专利名称：器官移植状况的非手术确定的制作方法
技术领域：
本发明涉及器官移植，尤其是确定器官移植状况，如接受或排斥的非手术方法和系统。
背景技术：
在美国大约有52000人在等待接受肾移植的名单上。另外，每年有60000人死于肾病。在1996年与1998年之间，在美国完成了 94000例肾移植。1996年，被排斥的肾的数量占活体供体捐献肾的6%和死亡供体捐献肾的12%。另有报道提到，每三个接受肾移植的人至少会发生一例肾排斥。约翰霍普金斯(John Hopkins)在2002年的研究中提到，每年有12000个肾脏被移植，其中这些之中的5000个肾脏来自活体供体。然而，发现三分之一的这些移植的供体并不良好匹配。相当大比例的肾排斥是由免疫系统的作用引起的。通过谨慎选择与受者匹配的供·体，然后施用一种形式的化学疗法来降低免疫系统对新移植器官的应答通常可以使这个问题降低至最低限度。通常使用的化疗药物是环孢菌素，并且，最近是达克珠单抗。这些化疗药物还伴随有免疫抑制类固醇。另一个使排斥降低至最低限度的方法是从患者的血液中滤出供体特异性抗体，这被称为血浆除去法。这些方法通常都是不充分的，会导致器官被受者排斥。在器官移植24小时之内可能开始并且出现数天至数周的急性排斥反应中，免疫系统将移植器官细胞表面上的某些蛋白质识别为配体并且产生抗体来攻击该器官的细胞。免疫系统制造出产生附着在这些配体上来破坏他们的抗体以及反抗这些移植细胞上的外来细胞表面蛋白质的T细胞(T淋巴细胞)的B淋巴细胞。作为外源细胞识别的最重要的蛋白质是主要组织相容性复合体(MHC)，MHC出现在所有无脊椎动物细胞上并且属于人类白细胞相关抗原(HLA抗原)。这些淋巴细胞的存在，主要由T细胞介导，表明该器官正在被排斥。T细胞识别已经结合至宿主细胞表面上的外源蛋白的MHC蛋白，并且它们也识别可能存在的外源MHC蛋白。抗体CD*和CD4是T细胞上的共受体，其中CD8主要表达在细胞毒性T细胞上，细胞毒性T细胞识别MHC I类蛋白，⑶4主要表达在辅助T细胞和MHC II类蛋白上。体内存在着大量的淋巴细胞，大约有1012个,主要存在于淋巴系统和淋巴器官(胸腺、脾脏以及阑尾)中。淋巴细胞通常不会以任何数量存在于其他器官中，但是一旦识别异物，它们就会成倍繁殖并侵入器官。患者针对这种事件会遭受发热或有其他反应，典型地通过显微观察做移植物活组织检查或其他手段来确定淋巴细胞的存在。存在着由于手术损伤本身引起的在移植之后的一个炎症初期，在这种类型的任何研究中也必须予以考虑。通过活组织检查来监测器官移植是很痛苦的，有感染的风险，并且引起发病。因此，仍然需要一种用于器官移植接受的非手术确定的系统和方法。发明披露
本申请与2010年3月16日提交的美国临时申请61/314，370有关，通过引用将该申请结合在此。本发明提供了一种用于器官移植状况(如接受或排斥)的非手术确定的系统和方法。该系统包括一个磁场探测器，例如一个超导量子干涉装置传感器，该磁场探测器包括一个磁脉冲发生器，该磁脉冲发生器被适配成将均匀磁化脉冲场施加至安置在测量台上的患者的移植器官；以及一个剩余磁场探测器，该剩余磁场探测器被适配成探测由该施加的脉冲磁场产生的残余磁场并且将其成像。该磁脉冲发生器可以包括一对亥姆霍兹线圈。该剩余磁场探测器可以包括梯度计阵列。根据本发明的一个示例性方法包括提供一个超量子干涉装置传感器系统；将抗体标记的多个磁性纳米粒子注射到安置在测量台上的患者体内以便与移植器官特异性结合；施加一个均匀磁化脉冲场以磁化注射到患者体内的磁性纳米粒子；并且检测磁化纳米粒子的残余磁场，从而提供结合到患者的移植器官上的纳米粒子的图像。例如，该移植器官可以包括肾脏。该抗体标记的磁性纳米粒子可以包含一个涂覆有生物相容性涂层的磁芯，该生物相容性涂层上附着有至少一种特异性抗体。例如，该磁芯可以包含铁磁性材料，例如氧化铁。例如，抗体标记的磁性纳米粒子可以包含与T细胞特异性结合的抗体。附图
简要说明
结合在本说明书中并构成它的一部分的附图展示了本发明，并且与说明书一起描述了 本发明。在附图中，同样的元件用同样的数字表示。
图I是用于器官移植接受的非手术确定的超导量子干涉装置(SQUID)传感系统的照片。
图2是用于人体中的器官移植接受的非手术确定的SQUID传感系统的示意图。
图3是用于器官移植接受的校准和非手术确定的磁性纳米粒子的示意图。
图4是一张全尺寸的肾脏模型照片，含有两个纳米粒子源。
图5A是用于SQUID传感器成像的纳米粒子的透射电子显微镜(TEM)图像。FIG. 5B是具有附着的纳米粒子的T细胞。
图6是连接至两个T细胞系的CD3抗体的孵育曲线的曲线图。
图7是显示方法灵敏度的曲线图，该方法是在经历排斥的肾移植中的状况下。
图8A是显示从固定数量的U937细胞获得的磁信号的条形图，该磁信号作为用真正的人全血稀释的函数。图SB显示了这些相同样品的普鲁士蓝染色的显微照片。
图9A和9B是同基因小鼠皮肤移植的H&E染色的组织切片。实施本发明的方式和工业实用性
本发明可以使用超导量子干涉装置(SQUID)磁传感器，用于器官移植状况，如状态、接受或排斥的非手术确定。SQUID传感器是能够探测由磁性纳米粒子簇产生的磁场强度的高灵敏度仪器。SQUID传感器使得能够进行器官移植接受的无创确定。另外，与活组织检查相t匕，该技术的无创性质允许更频繁地监测患者。如果发生T细胞已经浸润移植器官的情况，医师也可以利用这种技术来校准用药水平。T细胞聚集在器官的特定区域内。活组织检查只是从器官上切除的一小块组织样品，而不是就该整个器官进行取样。本发明可以使医师能够对整个器官成像。这允许医师评定正发生在患者体内的器官排斥达到何种程度(如果有的话)。这降低了针对有创活组织检查程序的要求，并且使得能够针对化疗效果而监测器官移植。例如，评定和量化在某一特定器官移植中的CD8 T细胞群的能力能够补充并经常代替现有的器官移植监测方法(活组织检查)。该技术使得能够准确评定免疫系统对器官移植的反应，以确定是否正在发生急性或慢性排斥反应。本发明还提供了监测CD8以及CD4 T细胞的能力。生物磁SQUID传感器可以与抗体标记的磁性纳米粒子一起使用以检测移植器官中的过量淋巴细胞簇的积累。这个系统降低了针对活组织检查的要求并且提供了一种用于监测免疫抑制药物的疗效的无创方法。这个方法可以容易地识别这些淋巴细胞。由于活组织检查是痛苦的并且存在合乎情理的感染机会，减少活组织检查对患者大有益处。因为患者经常由于化疗而具有降低的免疫系统反应，感染受到了极大的关注。因此，可以显著消除对于有创程序的需要的任何方法将会对病人的幸福具有重大影响。图I显示了一个示例性的SQUID传感器，具有一个液态氦贮存杜瓦瓶11，位于图片的顶端。该传感器包括一个磁场脉冲发生器，该磁脉冲发生器被适配成将均匀磁化脉冲场施加至安置在测量台上的患者的移植器官；以及一个磁场探测器，该磁场探测器被适配成探测由该施加的脉冲场产生的残余磁场并且将其成像。作为举例，该磁场脉冲发生器可以包括形成一个亥姆霍兹线圈对的两个环形线圈14，这些线圈能够为纳米粒子提供一个磁化脉冲场。由这些线圈产生的均匀场可以变化但是典型地是在40至50高斯之间，并且脉冲持续时间典型地为300-800毫秒。作为举例，该磁场探测器可以包括多个SQUID 二阶轴向梯度计，这些梯度计被容纳在突出穿过支撑架13的口吻状物12中。有七个梯度计容纳在这个示例性的口吻状物中，一个位于中心，另外六个在2. 15厘米半径的一个圆圈内。各梯度计与一个低温SQUID感应耦合。在这个实例中，SQUID和测量平台以及这些磁化线圈都 由一个木制框架支撑。非磁性支撑系统包括一个三维平台15，例如，该三维平台可以由不带金属成分的塑料构成。上面两个黑色旋钮控制x_y平台在+/-10厘米范围内移动，而下面的旋钮用来控制该测量台在20厘米范围内升降。可以将一个样品架插到测量台上，该测量台可以容纳纳米粒子样品、活细胞样品或活小鼠。图2显示了一个示例性的SQUID传感器，该传感器可以用于对人体器官移植接受的检查。木制或其他非导电结构23可以与图I所示的支撑架相似。该测量台可以用安置病人的床25代替。两个较大的亥姆霍兹线圈24包括在床上和床下的木制圆形模板。这些较大的线圈还可以用来产生均匀脉冲场并且磁化已经注射到病人体内的磁性纳米粒子。可以增加在图I所示的系统中使用的线圈的电流以便再次产生在40至50高斯范围的磁场。与在图I中所示的系统相似，具有磁性梯度计阵列的SQUID杜瓦瓶21可以用来测量由磁化纳米粒子产生的残余磁场变化。图3是可以用于人体器官移植接受的校准和体内研究的磁性纳米粒子30的示意图。磁性纳米粒子30的中心可以包含磁芯31。例如，磁芯31可以是在直径上大约20-30纳米的氧化铁。这个磁芯31可以涂覆有生物相容性涂层32，如葡聚糖、羟基或胺，针对该移植器官的特异性抗体33附着于该涂层上。例如，该特异性抗体可以与响应于器官移植接受的一种T细胞结合。该抗体将会对这种T细胞表面上的T细胞受体是特异性的。一种这样的特异性抗体是CD抗体，然而其他对器官移植接受特异的抗体可以通过共轭方法附着到该生物相容性表面上。图4是全尺寸肾脏模型的照片，该肾脏模型含有两个纳米粒子源。每个来源具有
5.26 X 1010个Simag-1411羧基涂覆的纳米粒子，这些纳米粒子结合到抗体⑶3上并且附着到活T细胞(Jurkat细胞系)上。有8. 22X106个细胞，每个细胞具有附着的3 X 104个纳米粒子(直径为24nm),覆盖了 21%的可用抗原位点。表I显示了在图4中所示的模型照中的活T细胞的物理测量位置与从SQUID传感器阵列推导的空间位置的比较，这是从细胞上的磁性纳米粒子的磁化获得的。
权利要求
1.一种超导量子干涉装置传感系统，包括 a)一个磁脉冲发生器，该磁脉冲发生器被适配成将均匀磁化脉冲场施加到安置在测量台上的患者的移植器官；以及 b)一个剩余磁场探测器，该剩余磁场探测器被适配成探测由抗体标记的多个磁性纳米粒子产生的剩余磁场并且将其成像，这些磁性纳米粒子被注射到患者体内用于特异性结合到T细胞上。
2.如权利要求I所述的系统，其中该剩余磁场探测器提供了这些纳米粒子的图像，这些纳米粒子结合到患者的移植器官上的T细胞上。
3.一种用于器官移植状况的非手术确定的方法，该方法包括 a)提供一个超导量子干涉装置传感器系统，该系统包括 i) 一个磁脉冲发生器，该磁脉冲发生器被适配成将均匀磁化脉冲场施加到患者的移植器官，以及 ) 一个剩余磁场探测器，该剩余磁场探测器被适配成对由施加的脉冲场产生的剩余磁场进行探测、测量、成像或其组合； b)将多个磁性纳米粒子注射到患者体内用于特异性结合到移植器官上，这些纳米粒子各自标记有一种祀向剂，例如抗体或肽； c)施加该均勻磁化脉冲场来磁化注射到患者体内的这些纳米粒子；并且 d)探测这些磁化的纳米粒子的剩余磁场，从而提供结合到该患者的移植器官上的纳米粒子的图像。
4.如权利要求3所述的方法，其中该磁脉冲发生器包括一对亥姆霍兹线圈。
5.如权利要求3所述的方法，其中该剩余磁场探测器包括一个梯度计阵列。
6.如权利要求3所述的方法，其中该剩余磁场探测器包括一种解决电磁场逆问题(electromagnetic inverse problem)的成像手段。
7.如权利要求3所述的方法，其中该移植器官包括肾脏。
8.如权利要求3所述的方法，其中这些磁性纳米粒子用一种特异性结合至存在于移植器官中或其附近的T细胞的抗体进行标记。
9.如权利要求3所述的方法，其中这些磁性纳米粒子包含涂覆有生物相容性涂层的磁芯，该生物相容性涂层上附着有至少一种特异性抗体。
10.如权利要求9所述的方法，其中该磁芯包含一种铁磁性材料。
11.如权利要求10所述的方法，其中该铁磁性材料包含氧化铁。
12.如权利要求9所述的方法，其中该磁芯在直径上小于30纳米。
13.如权利要求9所述的方法，其中该生物相容性涂层包含葡聚糖、羧基或胺。
14.如权利要求9所述的方法，其中该至少一种特异性抗体包括一种T细胞特异性抗体。
15.如权利要求14所述的方法，其中该T细胞特异性抗体包括一种CD抗体。
16.一种校准超导量子干涉装置传感器系统的方法，该方法包括 a)提供一个超导量子干涉装置传感器系统，该系统包括 i)一个磁脉冲发生器，该磁脉冲发生器被适配成将均匀磁化脉冲场施加到一个模型，该模型包含已知数量的抗体标记的磁性纳米粒子，其被安置在一个测量台上，其中这些抗体标记的磁性纳米粒子结合到一种特异性T细胞系上，以及 ii)一个剩余磁场探测器，该剩余磁场探测器被适配成探测由该施加的脉冲场产生的残余磁场并且将其成像； b)施加该均匀磁化脉冲场来磁化安置在该测量台上的模型中的纳米粒子；并且 c)探测这些磁化的纳米粒子的残余磁场，从而提供针对器官移植模型的灵敏度校准。
17.如权利要求16所述的方法，其中该抗体标记的磁性纳米粒子包含一个含有铁磁性材料的磁芯。
18.如权利要求17所述的方法，其中该铁磁性材料包含氧化铁。
19.如权利要求16所述的方法，其中该抗体标记的磁性纳米粒子包含一个在直径上小于30纳米的磁芯。
20.如权利要求16所述的方法，其中该抗体标记的磁性纳米粒子包含一个生物相容性涂层，该生物相容性涂层包含葡聚糖、羧基或胺。
21.如权利要求16所述的方法，其中该T细胞特异性抗体包括CD抗体。
全文摘要
一种超导量子干涉装置(SQUID)磁传感器系统和方法能够对器官移植状况(如状态、接受、或排斥)进行体内成像。这代表着在移植成像技术方面的一个重大进步，为生物磁传感器装置提供了一个新的市场。体内器官移植状况的确定提供了在灵敏度上胜过现有方法的一种更宽范围的成像方法，使得能够早期检测排斥反应，同时具有确定是否需要抗排斥药物的能力。
文档编号G01R33/035GK102893172SQ201180022572
公开日2013年1月23日 申请日期2011年3月16日 优先权日2010年3月16日
发明者爱德华·R·弗莱恩 申请人:纳米医学科学公司