統(tǒng)中以在通過(guò)外 加激發(fā)場(chǎng)探測(cè)時(shí)提供NMR信號(hào)。所得NMR信號(hào)可通過(guò)電子儀器來(lái)檢測(cè)并且可診斷系統(tǒng)的情 況、結(jié)構(gòu)或組成。在某些實(shí)施例中，NMR活性顆粒經(jīng)化學(xué)官能化。作為一實(shí)例，可使顆粒表面官能化 以在系統(tǒng)內(nèi)誘導(dǎo)顆粒附接至靶向成份。本文所用術(shù)語(yǔ)“顆?！焙wNMR活性材料的小顆粒。粒徑可為亞毫米級(jí)、亞微米級(jí) 和納米級(jí)。本文所用術(shù)語(yǔ)“系統(tǒng)”涵蓋生物或非生物性樣品、試樣或個(gè)體。本文所用術(shù)語(yǔ) “靶向成份”包括(但不限于)化學(xué)元素、分子、蛋白質(zhì)、分析物、礦物組成物、物質(zhì)的某些組 成物、巖石或礦石的特定礦物組成物、DNA、細(xì)胞、抗原、病毒、和細(xì)菌。圖1繪示單原子核磁矩110在置于外加靜磁場(chǎng)應(yīng)130中時(shí)的運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)100。一 般來(lái)說(shuō)，在原子具有非零核自旋并置于磁場(chǎng)中時(shí)，原子的磁矩110圍繞與磁場(chǎng)基本對(duì)齊的軸以回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方式旋進(jìn)。如實(shí)例中所示，磁矩110繞Z軸移動(dòng)，軌跡為箭頭125所指示方向 的路徑120。旋進(jìn)頻率ωρ部分取決于局部磁場(chǎng)(即緊靠原子附近的磁場(chǎng))的強(qiáng)度。在各 實(shí)施例中，局部磁場(chǎng)(即實(shí)質(zhì)上緊靠原子附近的磁場(chǎng))可因局部環(huán)境中存在的材料而不同 于外加磁場(chǎng)130。置于基本均勻的靜磁場(chǎng)中的如圖2Α中所繪示的原子或分子集合210(例如包含顆 粒的集合)傾向于使其磁矩沿外加磁場(chǎng)方向定向。此重定向稱作磁矩的極化。圖2Β展示 原子或分子的極化系綜，例如構(gòu)成顆粒的原子或分子團(tuán)。一部分原子220的磁矩110可在 優(yōu)選方向上重定向，并且所述顆粒呈現(xiàn)凈磁矩。在移除外加磁場(chǎng)時(shí)，原子磁矩的定向會(huì)以稱 作“縱向”馳豫時(shí)間或“自旋晶格”馳豫時(shí)間T1的特征性速率隨機(jī)化。參見圖1，在隨機(jī)化期 間，原子磁矩110的方向會(huì)隨時(shí)間而偏移遠(yuǎn)離路徑120，并且之后可能會(huì)落點(diǎn)在-Z方向上。 原子集合內(nèi)所有磁矩都隨機(jī)化可使集合達(dá)成零凈磁矩，如圖2Α所繪示。在各實(shí)施例中，核 磁共振信號(hào)得自顆粒內(nèi)特定種類的自旋晶格馳豫時(shí)間T1。當(dāng)在基本穩(wěn)定的磁場(chǎng)中極化并維持原子集合的核磁矩時(shí)，可通過(guò)施加經(jīng)調(diào)諧以與 旋進(jìn)頻率ωρ匹配的RF場(chǎng)來(lái)使其旋進(jìn)運(yùn)動(dòng)基本同步。外加磁場(chǎng)傾向于迫使旋進(jìn)磁矩110成 為同步運(yùn)動(dòng)。在移除外加RF場(chǎng)時(shí)，旋進(jìn)磁矩開始彼此發(fā)生異相偏移。此旋進(jìn)運(yùn)動(dòng)移相的速 率稱作“橫向”馳豫時(shí)間或“自旋_自旋”馳豫時(shí)間Τ2。仍然參見圖1，磁矩同步化的原子集 合會(huì)彼此同相表現(xiàn)旋進(jìn)運(yùn)動(dòng)125，120。在各實(shí)施例中，NMR信號(hào)得自顆粒內(nèi)特定種類的自旋-自旋馳豫特性Τ2。在所述技 術(shù)中，可將根據(jù)特定原子或分子種類的旋進(jìn)頻率ωρ調(diào)諧的RF場(chǎng)序列施加至顆粒。在某些 實(shí)施例中，可施加較短持續(xù)時(shí)間的RF場(chǎng)以使磁矩旋進(jìn)同步化。在短暫延遲后，可施加另一 較短持續(xù)時(shí)間的RF場(chǎng)以反轉(zhuǎn)核磁矩的自旋定向。在圖1中，此對(duì)應(yīng)于將磁矩110的定向自 +Z方向變?yōu)?Z方向。自旋反轉(zhuǎn)導(dǎo)致先前移相的磁矩移回在再次同步化時(shí)可產(chǎn)生較大可檢 測(cè)磁脈沖或回聲的相位。此測(cè)量技術(shù)可以是橫向馳豫時(shí)間T2約二分之一的速率重復(fù)多次， 從而在收集NMR數(shù)據(jù)時(shí)提高信噪比。所得NMR信號(hào)的強(qiáng)度和其衰減率可取決于若干個(gè)因素，包括所探測(cè)原子或分子的 類型和其局部環(huán)境。局部材料密度和材料組成的差異可改變T1時(shí)間、T2時(shí)間和區(qū)域間旋進(jìn) 頻率ωρ。可對(duì)這些差異進(jìn)行記錄和標(biāo)繪以圖示說(shuō)明所檢查樣品的結(jié)構(gòu)和/或組成特征。在許多應(yīng)用中，NMR信號(hào)得自主體材料自身。例如，在馳豫時(shí)間的醫(yī)學(xué)成像中，測(cè) 量氫核(H+)的1\或1~2。在某些應(yīng)用中，NMR信號(hào)得自主體材料內(nèi)存在的天然原子、元素、分 子或化合物。盡管在所述實(shí)例中可容易地進(jìn)行測(cè)量，但在某些情形下所得信號(hào)可能不能提 供期望信息。例如，在本發(fā)明實(shí)施例中，NMR基本上仍然不能以可有效且特異性地幫助早期 診斷和疾病管控的適宜方式鑒別可預(yù)示惡性癌腫塊或轉(zhuǎn)移的化學(xué)生物標(biāo)記。另外，得自具 有主體系統(tǒng)自身原子的材料或物質(zhì)的NMR信號(hào)一般會(huì)受主體系統(tǒng)內(nèi)相同物質(zhì)產(chǎn)生的背景 或噪聲NMR信號(hào)水平影響。在本發(fā)明方法的各實(shí)施例中，將NMR活性顆粒提供至或引入欲進(jìn)行NMR測(cè)量的系 統(tǒng)中。由于所述顆粒提供的核磁共振信號(hào)可能會(huì)受系統(tǒng)某些方面的影響，因此所述顆粒應(yīng) 使得可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行診斷性遙測(cè)術(shù)。在某些實(shí)施例中，NMR活性顆粒所提供的NMR信號(hào)定位 于實(shí)質(zhì)上不含任何源自主體系統(tǒng)的NMR信號(hào)的波譜區(qū)，并且可自所述顆粒檢測(cè)實(shí)質(zhì)上不含 背景信號(hào)的NMR信號(hào)。NMR信號(hào)可得自NMR活性顆粒自身，例如定位于一或多個(gè)核磁共振峰的NMR信號(hào)強(qiáng)度和/或頻率。所述信號(hào)可用于系統(tǒng)的NMR波譜分析和/或成像分析。在某 些實(shí)施例中，使用所述信號(hào)來(lái)檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)成份的存在或濃度。在某些NMR測(cè)量中，檢測(cè)共振 峰位置的位移。在某些實(shí)施例中，NMR活性顆粒所提供NMR信號(hào)的品質(zhì)優(yōu)于得自主體系統(tǒng) 自身材料的NMR信號(hào)，并且所耗費(fèi)的NMR測(cè)量時(shí)間可短于習(xí)用NMR測(cè)量技術(shù)。NMR活性顆?？勺远喾N材料來(lái)形成。例如，顆粒可主要包含一或多種以下材料 硅、二氧化硅或碳。顆?？珊性谟猛饧覴F激發(fā)場(chǎng)探測(cè)時(shí)可表現(xiàn)NMR信號(hào)的任何元素、分 子或化合物。在某些實(shí)施例中，顆?？珊写嬗诜肿又械钠谕兀绯蔆aF2形式的氟， 其中期望元素可提供NMR信號(hào)。在某些實(shí)施例中，顆?？珊凶鳛槿毕荽嬖诘钠谕兀?如在金剛石中作為制造缺陷的氮，其中期望元素可提供NMR信號(hào)。在某些實(shí)施例中，NMR活 性顆?？砂趸?，其可經(jīng)金或其它金屬包被或部分包被，其中硅可提供NMR信號(hào)。引入系統(tǒng)中的顆粒尺寸可分布在多個(gè)數(shù)值的范圍內(nèi)或圍繞平均值分布。在某些 實(shí)施例中，引入系統(tǒng)中的顆粒尺寸的數(shù)值范圍介于約50nm與約IOOnm之間、介于約IOOnm 與250nm之間、介于約250nm與約500nm之間、介于約500nm與約1微米之間、介于約1微 米與約5微米之間、介于約5微米與約20微米之間、并且在某些實(shí)施例中介于約20微米與 約100微米之間。在某些實(shí)施例中，引入系統(tǒng)中的NMR活性顆粒集合的平均粒徑是介于約 Inm與約200nm之間、介于約200nm與約1微米之間、和介于約1微米與約200微米之間的 任一值。在某些實(shí)施例中，粒徑分布為數(shù)十納米，或在某些實(shí)施例中為數(shù)百納米。在某些實(shí) 施例中，NMR活性顆粒的平均粒徑Clira為約50nm、約lOOnm、約150nm等，并且粒徑分布d分布 可表示為平均粒徑的百分比，例如約士5%、約士 10%、約士 15%、約士20%、約士25%、約 士30%、約士40%、約士50%、約士60%和約士70%。作為一實(shí)例，引入系統(tǒng)中的NMR活性 顆粒的平均粒徑可為約120nm，并且粒徑分布為約士40%。對(duì)于此一顆粒集合，大部分顆粒 的粒徑介于約70nm與約170Nm之間。此外，NMR活性顆?？删哂虚L(zhǎng)自旋晶格馳豫時(shí)間1\。在各實(shí)施例中，在將顆粒遞送 或引入系統(tǒng)中后很久顆粒仍能提供NMR信號(hào)。在此上下文中，與T1馳豫時(shí)間相關(guān)的長(zhǎng)階段 或長(zhǎng)T1時(shí)間在某些實(shí)施例中是指長(zhǎng)于約5分鐘的階段。在各實(shí)施例中，T1時(shí)間長(zhǎng)于約15 分鐘、長(zhǎng)于約30分鐘、長(zhǎng)于約1小時(shí)、長(zhǎng)于約2小時(shí)、并且在某些實(shí)施例中長(zhǎng)于約3小時(shí)。業(yè)內(nèi)有若干種可用于改善NMR顆粒所提供NMR信號(hào)的品質(zhì)的技術(shù)。例如，顆粒的 核磁矩可通過(guò)原位或異位動(dòng)態(tài)核極化來(lái)極化。在各實(shí)施例中，動(dòng)態(tài)核極化使大部分顆粒原 子的核磁矩在優(yōu)選方向上對(duì)齊。此可增加得自顆粒的NMR信號(hào)的量值。動(dòng)態(tài)核極化可包括 采用以下極化機(jī)制中任一種的技術(shù)歐沃豪斯效應(yīng)(Overhauser effect)、固體效應(yīng)、交叉 效應(yīng)和熱混合。在某些實(shí)施例中，通過(guò)顆粒內(nèi)元素的同位素富集或貧化來(lái)增強(qiáng)NMR活性顆粒所提 供的信號(hào)。例如，顆粒可主要包括硅，其正常同位素組成為28SU零核自旋，約92. 2%豐度)、 29Si (自旋=1/2，約4.7%豐度)和3°Si(零自旋，約3.1%豐度)。在某些實(shí)施例中可使 29Si的相對(duì)豐度提高至5%以上、10%以上、和20%以上。在某些實(shí)施例中，29Si可表現(xiàn)長(zhǎng) 達(dá)數(shù)小時(shí)的長(zhǎng)T1馳豫時(shí)間。因此，一旦顆粒發(fā)生極化，增強(qiáng)的信號(hào)強(qiáng)度可持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間段。 此在將顆粒注入、攝入、植入、吸入或以其它方式遞送至活系統(tǒng)中的實(shí)施例中是有益的，并 且顆粒到達(dá)既定目的地需要大量時(shí)間。制備適合于本文所述NMR遙測(cè)術(shù)的NMR活性顆粒的方法揭示于2008年10月9日申請(qǐng)的美國(guó)專利申請(qǐng)案第12/248，672號(hào)中，所述申請(qǐng)案是全文以引用方式并入本文中。如上所述，所選顆粒應(yīng)可在實(shí)質(zhì)上不含任何源自系統(tǒng)自身材料的NMR信號(hào)的波譜 區(qū)中提供NMR信號(hào)。此可獲得高信噪比，并且在某些實(shí)施例中可消除對(duì)樣品空間選擇性探 測(cè)的需要。圖3是繪示一實(shí)施例中NMR波譜的圖示，其中得自NMR活性顆粒302的(實(shí)線曲 線)NMR波譜具有位于實(shí)質(zhì)上不含源自系統(tǒng)自身材料的NMR信號(hào)的波譜區(qū)中的峰信號(hào)350。 自身NMR波譜301 (虛線曲線)可表現(xiàn)位于遙遠(yuǎn)區(qū)域中的峰310、311、和312，并且在所選NMR 活性顆粒的譜峰350附近基本上無(wú)信號(hào)。對(duì)于所述實(shí)施例，在獲知自身NMR波譜后，可選擇 NMR活性顆粒用于遙測(cè)術(shù)，所述顆粒在自身波譜中實(shí)質(zhì)上不含信號(hào)的區(qū)域內(nèi)表現(xiàn)譜峰。對(duì)于 具有圖3中所繪示特征的實(shí)施例，在共振峰的NMR測(cè)量中獲得的信噪比可大于約2、大于約 5、大于約10、大于約100并且在某些實(shí)施例中大于約1000。在某些實(shí)施例中，與NMR活性 顆粒相關(guān)的共振峰的信號(hào)強(qiáng)度是共振峰附近波譜中的背景NMR信號(hào)水平的約2倍。背景信 號(hào)水平可基本均勻或可在NMR活性顆粒的共振峰附近表現(xiàn)峰，并且背景信號(hào)實(shí)質(zhì)上源自所 研究系統(tǒng)的自身材料。在某些實(shí)施例中，NMR活性顆粒的信號(hào)強(qiáng)度是背景NMR信號(hào)水平的 約5倍，是背景NMR信號(hào)水平的約10倍，并且是背景NMR信號(hào)水平的約20倍。所測(cè)量隨頻率而變化的信號(hào)強(qiáng)度的實(shí)例展示于圖8中。所繪制數(shù)據(jù)代表所記錄具 有不同平均粒徑的NMR活性顆粒集合的平均NMR波譜。圖中報(bào)告各集合的平均粒徑。數(shù)據(jù) 已經(jīng)位移以使共振峰的中心位于零頻率值附近。所記錄各波譜是在4. 7特斯拉的磁場(chǎng)強(qiáng)度 下極化31\時(shí)間后取自一系列合成自由感應(yīng)衰減跡線。相應(yīng)共振頻率為約39. 7MHz。使用 布魯克(Bruker) DMX-200NMR控制臺(tái)來(lái)測(cè)量。數(shù)據(jù)表明，信號(hào)品質(zhì)可隨NMR活性顆粒的粒徑 而提高。在各實(shí)施例中，可通過(guò)選擇本文所述任一本發(fā)明方法的平均粒徑來(lái)選擇NMR信號(hào) 的信噪比。選擇在實(shí)質(zhì)上不含自身NMR信號(hào)的波譜區(qū)中具有NMR信號(hào)的顆粒可提供便捷方法 來(lái)測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)靶向成份的存在而不需要實(shí)施空間分辨性NMR測(cè)量。作為一實(shí)例，可使可能 含有靶向成份(例如癌細(xì)胞)的系統(tǒng)暴露于具有靶向配體的官能化NMR活性顆粒中，所述 配體可結(jié)合癌細(xì)胞或與癌細(xì)胞結(jié)合的受體。若存在靶向成份或受體結(jié)合成份，則官能化顆 ?？膳c系統(tǒng)內(nèi)的靶向成份或受體結(jié)合成份結(jié)合。在某些實(shí)施例中，在引入官能化NMR活性 顆粒后，可對(duì)系統(tǒng)實(shí)施清潔步驟，其中自系統(tǒng)移除未結(jié)合的NMR活性顆粒。隨后在涵蓋顆粒 NMR峰350附近波譜區(qū)的狹窄頻率范圍內(nèi)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)實(shí)施NMR激發(fā)，此刻確定顆粒的存在， 并由此確定靶向成份的存在。對(duì)于所述實(shí)施例，不需要實(shí)施空間分辨測(cè)量(例如磁共振成 像)來(lái)確定靶向成份的存在。在各實(shí)施例中，NMR活性顆粒的表面經(jīng)化學(xué)改變以向顆粒提供靶向功能。所述化學(xué) 官能化NMR活性顆?？捎糜诙喾N應(yīng)用中，包括(但不限于)磁共振成像(MRI)、磁共振波譜、 和基于NMR的凝聚分析。在某些實(shí)施例中，官能化的靶向性NMR活性顆?？稍谏飳W(xué)應(yīng)用中 結(jié)合細(xì)胞表面受體，或可在地質(zhì)學(xué)應(yīng)用中結(jié)合具有特定礦物組成的巖石或礦石。在某些實(shí) 施例中，在與系統(tǒng)內(nèi)的靶向成份結(jié)合后，可使用空間選擇性MRI激發(fā)來(lái)檢測(cè)官能化顆粒，并 且可根據(jù)所得NMR信號(hào)來(lái)確定靶向成份在系統(tǒng)(例如分析物、細(xì)胞、各種類型的礦物等)內(nèi) 的空間分布。作為一實(shí)例，結(jié)合系統(tǒng)內(nèi)局部化靶向成份的官能化顆?？稍贛RI圖像上提供 “亮”點(diǎn)，從而說(shuō)明靶向成份的存在和空間范圍。在某些實(shí)施例中，在與系統(tǒng)內(nèi)靶向成份結(jié)合 后，可使用非空間選擇性NMR激發(fā)來(lái)檢測(cè)官能化顆粒，從而確定靶向成份在系統(tǒng)內(nèi)的存在。
舉例來(lái)說(shuō)，圖4A-4B繪示可用于NMR遙測(cè)術(shù)的化學(xué)官能化NMR活性顆粒410的實(shí) 施例。在各實(shí)施例中，NMR活性顆粒410的表面可經(jīng)靶向配體420化學(xué)官能化，如圖4A所 繪示。例如，靶向配體可包含以下分子中的任一種碘化物、溴化物、硫化物、硫氰酸鹽、氯化 物、硝酸鹽、疊氮化物、氟化物、氫氧化物、草酸鹽、水、異硫氰酸鹽、乙腈、吡啶、氨、乙二胺、 2，2’ -聯(lián)吡啶、1，10-菲咯啉、亞硝酸鹽、三苯膦、氰化物、一氧化碳、乙酰丙酮、各種烯烴、 苯、1，2_雙(二苯基膦)乙烷、各種可咯((^! ! 016)、各種冠醚、2，2，2-穴醚、各種穴醚、環(huán)戊 二烯基、二乙烯三胺、丁二酮肟鹽、乙二胺四乙酸鹽、乙二胺三乙酸鹽、甘氨酸鹽、各種血紅 素、亞硝酰基、蝎合配體、亞硫酸鹽、2，2’，5’，2-三聯(lián)吡啶、硫氰酸鹽、三氮雜環(huán)壬烷、三環(huán)己 基膦、三乙烯四胺、三(鄰甲苯基)膦、三(2-氨基乙基)胺、三(2-二苯基膦乙基)胺、三 聯(lián)吡啶、聚乙二醇、葡聚糖、氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)、各種胺、和各種硅烷。靶向配體 可為可結(jié)合蛋白質(zhì)分子的多種配體中的任一種。在某些方面中，靶向配體可包含內(nèi)源或外 源抗原或抗體。在某些實(shí)施例中，靶向配體可包含核糖核酸(RNA)。在某些實(shí)施例中，將靶 向配體直接布置于顆粒表面上。在某些實(shí)施例中，靶向配體可通過(guò)一或多種插入分子或材 料層附接至顆粒表面上。在各實(shí)施例中，所選靶向配體可優(yōu)先結(jié)合靶向成份，例如所研究系統(tǒng)內(nèi)的可疑分 析物、分子、蛋白質(zhì)、生物標(biāo)記、物質(zhì)或內(nèi)源化學(xué)結(jié)構(gòu)。在某些實(shí)施例中，靶向配體在生物學(xué) 應(yīng)用中結(jié)合細(xì)胞表面受體，或在地質(zhì)學(xué)應(yīng)用中結(jié)合具有特定物質(zhì)組成的巖石或礦石。在各 實(shí)施例中，將官能化顆粒引入系統(tǒng)中并使用空間選擇性磁共振成像(MRI)激發(fā)直接檢測(cè)。 空間選擇性MRI激發(fā)可包括空間變化靜磁場(chǎng)，例如沿至少一個(gè)空間維度具有強(qiáng)度梯度的磁 場(chǎng)，其可為磁共振成像領(lǐng)域技術(shù)人員已知。可根據(jù)用所記錄得自官能化NMR活性顆粒的NMR 信號(hào)構(gòu)建的圖像來(lái)確定靶向成份的空間分布。作為一實(shí)例，官能化顆粒在系統(tǒng)內(nèi)特定位置 的積累可代表靶向成份與官能化顆粒之間發(fā)生多個(gè)結(jié)合事件，并且此積累可表現(xiàn)為NMR信 號(hào)強(qiáng)度的局部增強(qiáng)，例如MRI圖像上的亮點(diǎn)。在某些實(shí)施例中，顆粒可包含包圍或囊封于聚合物外殼中的NMR活性核心。聚合 物外殼可具有生物可吸收性或生物可降解性。實(shí)例性生物可降解性材料包括以下聚合物中 的任一種任一比率(例如85 15,40 60,30 70,25 75、或20 80)的丙交酯-乙 交酯共聚物、聚酯、聚碳酸鹽、聚酰胺、聚乙二醇、和聚己酸內(nèi)酯。對(duì)于如圖4C所繪示的實(shí)施 例，倘若生物可降解性聚合物外殼480囊封NMR活性核心410，則可將靶向配體420布置于 外殼外表面上或活性核心表面上，如圖4D中所繪示。對(duì)應(yīng)于圖4D的實(shí)施例可提供時(shí)間延 遲的NMR活性顆粒靶向遞送。在某些實(shí)施例中，可將治療性藥物納入外殼480中。在如圖 4C所繪示的實(shí)施例中，其中將治療性藥物布置在外殼480內(nèi)，從而可在系統(tǒng)內(nèi)追蹤藥物至 靶向受體(例如優(yōu)先結(jié)合靶向配體420的受體460)的遞送。仍然參照?qǐng)D4A，在某些實(shí)施例中，可將化學(xué)官能化NMR活性顆粒410引入據(jù)信存 在或懷疑存在靶向配體結(jié)合位點(diǎn)的系統(tǒng)中。結(jié)合位點(diǎn)或受體460可布置在系統(tǒng)內(nèi)的靶向成 份(例如復(fù)雜分子、細(xì)胞或結(jié)構(gòu))450表面上，可含于靶向成份內(nèi)，或可不附接并在系統(tǒng)內(nèi)自 由移動(dòng)。作為一實(shí)例，受體460可為布置在紅血細(xì)胞表面上的人類抗原，并且NMR活性顆 粒上的靶向配體可為靶向所述抗原的人類抗體。作為另一實(shí)例，結(jié)合位點(diǎn)可為通常不存于 系統(tǒng)中的特定化學(xué)元素、分子、或蛋白質(zhì)，并且靶向配體可與所述特定元素、分子或蛋白質(zhì) 結(jié)合。作為其它實(shí)例，靶向成份可為胰腺內(nèi)胰島細(xì)胞上的受體，或任何生物器官(例如任何人類器官，例如前列腺、腎臟、肝臟、肺等，或任何動(dòng)物器官)內(nèi)的癌細(xì)胞或惡性腫瘤上的受 體。在各實(shí)施例中，化學(xué)官能化NMR活性顆?？赏ㄟ^(guò)靶向配體420結(jié)合靶向受體460，如圖 4B所繪示。當(dāng)顆粒410在其表面上具有不止一個(gè)靶向配體時(shí)，可發(fā)生額外結(jié)合并形成顆粒 與受體或結(jié)合受體的靶向成份的凝聚物。在某些實(shí)施例中，NMR活性顆粒的共振峰可在將顆粒引入系統(tǒng)中之后發(fā)生位移?？?通過(guò)在涵蓋共振峰和其附近區(qū)域的波譜區(qū)中對(duì)系統(tǒng)實(shí)施NMR測(cè)量來(lái)檢測(cè)共振峰的位移。在 某些實(shí)施例中，檢測(cè)共振峰的位移或變化的NMR測(cè)量耗時(shí)短暫，例如介于約10分鐘與約20 分鐘之間，介于約5分鐘與約10分鐘之間，介于約2. 5分鐘與約5分鐘之間，介于約1分鐘 與約2. 5分鐘之間。在某些實(shí)施例中，NMR測(cè)量的數(shù)據(jù)采集時(shí)間介于約10秒與約1分鐘之 間。在某些實(shí)施例中，共振峰的位移代表靶向成份在系統(tǒng)內(nèi)的濃度。舉例來(lái)說(shuō)，在官能化NMR活性顆粒與諸如受體或受體結(jié)合顆粒等靶向成份結(jié)合 時(shí)，可導(dǎo)致NMR活性顆粒的波譜特征發(fā)生變化。此一變化繪示于圖5A-5B中。例如，如圖4A 所繪示的未結(jié)合NMR活性顆粒410可表現(xiàn)如圖5A所繪示的NMR波譜501。NMR波譜可通過(guò) 掃描外加RF激發(fā)場(chǎng)的頻率并記錄所得NMR信號(hào)強(qiáng)度來(lái)獲得。NMR波譜可在頻率ωρ處表現(xiàn) 主共振峰510，其對(duì)應(yīng)于存于顆粒410中的核磁活性物質(zhì)。在使400與靶向成份結(jié)合后，NMR波譜可發(fā)生改變，如圖5Β所示實(shí)例中所繪示。經(jīng) 結(jié)合波譜502可在頻率ω ’ ρ處表現(xiàn)新衛(wèi)星峰520和減小的主峰530，如實(shí)線曲線所示。衛(wèi) 星峰可得自系統(tǒng)中的經(jīng)結(jié)合顆粒400，其中經(jīng)結(jié)合靶向成份影響顆粒的局部磁場(chǎng)并由此改 變其磁共振頻率。其余未結(jié)合顆粒410仍產(chǎn)生主峰530。在某些實(shí)施例中，經(jīng)結(jié)合顆粒的 頻率的位移可能過(guò)小而不能被儀器分辨為獨(dú)立譜峰，并且可獲得加寬的經(jīng)位移峰540，如圖 5Β中的虛線曲線所繪示。應(yīng)了解，圖5Β中所示的波譜僅為如何可改變NMR波譜的一實(shí)例。在某些實(shí)施例中， 例如若實(shí)質(zhì)上所有NMR活性顆粒都進(jìn)行結(jié)合或若自系統(tǒng)清除了未結(jié)合顆粒，則所得波譜可 能僅表現(xiàn)衛(wèi)星峰520。在某些實(shí)施例中，所得波譜可表現(xiàn)加寬的主峰，或雙峰共振結(jié)構(gòu)。在某些實(shí)施例中，譜峰520、530或540的強(qiáng)度、形狀和/或位置可提供關(guān)于顆粒與 靶向成份結(jié)合程度和/或濃度的量化信息。例如，在某些系統(tǒng)中，官能化顆粒與靶向成份的 廣泛和集中結(jié)合所產(chǎn)生的NMR共振頻率位移可大于中度結(jié)合，或可使信號(hào)強(qiáng)度(例如強(qiáng)度 或峰值)產(chǎn)生可測(cè)量的提高。在某些實(shí)施例中，磁共振峰的位移或變化可經(jīng)預(yù)先校準(zhǔn)，并且 在特征性位移處的峰信號(hào)強(qiáng)度可提供關(guān)于靶向成份的量化信息，例如所述成份存于系統(tǒng)內(nèi) 的濃度?？蓪?shí)施預(yù)校準(zhǔn)試驗(yàn)來(lái)測(cè)量顆粒共振峰隨靶向成份已知濃度而變的位移或變化。在某些實(shí)施例中，官能化NMR活性顆粒與靶向成份的結(jié)合可影響顆粒的T1和/或 T2時(shí)間。這些變化可通過(guò)確定靶向成份的存在的NMR測(cè)量來(lái)檢測(cè)。在某些磁共振成像實(shí)施 例中，檢測(cè)或測(cè)量NMR活性顆粒所提供信號(hào)的復(fù)數(shù)個(gè)方面或特征以提供其它信息。例如，可 在NMR成像測(cè)量中檢測(cè)以下方面和/或其變化中的任一組合或全部信號(hào)強(qiáng)度、信號(hào)頻率、 共振峰的波譜特征、T1時(shí)間和T2時(shí)間?？赏ㄟ^(guò)所測(cè)量一或多個(gè)方面和/或其變化中的任一 者衡量所得圖像或?qū)⑵湎嚓P(guān)聯(lián)。作為一實(shí)例，基于信號(hào)強(qiáng)度的圖像可伴隨有基于T2時(shí)間變 化的圖像。作為另一實(shí)例，通過(guò)共振頻率數(shù)據(jù)衡量的空間成像可提供系統(tǒng)的空間波譜圖像。應(yīng)了解，在實(shí)質(zhì)上不含背景或噪聲信號(hào)的頻帶中提供信號(hào)的NMR活性顆粒可在任 一上述NMR測(cè)量中獲得高信噪比。在各實(shí)施例中，用本發(fā)明NMR活性顆粒實(shí)施的任一類型的NMR測(cè)量的數(shù)據(jù)采集時(shí)間可短于習(xí)用NMR測(cè)量技術(shù)所需數(shù)據(jù)采集時(shí)間。在各實(shí)施例中， 檢測(cè)NMR信號(hào)中任一上述方面和/或其變化的測(cè)量的所需時(shí)間可介于約10分鐘與約20分 鐘之間，介于約5分鐘與約10分鐘之間，介于約2. 5分鐘與約5分鐘之間，介于約1分鐘與 約2. 5分鐘之間。在某些實(shí)施例中，NMR測(cè)量的數(shù)據(jù)采集時(shí)間介于約10秒與約1分鐘之間。在另一實(shí)例中，化學(xué)官能化NMR活性顆?？膳c官能化順磁性或超順磁性顆粒(例 如氧化鐵顆粒、釓顆?；蚓哂蓄愃铺匦缘念w粒)組合用于適合NMR遙測(cè)術(shù)的多顆粒凝聚分 析中。在某些實(shí)施例中，在凝聚分析中采用本發(fā)明方法，其中所述分析含有可經(jīng)化學(xué)官能化 的NMR活性顆粒和超順磁性或順磁性顆粒。在某些實(shí)施例中，順磁性或超順磁性顆粒是氧 化鐵或釓，并且其表面也進(jìn)行官能化?？蓪MR活性顆粒引入含有超順磁性或順磁性顆粒 的分析系統(tǒng)中。在各實(shí)施例中，另外添加分析物可引發(fā)NMR活性顆粒、分析物與超順磁性或 順磁性顆粒的凝聚。凝聚可使NMR活性顆粒的核磁共振峰發(fā)生凈位移。例如，超順磁性或 順磁性顆粒在NMR活性顆粒附近因凝聚而集中可改變NMR活性顆粒的局部磁場(chǎng)并影響顆粒 中以下方面或特征中的任一者或全部共振頻率、T1時(shí)間、T2時(shí)間。在某些實(shí)施例中，可檢 測(cè)共振頻率的位移并提供關(guān)于分析物濃度的量化信息。在另一實(shí)例中，采用包括順磁性或超順磁性顆粒和NMR活性顆粒在內(nèi)的多顆粒凝 聚的分析的實(shí)施例繪示于圖6中。在所示實(shí)施例中，靶向成份650具有兩個(gè)功能不同的受體 630和660?？蓪邢蚺潴w420布置在NMR活性顆粒410的表面上，并且配體420可優(yōu)先結(jié) 合受體660。可將第二靶向配體620布置在順磁性顆粒610的表面上，并且其靶向配體620 可優(yōu)先結(jié)合受體630。順磁性或超順磁性顆粒的粒徑可小于約50納米(nm)，在某些實(shí)施例 中介于約50nm與約IOOnm之間，介于約IOOnm與250nm之間，介于約250nm與約500nm之 間，并且在某些實(shí)施例中介于約500nm與1微米之間。隨著凝聚物600的形成，順磁性顆粒 610可緊靠NMR活性顆粒410結(jié)合在基質(zhì)中，并在局部改變?nèi)魏瓮饧哟艌?chǎng)。凝聚可引發(fā)NMR 共振峰的與NMR活性顆粒410相關(guān)的位移。在某些實(shí)施例中，位移量、形狀變化、和/或NMR 信號(hào)的強(qiáng)度可提供關(guān)于分析中所存在靶向成份(例如分析物)的數(shù)量和/或濃度的量化信 肩、ο在某些實(shí)施例中，將官能化NMR活性顆粒和順磁性或超順磁性顆粒二者引入系統(tǒng) 中，例如引入人類或動(dòng)物個(gè)體或生物樣品中。NMR活性顆粒和磁性顆?？梢灶愃品绞焦倌芑?以靶向系統(tǒng)內(nèi)的特定成份，例如癌腫塊。NMR活性顆粒和磁性顆粒在局部化位點(diǎn)處的積累可 使NMR活性顆粒的共振峰產(chǎn)生位移并表明系統(tǒng)內(nèi)存在癌腫塊。在某些實(shí)施例中，NMR活性顆粒在系統(tǒng)內(nèi)的積累可使用空間分辨測(cè)量技術(shù)來(lái)檢測(cè)， 例如磁共振成像(MRI)。在此上下文中，成像應(yīng)理解為NMR檢測(cè)，其中可將得自顆粒的信號(hào) 的波譜強(qiáng)度繪制在系統(tǒng)內(nèi)的空間位置處以形成至少一部分系統(tǒng)的MRI圖像。在某些實(shí)施例 中，可將NMR活性顆粒共振峰的位移繪制在空間位置處以形成MRI圖像。成像技術(shù)可包括 使用一或多種磁場(chǎng)梯度。圖像不同區(qū)域中的強(qiáng)度提供關(guān)于顆?；虬邢虺煞菰谙到y(tǒng)某些區(qū)域 內(nèi)的相對(duì)濃度的信息，并且在某些實(shí)施例中甚至可用于量化顆?；虺煞菰谒鰠^(qū)域內(nèi)的絕 對(duì)濃度?？赏ㄟ^(guò)比較所測(cè)量結(jié)果與得自預(yù)校準(zhǔn)試驗(yàn)的結(jié)果來(lái)達(dá)成濃度的量化。在各實(shí)施例中，通過(guò)本發(fā)明NMR遙測(cè)方法可獲得超過(guò)習(xí)用MRI技術(shù)所獲得空間分 辨率的分辨率值。在某些實(shí)施例中，所獲得成像空間分辨率介于約5毫升與約10毫升之間， 介于約2. 5毫升與約5毫升之間，并且在某些實(shí)施例中介于約1毫升與約1. 5毫升之間。用得自NMR活性顆粒的信號(hào)構(gòu)建的圖像可為引入NMR活性顆粒的系統(tǒng)的至少一部分的二維或
三維圖示。在某些實(shí)施例中，在MRI應(yīng)用中得自官能化顆粒的圖像強(qiáng)度可提供可用于系統(tǒng)分 析、診斷和/或治療的信息。舉例來(lái)說(shuō)，顆粒在體內(nèi)、在體外或在原位的動(dòng)力學(xué)可受某些參 數(shù)影響，例如顆粒的比重、粒徑和表面組成。在通過(guò)(例如)使用具有選定一致粒徑和比重 的顆粒來(lái)使上述參數(shù)中的兩者維持恒定時(shí)，動(dòng)力學(xué)(例如生理分布、分解速率等)的變化可 提供關(guān)于系統(tǒng)內(nèi)第三參數(shù)(在此實(shí)例中為表面化學(xué)組成)的相關(guān)特征性交互作用的信息。 許多生物過(guò)程是通過(guò)細(xì)胞外生物分子與細(xì)胞表面受體之間的接觸交互作用來(lái)介導(dǎo)的，并且 這些交互作用可引發(fā)多種在廣義上稱作“細(xì)胞功能”的過(guò)程。細(xì)胞功能包括(例如，但不限 于)基因表達(dá)的變化、細(xì)胞生命周期的變化、和對(duì)細(xì)胞外刺激的適應(yīng)性反應(yīng)。在不同情形 下，存在于細(xì)胞表面上的表面受體的類型可為一類細(xì)胞(例如產(chǎn)生胰島素的胰島細(xì)胞、惡 性癌細(xì)胞、或免疫系統(tǒng)細(xì)胞)的特征，并且可指示對(duì)細(xì)胞外刺激的適應(yīng)性反應(yīng)。在各實(shí)施例 中，官能化顆粒在系統(tǒng)不同區(qū)域中或包括脈管在內(nèi)的較大生理學(xué)結(jié)構(gòu)中的積累指示存在靶 向受體并且可提供關(guān)于細(xì)胞類型和細(xì)胞功能的有用信息，其中所述積累是由那些區(qū)域中顆 粒動(dòng)力學(xué)特性的改變引發(fā)的，所述特性的改變是因靶向配體與所述靶向受體的交互作用所 致。官能化顆粒的積累可表現(xiàn)為在磁共振成像(MRI)期間NMR信號(hào)強(qiáng)度的提高。在某些實(shí) 施例中，所檢測(cè)官能化顆粒的積累可向醫(yī)師提供(例如)關(guān)于不同組織中存在的細(xì)胞類型 的信息、或在化療情況下關(guān)于所投與藥物是否沉積在其靶向組織中的信息。使用NMR活性顆粒的NMR遙測(cè)方法的各實(shí)施例繪示于圖7A-7B的流程圖中。這些 方法可包括使用化學(xué)官能化NMR活性顆粒和化學(xué)官能化順磁性或超順磁性顆粒。所述方法 可包括使用具有長(zhǎng)T1馳豫時(shí)間的NMR活性顆粒。在各實(shí)施例中，選擇、獲取或提供NMR活性顆粒(710)。在某些實(shí)施例中，所選NMR 活性顆粒已經(jīng)化學(xué)官能化。在某些實(shí)施例中，NMR活性顆粒在實(shí)質(zhì)上不含源自將引入所述 顆粒的系統(tǒng)的NMR信號(hào)的波譜區(qū)中具有NMR共振峰。提供NMR活性顆粒的步驟可包括極化 顆粒核磁矩的至少一部分。用于核磁共振的遙測(cè)方法可另外包括將NMR活性顆粒引入系統(tǒng)中(720)。引入步 驟可包括將顆?；蚝蓄w粒的溶液引入系統(tǒng)中。系統(tǒng)可含有已知或懷疑存于系統(tǒng)內(nèi)的成 份。在某些實(shí)施例中，系統(tǒng)是凝聚分析。可以溶液、粉劑、可溶性錠劑、或囊封組合物形式 將顆粒引入系統(tǒng)中?？赏ㄟ^(guò)輸注、注射、攝取、吸入、靜脈內(nèi)遞送、經(jīng)口、經(jīng)肛門、經(jīng)皮遞送等 或植入來(lái)引入呈各種形式的顆粒。在某些實(shí)施例中，在將NMR活性顆粒引入系統(tǒng)后容許等 待選定時(shí)間長(zhǎng)度。所選時(shí)間長(zhǎng)度可使NMR活性顆粒分散于整個(gè)系統(tǒng)中。在某些實(shí)施例中， 采用混合技術(shù)來(lái)加速NMR活性顆粒在整個(gè)系統(tǒng)中的分散。在某些實(shí)施例中，所選階段為顆 粒到達(dá)靶向目的地提供時(shí)間。顆粒的混合或分散可通過(guò)多種方式來(lái)完成，包括對(duì)顆粒以及 (在某些情形下)靶向成份進(jìn)行機(jī)械攪拌、振蕩、翻轉(zhuǎn)、超聲攪拌、或自然擴(kuò)散和分散。在各 實(shí)施例中，經(jīng)預(yù)選時(shí)間長(zhǎng)度實(shí)施混合，持續(xù)時(shí)間介于約30秒與1分鐘之間，介于約1分鐘與 約10分鐘之間，介于約10分鐘與約30分鐘之間，和介于約30分鐘與約1小時(shí)之間。引入 步驟720可另外包含使用動(dòng)態(tài)核極化技術(shù)增強(qiáng)顆粒提供的NMR信號(hào)，所述技術(shù)可在原位或 異位實(shí)施。動(dòng)態(tài)核極化用于極化顆粒內(nèi)原子的核磁矩。用于核磁共振的遙測(cè)方法可另外包括對(duì)系統(tǒng)執(zhí)行NMR測(cè)量(730)。所述測(cè)量可在某些實(shí)施例中具有空間分辨性，并且在其它實(shí)施例中具有非空間分辨性。在某些實(shí)施例中， NMR測(cè)量檢測(cè)NMR活性顆粒的共振峰的位移。在某些實(shí)施例中，NMR測(cè)量檢測(cè)NMR活性顆粒 的共振峰的強(qiáng)度值。在某些實(shí)施例中，NMR測(cè)量檢測(cè)共振峰的強(qiáng)度值和位移二者。如上所 述，成像測(cè)量中可獲得的空間分辨率可超過(guò)習(xí)用磁共振成像技術(shù)所獲得的分辨率值。在某 些實(shí)施例中，執(zhí)行NMR測(cè)量(730)所需時(shí)間(例如采集代表得自NMR活性顆粒的共振信號(hào) 的數(shù)據(jù)所需時(shí)間)可短于習(xí)用NMR測(cè)量技術(shù)所需時(shí)間。在某些實(shí)施例中，NMR測(cè)量所需時(shí) 間介于約10分鐘與約20分鐘之間，介于約5分鐘與約10分鐘之間，介于約2. 5分鐘與約 5分鐘之間，并且在某些實(shí)踐中介于約1分鐘與約2. 5分鐘之間。圖7B繪示用于核磁共振的遙測(cè)方法的實(shí)施例，其另外包含將分析物引入系統(tǒng)中 (725)和將濃度與NMR測(cè)量的結(jié)果(例如共振峰的位移)相關(guān)聯(lián)(740)的額外步驟。圖7B 中所繪示方法可用于NMR凝聚分析中。在某些實(shí)施例中，省略引入NMR活性顆粒的步驟。 例如，可在凝聚分析系統(tǒng)(例如試管、小瓶、小碟或孔、微量滴定板、多孔分析板等)中提供 NMR活性顆粒。關(guān)聯(lián)步驟740是可選的并且可采用多種形式。例如，在某些實(shí)施例中，關(guān)聯(lián) 步驟740可包含確定引入系統(tǒng)中的分析物濃度的大致數(shù)值。所述濃度確定可根據(jù)先前在預(yù) 校準(zhǔn)試驗(yàn)期間獲得的數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)施。在某些實(shí)施例中，關(guān)聯(lián)步驟740可包含閾值確定程序。例 如，所檢測(cè)超過(guò)閾值的共振峰位移或強(qiáng)度變化水平為存在靶向成份提供陽(yáng)性或(在某些實(shí) 施例中)陰性指示。本申請(qǐng)案中引用的所有文獻(xiàn)和類似材料包括(但不限于)專利、專利申請(qǐng)案、文 章、書籍、論文、和網(wǎng)頁(yè)，不管所述文獻(xiàn)和類似材料是何種形式，其都是全文以引用方式明確 并入本文中。如果所引用文獻(xiàn)和類似材料中的一或多者在以下方面與本申請(qǐng)案不同或相矛 盾包括(但不限于)所定義術(shù)語(yǔ)、術(shù)語(yǔ)的使用、所述技術(shù)、或諸如此類，則以本申請(qǐng)案為準(zhǔn)。本文所用各部分的標(biāo)題僅出于組織性目的而不能理解為以任何方式限制所述標(biāo) 題物。盡管已結(jié)合各實(shí)施例和實(shí)例闡述了本教示內(nèi)容，但本教示內(nèi)容不欲受限于所述實(shí) 施例或?qū)嵗?。相反，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解，本教示內(nèi)容涵蓋各種改變、修改和等效內(nèi)容。除非明確說(shuō)明，否則權(quán)利要求書不應(yīng)理解為受限于所述順序或要素。應(yīng)理解，所屬 領(lǐng)域技術(shù)人員可對(duì)形式和細(xì)節(jié)做出各種改變而不背離隨附權(quán)利要求書的精神和范疇。本發(fā) 明主張涵蓋于以下權(quán)利要求書的精神和范疇內(nèi)的所有實(shí)施例和其等效形式。
權(quán)利要求
一種通過(guò)核磁共振遠(yuǎn)程確定系統(tǒng)是否表現(xiàn)某種特征的方法，其包含提供具有NMR共振峰的NMR活性顆粒；將所述NMR活性顆粒引入系統(tǒng)中；用NMR裝置檢測(cè)所述NMR活性顆粒的共振峰；確定所述NMR活性顆粒的共振峰是否因引入所述系統(tǒng)中而發(fā)生位移；和根據(jù)是否發(fā)生位移來(lái)確定所述系統(tǒng)是否表現(xiàn)某種特征。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述NMR活性顆粒的NMR共振峰位于實(shí)質(zhì)上不含任 何源自所述系統(tǒng)的NMR信號(hào)的波譜區(qū)中。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述NMR活性顆粒的共振峰因引入所述系統(tǒng)中而分 裂為兩個(gè)或更多個(gè)共振峰。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述NMR活性顆粒的共振峰因引入所述系統(tǒng)中而加寬。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述NMR活性顆粒結(jié)合所述系統(tǒng)內(nèi)的特征性分析物 并且所述NMR活性顆粒的NMR共振峰在其與所述分析物結(jié)合時(shí)發(fā)生位移。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述系統(tǒng)是有機(jī)體并且所述分析物是特征性細(xì)胞類型。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述分析物是特征性癌細(xì)胞類型。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述NMR活性顆粒經(jīng)化學(xué)官能化。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述NMR活性顆粒已進(jìn)行同位素富集或同位素貧化。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其另外包含通過(guò)動(dòng)態(tài)核極化來(lái)增強(qiáng)源自所述NMR活性顆 粒的核磁共振信號(hào)，所述動(dòng)態(tài)核極化是在原位或異位實(shí)施。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述共振峰的信號(hào)強(qiáng)度是背景NMR信號(hào)水平的約2倍。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述共振峰的信號(hào)強(qiáng)度是所述背景NMR信號(hào)水平的 約5倍。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述共振峰的信號(hào)強(qiáng)度是所述背景NMR信號(hào)水平的 約10倍。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述共振峰的信號(hào)強(qiáng)度是所述背景NMR信號(hào)水平的 約20倍。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述共振峰位移的檢測(cè)是使用空間分辨測(cè)量技術(shù) 來(lái)實(shí)施。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述空間分辨率介于約5毫升與約10毫升之間。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述空間分辨率介于約2.5毫升與約5毫升之間。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述空間分辨率介于約1毫升與約2.5毫升之間。
19.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述共振峰位移的檢測(cè)不是使用空間分辨測(cè)量技 術(shù)實(shí)施。
20.如權(quán)利要求1所述的方法，其中檢測(cè)所述共振峰位移的測(cè)量所需時(shí)間介于約10分 鐘與約20分鐘之間。
21.如權(quán)利要求1所述的方法，其中檢測(cè)所述共振峰位移的測(cè)量所需時(shí)間介于約5分鐘與約10分鐘之間。
22.如權(quán)利要求1所述的方法，其中檢測(cè)所述共振峰位移的測(cè)量所需時(shí)間介于約2.5分 鐘與約5分鐘之間。
23.如權(quán)利要求1所述的方法，其中檢測(cè)所述共振峰位移的測(cè)量所需時(shí)間介于約1分鐘 與約2. 5分鐘之間。
24.如權(quán)利要求1所述的方法，其另外包含將濃度與所述檢測(cè)到的共振峰位移相關(guān)聯(lián)。
25.一種用于核磁共振分析的遙測(cè)方法，其包含提供NMR活性顆粒，所述顆粒在實(shí)質(zhì)上不含任何源自分析系統(tǒng)中其它組份的NMR信號(hào) 的波譜區(qū)中具有NMR共振峰；將所述NMR活性顆粒引入所述分析系統(tǒng)中；將分析物引入所述分析系統(tǒng)中；和檢測(cè)所述NMR活性顆粒的共振峰的位移。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其另外包含將所述分析物的濃度與所述檢測(cè)到的共振 峰位移相關(guān)聯(lián)。
27.如權(quán)利要求25所述的方法，其中所述NMR活性顆粒進(jìn)行化學(xué)官能化。
28.如權(quán)利要求25所述的方法，其中所述NMR活性顆粒已進(jìn)行同位素富集或同位素貧化。
29.如權(quán)利要求25所述的方法，其另外包含通過(guò)動(dòng)態(tài)核極化來(lái)增強(qiáng)源自所述NMR活性 顆粒的核磁共振信號(hào)，所述動(dòng)態(tài)核極化是在原位或異位實(shí)施。
30.如權(quán)利要求25所述的方法，其中所述共振峰的信號(hào)強(qiáng)度是背景NMR信號(hào)水平的約 2倍。
31.如權(quán)利要求25所述的方法，其中所述共振峰的信號(hào)強(qiáng)度是所述背景NMR信號(hào)水平 的約5倍。
32.如權(quán)利要求25所述的方法，其中所述共振峰的信號(hào)強(qiáng)度是所述背景NMR信號(hào)水平 的約10倍。
33.如權(quán)利要求25所述的方法，其中所述共振峰的信號(hào)強(qiáng)度是所述背景NMR信號(hào)水平 的約20倍。
34.如權(quán)利要求25所述的方法，其中所述共振峰位移的檢測(cè)不是使用空間分辨測(cè)量技 術(shù)實(shí)施。
35.如權(quán)利要求25所述的方法，其中檢測(cè)所述共振峰位移的測(cè)量所需時(shí)間介于約10分 鐘與約20分鐘之間。
36.如權(quán)利要求25所述的方法，其中檢測(cè)所述共振峰位移的測(cè)量所需時(shí)間介于約5分 鐘與約10分鐘之間。
37.如權(quán)利要求25所述的方法，其中檢測(cè)所述共振峰位移的測(cè)量所需時(shí)間介于約2.5 分鐘與約5分鐘之間。
38.如權(quán)利要求25所述的方法，其中檢測(cè)所述共振峰位移的測(cè)量所需時(shí)間介于約1分 鐘與約2. 5分鐘之間。
全文摘要
本文闡述用于核磁共振應(yīng)用的各種遙測(cè)方法。將NMR活性顆粒引入進(jìn)行NMR測(cè)量的系統(tǒng)中。在各實(shí)施例中，NMR活性顆粒在實(shí)質(zhì)上不含任何源自系統(tǒng)自身材料的NMR信號(hào)的波譜區(qū)中具有共振峰。在某些實(shí)施例中，NMR活性顆粒經(jīng)化學(xué)官能化以靶向系統(tǒng)內(nèi)的成份。在某些應(yīng)用中，可使用所檢測(cè)共振峰的變化來(lái)量化系統(tǒng)的某些特征，例如分析物的濃度、系統(tǒng)內(nèi)是否存在靶向成份。
文檔編號(hào)A61K49/06GK101909656SQ200980101717
公開日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2009年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月10日
發(fā)明者喬納森·馬默里克, 杰弗里·馮馬爾燦, 查爾斯·M·馬庫(kù)斯, 雅各布·W·阿普捷卡里 申請(qǐng)人:哈佛大學(xué)校長(zhǎng)及研究員協(xié)會(huì);麻省理工學(xué)院