專利名稱：能夠證明生命體中的物質的傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種能夠證明生命體中物質的傳感器。
背景技術：
在腫瘤診斷和治療中對腫瘤抗原(腫瘤標志物)的證明越來越重要。腫瘤 抗原在患者體內以腫瘤或腫瘤轉移存在并通過血管系統(tǒng)在體內擴散。通過證明 腫瘤抗原例如可以在從患者體內切除腫瘤后檢驗在患者體內是否仍有腫瘤細胞 例如以肺瘤轉移的形式存在。腫瘤抗原由于其對于血管系統(tǒng)的局限性而在活組 織檢查材料中無法證明。
在腫瘤治療中，在對腫瘤切除、放療或化療之后要對患者以均勻的間隔進 行檢查。利用實驗室診斷方法在試管內檢查所采集的血樣中是否存在腫瘤標志
物或腫瘤抗原。通過對血液中腫瘤標志物的大量稀釋(在ng/ml范圍內)，要想 證明常常是不可能的，即使該物質在所涉及的器官內尚有可測量的濃度。為此， 不是連續(xù)產生所述腫瘤的腫瘤細胞的物質，而是僅在特定的時間產生。這例如 發(fā)生在部分腫瘤細胞死亡時。但何時是該情況是無法確定的。血液中的腫瘤抗 原部分地僅在短時內是可檢測的，因此后續(xù)檢查的間隔對于證明來說可能過大。 盡管患者體內生長著其它腫瘤或轉移，而證明仍保持是陰性的。
US 2005/0153379 Al公開了 一種探針，借助該探針可以證明患者體內血液 循環(huán)中的分子。為此將該探針置入血液循環(huán)中并使其保持在那里以收集分子， 當這些分子達到足夠的數(shù)量時可以借助檢測器來證明它們。

發(fā)明內容
因此本發(fā)明要解決的技術問題在于，提供一種能夠在活體內證明體內的腫 瘤標志物或腫瘤抗原的傳感器。
本發(fā)明的技術問題通過一種能夠證明生命體中的物質的傳感器來解決，其 包括探針分子，適用于與待證明的物質、如腫瘤抗原結合。該傳感器還包括標 記元件，這些標記元件構成為，使得探針分子與待證明的物質的結合可以通過
這些標記元件借助成像模態(tài)來證明。通過該傳感器可以將^:針分子設置到腫瘤 附近并與所產生的腫瘤抗原相結合。標記元件適合于在結合的狀態(tài)下為成像模 件如^ 茲共振斷層造影、熒光成像或計算機斷層造影輸出信號。探針分子與隨后 的對全查和在任何時候、任何情況下的傳感器讀取無關地與待證明的物質結合， 并由此也在較晚時刻通過標記元件輸出測量信號。該傳感器包括用于限制反應 體積的裝置，該裝置實施為對物質擴散開放的，并且可使探針分子和標記元件 穿過。
在本發(fā)明的一優(yōu)選實施方式中，每一個探針分子的樣本都構成為，能夠與 多個待證明的物質的樣本結合。此外在一優(yōu)選實施方式中，探針分子構成為， 多個探針分子的樣本可以與一個待證明的物質的樣本結合。通過這樣在存在待 證明的物質時發(fā)生的凝聚使得借助過后要使用的成像模態(tài)來證明該物質變得簡 單。
在本發(fā)明的一優(yōu)選實施方式中，通過標記元件可以為成像模態(tài)產生信號， 該信號可以通過探針分子與所述物質的結合來改變。由此使傳感器在未激活狀 態(tài)下不會讀取待證明的物質，并且可以通過探針分子與待證明的物質的結合來 解釋讀出信號的改變。
以下結合附圖借助實施例描述本發(fā)明的其它優(yōu)點和實施方式。其中示出


圖1示出本發(fā)明傳感器優(yōu)選實施方式的外觀；以及
圖2和圖3示意性示出本發(fā)明優(yōu)選實施方式的工作原理。
具體實施例方式
圖1示意性示出按照本發(fā)明的可植入的傳感器的優(yōu)選實施方式。該傳感器 包括可植入患者血管的支架式柵管1。該柵管1通過錨固單元3固定在患者的 血管中。位于該管內部并通過該管形成的反應室通過半透膜5與患者器官分開。 半透膜5允許血液及其組分流過柵管1的反應室，但同時也阻止以下將借助圖 2和圖3介紹的位于該反應體積內的反應物組分離開該反應室。
在另一在此未詳細示出的實施方式中，該反應室由三維聚合物網構成。該 三維聚合物網實施為不會由于患者的器官而分解的，其例如由不可生物分解的
多聚糖組成。
這樣實施的具有柵管1的生物傳感器以及位于其中的反應室例如在胂瘤切 除期間在胂瘤的附近被植于抽空的血管中或淋巴管中。在切除術后的時間里， 有可能由殘留的腫瘤細胞形成腫瘤抗原或轉移，隨著時間的推移它們會通過植 入的生物傳感器的反應室。
圖2示意性示出反應室側壁的俯視圖。其由反應基質101構成，反應基質
101包括一個固定區(qū)域103。在固定區(qū)域103上固定了針對待證明的胂瘤抗原的 并因此而與其結合的抗體105?？贵w105通過固定點107與固定區(qū)域103結合。 這例如可以通過共價^;實現(xiàn)。補充的或替代的，可以將抗體105嵌入到由多元 醇如糖或替代的糖構成的凝膠基質(Gelmatrix)中。同樣還可以將抗體105嵌 入到由聚合鹽構成的納米環(huán)境中。由此使抗體105免受流過的血液的損壞性影 響，如變性或酶催化分解。
在反應體積內的溶液中還有其它抗體105、 105，，它們同樣是針對腫瘤抗 原的。處于溶液中的抗體例如與納米大小的氧化鐵粒子109結合，優(yōu)選與3至 250nm大小的粒子109結合。該結合例如通過葡聚糖的聚合物層或者通過氧化 鐵粒子的強度來實現(xiàn)。該結合一般具有共價特性。還可以采用吸收鍵或離子鍵。
圖2的情況示出植入后的反應基質101。因此尚未出現(xiàn)待證明的腫瘤抗原。 通過限制柵管1的反應體積的膜將處于溶液中的抗體105，和與其結合的鐵粒 子109保持在反應體積內。不可能通過半透膜5發(fā)生擴散。
在此，這樣選擇半透膜5的透孔大小，使得抗體-粒子復合物不能穿過它， 而待證明的抗原則能夠穿過膜5。
氧化鐵粒子例如可以借助磁共振測量在反應基質中被證明。
為了證明可能擴散進反應基質中的腫瘤抗原，需要通過改變要觀察的參數(shù) Tl、 T2或P來測量這種改變。
圖3示出存在腫瘤抗原時或之后的情況。擴散的腫瘤抗原111位于反應基 質101中，因此它們會通過抗體105和105， -波結合。這些抗體實施為每個抗 體105和105，都能與腫瘤抗原111的多個樣本相結合。同樣抗體105和105' 還可以實施為，多個抗體105和105'與一個腫瘤抗原111相結合。利用.該原 則，在存在肺瘤抗原111時就會發(fā)生凝聚。通過固定的抗體105使得結塊的形 成物固定在固定區(qū)域103上，這導致氧化鐵粒子較強地聚集在固定區(qū)域103附 近。由此使馳豫時間改變，即T2變小，Tl隨著復合物直徑的增大和與鐵粒子
在空間上的接近的增加而變大。在WO 2002/32291 A2中準確地描述了一種可 能的這類方法。由此，可以借助磁共振通過柵管1來證明胂瘤抗原111在患者 血管中的存在。在此磁共振檢查的檢查時刻與胂瘤抗原111的出現(xiàn)無關，只要 它在過后會出現(xiàn)。隨著時間的推移，在形成腫瘤抗原后測量信號會變強，因為 凝聚可以繼續(xù)。由此可以通過在腫瘤切除時未被采集的殘存的胂瘤細胞所釋放 出的腫瘤抗原來證明各個殘存的腫瘤細胞。
代替采用抗體105和105，還可以采用其它合適的、具有至少兩個用于抗 原的鍵位置、能夠與腫瘤抗原結合的配合體(Liganden)，如聚氨酸復合物、抗 促成素(Anticaline)或抗體派生物。合適的配合體可以在切除腫瘤時通過組織 學快速測試來確定并置入柵管1中。在此重要的是氧化鐵粒子109和抗體105 和105，的長時間穩(wěn)定。它們必須在沒有腫瘤抗原111的情況下保持在溶液中 并且不允許結團或退化。同樣，它們還必須是形式穩(wěn)定的，由此還可能與腫瘤 抗原111結合。在此同樣還可以采用多元醇基質。 一般來說，可以采用更改抗 體105和105，的含水環(huán)境并由此實現(xiàn)穩(wěn)定的多羥基分子。此外還可以采用進 一步改善穩(wěn)定性的聚合電解質。例如為了改善溶液的穩(wěn)定性，進行抗體的PEG 化(PEGylierung )或利用糖的更改(如葡聚糖)。
在另一實施方式中，傳感器包括與血液循環(huán)最大程度隔絕的第二反應室， 抗原無法進入其中。該反應室包含同樣的反應劑并同樣被讀出，以便能夠確定 反應劑隨著時間如通過變性過程的、與抗原無關的結團(陰性對照 (Negativekontrolle ))。如果確定出該對照的部分結團，將對實際傳感器的測試 結果針對該效應進行校正。如果該對照的結團過強，則信號將無法分析，必須 更換傳感器。
通過抗原-抗體聚合體在固定區(qū)域103的部分體積中的濃度可以快速而簡 單地確定磁共振信號中可檢測的信號改變。與抗體105'相比，抗體105例如 可與腫瘤抗原111的不同抗原決定基結合。
代替凝聚，在本發(fā)明的另外實施方式中還可以采用其它證明反應。為此例 如有"Chemical Exchange Saturation Transfer (CEST)",如在EP 1466629 Al描述 的，以及Smart Biosensors (在US 6713045中描述的)。
相應地還有用于參數(shù)化成像的磁共振測量方法，如在西門子公司的產品 "Maplt"中提供的。
其它可能的實施方式包括在WO 2002/00265 Al中描述的通過焚光親和性
方法的光學檢測，其中焚光信號在接近分子時發(fā)生改變。
在計算機斷層造影中，當系統(tǒng)的位置分辨率超過結團的大小時，可以直接 顯示粒子的結團。
本發(fā)明的另一種可能的應用涉及傳染病領域。在此當在治療中血液中僅有 很小濃度的病原體時、如在丙型肝炎的情況下，所遇到的問題是相似的。在這 種情況下，常規(guī)的方法常常不能確定傳染是否仍然活躍。這樣，就可以使用在 此描述的生物傳感器，以在較長的時間段上并從較大的血液容積中收集特定于 病原體的分子，并由此即便是對非常小數(shù)量的病原體也能夠可靠地檢測。
如果對患者在胂瘤切除后在以特定間隔的4企查中確定出胂瘤抗原111的存 在，則可以借助活組織檢查對該結果進行組織學驗證。由此可以排除在公知的 活體外診斷方法中出現(xiàn)的不確定性。
權利要求
1.一種能夠證明生命體中的物質的傳感器，包括探針分子，用于與待證明的物質結合，還包括標記元件，這些標記元件構成為，使得探針分子與待證明的物質的結合可以通過這些標記元件借助成像模態(tài)來證明，其特征在于，該傳感器包括用于限制反應體積的裝置，該裝置實施為對物質擴散開放的，并且可使探針分子和標記元件穿過。
2. 根據(jù)權利要求1所述的傳感器，其中，每一個探針分子的樣本都構成為， 能夠與多個所述物質的樣本結合，以及多個探針分子的樣本可以與一個所述物 質的樣本結合。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的傳感器，其中，通過所述標記元件可以為成 像模態(tài)產生信號，該信號可以通過探針分子與所述物質的結合來改變。
4. 根據(jù)權利要求2所述的傳感器，其中，在存在所述物質時通過所述探針 分子可以造成凝聚。
5. 根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的傳感器，其中，所述傳感器實施為 可植入的。
6. 根據(jù)權利要求1至5中任一項所述的傳感器，其中，所述標記元件是造 影劑的一部分。
7. 根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的傳感器，其中，所述標記元件包括 至少一種石茲成分。
8. 根據(jù)權利要求7所述的傳感器，其中，所述磁成分包含氧化鐵。
9. 根據(jù)權利要求1至8中任一項所述的傳感器，其中，所述探針分子實施 為抗體(105, 105，)。
10. 根據(jù)權利要求9所述的傳感器，其中，所述抗體(105, 105，)與腫瘤 抗原(111)結合。
11. 根據(jù)權利要求1至10中任一項所述的傳感器，其中，所述標記元件與 探針分子結合。
12. 根據(jù)權利要求11所述的傳感器，其中，通過標記元件的覆層來實現(xiàn)所 述標記元件與探針分子的結合。
13. 根據(jù)權利要求12所述的傳感器，其中，所述覆層包含聚合物。
14. 根據(jù)權利要求1至13中任一項所述的傳感器，其中 用于固定在體內的柵管(1 )。
15. 根據(jù)權利要求1至14中任一項所述的傳感器，其中 應體積的裝置實施為半透膜(5 )。
16. 根據(jù)權利要求1至14中任一項所述的傳感器，其中 應體積的裝置實施為三維聚合物網。
17. 根據(jù)權利要求1至16中任一項所述的傳感器，其中
18. 根據(jù)權利要求1至17中任一項所述的傳感器，其中 為支架。
19. 一種用于借助植入的、根據(jù)權利要求1至18中任一項所述的傳感器來 證明患者體內物質的方法，包括步驟借助成像模態(tài)采集患者包含傳感器的身體區(qū)域； 將采集的數(shù)據(jù)存儲在參考數(shù)據(jù)組中； 借助該成像模態(tài)重新采集該身體區(qū)域； 將所采集的其它數(shù)據(jù)存儲在比較數(shù)據(jù)組中；以及 將該比較數(shù)據(jù)組與參考數(shù)據(jù)組進行比較。
20. 根據(jù)權利要求19所述的方法，其中，對數(shù)據(jù)進行運動校正。
21. 根據(jù)權利要求19或20所述的方法，其中，所述成像模態(tài)是磁共振斷 層造影，并且在將比較數(shù)據(jù)組與參考數(shù)據(jù)組進行比較時確定傳感器馳豫時間的 變化。,所述傳感器包括 ，所述用于限制反 ，所述用于限制反 ,所述傳感器具有 ，所述傳感器實施
全文摘要
本發(fā)明公開了一種能夠證明生命體中的物質的傳感器，包括探針分子，用于與待證明的物質結合，還包括標記元件，這些標記元件構成為，使得探針分子與待證明的物質的結合可以通過這些標記元件借助成像模件來證明。這使得例如能夠采集僅存在于很小濃度中的抗原或病原體。
文檔編號G01N33/574GK101371800SQ20081014457
公開日2009年2月25日 申請日期2008年8月22日 優(yōu)先權日2007年8月23日
發(fā)明者塞巴斯蒂安·施米特, 拉爾夫·斯特雷克, 羅伯特·克里格, 阿恩·亨格勒 申請人:西門子公司