本發(fā)明涉及關(guān)于穩(wěn)定化聚合硅酸鹽組合物的材料和方法，并且特別地涉及用于生產(chǎn)穩(wěn)定化聚合硅酸鹽組合物的方法、使用所述方法可獲得的組合物及其用途，特別是在治療中的用途。

背景技術(shù)：

硅是環(huán)境中普遍存在的元素，并且目前西方世界的成年人每天攝取約15mg至50mg。其天然地作為硅酸鹽存在，其中硅與氧原子相連。硅酸與二氧化硅也是用于該結(jié)構(gòu)的術(shù)語。其范圍從最簡單的單硅酸(也稱為正(ortho))到二氧化硅顆粒。其精確的生物學(xué)作用尚未被理解，但許多證據(jù)指向其在結(jié)締組織健康中的重要作用(Jugdaohsingh等，2008)。盡管典型的結(jié)締組織包括骨、關(guān)節(jié)、血管、皮膚、毛發(fā)以及指/趾甲，也有關(guān)于可溶性或聚合硅酸鹽在一系列廣泛的醫(yī)療病癥中的飲食、補充劑(supplement)或治療益處的值得注意的證據(jù)，所述醫(yī)療病癥包括但不限于骨質(zhì)疏松癥、骨質(zhì)減少以及其他肌肉骨骼和關(guān)節(jié)疾??；所有類型的癌癥；多種皮膚病癥；血管病、心血管病和冠心病；炎性疾病；自身免疫?。话柎暮Ｄ『筒煌愋偷恼J知障礙；多種類型的感染；外傷和潰瘍；胃腸疾?。桓?、腎和免疫相關(guān)疾病以及激素相關(guān)的變化與疾病。硅酸鹽有益的營養(yǎng)和醫(yī)療作用看來擴展至其他動物，尤其是其他哺乳動物。

硅酸鹽已經(jīng)用作經(jīng)口的營養(yǎng)補充劑，盡管不能獲得在給藥之后得以直接有效獲取(吸收)的制劑。二氧化硅在其天然存在的無機形式下是可溶的，如同正硅酸。然而，其濃度(例如在飲用水中)需要相對地低(≤1.7mM)，因為在自然條件下，這是在pH＜9下水的硅酸鹽的最大平衡溶解度，以防止顆粒不可逆的聚合的起動，在聚合過程中顆粒會逐漸縮合和/或尺寸增大并且之后不容易重新溶解。該表現(xiàn)已經(jīng)困擾了硅酸鹽補充劑的開發(fā)，因為濃縮形式在腸中不會溶解以使其可吸收，而稀釋形式導(dǎo)致需要攝入大量的補充劑(例如，20ml/天至100ml/天)。

正常地，特定的化學(xué)部分如配體可用于結(jié)合并使其成為可溶性陽離子/陰離子(否則，其在生理學(xué)pH下本會沉淀)，但對硅酸鹽不便如此，因為其單體通常對其自身比對任何其他分子具有更高的親和性(即進行自組裝)，并且在水性溶液中二氧化硅的濃度越高，停止其自組裝就變得越困難。這導(dǎo)致尋求用于生產(chǎn)可生物利用的并且醫(yī)療上可用的硅酸鹽組合物的替代策略。

US 5,807,951(Nippon Zoki Pharmaceutical Co.，Ltd)描述了通過向硅酸鹽溶液中添加酸生產(chǎn)硅酸鹽聚合物的方法。任選地，可向硅酸鹽組合物中添加糖或糖醇，以使用乳糖或甘露醇為例。然而，US 5,807,951中描述的方法需要最后的干燥步驟(在150℃和250℃之間)，以產(chǎn)生干燥的凍干組合物。然而，如在下文中另外描述的，加熱的使用，以及任何其他干燥成粉末的形式，具有顯著的缺點，即引發(fā)具有相應(yīng)不良吸收性的縮合硅酸鹽的形成。

US 2011/0229577(Kerek)公開了具有殼狀結(jié)構(gòu)的硅酸顆粒，其中該顆粒在反應(yīng)混合物的pH先降低并且之后升高的條件下縮合，導(dǎo)致?lián)f在pH 2.1或pH大于9.2的組合物。

Kim等(Macromolecules，45：4225-4237，2012)描述了納米復(fù)合熔融物的產(chǎn)生，其形成自硅酸鹽納米顆粒和乙醇與限定質(zhì)量PEG的混合物。將樣品在真空爐中加熱以去除殘留的乙醇。之后將真空爐如下若干次以去除氧，以氮氣凈化隨后將腔室排空，產(chǎn)生聚合納米復(fù)合物。重要的是，該硅酸鹽納米顆粒相對較大(44±5nm)。而且，這些是基于堿催化的水解和產(chǎn)生縮合硅酸鹽的正硅酸四乙酯(TEOS)的縮合合成的。

Gao等(Colloids and Surfaces A：Physicochem.Eng.Aspects 350：33-37，2009)在PEG的存在下沉淀硅酸鹽，但所利用的方法需要首先在550℃煅燒，產(chǎn)生了高度縮合的材料，其與本文中所描述的那些有所區(qū)別。

鑒于現(xiàn)有技術(shù)在硅酸鹽組合物制劑、用于配制其的條件以及實施其需要的方式中的缺陷，在本領(lǐng)域中改善穩(wěn)定化聚合硅酸組合物的性質(zhì)仍然是未解決的問題。提供這樣的組合物是有優(yōu)勢的，其中硅酸鹽為可再吸收的(resorbable)，即能夠進行高效的溶解以提供生物可用的可溶性硅酸，并且其中所述組合物不傾向于形成硅酸鹽的縮合形式(如現(xiàn)有技術(shù)中當(dāng)干燥組合物時所發(fā)生的)。作為替代或補充，如果所述穩(wěn)定化聚合硅酸鹽組合物的其他組分適合用于施用于人或動物對象(例如不需要現(xiàn)有技術(shù)的硅酸鹽補充劑所需要的稀釋或其他步驟)，這也會是有利的。作為替代或補充，相對于僅含有低水平的生物可利用硅酸鹽(呈現(xiàn)為適合可再吸收的聚合硅酸鹽)的現(xiàn)有技術(shù)組合物，如果該組合物能夠提供適合用于治療量的穩(wěn)定化聚合硅酸鹽組合物，這也會是有利的。

發(fā)明簡述

寬泛地說，本發(fā)明解決了本領(lǐng)域?qū)σ韵碌男枰禾峁┓€(wěn)定的并且水合的聚合硅酸鹽，使用該方法可獲得的組合物及其用途(該組合物適用于作為醫(yī)療藥劑和補充劑施用)。特別地，本發(fā)明闡明了穩(wěn)定的并且水合的聚合硅酸鹽的供應(yīng)，所述聚合硅酸鹽能夠靜脈內(nèi)遞送或用于表面施用，例如，以固體或半固體軟膏劑的形式。這些制劑可用于外傷的治療。

如本領(lǐng)域中公知的，在可溶性硅酸與逐漸縮合的硅酸鹽組合物之間存在平衡。因此，在本發(fā)明中，“穩(wěn)定化聚合硅酸鹽組合物”包括聚合硅酸和具有此處所描述的性質(zhì)的納米硅酸顆粒，以及硅酸的可溶形式和聚硅酸，它們在組合物中或包含其的制劑中處于平衡。

本領(lǐng)域中出現(xiàn)的證據(jù)表明，在人和其他動物中，硅酸對于健康和疾病的預(yù)防或治愈是有益的。大體上說，本發(fā)明的組合物包含聚合硅酸鹽組合物，其中通過包含某些物質(zhì)(如能夠充當(dāng)生長阻滯劑起的有機化合物)抑制了聚合硅酸鹽生長以形成更有序的聚硅酸鹽和硅酸鹽顆粒的天然傾向，即其抑制聚硅酸生長以形成凝膠以及更加縮合的硅酸鹽顆?；蜉^所需尺寸更大的聚合物和顆粒的天然傾向。此外，在一些方面中，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了該方法意味著該組合物在生理學(xué)可接受的pH下是穩(wěn)定的，尤其是中性或弱酸性pH或弱堿性pH下。

本文所描述的方法的另外的優(yōu)勢在于，通過在合成中選擇性控制pH、硅濃度以和穩(wěn)定劑濃度，可根據(jù)所需顆粒尺寸調(diào)整顆粒尺寸，從直徑小于1nm至直徑20nm的小聚合物，并且之后可根據(jù)本發(fā)明所概述的將其穩(wěn)定化，以使得以所選擇的顆粒尺寸施用于對象或動物。對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，顆粒尺寸指尺寸的范圍，并且本文中所引用的數(shù)字指平均直徑，最通常地是該范圍顆粒的平均直徑。

本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了聚亞烷基二醇例如PEG和/或糖類例如蔗糖是縮合不良之納米硅酸鹽的有優(yōu)勢的尺寸穩(wěn)定劑和/或穩(wěn)定性調(diào)節(jié)劑，之后發(fā)現(xiàn)該硅酸鹽可用于經(jīng)口、腸胃外或表面施用。蔗糖對于經(jīng)口或腸胃外施用尤其有優(yōu)勢，因為其是公認的有悠久歷史的極度安全的分子，其用于例如靜脈內(nèi)鐵產(chǎn)品。相對地，PEG尤其良好地適用于局部遞送二氧化硅，因為其形成乳膏劑或軟膏劑，并可用于各種不同分子量，允許調(diào)整粘度和其他在最終的軟膏劑中可能需要的物理參數(shù)。本發(fā)明對局部產(chǎn)品的應(yīng)用具有對外傷愈合以及如在抗感染組合物中的治療用途。

因此，在第一個方面中，本發(fā)明提供了用于生產(chǎn)穩(wěn)定化聚合硅酸鹽組合物的方法，所述組合物包含聚合硅酸和平均直徑為20nm或更小的納米硅酸鹽顆粒，所述方法包括以下步驟：

(a)提供可溶性硅酸鹽的水性溶液，其pH大于或等于9.5；

(b)降低所述硅酸鹽溶液的pH以引發(fā)所述硅酸鹽的聚合，以形成聚合硅酸和納米硅酸鹽顆粒；并且

(c)與步驟(a)和/或(b)同時或先后地向所述硅酸鹽溶液添加包含聚亞烷基二醇和/或糖的穩(wěn)定劑，從而產(chǎn)生穩(wěn)定化硅酸鹽組合物，其中所述穩(wěn)定劑抑制縮合硅酸鹽的形成；

其中所述穩(wěn)定化聚合硅酸鹽組合物為水合的，并且其中所述方法不包括干燥所述組合物或?qū)⑵浼訜嶂?00℃以上。

在另一個方面中，本發(fā)明提供了穩(wěn)定化聚合硅酸鹽組合物，其包含聚合硅酸和平均直徑為20nm或更小的納米硅酸鹽顆粒，其可通過前述權(quán)利要求任一項所述的方法獲得。

在體內(nèi)瞬時穩(wěn)定的硅酸鹽納米顆?？删哂羞m合于重激活免疫系統(tǒng)的作用，以幫助治療例如感染和癌癥。癌癥包括黑色素瘤、皮膚癌、肺癌、胰腺癌、結(jié)腸直腸癌和其他內(nèi)臟癌癥、胃癌、乳腺癌、淋巴瘤、白血病、子宮癌、前列腺癌、食管癌、骨癌、膀胱癌、宮頸癌、子宮內(nèi)膜癌、腦癌、眼癌、卵巢癌、睪丸癌、肝癌、腎癌、頭頸癌并包括轉(zhuǎn)移和原發(fā)性癌癥。感染包括，但不限于：病毒、逆轉(zhuǎn)錄病毒和細菌如分支桿菌、革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌，以及蠕蟲、寄生蟲和其他感染性病原體(agent)的感染。

該瞬時穩(wěn)定硅酸鹽納米顆粒還可充當(dāng)用于釋放硅酸的儲庫，硅酸自身有效地增強結(jié)締組織健康并可用于骨質(zhì)疏松癥、骨折愈合、關(guān)節(jié)疾病、皮膚病、血管疾病或用于營養(yǎng)補充以確保充足的硅酸鹽供應(yīng)。

因此，施用可以是通過局部應(yīng)用、經(jīng)口施用或腸胃外施用，后者尤其是通過靜脈內(nèi)施用。

在另一個方面中，本發(fā)明提供了如本文所限定的用于治療方法的穩(wěn)定化聚合硅酸鹽組合物，其包含聚合硅酸和平均直徑為20nm或更小的納米硅酸鹽顆粒。

在另一個方面中，本發(fā)明提供了如本文所限定的穩(wěn)定化聚合硅酸鹽組合物，其包含聚合硅酸和平均直徑為20nm或更小的納米硅酸鹽顆粒，其用于促進外傷愈合和/或治療或防止細菌感染的方法，其中所述組合物配制成用于表面施用。

在另一個方面中，本發(fā)明提供了如本文所限定的含有硅酸鹽的補充劑，其包含穩(wěn)定化聚合硅酸鹽組合物，所述組合物包含聚合硅酸和平均直徑為20nm或更小的納米硅酸鹽顆粒，其用于向人或動物對象遞送硅酸。該組合物可用于治療通過硅酸鹽的施用而得到緩解的病癥。

在另一個方面中，本發(fā)明提供了如本文所限定的穩(wěn)定化聚合硅酸鹽組合物在制造用于治療通過硅酸鹽的施用而得到緩解之病癥的藥物中的用途，所述組合物包含聚合硅酸和平均直徑為20nm或更小的納米硅酸鹽顆粒。

在另一個方面中，本發(fā)明提供了如本文所限定的穩(wěn)定化聚合硅酸鹽組合物作為含有硅酸鹽的補充劑的用途，所述組合物包含聚合硅酸和平均直徑為20nm或更小的納米硅酸鹽顆粒。

在另一個方面中，本發(fā)明提供了組合物，其包含如本文所限定的用于治療的穩(wěn)定化聚合硅酸鹽組合物，所述穩(wěn)定化聚合硅酸鹽組合物包含聚合硅酸和平均直徑為20nm或更小的納米硅酸鹽顆粒。

在另一個方面中，本發(fā)明提供了治療通過硅酸鹽的施用而得到緩解之病癥的方法，該方法包括向需要治療的對象施用治療有效量的組合物，所述組合物包含如本文所限定的穩(wěn)定化聚合硅酸鹽組合物，其包含聚合硅酸和平均直徑為20nm或更小的納米硅酸鹽顆粒。

在另一個方面中，本發(fā)明提供了含有硅酸鹽的補充劑，其包含如通過本文所述方法可獲得的穩(wěn)定化聚合硅酸鹽組合物，所述組合物包含聚合硅酸和平均直徑為20nm或更小的納米硅酸鹽顆粒，用于向人或動物對象遞送瞬時穩(wěn)定的硅酸。

在另一個方面中，本發(fā)明提供了用于治療方法的穩(wěn)定化聚合硅酸鹽組合物，其中所述組合物包含聚合硅酸和平均直徑為20nm或更小的納米硅酸鹽顆粒和穩(wěn)定劑，所述穩(wěn)定劑包含蔗糖和/或聚亞烷基二醇，其中組合物配制成用于經(jīng)由靜脈內(nèi)滴注的靜脈內(nèi)(IV)施用。

在另一個方面中，本發(fā)明提供了用于治療方法的穩(wěn)定化聚合硅酸鹽組合物，其中所述組合物包含聚合硅酸和平均直徑為20nm或更小的納米硅酸鹽顆粒和穩(wěn)定劑，所述穩(wěn)定劑包含聚亞烷基二醇，其中組合物配制為用于表面施用，所述組合物用于促進外傷愈合和/或治療或防止細菌感染的方法。

本發(fā)明的實施方案現(xiàn)將通過實施例的方式進行描述，并且不限于所參照的附圖。然而，鑒于本公開內(nèi)容，本發(fā)明的多種其他方面和實施方案對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。

本文所使用的“和/或”應(yīng)看作兩個具體的特征或組分中的每一個與或不與另一個的具體公開。例如，“A和/或B”應(yīng)看作(i)A，(ii)B以及(iii)A與B中每一個的具體公開，就如同此處每一種被單獨地提出。

除非上下文另有說明，上文提出的特征的描述與限定不限于本發(fā)明任何特定的方面或?qū)嵤┓桨?，并且同等地?yīng)用于所描述的所有方面和實施方案。

附圖簡述

圖1.處在由虛線表示的三種理論合成方法中不同階段的顆粒尺寸的示意圖。

圖2.干燥之前的含有乳糖之硅酸鹽的顆粒尺寸。上圖展示了合成之后材料缺乏穩(wěn)定性(70mM；pH 8)，并且下圖展示了在模擬的生理學(xué)條件下缺乏穩(wěn)定性(40mM，pH 7.0)。該圖中所報道的材料是根據(jù)US 5,807,951合成的，用于與本發(fā)明的穩(wěn)定化聚合硅酸鹽組合物相比較。

圖3.在60℃下加熱不同時間后，小無定形納米硅酸鹽(small amorphous nano-silicates，SANS)的溶解速率。注意加熱未導(dǎo)致顆粒尺寸的變化(未展示)。

圖4.高壓滅菌(121℃持續(xù)15分鐘)之前和之后小無定形納米硅酸鹽(SANS)的溶解速率。

圖5.A)小無定形納米硅酸鹽(SANS)和市售的縮合硅酸鹽(Ludox)在水中(pH 7.2±0.3)的溶解速率。B)小無定形納米硅酸鹽(SANS)、經(jīng)高壓滅菌的SANS，與PEG穩(wěn)定化的超小無定形納米硅酸鹽(ultra small amorphous nano-silictes，uSANS)以及非穩(wěn)定化uSANS的溶解速率。

圖6.將超小無定形納米硅酸鹽之非穩(wěn)定化混懸液(40mM)的pH提升至7.0后顆粒尺寸的變化。

圖7.將超小無定形納米硅酸鹽之非穩(wěn)定化混懸液(0.5M)的pH提升至pH 4.0后顆粒尺寸的變化。

圖8.用蔗糖(1.5)穩(wěn)定的超小無定形納米硅酸鹽(uSANS)混懸液(0.5M)在pH 4.0下的瞬時顆粒尺寸穩(wěn)定性。

圖9.超小無定形納米硅酸鹽混懸液(1.4％Si；即0.5M)的穩(wěn)定性。通過多種化合物在pH 3.5穩(wěn)定納米顆粒硅酸鹽(A)。還在(B)中示出了pH的影響。將形成凝膠所需的天數(shù)用作穩(wěn)定性的代表。在pH 3.5下所示出的結(jié)果包括經(jīng)蔗糖穩(wěn)定化的材料和非穩(wěn)定化材料的比較。

圖10.經(jīng)蔗糖穩(wěn)定化的超小無定形納米硅酸鹽(uSANS)在生理學(xué)pH下的顆粒尺寸穩(wěn)定性。

圖11.小無定形納米硅酸鹽(SANS)顆粒在冷凍之前和之后的尺寸。

圖12.在PEG軟膏劑中由分散的且附聚的小無定形納米硅酸鹽(SANS)顆粒(兩者均為5mM)釋放硅。

圖13.在每一種圖12的PEG軟膏劑中由小無定形納米硅酸鹽顆粒(SANS；5mM Si)和超小無定形納米硅酸鹽(uSANS，40mM至60mM Si)釋放硅。

圖14.在pH 3下由經(jīng)PEG 200穩(wěn)定化的硅酸鹽釋放硅，其中在PEG乳膏劑形成的不同階段進行調(diào)節(jié)至pH 7的步驟。注意，首先將硅酸鹽材料用PEG 200穩(wěn)定化，之后添加PEG 400和PEG 3350以形成軟膏劑。

圖15.峰值波長的隨著[Si]的升高而下降，這表明在穩(wěn)定化硅酸鹽材料存在下DMHP自Fe-DMHP絡(luò)合物中釋放。虛線指示不存在Fe時游離DMHP所獲得的峰值。

圖16.通過穩(wěn)定化和非穩(wěn)定化超小無定形納米硅酸鹽(兩者均為1.5mM)將鐵螯合(sequestration)后的峰值波長隨時間的偏移。

圖17.在不同Si超小無定形納米硅酸鹽存在下的大腸桿菌(E.coli)相對時間的生長曲線。

圖18.進行如美國專利No：5,807,951所述的實驗以示出在200℃下干燥含有乳糖的硅酸鹽的影響。在干燥4小時后形成大的黑色可見附聚物，其急劇地改變了所產(chǎn)生的材料。

圖19.小無定形納米硅酸鹽和Ludox在水中的顆粒尺寸。SANS顆粒尺寸增長至接近Ludox的顆粒尺寸，因此可獨立于尺寸比較溶解性。通過在調(diào)整pH后立即向納米硅酸鹽分散體添加濃縮鹽溶液(1-2mL，1.54M)使其尺寸增長。完成這個步驟后使得Ludox的顆粒尺寸大體上與SANS的顆粒尺寸相近，因而溶解性不受顆粒尺寸的作用。在使用前將該分散體在室溫下孵育大約24小時。

圖20.對uSANS分散體(500mM Si，pH 1.5)添加可溶性金屬離子之前和之后通過鉬酸測定(molybdate assay)確定的溶解速率。

圖21.對與在pH 10下孵育不同時間后的uSANS分散體(500mM Si，pH 1.5)，通過鉬酸測定確定的溶解速率。

詳細描述

硅的生物學(xué)作用和硅酸鹽的化學(xué)性質(zhì)

證據(jù)表明，無論單體或聚合的硅酸對于人和其他動物的健康及疾病預(yù)防或治愈是有益的。然而，如上文所述，本領(lǐng)域的基礎(chǔ)問題是硅酸(其單體表示為Si(OH)₄)進行自組裝，并且在pH≤9.0以及濃度超過水性硅酸鹽的最大溶解度(在25℃為1.7mM，見Jugdaosingh等，同上，圖1)的情況下其形成不可溶的物質(zhì)。本領(lǐng)域公知的是，在可溶性硅酸及漸進式縮合的硅酸種類(即單-、雙-、三-硅酸，聚硅酸及硅酸鹽顆粒)之間存在平衡。從硅酸溶液中生長的過程包括離析(evolution)，其中單一單元在尺寸上生長并變得越來越離析(即更小的不穩(wěn)定、可溶性和/或可溶解性)并且因此在不存在添加的堿的情況下更難以變回Si(OH)₄。生長可包括聚合、附聚、聚集或由于可溶性物質(zhì)的表面沉積導(dǎo)致的尺寸的增長。在適合條件下聚硅酸的生長最終導(dǎo)致了凝膠形成。這些因素使得在這些水性硅酸鹽的濃度之上以及在生理學(xué)相關(guān)的pH下極其難以使硅酸鹽組合物穩(wěn)定化。

因此，硅酸鹽的給藥是一種挑戰(zhàn)，因為劑量必須在濃度與化學(xué)形式兩方面按照所需效果的要求遞送硅，并且在與生理學(xué)健康相容的pH下并以避免持久的硅酸鹽納米顆粒(其對健康可能有不利影響)的方法進行。特別注意的是，在應(yīng)用某劑量時，由于生理環(huán)境，通常會發(fā)生三個值得注意的變化。第一，將會有通過生理學(xué)流體的稀釋，第二，將會有pH改變，以及第三，將會有離子強度的改變。這些影響的凈效應(yīng)將決定所給藥的硅酸鹽的特性。在這些方面中，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)可達到特定的條件以產(chǎn)生亞穩(wěn)態(tài)的硅酸鹽劑量，在與對人或動物應(yīng)用兼容的pH下且一旦化學(xué)環(huán)境發(fā)生變化(如可通過生理學(xué)相關(guān)系統(tǒng)所帶來的)，便會獲得或保持該硅酸鹽劑量的所需性質(zhì)。

穩(wěn)定化聚合硅酸鹽組合物

本發(fā)明提供了用于生產(chǎn)穩(wěn)定化聚合硅酸鹽組合物的方法，所述組合物包含聚合硅酸及納米硅酸鹽顆粒，尤其是平均直徑為20nm或更小的顆粒。在本發(fā)明的方法中，通過硅酸鹽濃度、pH和/或穩(wěn)定劑的組合，硅酸鹽的聚合和顆粒尺寸的增長是受控制的，并且使所得的顆粒被賦予了尺寸的穩(wěn)定性。這在圖1中示意性地示出。在一些實施方案中，該組合物可額外地摻雜金屬陽離子，因為本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，這些可誘導(dǎo)顆粒尺寸增長并可為該組合物提供另外的有用性質(zhì)。摻雜銅(Cu²⁺)或銀(Ag⁺)是優(yōu)選的，因為這可為該制劑提供抗微生物性質(zhì)。

該穩(wěn)定化并水合的聚合硅酸鹽組合物可隨后根據(jù)該組合物的預(yù)期應(yīng)用進行配制。若預(yù)期用于表面施用，可將該組合物并入軟膏劑(例如，PEG乳膏劑)，其中其自身可賦予額外的穩(wěn)定性。對于靜脈內(nèi)施用，在施用前調(diào)整該穩(wěn)定性混懸液的pH和濃度(例如通過在靜脈注射緩沖液中稀釋)是有利的。該情況下，其主要目標(biāo)可以是在于治療窗口期間(其間對個體施用該組合物)在生理條件下的尺寸穩(wěn)定性，而非長期穩(wěn)定性。在一些環(huán)境中，可利用稀釋來彌補一些由pH改變導(dǎo)致的穩(wěn)定性的損失，因為硅酸組合物在硅的低濃度下更加穩(wěn)定。因此，所述穩(wěn)定化通過在使用時的稀釋可為待使用的材料提供充足的時間。

本發(fā)明的一個優(yōu)選的特征在于，可獲得穩(wěn)定性及尺寸的控制而在該方法的任何階段中不使用高溫。這可與美國專利No：5,807,951中所采用的方法進行對比，其中在200℃干燥硅酸鹽導(dǎo)致硅酸鹽縮合形式的形成，之后其生物可用性更弱。優(yōu)選地，這意味著本發(fā)明的方法以低于100℃進行，并且更優(yōu)選地低于70℃。作為替代或補充，優(yōu)選獲得穩(wěn)定性而不必去除溶劑(即干燥)，因為這也有利于形成縮合形式的硅酸鹽。存在本領(lǐng)域已知的生產(chǎn)穩(wěn)定膠體硅酸鹽方法，但這些使用了熱誘導(dǎo)的老化、和/或有機溶劑、和/或在超過100℃或甚至200℃下的干燥過程的組合。然而，這些策略產(chǎn)生的納米顆粒相對地較大(通常大于20nm)并且重要的是，其表現(xiàn)為高水平的縮合?？傊?，這種高水平的縮合與本發(fā)明的穩(wěn)定化聚合硅酸鹽組合物的縮合不良形式相比導(dǎo)致更加持久的顆粒，其具有長期毒性的潛能。

優(yōu)選地，本發(fā)明的聚合硅酸鹽組合物具有可再吸收的性質(zhì)，即其是縮合不良的無定形硅酸鹽，一旦施用其能夠在治療有用的時間尺度內(nèi)經(jīng)歷溶解。聚合硅酸組合物的無定形屬性和不同水平的縮合以及由無定形礦物質(zhì)相表現(xiàn)的固相之相應(yīng)結(jié)構(gòu)排布可能難以通過XRD分析(或等效分析)區(qū)分。因此，本發(fā)明中，縮合水平可通過適當(dāng)?shù)捏w外溶解性測定確定，其中縮合不良的無定形納米硅酸鹽相對于相等顆粒尺寸的縮合無定形納米硅酸表現(xiàn)出更快的溶解速率。

在一個實施例中，溶解性測定可包括獲得聚合硅酸鹽組合物樣品并將其以緩沖液稀釋?？墒褂勉f酸測定確定隨著測定的時間進程存在于一份緩沖液中的可溶性硅酸鹽的濃度。如實施例中所示，該組合物可在10mM HEPES緩沖液中稀釋并調(diào)整至pH 6.7-pH 7.0。示例性鉬酸測定利用100μL的受試溶液或標(biāo)準(zhǔn)物(制備自Sigma Aldrich Si ICP標(biāo)準(zhǔn)物，1000mg/L)以及200μL鉬酸顯色溶液(0.6105g NH₄Mo₇4H₂O，15mL 0.5N H₂SO₄，85mL H₂O)。將該試驗溶液轉(zhuǎn)移至孔板中并混合10分鐘。孵育后，可檢測吸光度(405nm)并使用標(biāo)準(zhǔn)曲線測定可溶性硅酸的濃度。通過舉例，“縮合不良的”聚合硅酸鹽組合物將是可再吸收的，例如，如在體外溶解性測定中所確定的，其中至少25％所述的組合物，且更優(yōu)選地至少35％所述的組合物，更優(yōu)選地至少50％所述的組合物，且更優(yōu)選地至少75％所述的組合物在24小時內(nèi)溶解于HEPES緩沖液中。

本發(fā)明的聚合硅酸鹽組合物包含可溶性聚硅酸和平均直徑為20nm或更小的聚合硅酸納米顆粒，并且在一些情況下其平均直徑更優(yōu)選為小于10nm，更優(yōu)選為小于5nm、4nm、3nm、2nm或1nm。在一些實施方案中，所述顆粒可在約1nm至約2nm，或約1nm至約3nm，或約1nm至約4nm，或約1nm至約5nm，或約1nm至約10nm，或約1nm至約15nm，或約1nm至約20nm，或約5nm至約20nm，或約5nm至約15nm，或約5nm至約10nm，或約10nm至約15nm，或約10nm至約20nm，或約15nm至約20nm的范圍內(nèi)。

聚合硅酸和/或納米硅酸鹽顆粒的不可溶屬性可間接地通過上述鉬酸測定確定，因為這確定了可溶性硅酸成分。大體上，該材料將與可溶性硅酸平衡，在pH＜9.0下其通常的可溶性硅酸濃度為約＜2mM。本發(fā)明的聚合硅酸鹽組合物可與更加縮合形式的硅酸鹽對比，其包括更大的納米顆粒(例如，優(yōu)選地具有大于50nm，并且更優(yōu)選為大于20nm的平均尺寸)、聚硅酸凝膠以及二氧化硅(SiO₂)，硅酸的完全縮合形式，其中-OH基團實際上不存在。聚硅酸顆粒的尺寸可使用動態(tài)光散射測定，并且優(yōu)選地如果是非穩(wěn)定化的，則在新鮮制備的樣品上進行測量。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，該聚硅酸將于其他硅酸鹽物質(zhì)形成平衡。例如，并且依據(jù)目前的準(zhǔn)確條件，這可包括更少量的可溶性硅酸。

本發(fā)明的聚合硅酸鹽組合物為水合的，即水存在于其整個合成中，并且至少在一定程度上(例如，至少5wt％，更優(yōu)選為至少10wt％，至少20wt％的水)，優(yōu)選地也在最終的制劑中，即該材料在配制及隨后的施用之前不經(jīng)干燥或顯著加熱。然而，將會是明顯的，穩(wěn)定劑或其他配制試劑可以這樣的高濃度使用，使得從該硅酸鹽顆粒中置換水分子。如此，盡管該制劑未經(jīng)干燥，水可被置換。

本發(fā)明的聚合硅酸鹽組合物的穩(wěn)定優(yōu)選地從其合成延伸至其儲存、配制和/或施用(例如，不期望缺乏附聚)。

本發(fā)明的聚合硅酸鹽組合物為亞穩(wěn)態(tài)的，即該組合物具有的穩(wěn)定性對于其預(yù)期使用的保質(zhì)期目的是適合的，并且不生長至任何顯著的程度。通過舉例說明，優(yōu)選地，本發(fā)明的聚合硅酸鹽組合物為儲藏穩(wěn)定的，例如穩(wěn)定3個月或更久，更優(yōu)選6個月或更久，更優(yōu)選12個月或更久，且更優(yōu)選24個月或更久。因此，本發(fā)明的聚合硅酸鹽組合物可通過硅酸(或硅酸鹽)分子的部分縮合生產(chǎn)。這些材料作為分散的、非聚集的簇或膠體為亞穩(wěn)態(tài)的。

在本發(fā)明中，聚合硅酸鹽組合物包含穩(wěn)定劑，優(yōu)選為糖和/或聚亞烷基二醇。糖包括由8個或更少單糖構(gòu)成的寡糖，如單體、二聚體或三聚體糖類。優(yōu)選的糖為蔗糖。所述糖中的單體單位最大數(shù)量是這樣選擇的以使其施用不引起施用個體的免疫反應(yīng)。聚亞烷基二醇為聚醚化合物家族，其包括聚乙二醇(PEG)和聚丙二醇。是糖(糖類)的穩(wěn)定劑的實例包括單體、二聚體、三聚體及多聚體糖(糖類)，或?qū)?yīng)的糖醇，如葡萄糖、果糖、甘露糖、蔗糖、蘇糖醇、赤蘚糖醇、山梨糖醇、甘露醇、半乳糖醇或核糖醇。在其中穩(wěn)定劑為糖的一些實施方案中，其是除乳糖外的寡糖。在其中使用了糖醇的一些實施方案中，其不是甘露糖醇。在本發(fā)明中，使用糖作為穩(wěn)定劑對于內(nèi)部施用的組合物是優(yōu)選的，因為其對于向人和動物對象施用是安全的。

在一些實施方案中，利用超過一種不同的糖或聚亞烷基二醇的組合物是可能的，例如2、3、4或5或更多種糖或聚亞烷基二醇，例如在步驟(a)和/或步驟(b)中添加它們。通常以0.01M至3.0M，更優(yōu)選0.03M至2.0M，并且最優(yōu)選0.1M至1.5M的濃度添加糖或聚亞烷基二醇穩(wěn)定劑。技術(shù)人員可進行常規(guī)測試以確定哪種糖和/或聚亞烷基二醇的組合在任意給定條件下工作最好。

本發(fā)明的穩(wěn)定化聚合硅酸鹽組合物可與公開于美國專利公布No：2003/0206967(Choi等)的組合物相區(qū)分，其描述了包含偏硅酸鈉、硼砂、硫代硫酸鈉、碳酸鉀和精制糖于水中的組合物。這導(dǎo)致產(chǎn)生非常堿性的組合物，其pH約為pH 13，對比本發(fā)明的穩(wěn)定化聚合硅酸鹽組合物的pH，其優(yōu)選為pH 3.0至pH 9.0，更優(yōu)選為pH 3.0至pH 8.0，且更優(yōu)選為pH5.5至pH 7.5。獲得Choi等的組合物所使用的方法與本發(fā)明不同，因為本發(fā)明通過降低pH以產(chǎn)生穩(wěn)定的硅酸鹽聚合物從而生產(chǎn)所述組合物。鑒于上述情況，優(yōu)選地，本發(fā)明的穩(wěn)定化聚合硅酸鹽組合物不包含偏硅酸鈉、硼砂、硫代硫酸鈉、碳酸鉀的一種或更多種，并且優(yōu)選地不包含硼砂。

在另一些方面中，本發(fā)明可使用羧酸作為穩(wěn)定劑并且所述羧酸可為C_2-10羧酸，例如二羧酸，如草酸、丙二酸、戊二酸、酒石酸、琥珀酸、己二酸或庚二酸，或其離子化形式(即對應(yīng)的羧酸鹽)，如己二酸鹽?；蚶鐔昔人?，如葡糖酸。穩(wěn)定劑的另一些實例為化學(xué)式HOOC-R₁-COOH表示的二羧酸(或其離子化形式)，其中R₁為任選地替換的C_1-10烷基、C_1-10烯基或C_1-10炔基。大體上，優(yōu)選使用其中R₁為C_1-10烷基，并且更優(yōu)選為C_2-6烷基的雙羧酸。

在一些實施方案中，可將所述聚合硅酸組合物與金屬陽離子接觸，如Ca²⁺、Mg²⁺、Ag⁺、Al³⁺、Cu²⁺、Fe³⁺和/或Zn²⁺，因為本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，其幫助穩(wěn)定所述組合物抵抗溶解(其在一些應(yīng)用中是可以有優(yōu)勢的)或賦予另外的功能性益處(例如，抗微生物作用，例如通過包括Ag⁺和/或Cu²⁺)。不希望被任何具體的理論束縛，本發(fā)明人認為陽離子通過與存在于材料中的自由硅烷醇基團(-OH)相互作用包覆所述納米硅酸鹽顆粒。通過引導(dǎo)的方式，優(yōu)選添加金屬陽離子以提供0.01M至1.0M的終濃度，并且更優(yōu)選添加金屬陽離子以提供0.05M至0.5M的終濃度。優(yōu)選地，添加金屬陽離子以提供100∶1至10∶1的Si與金屬的比例，并且任選地提供20∶1的Si與金屬的比例。

本發(fā)明人還出人意料地發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的聚合硅酸鹽組合物可通過添加非水性溶劑(例如醇)進一步穩(wěn)定化。醇的優(yōu)選實例為乙醇。通過舉例說明的方式，可添加所述非水性溶劑至10％v/v至50％v/v，或20％v/v至50％v/v，或10％v/v至20％v/v。此外，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在一些情況下蔗糖與醇的組合對于穩(wěn)定所述組合物是特別有效的。

在以下對本發(fā)明方法之步驟的討論中，將對本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯的是，重排上述方法中的一些步驟和/或使一些步驟同時進行是可能的。上文提到的另外的步驟是任選的，并且在下文進一步解釋。

在導(dǎo)致本發(fā)明的工作中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)一些有助于聚合硅酸鹽組合物之穩(wěn)定性的因素，包括起始堿性硅酸鹽溶液的pH降低的速率、包含穩(wěn)定劑、顯著地糖或聚亞烷基二醇、金屬陽離子的添加和/或非水性溶劑的添加。因此，本發(fā)明的方法可單獨或以任何組合地利用這些手段，以產(chǎn)生具有充足穩(wěn)定性的聚合硅酸鹽組合物以用作例如補充劑或治療劑。金屬陽離子也可服務(wù)于為組合物提供抗微生物的性質(zhì)(例如通過添加Ag⁺或Cu²⁺)和/或抑制該組合物的溶解，如圖20所證明。

在一些情況下，特別是對于生產(chǎn)超小納米硅酸鹽顆粒(“uSANS”)，堿性硅酸鹽溶液pH降低的速率對所得聚合硅酸鹽組合物的穩(wěn)定性具有顯著影響。優(yōu)選地，在少于60秒，更優(yōu)選少于30秒，更優(yōu)選少于10秒，或最優(yōu)選少于5秒的時間內(nèi)使pH降低(例如降低至小于或等于pH 4.0或pH 3.0的pH)。

在步驟(a)中，優(yōu)選所述堿性硅酸鹽溶液的濃度為0.05M至1.5M，且更優(yōu)選為0.03M至2.0M，其最優(yōu)選為0.1M至1.0M。為了維持硅酸鹽的穩(wěn)定性，還優(yōu)選使用高于9.5的pH，并且優(yōu)選地在步驟(a)中所述堿性硅酸鹽溶液的pH為約pH 10.5或以上，并且仍然更優(yōu)選地為約pH 11.5或以上。在最終的聚合硅酸鹽組合物中，硅的濃度可為2.5mM或更高、5.0mM或更高、25mM或更高、30mM或更高、40mM或更高、50mM或更高、100mM或更高、250mM或更高、500mM或更高。在最終的穩(wěn)定化聚合硅酸鹽組合物中，硅的濃度可為1.5M或更低、1.0M或更低、500mM或更低，以及這些下限和上限之間的范圍。

在一些實施方案中，在步驟(b)中降低的pH對可產(chǎn)生的穩(wěn)定化硅酸鹽納米顆粒的類型有影響。如實施例中所示，通過迅速地將pH從大于10的pH降低至pH 3.0或更小可形成平均直徑為5nm或更小的uSANS或者非常小的顆粒，并且將使得待使用的硅的濃度高達1M?；蛘撸ㄟ^將pH降低至約7.4可形成平均直徑為10nm或更小的SANS或小納米顆粒。在這種情況下，可使用約50mM或更小的較低的濃度。因此，降低的pH可為7.4或更低，或pH 3.0或更低。這使得可以在低pH下制備uSANS，如所描述的，這將需要將pH提升以生長確定顆粒尺寸的uSANS至SANS，并通過再次降低pH使其尺寸穩(wěn)定化。穩(wěn)定劑在該方法的一些步驟中是需要的。這些方法是本領(lǐng)域的重要部分。

在一些情況下，可降低pH和/或稀釋該混懸液以用于穩(wěn)定化水性混懸液的長期保存。作為替代或補充，在非生理pH下長期保存后以及向個體施用之前，可將所述納米硅酸鹽混懸液調(diào)整至生理pH，和/或稀釋和/或添加穩(wěn)定劑。

在將所述硅酸鹽組合物配制為軟膏劑或乳膏劑的情況下，或在所述混懸液被稀釋從而使其硅濃度為100mM或更低的情況下，可優(yōu)選地，將所述組合物或含有該組合物的制劑的pH升高至生理pH，優(yōu)選為pH 3.0至pH 8.0，更優(yōu)選為pH 5.5至pH 7.5。方便地，這可通過添加堿如氫氧化鈉或碳酸鈉完成。大體上所述組合物的pH應(yīng)適于施用，即與生理接近，例如pH 7.4±1.5。這樣的目的是使得向個體施用不會導(dǎo)致意外的臨床結(jié)果，如疼痛或炎癥。然而，根據(jù)施用的途徑，如果含有所述穩(wěn)定化聚合硅酸鹽組合物的最終制劑的pH在pH 3至pH9的范圍內(nèi)是可接受的。

所述組合物應(yīng)得到合適地穩(wěn)定化，從而使得納米硅酸鹽的顆粒尺寸將保持充分穩(wěn)定(＜20nm)以用于預(yù)期的應(yīng)用。例如，在用于靜脈內(nèi)施用的制劑的情況下，第一儲存溶液(例如pH＜3且100mM Si)的顆粒尺寸將在儲存期期間穩(wěn)定，之后一旦以緩沖的靜脈注射溶液稀釋，其首先在施用前的幾個小時內(nèi)保持穩(wěn)定并且之后，一旦施用，其將不會發(fā)生附聚。在局部應(yīng)用中PEG的穩(wěn)定化還意味著在儲存期間及應(yīng)用后，軟膏劑中的顆粒尺寸將足夠恒定。

組合物的配制和用途

本發(fā)明的穩(wěn)定化聚合硅酸鹽組合物可配制為用于各種生物學(xué)相關(guān)應(yīng)用，包括用作藥物或營養(yǎng)組合物的制劑，并且特別是作為含有硅酸鹽的補充劑或治療劑。本發(fā)明的組合物不僅可包含本發(fā)明的一種或更多固相材料，還可包含可藥用賦形劑、載質(zhì)、緩沖劑、穩(wěn)定劑或其他為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的材料。這樣的材料應(yīng)為無毒性的并且依據(jù)其預(yù)期用途，不應(yīng)干擾所述穩(wěn)定化聚合硅酸鹽組合物的效力。與在人對象中具有用于治療或預(yù)防病癥的應(yīng)用一樣，本發(fā)明在獸醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也有應(yīng)用。

本發(fā)明提供了適合各種不同應(yīng)用的組合物，在所述應(yīng)用中向?qū)ο筇峁┕杷帷?/p>

在一項應(yīng)用中，穩(wěn)定化聚合硅酸鹽組合物可用于經(jīng)胃腸道向?qū)ο蠼?jīng)口遞送硅酸，特別是其中穩(wěn)定劑為糖。在本發(fā)明的該方面中，優(yōu)選地所述組合物大體上用于向?qū)ο笾苯邮┯?，即不需要由對象在施用之前進行稀釋步驟。優(yōu)選地，所述穩(wěn)定劑選自本文所列出的糖類。通常，所述糖以如下的量使用：0.01M至3.0M，且更優(yōu)選為0.03M至3.0M，甚至更優(yōu)選為0.1M至3.0M，且最優(yōu)選為0.01M至1.5M。更優(yōu)選地，所述組合物的pH為1.0至6.0、1.5至5.0、或2.2至4.0、或2.4至4.0。在另一些實施方案中，所述組合物的pH在1.5或2.0或2.5至6.0或5.5或5.0或4.5或4.0或3.5之間。硅的濃度為0.1M至1.5M。這些組合物可用于補充硅或用于遞送治療性硅酸鹽，即治療通過治療性或營養(yǎng)硅酸鹽的遞送而緩解的病癥。優(yōu)選地，穩(wěn)當(dāng)配制為用于經(jīng)口遞送時定化聚合硅酸鹽組合物為液體填充的膠囊。這可治療胃腸道的病癥或用于補充硅的目的。前者可包括鐵結(jié)合以改善鐵在結(jié)腸中的毒性影響。這與其他經(jīng)口遞送的實施方案可需要腸包衣或?qū)Ｓ冒乱杂糜谘舆t釋放。

在另一個應(yīng)用中，穩(wěn)定化聚合硅酸鹽組合物可通過稀釋成滴液向?qū)ο箪o脈內(nèi)施用，所述滴液通常為葡萄糖或鹽水或蔗糖滴液，具有或不具有緩沖液或試劑達到適于施用的pH。在本發(fā)明的該方面中，適用于在循環(huán)中提供給定水平的硅酸鹽的劑量測定可通過醫(yī)生使用本領(lǐng)域所熟知的方法測定。

在一個作為替代的應(yīng)用中，所述穩(wěn)定化聚合硅酸鹽組合物可配制為用于表面施用例如用于應(yīng)用到皮膚或外傷表面。

液體藥物組合物一般包括液體載劑如水、石油、動物或植物油、礦物油或合成油。生理鹽溶液、右旋糖或其他糖類溶液或二醇類如乙二醇、丙二醇或聚乙二醇可包括于此。當(dāng)所述含有硅酸鹽的補充劑需要保持在固體形態(tài)，例如用以控制所述材料組分的遞送，從而選擇所述制劑的組分可能是必需的，例如在制造所述材料之液體制劑的情況下。根據(jù)需要，可包括防腐劑、穩(wěn)定劑、緩沖劑、抗氧化劑和/或其他添加劑，例如在本發(fā)明的一些實施方案中，其中所述聚合硅酸鹽組合物適于經(jīng)由滴注向?qū)ο笫┯谩?/p>

在治療性應(yīng)用中，本發(fā)明的穩(wěn)定化聚合硅酸鹽組合物優(yōu)選地以“預(yù)防有效量”或“治療有效量”給藥于個體(根據(jù)可能的情況，盡管預(yù)防可以當(dāng)做治療)，這足以向個體表現(xiàn)出益處(例如，生物可用性)。實際施用量，以及施用的速度與時程將取決于所治療疾病的屬性與嚴(yán)重程度。治療的處方，例如對劑量等的決定，屬于全科醫(yī)生及其他醫(yī)生的責(zé)任，并且通?？紤]待治療的疾病、個體患者的病癥、遞送的位點、施用的方式以及臨床醫(yī)師所知的其他因素。以上提到的技術(shù)及方案的實例可在Remington’s Pharmaceutical Sciences，第20版，2000，Lippincott，Williams&Wilkins中找到。根據(jù)待治療的病癥，可以單獨地或與其他治療組合地(或者同時或者先后地)施用組合物。

本發(fā)明的組合物可用于治療性應(yīng)用中，其中硅酸鹽的遞送是所需的，其包括各種各樣的醫(yī)學(xué)病癥，所述病癥包括但不限于骨質(zhì)疏松癥、骨質(zhì)減少、肌肉骨骼和關(guān)節(jié)疾病、所有類型的癌癥、皮膚病癥、血管疾病、心血管疾病、冠心病、炎性疾病、自身免疫病、阿爾茨海默病、認知障礙、所有類型的感染、外傷、潰瘍、胃腸疾病、肝病、腎病、免疫相關(guān)疾病或激素相關(guān)疾病。本發(fā)明的美容方面包括毛發(fā)、皮膚或指/趾甲的美容改善，例如為其提供改善的外觀。本發(fā)明的組合物也可用于獸醫(yī)學(xué)治療性應(yīng)用，其中硅的遞送是所需的，其包括但不限于外傷、潰瘍和癌癥的治療。硅酸鹽的醫(yī)療用途公開于WO 2009/052090、美國專利公布No：2009/0130230及美國專利公布No：2013/0149396，這些文獻通過引用整體并入，并且特別地，本發(fā)明的組合物可以額外的優(yōu)勢用于治療公開于這些參考文獻中的病癥，所述優(yōu)勢為本發(fā)明的組合物是穩(wěn)定化的。

在另一個方面中，本發(fā)明的聚合硅酸鹽組合物可經(jīng)口遞送卻不作為生物可用的硅，而是使其保持于遠端腸腔中(此處吸收較低)，并利用聚硅酸對特定陽離子(尤其是鐵)的強結(jié)合親和性。最近的證據(jù)表明，結(jié)腸中的鐵容許在敏感對象中結(jié)腸癌的發(fā)展(13)。因此，在另一個實施方案中，穩(wěn)定化聚合硅酸鹽組合物靶向結(jié)腸，以一旦處于該環(huán)境則有利于聚硅酸僅逐漸溶解或甚至縮合的濃度，將導(dǎo)致腔內(nèi)鐵的絡(luò)合/失活，而預(yù)防或減少該局部環(huán)境中的腫瘤生成。這可用于治療或預(yù)防結(jié)腸中的癌癥。

在感染及慢性疾病，如癌癥期間，軀體部分地經(jīng)由對鐵的動員減弱以及鐵在不同細胞和胞外區(qū)室之間的運輸減弱誘發(fā)貧血狀態(tài)。鐵鎖定于鐵蛋白中。這是因為鐵的丟失可增強感染及慢性疾病狀態(tài)，并且因此需要將其螯合。事實上，在疾病治療中一個經(jīng)常被提出的策略是以螯合劑對鐵進行螯合，所述螯合劑將其鎖定為固定的狀態(tài)。發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的聚合硅酸鹽組合物(例如SANS和uSANS)可肅清鐵，這意味著當(dāng)其適當(dāng)?shù)嘏渲茷橛糜谑┯糜趯ο髸r，其可具有螯合鐵和幫助對抗疾病臨床作用。這可通過結(jié)合在胃腸道腔中的鐵從而防止鐵進入身體和/或?qū)δc道細胞的毒性(如在結(jié)腸直腸區(qū)域中)，或可以是腸胃外施用之后在細胞和/或胞外區(qū)室的全身性效果。

在體內(nèi)瞬時穩(wěn)定的硅酸鹽納米顆?？删哂羞m合于重新激活免疫系統(tǒng)以幫助治療例如感染與癌癥的作用。癌癥可包括但不限于：黑色素瘤、皮膚癌、肺癌、胰腺癌、結(jié)腸直腸癌和其他內(nèi)臟癌癥、胃癌、乳腺癌、淋巴瘤、白血病、子宮癌、前列腺癌、食管癌、骨癌、膀胱癌、宮頸癌、子宮內(nèi)膜癌、腦癌、眼癌、卵巢癌、睪丸癌、肝癌、腎癌、頭頸癌并包括轉(zhuǎn)移和原發(fā)性癌癥。感染包括但不限于：病毒、逆轉(zhuǎn)錄病毒及細菌如分支桿菌、革蘭氏陽性菌及革蘭氏陰性菌，以及蠕蟲、寄生蟲及其他感染性病原體的感染。

該瞬時穩(wěn)定硅酸鹽納米顆粒還可作用為用于釋放硅酸的儲庫，硅酸自身對于增強結(jié)締組織健康是有效的，并可用于骨質(zhì)疏松癥、骨折愈合、關(guān)節(jié)疾病、皮膚疾病、血管疾病或用于營養(yǎng)補充以確保充足的硅酸鹽供應(yīng)。

如此，施用可以是通過局部應(yīng)用、經(jīng)口施用或腸胃外施用，后者尤其是通過靜脈內(nèi)施用。

本發(fā)明的組合物的其他醫(yī)療用途包括治療高血壓、糖尿病、骨疾病、心血管疾病、神經(jīng)退行性病理、所有上文未提到的類型的癌癥、胃酸過多、骨質(zhì)疏松、牙結(jié)石、阿爾茨海默病、克-雅病的治療以及用于外傷愈合。

本發(fā)明組合物的另外的醫(yī)療用途包括治療由燒傷、外傷或病原體作用或腐蝕性化學(xué)物質(zhì)影響的皮膚，包括治療日光灼傷，或任何皮膚疾病，包括銀屑病、濕疹及其他類型的皮炎。

聚亞烷基二醇如PEG尤其良好地適用于硅酸鹽的局部遞送，因為其形成軟膏劑并可用于各種不同的分子量，允許調(diào)整粘度及其他在最終的軟膏劑中可能需要的物理參數(shù)。

將對本領(lǐng)域人員明顯的是，局部應(yīng)用遞送可利用非基于PEG或僅部分基于PEG的軟膏劑實現(xiàn)。在此種情況下，一旦如本文描述以EPG啟動穩(wěn)定化，則將硅酸鹽并入非基于PEG的軟膏劑，例如將PEG穩(wěn)定化的納米硅酸鹽組合物并入另一種不同的載劑，如羥乙基纖維素。

一種或更多種本文所述的穩(wěn)定化聚合硅酸鹽組合物的有效量可配制成用于表面施用，例如對皮膚、牙齒、指/趾甲或毛發(fā)施用。這些組合物可為乳膏劑、洗劑、凝膠劑、混懸劑、分散體、微乳劑、納米分散體、微球、水凝膠劑、乳劑(水包油及油包水，以及多重乳劑)及多層凝膠及類似的形式(見，例如，The Chemistry and Manufacture of Cosmetics，Schlossman等，1998)，并且可配制為水性或硅酮組合物或可配制為一種或更多種油相在水性連續(xù)相中(或水相在油相中)的乳劑。在本發(fā)明中使用的載體類型取決于局部組合物的性質(zhì)。載體可為固體、半固體或液體。合適載體為液體或半固體，如乳膏劑、洗劑、凝膠、棒、軟膏劑、貼劑、噴劑和摩絲(mousses)。特別地，載體為乳膏劑、軟膏劑、洗劑或凝膠形式，更特別地為一種具有足夠厚度或屈服點(yield point)以防止顆粒沉淀的載體。該載體自身可為惰性的或其可具有其自身的益處。載體也應(yīng)當(dāng)與在載體中配制的穩(wěn)定化聚合硅酸鹽組合物或其他成分在物理和化學(xué)上相容。載體的實例包括水、羥乙基纖維素、丙二醇、丁二醇和聚乙二醇，或其組合。

材料及方法

小無定形納米硅酸鹽(SANS)的制備

從濃縮的硅酸鈉儲液中制備25±5mM的硅酸鹽溶液。之后，使用HCl溶液將pH調(diào)節(jié)至6.8±0.2。pH下降導(dǎo)致無定形膠質(zhì)硅酸鹽的形成。使溶液靜置以平衡16小時至24小時，期間其增長至pH 7.1±0.2。該過程導(dǎo)致本發(fā)明的穩(wěn)定化聚合硅酸鹽組合物的形成，其示意性地展示于圖1中。

方法學(xué)

在起始SANS儲液制備后25小時，將等分試樣在10mM HEPES緩沖液中稀釋至約1mM并調(diào)節(jié)pH(如需要)為pH 6.7至7。使用鉬酸測定來測定可溶性硅酸鹽隨時間的濃度。

鉬酸測定

將100μL的受試溶液或標(biāo)準(zhǔn)物(制備自Sigma Aldrich Si ICP標(biāo)準(zhǔn)物，1000mg/L)以及200μL鉬酸顯色溶液(0.6105g NH₄Mo₇4H₂O，15mL0.5N H₂SO₄，85mL H₂O)轉(zhuǎn)移至96孔板中并混合10分鐘。孵育后，測量吸光度(405nm)，使用標(biāo)準(zhǔn)曲線確定可溶性硅酸的濃度。

由PEG穩(wěn)定化的超小無定形納米硅酸鹽(uSANS)

通過首先將濃縮的硅酸鈉溶液稀釋(所得pH大于10.5)并且之后在少于5秒內(nèi)通過推注添加濃HCl使pH降低至約pH 1.0制備納米顆粒硅酸鹽混懸液(0.5M Si)。然后將pH提升至pH 3.0，并添加1M的PEG 200。之后將該混懸液稀釋至1mM Si(24小時后)以用于溶解性測定。

非穩(wěn)定化超小無定形納米硅酸鹽(uSANS)

對PEG穩(wěn)定化的材料(0.5mM；pH 3)使用相同的方法，但不添加PEG。

當(dāng)提升超小無定形納米硅酸鹽(uSANS；0.5M)的非穩(wěn)定化混懸液至pH 7.0時的顆粒尺寸變化

通過以下制備uSANS的非穩(wěn)定化混懸液(0.5M Si)：首先將濃縮的硅酸鈉溶液稀釋(所得pH大于10.5)，然后在少于5秒內(nèi)通過推注添加濃HCl降低使pH降低至1.0，然后將其提升至pH 3.5。隨后將混懸液稀釋至40mM并將pH提升至pH 7.0以誘導(dǎo)受控的顆粒生長。

當(dāng)提升超小無定形納米硅酸鹽(uSANS)的非穩(wěn)定化混懸液(0.5M)至pH 4.0時的顆粒尺寸變化

方法：通過以下制備uSANS(0.5M Si)的非穩(wěn)定化混懸液，首先將濃縮的硅酸鈉溶液稀釋(所得pH大于10.5)，之后在少于5秒內(nèi)通過推注添加濃HCl使pH降低至約1.0。之后將pH提升至pH 4.0以誘導(dǎo)受控的顆粒生長。

以PEG穩(wěn)定化的uSANS混懸液(0.5M)在pH4.0下的瞬時顆粒尺寸穩(wěn)定性

通過以下制備納米顆粒硅酸鹽的非穩(wěn)定化混懸液(0.5M Si)：首先將濃縮的硅酸鈉溶液稀釋(所得pH大于10.5)，之后在少于5秒內(nèi)通過推注添加濃HCl使pH降低至約1.0。之后將pH提升至pH 4.0并添加1M PEG。

經(jīng)蔗糖穩(wěn)定化的超小無定形納米硅酸鹽(uSANS)混懸液在生理pH下的顆粒尺寸穩(wěn)定性

通過將濃縮的硅酸鈉溶液稀釋(所得pH大于10.5)并添加蔗糖(從而使最終組合物含有1.5M蔗糖)制備以蔗糖穩(wěn)定化的uSANS混懸液(0.5M Si)。然后在少于5秒內(nèi)通過推注添加濃HCl使pH降低至約1.0。這之后通過添加氫氧化鈉以獲得pH 3.5。然后將該混懸液稀釋至40mM的Si并將pH調(diào)節(jié)至7以模擬靜脈內(nèi)施用。

在冷凍之前和之后小無定形納米硅酸鹽(SANS)顆粒的尺寸

將新鮮SANS混懸液(30mM，如圖3中制備)在-20℃保持16小時，且在并入PEG乳膏劑前解凍1小時至3小時。

由PEG乳膏劑中的分散的和附聚的小無定形納米硅酸鹽(SANS)顆粒(兩者均為5mM)釋放硅

釋放測定：將含有Si的PEG乳膏劑(10g)轉(zhuǎn)移至并使其固定于Falcon試管底部至少12小時。然后，在乳膏劑層之上添加10mL的50mM重碳酸鹽緩沖液(pH 7)，并通過ICP-OES隨時間測定硅的釋放。該測定在室溫(約20℃)下進行。通過如上所述的冷凍及解凍產(chǎn)生附聚的材料。

并入PEG乳膏劑

將PEG 3350(5.25g)熔融。將SANS混懸液(2.3g的30mM混懸液)與PEG 400(6.15g)在65℃至70℃混合，并添加至PEG熔融物中。將所得混合物均質(zhì)化并使其冷卻至室溫。

在PEG乳膏劑中由SANS顆粒(5mM Si)及uSANS顆粒(40mM及60mM Si)釋放硅

方法學(xué)：與圖12中描述的相同。

將uSANS并入PEG乳膏劑

方法1：將PEG 3350(5.25g)熔融并添加氫氧化鈉以確保一旦形成乳膏劑其pH高于pH 6。將經(jīng)PEG 200穩(wěn)定化的硅酸鹽納米顆粒(2.3g的0.5M混懸液)與PEG 400(6.15g)在65℃至70℃混合，并添加至PEG熔融物中。將所得混合物均質(zhì)化并使其冷卻至室溫。

方法2：將PEG 3350(5.25g)熔融并添加氫氧化鈉以確保一旦形成乳膏劑其pH高于pH 6。將經(jīng)PEG 200穩(wěn)定化的硅酸鹽納米顆粒(2.3g的0.5M混懸液)與PEG 400(6.15g)在室溫下混合，并添加至PEG熔融物中。將所得混合物均質(zhì)化并使其冷卻至室溫。

由PEG軟膏劑中的經(jīng)PEG 200穩(wěn)定化的聚合硅酸鹽釋放硅

將硅酸鹽在pH 3下穩(wěn)定化，其中在PEG乳膏劑形成的不同階段進行調(diào)節(jié)至pH 7的步驟。

方法學(xué)：PEG軟膏劑的制備包括將經(jīng)PEG200穩(wěn)定化的混懸液(0.5M Si；pH 3.0)并入PEG乳膏劑，其進一步穩(wěn)定所述材料。通過以下制備所述乳膏劑：首先將混懸液PEG 400混合，隨后加熱至60℃至70℃，之后添加PEG 3350。通過在1)PEG 200穩(wěn)定化(在PEG 400之前)，或2)添加PEG 400之后，或3)與添加PEG3350同時添加NaOH以進行pH中和。

生產(chǎn)并測試本發(fā)明的穩(wěn)定化聚合硅酸鹽組合物之特征的實驗

無定形的縮合不良的材料

無定形納米硅酸鹽可表現(xiàn)出不同水平的縮合，其不易通過標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)(如XRD)區(qū)分。本發(fā)明人觀察到暴露于甚至溫和的溫度(例如60℃)可導(dǎo)致隨時間的縮合的提升，這導(dǎo)致較低的溶解速率(圖3)。該不想要的變化在更高的溫度下特別明顯，如在干燥中或滅菌過程中所使用的那些，其中甚至短的暴露導(dǎo)致易變性的嚴(yán)重降低(圖4)。相對地，本文所描述的合成方法產(chǎn)生穩(wěn)定的納米顆粒，其是易變的，即在內(nèi)體是非持續(xù)性的(圖5)。用于參照，Ludox為縮合硅酸鹽納米顆粒的實例。圖19示出，雖然Ludox與本發(fā)明的納米硅酸鹽具有相近的顆粒尺寸，但其各自不同的溶解速率意味著溶解速率不依賴于尺寸。

小無定形納米硅酸鹽(SANS)的制備

從硅酸鈉的濃縮儲液制備30±3mM的硅酸鹽溶液。然后，使用HCl溶液調(diào)節(jié)pH至6.8±0.2。pH降低導(dǎo)致無定形聚合硅酸鹽的形成。使該溶液靜置以平衡16小時至24小時，期間將其提升至pH 7.1±0.2。

方法學(xué)：當(dāng)制備時，制備SANS混懸液并立即加熱至60℃。在特定的時間點，將等分試樣收集并使其冷卻至室溫。在初始SANS儲液配制后25小時，將等分試樣在10mM的HEPES緩沖液中稀釋至約1mM并調(diào)節(jié)到pH 6.7至pH 7。使用鉬酸測定以測定可溶性硅酸鹽隨時間的濃度。

鉬酸測定：將100μL的受試溶液或標(biāo)準(zhǔn)物(制備自Sigma Aldrich Si ICP標(biāo)準(zhǔn)物，1000mg/L)以及200μL鉬酸顯色溶液(0.6105g NH₄MO₇ 4H₂O，15mL 0.5N H₂SO₄，85mL H₂O)轉(zhuǎn)移至96孔板中并混合10分鐘。孵育后，檢測吸光度(405nm)使用標(biāo)準(zhǔn)曲線確定可溶性硅酸的濃度。

經(jīng)PEG穩(wěn)定化的超小無定形納米硅酸鹽(uSANS)

通過以下制備納米顆粒硅酸鹽的混懸液(0.5M Si)：首先將濃縮的硅酸鈉溶液稀釋(所得pH大于10.5)，之后在少于5秒內(nèi)通過推注添加濃HCl使pH降低至約1.0。然后將pH提升至pH 3.0并添加1M PEG。然后將這種混懸液稀釋至1M Si(24小時之后)以用于溶解測定。

非穩(wěn)定化超小無定形納米硅酸鹽(uSANS)

采用與對經(jīng)PEG穩(wěn)定化的材料(0.5mM；pH 3)相同的方法，但不添加PEG。

尺寸的可修整性

使用此處所描述的方法，當(dāng)pH降低時，形成小顆粒(＜5nm；通常＜3.5nm)。然而，可通過提升pH獲得較大的顆粒尺寸。圖6示出了當(dāng)提升納米顆?；鞈乙旱膒H時顆粒尺寸增長。有用地，可通過選擇合適的pH和濃度確定生長速度。圖7展示了如何通過僅將pH提升至4獲得較慢的生長速率。如上文所陳述的，可通過添加穩(wěn)定劑(例如PEG，圖8)或稀釋該混懸液停止尺寸的增長。

瞬時尺寸穩(wěn)定性

生長阻滯劑以依賴于pH的方式(圖9B)提升了亞穩(wěn)態(tài)(圖9A)。這種穩(wěn)定性提升使得濃縮的無定形硅酸鹽的加工及配制(例如并入凝膠或乳膏劑)成為可能。

在生理條件下的尺寸穩(wěn)定性

本文所描述的增強的硅酸鹽分散性及穩(wěn)定性允許在生理pH下的施用高濃度的納米顆粒，而沒有聚集的風(fēng)險。這使得各種依賴于腸胃外的應(yīng)用成為可能，如靜脈內(nèi)(i.v.)或經(jīng)口遞送，并通過以蔗糖穩(wěn)定化的硅酸鹽NP說明，當(dāng)暴露于生理pH下時其保持為分散并較小(圖10)。

并入固體或半固體基質(zhì)

由乳膏劑中的硅酸鹽顆粒有效釋放硅要求顆粒保持為非附聚的。為了證明這點，通過在并入PEG乳膏劑前的冷凍(圖11)誘導(dǎo)了非穩(wěn)定化無定形硅酸鹽的附聚。結(jié)果是，對于附聚的顆粒，其向與乳膏劑接觸的模擬生理流體釋放的硅顯著較少(圖12)。

如上文所陳述的，為了保持硅酸鹽處于縮合不良的形式，其應(yīng)保存為水性混懸液。然而，將水性混懸液并入乳膏劑導(dǎo)致顯著的硅酸鹽活性的稀釋因數(shù)(通常5至7倍)。另外，鑒于在生理pH(pH 6至pH 8)下非穩(wěn)定化無定形硅酸鹽在40mM以上不穩(wěn)定，其在乳膏劑中的最終濃度限制為約8mM。然而，使用本文所描述的穩(wěn)定化策略，可將高濃度的無定形縮合不良納米顆粒并入PEG乳膏劑并導(dǎo)致更強的活性劑釋放(圖13)。本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)為了阻止附聚，當(dāng)通過所有PEG組分將顆粒完全穩(wěn)定化時，可有利地進行材料的pH調(diào)節(jié)(圖14)。

TEM分析

使用利用圖14中的合成所制成的軟膏劑進行TEM分析，其中在PEG3350之后添加NaOH。將少量的軟膏劑懸于乙醇中。經(jīng)超聲后，將一滴此種混懸液置于柵極(grid)上，并在干燥后，在FEI Tecnai F20場發(fā)射槍(field emission gun，F(xiàn)EG)透射電子顯微鏡(transmission electron microscope，TEM)中檢測。在200kV操作Tecnai F20FEG-TEM并為其配備Gatan Orius SC600A CCD照像機及Oxford Instruments X-Max能量色散X射線(energy dispersive X-ray，EDX)光譜儀。利用EDX光譜儀測定的最終Si濃度為83mmol/kg，其指明二氧化硅以及Cu的存在。TEM圖像示出穩(wěn)定化聚合硅酸鹽的納米顆粒被使其穩(wěn)定的PEG 3350基質(zhì)包圍。

鐵的螯合

硅酸鹽穩(wěn)定化的材料從Fe-DMHP絡(luò)合物中移除Fe；在5mM Si(比例1∶625，F(xiàn)e∶Si)下，所有DMHP從Fe絡(luò)合物中解放(圖15)。然而，在穩(wěn)定化及非穩(wěn)定化硅酸鹽中，隨著時間DMHP似乎再次與鐵絡(luò)合，如通過向Fe-DMHP的波長(289.2nm)的偏移所見(圖16)。

負載銅的Si NP的抗微生物作用

負載銅的硅酸鹽聚合物表現(xiàn)出抗微生物活性，但生長阻滯劑不會消極地影響銅的細菌活性。在穩(wěn)定化及非穩(wěn)定化的材料之間沒有明顯區(qū)別(圖17)。實踐中，穩(wěn)定化允許負載銅的硅酸鹽濃度更高，并且穩(wěn)定劑對效力沒有影響。

用于GI施用的穩(wěn)定化聚合硅酸鹽組合物

本發(fā)明的組合物可經(jīng)測試以確認其在胃腸道中的表現(xiàn)。暴露于模擬的消化之后，該組合物經(jīng)歷迅速的變化從而釋放一些硅酸，所述硅酸將會被身體吸收并利用，而存留的硅酸鹽形成更大的顆粒，其會在糞便中安全排出。因此避免了持續(xù)性的納米顆粒及同時發(fā)生的毒性的風(fēng)險。

用于i.v.施用的穩(wěn)定化聚合硅酸鹽組合物

逐步稀釋的穩(wěn)定化聚合硅酸鹽組合物，所述組合物利用蔗糖在pH 4.0下進行穩(wěn)定化，將納米顆粒在含有鹽水的試管中于pH 7.4測試，并用更大體積的鹽水平衡，從而模擬靜脈注射。硅酸非常迅速地形成，使得可以安全的腸胃外遞送。在這些條件下為觀察到顆粒形成。但即使發(fā)生這種情況，網(wǎng)狀內(nèi)皮組織系統(tǒng)也會有效地將其清除。對潛在的毒性納米顆粒硅酸鹽的暴露最小。

將穩(wěn)定化聚合硅酸鹽組合物配制到固體或半固體基質(zhì)中以用于表面施用

將本發(fā)明的穩(wěn)定化聚合硅酸鹽組合物(任選地摻雜銅)并入羥乙基纖維素凝膠(2％w/w)并用于覆蓋外傷。任選地在乳膏劑中可包括金屬離子如Cu²⁺或Ag⁺，以用于提升其抗菌性質(zhì)。

根據(jù)US 5,807,951通過加熱的乳糖處理及顆粒尺寸穩(wěn)定性

將0.91g的五水和偏硅酸鈉溶解于10ml的UHP水中。在50℃下將9.6g的乳糖溶解于30ml的UHP水中，持續(xù)30分鐘。將兩種溶液混合并用0.5M HCl調(diào)節(jié)至pH 8。將含有約70mM Si的最終材料通過DLS(A)對其顆粒尺寸進行分析。收集一份等分試樣，稀釋至40mM并調(diào)節(jié)至pH 7以模擬生理條件。還對該稀釋混懸液的顆粒尺寸進行表征(B)。以在圖2中的相同實驗方案，將最終混懸液(在pH 8下約70mM Si)在200℃下干燥。

使用金屬離子的溶解性的控制

將可溶性金屬離子加入uSANS分散體(500mM Si，pH 1.5)并在室溫下孵育1小時。圖20示出通過鉬酸測定確定了低水平的金屬抑制uSANS溶解性。

參考文獻

在本說明書中提及的所有文獻通過引用以其整體并入于此。

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