Фармакокинетические свойства и дозиметрические характеристики радиофармпрепаратов на основе бифосфоновой и пентафосфоновой кислот с генераторными радионуклидами 99mtc и 188re
На правах рукописи
ТИЩЕНКО Виктория Константиновна ФАРМАКОКИНЕТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ДОЗИМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАДИОФАРМПРЕПАРАТОВ НА ОСНОВЕ БИФОСФОНОВОЙ И ПЕНТАФОСФОНОВОЙ КИСЛОТ С ГЕНЕРАТОРНЫМИ РАДИОНУКЛИДАМИ 99mTc И 188Re 03.01.01 – Радиобиология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук
Обнинск - 2013
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении «Медицинский радиологический научный центр» Министерства здравоохранения Российской Федерации Научный руководитель - доктор биологических наук Петриев Василий Михайлович
Официальные оппоненты:
- Жаворонков Леонид Петрович. доктор медицинских наук, ФГБУ «Медицинский радиологический научный центр Минздрава России;
заведующий Лабораторией радиопатологии;
- Комарова Людмила Николаевна, доктор биологических наук, Обнинский институт атомной энергетики филиала государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный исследовательский ядерный университет» Московского инженерно-физического института, профессор кафедры биологии.
Ведущая организация: ГНУ Всероссийский научно - исследовательский институт сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии Российской академии сельскохозяйственных наук.
Защита диссертации состоится 25 июня 2013 г. в 11.00 часов на заседании диссертационного совета Д 208.132.01 при Федеральном государственном бюджетном учреждении «Медицинский радиологический научный центр» Министерства здравоохранения Российской Федерации по адресу: 249036, г. Обнинск Калужской области, ул. Королва, 4.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБУ «Медицинский радиологичекий научный центр» Министерства здравоохранения РФ.
Автореферат разослан "_"_ 2013 г.
Ученый секретарь диссертационного совета Палыга Геннадий Фдорович
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы По имеющимся данным в России и за рубежом примерно у 70% онколо гических больных (особенно раком молочной железы, предстательной железы, щитовидной железы и легких) после лечения первичного очага обнаружи ваются метастатические поражения костной ткани. Поэтому очень важно иметь высокоэффективные радиофармацевтические препараты (РФП) для диагно стики и терапии метастазов скелета, а также других заболеваний костной ткани.
Разработка новых эффективных и безопасных РФП для радионуклидной диагностики и терапии – одна из актуальных проблем современной ядерной медицины. Важнейшими характеристиками РФП для диагностики и терапии опухолевых заболеваний костной ткани человека являются их стабильность, высокий уровень накопления в костях в ранние сроки после инъекции, а также минимальное повреждение здоровых органов и тканей.
Для этих целей наиболее перспективными соединениями являются производные фосфороорганических кислот. Фосфонаты ингибируют процессы минерализации и резорбции кости. Отмеченные свойства фосфонатов открывают путь для клинического изучения указанных комплексов при нарушении минерального обмена. Кроме того, сродство фосфонатов к апатитам дат возможность использовать их в качестве переносчиков других лекарственных или диагностических средств в костную ткань.
В мировой практике для разработки и создания РФП для радионуклидной внутритканевой терапии и диагностики онкологических и неонкологических заболеваний используется широкий спектр радионуклидов: 99mTc, 131I, 90Y, 32Р, Sr, 186Re, 188Re, 177Lu, 153Sm, 211At. Из перечисленных радиоизотопов особое внимание заслуживает 99mТс, который является одним из самых безопасных для пациентов, медперсонала и окружающей среды, а также идеальным радионуклидом для сцинтиграфии по своим ядерно-физическим 99m Тс – генераторный радионуклид ( Мо/99mТс) с коротким характеристикам.
периодом полураспада (Т1/2 = 6 ч), являющийся моноэнергетическим - излучателем с Е = 140 кэВ.
Re также является генераторным радионуклидом. Генераторная система 188W/188Re позволяет продуцировать радионуклид 188Re в течение 8– месяцев. Поэтому на основе 188Re можно разрабатывать наборы реагентов по аналогии с диагностическим генераторным радионуклидом 99mТс и проводить метку препаратов непосредственно перед применением РФП в клинике.
Оптимальные ядерно-физические характеристики 188Re (Т1/2 = 17 ч, Е = 0, МэВ, Е = 0,728 МэВ (25 %) и 0,716 МэВ (79 %)) позволяют не только создавать необходимую терапевтическую поглощенную дозу в опухолевом очаге, но также исследовать фармакокинетические характеристики РФП in vivo с помощью гамма-камеры, которые необходимы для расчета вводимой терапевтической активности пациенту.
Учитывая перспективу и отсутствие коммерческих остеотропных РФП на основе генераторного радионуклида 188Re, создание их является актуальной задачей радиофармацевтики.
Создание и радиобиологическое обоснование оригинальных РФП на основе фосфонатов, меченных генераторными радионуклидами 99mТс и 188Re, позволит выпустить на рынок медицинских услуг России высокоэффективные диагностические и терапевтические средства для диагностики и лечения костных метастазов и других заболеваний костной ткани.
Цель исследования Целью настоящей диссертационной работы является сравнительное изучение фармакокинетических свойств и дозиметрических характеристик радиофармпрепаратов на основе монокалиевой соли гидроксиэтилидендифосфоновой кислоты (КОЭДФ) и диэтилентриаминпентаметиленфосфоновой кислоты (ПФК), меченных 99m радионуклидами Tc и Re.
Задачи исследования 1. Провести сравнительные исследования фармакокинетических свойств РФП на основе КОЭДФ и ПФК, меченных 99mTc, в организме интактных крыс.
2. Провести сравнительные исследования фармакокинетических свойств РФП на основе КОЭДФ и ПФК, меченных 188Re, в организме интактных крыс.
3. Оценить особенности распределения КОЭДФ, меченной 99mTc и 188Re, и ПФК, меченной 99mTc и 188Re, в организме интактных крыс.
4. Изучить влияние условий получения на особенности распределения Re-КОЭДФ и 188Re-ПФК в организме интактных крыс.
5. Изучить фармакокинетические свойства 99mTc-ПФК, 188Re-КОЭДФ и Re-ПФК в организме крыс с экспериментальной моделью мозоли бедра.
6. Изучить фармакокинетические свойства 188Re-КОЭДФ в организме крыс с рабдомиосаркомой М-1.
7. Оценить влияние общего облучения крыс на фармакокинетику 188Re КОЭДФ.
8. Оценить распределение поглощенных доз внутреннего облучения органов и тканей лабораторных животных радионуклидами 99mTc и 188Re, инкорпорированными в состав дифосфоновой и пентафосфоновой кислот.
Научная новизна В результате сравнительных экспериментальных исследований фармакокинетики КОЭДФ и ПФК, меченных 99mTc и 188Re, впервые изучены фармакокинетические свойства и дозиметрические характеристики четырех РФП (99mTc-КОЭДФ, 188Re-КОЭДФ, 99mTc-ПФК и 188Re-ПФК) и дана оценка по функциональным признакам РФП для диагностики и терапии опухолевых заболеваний костной ткани.
Научная новизна исследования заключается в том, что впервые:
1) в сравнительном плане изучены фармакокинетические характеристики дифосфоновой (КОЭДФ) и пентафосфоновой (ПФК) кислот, меченных 188Re, в организме интактных животных и животных с экспериментальными моделями патологических состояний (мозоль бедра и рабдомиосаркома М-1);
2) изучено влияние предварительного облучения лабораторных животных на фармакокинетические свойства 188Re-КОЭДФ;
3) оценено влияние химической природы радионуклидов (99mTc и 188Re) на фармакокинетику 99mTc-КОЭДФ, 188Re-КОЭДФ, 99mTc-ПФК и 188Re-ПФК;
4) изучено влияние условий получения 188Re-КОЭДФ и 188Re-ПФК на их фармакокинетику;
5) дана сравнительная оценка распределения поглощенных доз внутреннего облучения органов и тканей лабораторных животных радионуклидами 99mTc и 188Re, инкорпорированными в состав дифосфоновой и пентафосфоновой кислот.
Практическая значимость В ходе выполнения фармакокинетических исследований выбраны оптимальные по функциональным признакам радиофармпрепараты: 99mTc КОЭДФ – для радионуклидной диагностики опухолевых заболеваний скелета;
Re-КОЭДФ – для радионуклидной терапии костных метастазов.
В настоящее время проведены доклинические испытания обоих препаратов. 99mTc-КОЭДФ прошел клинические испытания и разрешен для применения в клинике. 188Re-КОЭДФ в настоящее время проходит клинические испытания.
Основные положения, выносимые на защиту 1. Химическая природа производных фосфоновых кислот (КОЭДФ и ПФК) и радионуклидов 99mTc и 188Re влияет на фармакокинетические свойства РФП 99m Tc-КОЭДФ, 188Re-КОЭДФ, 99mTc-ПФК и 188Re-ПФК.
2. Условия получения (увеличение температуры, добавление носителя стабильного рения) положительно влияют на фармакокинетические свойства Re-КОЭДФ и 188Re-ПФК.
3. Патологические состояния организма крыс (экспериментальная модель мозоли бедра, рабдомиосаркома М-1, общее облучение организма) влияют на фармакокинетику 99mTc-ПФК, 188Re-КОЭДФ и 188Re-ПФК.
4. Поглощенные дозы внутреннего облучения, формируемые в костной ткани рением-188 после внутривенного введения 188Re-КОЭДФ, более чем в раз выше, по сравнению с 99mTc-КОЭДФ.
Связь с основными научными направлениями работы ФГБУ «Медицинский радиологический научный центр» Минздрава России Исследования проводились в рамках плановых тем ФГБУ МРНЦ Минздрава России, государственных контрактов, в которых автор диссертационной работы является исполнителем.
НИР по теме: «Разработка и биологические испытания радио фармпрепаратов на основе 99mТс, 188Re, 103Pd, 213Bi, 227Ac и Ожэ-излучателей для радионуклидной диагностики и терапии», № гос. регистрации 0120.0 804970.
НИР по государственному контракту № 02.740.11.0489 от 18.11.2009 г.
между Федеральным агентством по науке и инновациям и Медицинским радиологическим научным центром РАМН по теме «Создание высокоэффективных радиофармпрепаратов на основе фосфорорганических соединений и генераторных альфа-, бета-излучающих радионуклидов для лечения костных метастазов при онкологических заболеваниях», № гос.
регистрации 01200965081.
НИОКР по договору № 17/11/09-2 от 17.11.2009 г. между ФГУП Завод «Медрадиопрепарат» ФМБА России и Медицинским радиологическим научным центром РАМН в рамках государственного контракта № 9411.0810200.13.В21 от 11.11.2009 г. по теме: «Проведение исследований качества получаемого Re-188».
НИОКР по договору № 1/РФП-10 от 01.10.2010 г. между ФГУП «Федеральный центр по проектированию и развитию объектов ядерной медицины» ФМБА России и Медицинским радиологическим научным центром РАМН в рамках государственного контракта № 10411.0810200.13.В19 от 30.04.2010 г. по теме «Проведение исследований качества получаемого терапевтического препарата с рением-188».
НИОКР по договору № 02/01/НО-0211 от 10.06.2011 г. между ФГУП «Федеральный центр по проектированию и развитию объектов ядерной медицины» ФМБА России и ФГБУ «Медицинский радиологический научный центр» Минздравсоцразвития России в рамках государственного контракта № 11411.0810200.13.B12 от 10.06.2011 г. по теме «Проведение доклинических испытаний нового генераторного терапевтического радиофармпрепарата с Re».
Апробация работы Материалы диссертации доложены и обсуждены на четырех всероссийских форумах:
1. III Всероссийский национальный конгресс лучевых диагностов и терапевтов, Москва, 26-29 мая 2009 г.
2. 7th International Symp. on Tecnetium and Rhenium – Science and Utilization, Moscow, July 4-8, 2011 г.
3. V Троицкая конференция «Медицинская физика и инновации в медицине» (ТКМФ-5) 4-8 июня 2012 г.
4. Международная школа-семинар по ядерным технологиям для студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов «Черемшанские чтения» 24- апреля 2012.
Апробация диссертации состоялась 26 декабря 2012 г. на научной конференции экспериментального радиологического сектора Федерального государственного бюджетного учреждения «Медицинский радиологический научный центр» Министерства здравоохранения РФ, протокол № 265.
Публикации По результатам диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 6 статей в журналах, рекомендуемых ВАК МОиН РФ для кандидатских диссертаций.
Реализация результатов работы По результатам проведенных исследований:
проведены доклинические испытания радиофармпрепаратов 99mTc КОЭДФ и 188Re-КОЭДФ;
проведены клинические испытания радиофармпрепарата 99mTc-КОЭДФ;
проводятся клинические испытания радиофармпрепарата 188Re-КОЭДФ.
Объем и структура работы Диссертация изложена на 189 страницах компьютерного текста, содержит 37 таблиц и 22 рисунка. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследований, трех глав собственных исследований, обсуждения результатов, выводов, списка цитированной литературы, содержащего 208 источников.
Личный вклад автора Изучение фармакокинетических свойств исследуемых диагностических и терапевтических РФП в организме лабораторных животных происходило при непосредственном участии автора. Автору принадлежит ведущая роль в обработке, анализе и обобщении полученных результатов. В работах, выполненных в соавторстве, вклад автора является определяющим и состоит в непосредственном участии на всех этапах исследования.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ Методика проведения биологических экспериментов Изучение фармакокинетики КОЭДФ и ПФК, меченных 99mTc и 188Re, было проведено на 344 белых беспородных крысах-самцах массой 110–190 г (в среднем 150 г). Во время экспериментов животных содержали в стандартных условиях (специальное помещение, рекомендованный рацион, свободный доступ к питьевой воде, естественное освещение). Все процедуры, связанные с умерщвлением животных, выполняли согласно правилам проведения работ с использованием экспериментальных животных и европейской конвенцией по их защите, изложенной в директиве Европейского сообщества (86/609/ЕС).
Экспериментальная модель костной мозоли. Костная патология имитировалась переломом правого бедра. Манипуляции с животными проводились под эфирным наркозом. В течение последующих 14 дней формировалась костная мозоль, которая и служила экспериментальной моделью костной патологии.
Перевивка опухоли. Для получения солидного варианта рабдомиосаркомы М-1 брали крысу-донор с опухолью, декапитировали и выделяли опухолевую ткань. Затем опухолевую ткань измельчали ножницами на кусочки размерами 1–2 мм и имплантировали подкожно в правую заднюю лапку крыс. Фармакокинетические исследования проводили через 8–10 суток, когда объем опухоли достигал 1,0–1,2 см3.
Облучение. Облучение всего тела проводили на установке «Гаммацелл» фирмы AE.C.L. (Канада). Источник облучения – 60Со, мощность дозы – 12, сГр/мин (0,002 Гр/с), доза составила 2 Гр. Фармакокинетические исследования проводили через 7 дней после облучения.
Растворы изучаемых комплексов вводили внутривенно (в хвостовую вену животных) в 0,1 мл 0,9%-ного раствора NaCl. Через определенные интервалы времени (5 мин, 1, 3, 24, 48, 72 ч) после инъекции 4 животных в каждый срок умерщвляли под наркозом декапитацией. Затем выделяли пробы органов и тканей (кровь, щитовидная железа, легкие, печень, почки, сердце, селезенка, желудок, кишечник, различные кости, мышечная ткань и др.), помещали в пластиковые пробирки, взвешивали на электронных весах «Sartorius» (Германия) и проводили радиометрию. Радиометрию образцов проводили с помощью автоматического гамма-счетчика «Wizard» версии 2480 фирмы PerkinElmer/Wallac (Финляндия). Содержание радионуклида в органах и тканях выражали в процентах от введенной активности на 1 г органа или ткани. Кроме того, были рассчитаны коэффициенты дифференциального накопления (КДН) как частное от деления величин концентрации активности в костной ткани и мягких тканях, а также концентрации активности в костной мозоли и других органах и тканях.
Все полученные данные были обработаны методами математической статистики. Для каждого исследуемого признака определяли показатели среднего арифметического (М) и стандартной ошибки среднего арифметического (m). Результаты радиометрии представлены в виде оценки среднеквадратичной ошибки средней величины (M m). Достоверность полученных различий сопоставляемых величин оценивали с использованием T-критерия Крамера-Уэлча. Различия считались достоверными при уровне значимости равном либо менее 5 % (p 0,05).
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Изучение фармакокинетических свойств РФП на основе КОЭДФ и ПФК, меченных технецием-99м и рением-188, в организме интактных животных Изучение фармакокинетических свойств 99mTc-КОЭДФ, 99mTc-ПФК, 188Re КОЭДФ и 188Re-ПФК в организме интактных животных является важным фактором, на основании которого можно оценить функциональную пригодность изучаемых препаратов и выбрать оптимальные РФП для дальнейших клинических исследований.
Проведенные фармакокинетические исследования свидетельствуют о том, что данные комплексные соединения обладают повышенной тропностью к костной ткани. Содержание препаратов в костях скелета существенно выше, чем во внутренних органах и тканях. Высокий уровень накопления активности в костной ткани отмечается сразу после внутривенного введения препаратов, достигает максимума через 1–3 ч. В дальнейшем происходит выведение РФП, и их концентрация в костной ткани постепенно снижается.
В результате проведенных исследований показано, что химическая природа фосфоновых кислот оказывает значительное влияние на фармакокинетические свойства исследуемых РФП. Содержание 99mTc-КОЭДФ в костной ткани на протяжении всего эксперимента выше, чем 99mTc-ПФК. В свою очередь активность 99mТс-КОЭДФ в костной ткани в 13–320 раз выше, а 99m Tc-ПФК – в 6,2–103 раза выше, чем Na99mTcO4 (p 0,001–0,01). Так, максимальная активность 99mTc-КОЭДФ в скелете составила 4,37 ± 0,30 %, а Количество активности, %/г Количество активности, %/г 5 3, 4, 2, 3, 3 2, 1, 1,5 0, 0, 0 %/г 0,08 1 3 24 0,08 1 3 24 48 Время, ч Время, ч 188Re-КОЭДФ 188Re-ПФК 188Re-NaReO 99mTc-КОЭДФ 99mTc-ПФК Na99mTcO Рис. 1. Сравнительные данные уровней Рис. 2. Уровни активностей 188Re-КОЭДФ, накопления 99mTc-КОЭДФ, 99mTc-ПФК и 188Re-ПФК и 188Re-NaReO4 в костной ткани Na99mTcO4 в костной ткани интактных крыс интактных крыс после внутривенного после внутривенного введения. введения.
99m Tc-ПФК – 1,48 ± 0,19 % от введенной активности на 1 г ткани (рис. 1).
Влияние химической структуры фосфоновых кислот на распределение меченых РФП в организме интактных крыс проводилось также при сравнении фармакологических характеристик 188Re-КОЭДФ и 188Re-ПФК. Было установлено, что активность 188Re-ПФК в костной ткани в 1,22–3,39 раз выше, чем 188Re-КОЭДФ (рис. 2). По экспериментальным данным максимальное содержание 188Re-КОЭДФ в скелете отмечается через 1 ч после внутривенного введения препарата и составляет 2,18 ± 0,10 %/г. Активность 188Re-ПФК в костной ткани уже через 5 мин после введения препарата была равна 2,82 ± 0, %/г, а через 3 ч – 2,88 ± 0,31 %/г. При этом концентрации 188Re-КОЭДФ и 188Re ПФК намного выше, чем несвязанного 188Re (рис. 2).
При анализе отношений удельного содержания активности в скелете к удельному содержанию в органах и тканях интактных крыс (КДН) при внутривенном введении РФП необходимо отметить, что практически для всех органов и тканей во все сроки исследования эти величины больше 1.
Следовательно, уровень накопления препаратов в скелете выше, чем в других органах и тканях, что обеспечивает возможность визуализации костей скелета при проведении остеосцинтиграфии. Соотношения скелет/кровь и скелет/мышца достигают максимальных значений через 3–24 ч после введения препаратов.
Во внутренних органах и тканях (крови, легких, печени, сердце, селезенке, желудке, кишечнике, головном мозге, мышце и коже) уровни активностей изучаемых РФП невелики. Это можно отнести к несомненным преимуществам РФП, так как снижаются лучевые нагрузки на внутренние органы. Высокая концентрация активности всех исследуемых соединений в почках связана, по-видимому, с выведением фосфоновых кислот через мочевыводящие пути.
По данным кинетики распределения препаратов, меченных 99mTc и 188Re, в щитовидной железе обычно характеризуют их стабильность, так как несвязанные радионуклиды 99mTc и 188Re имеют повышенную тропность к этому органу. Содержание 99mTc-КОЭДФ, 99mTc-ПФК, 188Re-КОЭДФ и 188Re ПФК в щитовидной железе значительно ниже, чем Na99mTcO4 и 188Re-NaReO4.
Это свидетельствует о высокой стабильности изучаемых препаратов in vivo по сравнению с элюатами 99mTc и 188Re.
Для изучения влияния природы радионуклида на фармакокинетические свойства меченых фосфоновых кислот были проведены сравнительные исследования 99mTc-КОЭДФ и 188Re-КОЭДФ, а также 99mTc-ПФК и 188Re-ПФК в организме интактных крыс. Эти комплексные соединения, имеющие одинаковую структуру, значительно отличаются по биологическим свойствам, о чем свидетельствуют существенные различия их поведения в организме интактных крыс при внутривенном введении.
Накопление 99mTc-КОЭДФ и 188Re-КОЭДФ в костной ткани наблюдается в ранние сроки после внутривенного введения препаратов и таковым остается в течение всего периода исследований, при этом из двух препаратов 99mTc КОЭДФ имеет наиболее высокий уровень накопления в костной ткани (рис. 3).
Динамика накопления препаратов в костях характеризуется постепенным увеличением концентрации препаратов, а затем медленным снижением.
Максимальный уровень накопления 99mTc-КОЭДФ в костях отмечается в период 3–6 ч, а 188Re-КОЭДФ – через 1 ч после инъекции препаратов.
Содержание 188Re-ПФК в костной ткани в 1,5–3,8 раз выше, чем 99mTc ПФК (p 0,001–0,01) (рис. 4).
При анализе отношений удельного содержания РФП в скелете к содержанию в органах и тканях (КДН) показано, что практически для всех органов эти величины больше 1. Численные значения КДН для 99mTc-КОЭДФ существенно выше по сравнению с 188Re-КОЭДФ, а для 99mTc-ПФК выше, чем для 188Re-ПФК, в большинстве сроков наблюдений. Динамика изменения этих величин характеризуется постепенным увеличением к 24 ч.
Количество активности, 5 3, активности, %/г Количество 2, 3 %/г 1, 0, 0 0,08 1 3 6 24 0,08 1 3 Время, ч Время, ч 99mTc-КОЭДФ 188Re-КОЭДФ 99mTc-ПФК 188Re-ПФК Рис. 3. Сравнительные данные биораспреде- Рис. 4. Сравнительные данные накопления ления 99mTc-КОЭДФ и 188Re-КОЭДФ в костной актив-ности 99mTc-ПФК и 188Re-ПФК в ткани в организме интактных крыс после костной ткани интактных крыс после внутривенного введения. внутривенного введения.
99m Tc-КОЭДФ и 99mTc-ПФК обладают более высокой стабильностью in vivo по сравнению с 188Re-КОЭДФ и 188Re-ПФК, соответственно. Об этом свидетельствует более высокая концентрация активности в щитовидной железе после инъекции 188Re-КОЭДФ или 188Re-ПФК, чем при внутривенном введении фосфонатов, меченных 99mTc. Выравнивание концентраций активности в поздние сроки обеспечивается, по-видимому, более ускоренным, по сравнению с 99mTc, выведением 188Re из ткани щитовидной железы.
Особенности фармакокинетики 188Re-КОЭДФ и 188Re-ПФК в организме лабораторных животных в зависимости от технологических условий их получения Попытки достичь высокой концентрации РФП в костной ткани приводят не только к разработке новых комплексных соединений на основе фосфоновых кислот, но и к поиску оптимальных условий приготовления уже имеющихся препаратов.
В данной работе было проанализировано распределение 188Re-КОЭДФ, полученного с носителем и без носителя стабильного рения (перрената натрия) в организме интактных крыс. Значительная часть препарата селективно накапливается в костной ткани;
при этом активность 188Re-КОЭДФ, полученного с носителем свободного рения, несколько выше, чем активность Re-КОЭДФ, полученного без носителя (рис 5а). Максимальное содержание препарата, приготовленного без носителя, в костной ткани не превышало 1,04 %/г, в то время как активность препарата, полученного с носителем, достигала 3,06 %/г.
Количество активности, %/г Количество активности, %/г 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0.08 1 3 24 48 72 0.08 1 3 24 48 Время, ч Время, ч 188Re-КОЭДФ (без носителя) 188Re-КОЭДФ (с носителем) 188Re-КОЭДФ (без носителя) 188Re-КОЭДФ (с носителем) а б Рис. 5. Сравнительные данные уровней накопления Re-КОЭДФ, полученного без носителя и с добавлением носителя стабильного рения, в костной ткани (а) и щитовидной железе (б) интактных крыс после внутривенного введения.
На протяжении всего исследования численные значения КДН скелет/кровь и скелет/мышца значительно выше для 188Re-КОЭДФ, полученного с носителем.
Значительная активность в щитовидной железе (до 11,9 %/г) отмечается сразу после внутривенного введения 188Re-КОЭДФ, полученного без носителя.
Высокий уровень активности в данном органе сохраняется на протяжении всего исследования (рис. 5б). Следовательно, препарат, полученный без носителя, менее устойчив in vivo.
В большинстве внутренних органов и тканей концентрация препарата, полученного с носителем рения, ниже, чем препарата, полученного без носителя.
В следующей части данной работы была проведена оценка влияния температуры на фармакокинетические свойства 188Re-КОЭДФ и 188Re-ПФК, полученных при 20оС и 100оС, в организме интактных крыс.
Так, содержание в костной ткани 188Re-КОЭДФ, полученного при 20оС, в начальные сроки исследования немного выше, чем 188Re-КОЭДФ, полученного при 100оС (p 0,05). В более поздние сроки активность 188Re-КОЭДФ, полученного при 100оС, становится выше, чем 188Re-КОЭДФ, приготовленного при 20оС (p 0,05) (рис. 6а). Содержание же 188Re-ПФК, полученного при 20оС, выше, чем уровень 188Re-ПФК, полученного при 100оС, в течение первых 3 ч эксперимента (p 0,05) (рис. 6б). Однако следует отметить, что активность Re-ПФК, полученного при 100оС, ниже по сравнению с 188Re-ПФК, полученного при 20оС, не только в скелете, но и в других внутренних органах и тканях, что является его несомненным преимуществом.
Численные значения КДН скелет/кровь и скелет/мышца для 188Re КОЭДФ и 188Re-ПФК, полученных при 100оС, выше, чем для тех же соединений, полученных при 20оС.
Количество активности, %/г Количество активности, %/г 3 3. 2. 2. 1. 1. 1 0.5 0. 0.08 1 3 24 48 0.08 1 3 24 48 Время, ч Время, ч 188Re-ПФК (20 оС) 188Re-ПФК (100 оС) 188Re-КОЭДФ (20 oC) 188Re-КОЭДФ (100 oC) а б Рис. 6. Сравнительные данные динамики накопления Re-КОЭДФ (а) и 188Re-ПФК (б), полученных при 20оС и 100оС, в костной ткани интактных крыс после внутривенного введения.
Таким образом, технологические условия получения 188Re-КОЭДФ и Re-ПФК значительно влияют на их фармакокинетику в организме интактных крыс. Добавление носителя стабильного рения при получении 188Re-КОЭДФ повышает стабильность РФП и его накопление в костной ткани. Увеличение температуры с 20оС до 100оС в процессе синтеза 188Re-КОЭДФ приводит к повышению уровней активности препарата в костной ткани. Однако повышение температуры при получении 188Re-ПФК, напротив, снижает содержание 188Re-ПФК не только в костной ткани, но и во внутренних органах, тем самым снижая степень их облучения.
Изучение фармакокинетических свойств диагностических и терапевтических РФП при патологии Следующая часть работы была посвящена изучению фармакокинетики 99m Tc-ПФК, 188Re-КОЭДФ и 188Re-ПФК в условиях моделируемой патологии (экспериментальная модель костной мозоли бедра, общее гамма-облучение и наличие перевитой в мышцу бедра опухоли – рабдомиосаркомы М-1).
Известно, что остеотропные РФП более активно концентрируются в патологически измененных участках с более интенсивным минеральным обменом, чем в здоровой костной ткани. В связи с этим уровень накопления остеотропных РФП при опухолевых, воспалительных, дегенеративных и травматических заболеваниях возрастает.
В результате проведенных экспериментальных исследований установлено, что все РФП обладают тропностью к костной ткани, причем накопление препаратов в костной мозоли на протяжении всего исследования выше, чем в костной ткани без повреждений. При этом происходит компенсаторное снижение накопления препаратов в других органах и тканях, в том числе и костной. Так, концентрация 99mTc-ПФК в костной ткани у крыс с костной мозолью в 1,9–2,6 раза ниже, чем у интактных животных (p 0,001 0,05). Аналогичная ситуация отмечается при анализе распределения 188Re КОЭДФ и 188Re-ПФК у крыс после перелома бедра. У интактных крыс максимальное содержание 188Re-КОЭДФ в костной ткани составляет 2,18%/г, тогда как у крыс с костной мозолью эта величина не превышает 0,66%/г.
Активность 188Re-КОЭДФ и 188Re-ПФК в костной ткани в течение всего эксперимента в скелете интактных крыс выше (в 1,3–3,5 и 2,4–10,6 раз, соответственно), чем у крыс с костной мозолью. Статистически значимые различия выявлены практически во все сроки эксперимента. Тем не менее, у крыс с костной мозолью достаточно высокое содержание РФП в костной ткани сохраняется на протяжении всего исследования.
При анализе отношений удельного содержания РФП в костной мозоли к удельному содержанию в других органах и тканях установлено, что в большинстве случаев эти величины больше 1, что свидетельствует о возможности проведения остеосцинтиграфии с целью визуализации костных метастазов и оценки распределения РФП в организме.
Следующим этапом было изучение фармакокинетики 188Re-КОЭДФ в организме крыс с рабдомиосаркомой М-1. Показано, что опухолевый процесс не оказывает значительного влияния на биораспределение 188Re-КОЭДФ in vivo. Наиболее высокая концентрация 188Re-КОЭДФ у крыс с рабдомиосаркомой М-1 отмечается в костной ткани (рис. 7). Статистически значимые различия (p 0,001–0,05) в уровнях накопления препарата в костной ткани интактных крыс и крыс с опухолью наблюдаются лишь в некоторые сроки. Кроме того, некоторый уровень активности 188Re-КОЭДФ (до 0,17 %/г) наблюдается в опухолевой ткани, что является положительной характеристикой препарата.
При анализе дифференциального уровня накопления 188Re-КОЭДФ установлено, что активность препарата в костной ткани выше, чем в других органах и тканях.
Кроме того, было изучено влияние общего гамма-облучения на фармакокинетические свойства 188Re-КОЭДФ. Проведенные исследования показали, что предварительное облучение несколько меняет фармакокинетику Re-КОЭДФ. Как у интактных, так и у облученных животных препарат селективно накапливается в костной ткани;
в других органах и тканях, за исключением почек, уровень его накопления невысок. Однако содержание Re-КОЭДФ практически во всех органах и тканях у крыс после облучения ниже, чем у интактных животных.
Через 5 мин и 1 ч после введения препарата активность 188Re-КОЭДФ в костной ткани интактных крыс выше, чем у животных после облучения (p 0,01–0,05). В последующие сроки активности препарата в обеих группах животных выравниваются, а через 48 ч активность в костной ткани у облученных крыс выше, чем у интактных (рис. 8). У интактных крыс максимальное содержание 188Re-КОЭДФ в костной ткани составляет 2,18%/г, а у крыс после облучения – 1,29%/г.
При анализе дифференциального уровня накопления (КДН) 188Re-КОЭДФ установлено, что для облученных крыс характерны более высокие значения КДН.
2. животные с рабдомиосаркомой М- 1, Количество активности, %/г интактные животные Количество активности, %/г 1, 1, 1. 1, 0, 0. 0, 0, 0.08 1 3 24 Время, ч 0, -10 0 10 20 30 40 50 60 70 Время, ч интактные крысы крысы после облучения Рис. 8. Сравнительные данные уровней Рис. 7. Сравнительные данные накоп накопления 188Re-КОЭДФ в костной ткани ления 188Re-КОЭДФ в костной ткани в интактных крыс и крыс через 7 дней после организме интактных животных и облучения в дозе 2 Гр при внутривенном животных с рабдомиосаркомой М-1. введении препарата.
Оценка распределения поглощенных доз внутреннего облучения органов и тканей при внутривенном введении РФП на основе КОЭДФ и ПФК, меченных технецием-99м и рением- При использовании диагностических и терапевтических РФП принципиально важной для безопасности РФП является информация, характеризующая распределение поглощенных доз при внутреннем облучении организма животного или человека.
Для расчетов поглощенных доз использованы данные фармакокинетики препаратов. Анализ полученных данных показал, что наибольшие величины поглощенных доз для исследуемых РФП наблюдаются в костной ткани бедра (рис. 9а). Причем поглощенные дозы после внутривенного введения 188Re КОЭДФ в 23–57 раз выше, чем после введения 99mTc-КОЭДФ. Так, после введения 188Re-КОЭДФ максимальная поглощенная доза в кости бедра составила 343,2 ± 31,6 мГр/МБк, а после инъекции 99mTc-КОЭДФ – всего 12,7 ± 1,35 мГр/МБк. Кроме того, численные значения поглощенных доз характеризуются постепенным увеличением с течением времени. Следует отметить, что критическим органом (по величине поглощенной дозы) при введении 188Re-КОЭДФ являются почки (рис. 9б).
В остальных внутренних органах и тканях поглощенные дозы значительно ниже, чем в костной ткани бедра. Однако численные значения поглощенных доз также выше после введения 188Re-КОЭДФ по сравнению с 99m Tc-КОЭДФ.
кость бедра кость бедра почки почки все тело Поглощенная доза, мГр/МБк Поглощенная доза, мГр/МБк все тело 12 0 -2 - 0 5 10 15 20 25 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 Время, ч Время, ч а б Рис. 9. Динамика формирования поглощенной дозы в некоторых органах после внутривенного введения 99mTc-КОЭДФ (а) и 188Re-КОЭДФ (б).
ВЫВОДЫ 1. Значительное содержание РФП на основе КОЭДФ и ПФК, меченных 99m Tc и 188Re, отмечается в костной ткани интактных крыс после внутривенного введения. Высокий уровень активности в костной ткани наблюдается сразу после введения препаратов и сохраняется на высоком уровне на протяжении всего исследования.
2. Показано, что химическая природа фосфоновой кислоты и радионуклида, входящих в состав РФП, оказывают влияние на фармакокинетические свойства КОЭДФ и ПФК, меченных 99mTc и 188Re, в организме интактных крыс.
3. Экспериментально доказано, что добавление носителя в виде стабильного рения и увеличение температуры с 20оС до 100оС в процессе получения 188Re-КОЭДФ и 188Re-ПФК увеличивает стабильность препаратов и повышает их содержание в костной ткани интактных крыс.
4. У крыс с экспериментальной моделью мозоли бедра высокое содержание РФП отмечается в костной мозоли. При этом активность препаратов в других органах и тканях, в том числе и в костной, заметно снижается (в 1,9–2,6, 1,3–3,5 и 2,4–10,6 раз для 99mTc-ПФК, 188Re-КОЭДФ и Re-ПФК, соответственно).
5. Наличие опухолевого процесса в организме крыс не оказывает значительного влияния на фармакокинетику 188Re-КОЭДФ в костной ткани и других органах. 188Re-КОЭДФ в незначительных количествах накапливается в опухолевой ткани.
6. Установлено, что общее облучение организма снижает уровень накопления активности 188Re-КОЭДФ в большинстве внутренних органов и тканей после внутривенного введения препарата.
7. Оценки поглощенных доз внутреннего облучения показала, что во всех органах и тканях поглощенные дозы значительно выше после внутривенного введения 188Re-КОЭДФ, чем после введения 99mTc-КОЭДФ. Поглощенные дозы в бедренной кости после введения 188Re-КОЭДФ в 23–57 раз выше, чем после введения 99mTc-КОЭДФ.
8. По результатам проведенных доклинических испытаний РФП 188Re КОЭДФ рекомендован Фармкомитетом Минздрава России для клинических исследований. В настоящее время проводятся клинические исследования РФП Re-КОЭДФ в ФГБУ «Медицинский радиологический научный центр» Минздрава России и в ФГБУ «Российский научный центр рентгенорадиологии» Минздрава России.
Список научных работ, опубликованных по теме диссертации Петриев, В.М. Экспериментальное обоснование применения монокалиевой 1.
соли 1-гидроксиэтилидендифосфоновой кислоты, меченной 99mTc, в качестве радиофармпрепарата для сцинтиграфии скелета / В.М. Петриев, О.А.
Сморызанова, В.Г.Скворцов, В.К.Ширяева //Медицинская визуализация, Материалы III Всероссийского национального конгресса лучевых диагностов и терапевтов, Москва. – 26–29 мая 2009. – С. 295–296.
2. Скворцов, В.Г. Биологические и физико-дозиметрические исследования нового класса радиофармпрепаратов на основе генераторных радионуклидов палладия-103, рения-188 и технеция-99m / В.Г.Скворцов, М.Ю.Орлов, В.М.Петриев, В.К.Ширяева, В.Ф.Степаненко, В.А.Соколов, Е.К.
Яськова, И.Г. Крюкова // Труды регионального конкурса научных проектов в области естественных наук, АНО КРНЦ, РФФИ, Калуга. – 2011. – Вып. 16. – С. 203–210.
3. Klyopov, A.N. Mathematical Models for Pharmacokinetics and Dosimetry in Experimental Radiobiological Researches of Bone-seeking Radiopharmaceutical Re-KOEDF (Abstract) / A.N.Klyopov, V.M.Petriev, V.G.Skvortsov, V.V.Kanygin, V.K.Shiryaeva, O.P.Aleksandrova // “7th International Symp. on Tecnetium and Rhenium, Science and Utilization, Moscow. - July 4-8, 2011. - P.
144.
4. Клепов, А.Н. Экспериментально-радиобиологическое обоснование примене ния 188Re-KОЭДФ для терапии костных метастазов / А.Н.Клепов, В.М.Петриев, О.П.Александрова, В.Г.Скворцов, В.В.Каныгин, В.К. Ширяева // Сборник материалов V Троицкой конференции «Медицинская физика и инновации в медицине» (ТКМФ-5). – 4-8 июня, 2012. – Т. 1. – С. 340–342.
5. Клепов, А.Н. Математические модели фармакокинетики и дозиметрии в экспериментальных радиобиологических исследованиях остеотропного РФП Re-KОЭДФ / А.Н.Клепов, О.П.Александрова, В.М.Петриев, В.Г.Скворцов, В.В.Каныгин, В.К.Ширяева // Сборник докладов Международной школы семинара по ядерным технологиям для студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов «Черемшанские чтения». -24-27 апреля., 2012. - Ч. 2 С.58-67.
Яськова, Е.К. Оценка поглощенных доз внутреннего облучения лабораторных 6.
животных при введении радиофармпрепаратов, меченных 99mТс и 188Re/ Е.К.Яськова, В.Ф.Степаненко, В.М.Петриев, В.Г.Скворцов, В.А.Соколов, И.Г.Крюкова, В.К.Ширяева, Н.В.Белорукова, Е.Е.Калашникова, Д.В.Дубов, А.Ф. Цыб // Бюллетень национального радиационно-эпидемиологического регистра «Радиация и риск». – 2010. – Т. 19. – № 4. – C. 50–57.
Скворцов, В.ГФармакокинетические и дозиметрические характеристики 7.
нового радиофармпрепарата 103Pd-микросферы альбумина / В.Г.Скворцов, В.Ф.Степаненко, В.М.Петриев, М.Ю.Орлов, И.Г.Крюкова, В.А.Соколов, Н.Б.Борышева, В.К.Ширяева, C.П.Орленко, А.М.Хайлов, А.Ф.Цыб // Радиационная биология. Радиоэкология. – 2010. – Т.50. – № 6. – С. 703–711.
Ширяева, В.К. Сравнительный анализ фармакокинетических характеристик 8.
радиофармпрепаратов на основе монокалиевой соли 1-гидрокси этилидендифосфоновой кислоты, меченной 99mТс и 188Re / В.К.Ширяева, В.М.Петриев, А.А.Брюханова, О.А.Сморызанова, В.Г.Скворцов // Химико фармацевтический журнал. – 2011. – Т. 45. – № 6. – С. 14–21.
Орлов, М.Ю. Неопределенности при экспериментально-расчетной оценке доз 9.
внутреннего облучения лабораторных животных / М.Ю.Орлов, В.М.Петриев, Д.М.Волков, В.Г.Скворцов, В.Ф.Степаненко, В.К. Ширяева // Медицинская физика. – 2011. – № 2. – С. 55–60.
Ширяева, В.К. Изучение фармакокинетических характеристик радиофарм 10.
препарата на основе монокалиевой соли 1-гидроксиэтилидендифосфоновой кислоты, меченной 188Re, в организме крыс с рабдомиосаркомой М-1 / В.К.Ширяева, В.М.Петриев, О.А.Сморызанова, В.Г.Скворцов // Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии. – 2012. – № 5. – С.
37–42.
Ширяева, В.К. Оценка влияния условий приготовления остеотропного 11.
«188Re-гидроксиэтилидендифосфоновая препарата кислота» на его фармакокинетику в организме лабораторных животных / В.К.Ширяева, В.М.Петриев, О.А.Сморызанова, В.Г.Скворцов, О.Е.Шверт // Химико фармацевтический журнал. – 2012. – Т. 45. – № 7. – С. 39–44.