ИСТИНА

Разработка и внедрение радиофармпрепаратов (РФП) на основе радионуклидов, обладающих высокой линейной передачей энергии и коротким пробегом в ткани (альфа-скальпель) с одной стороны, и высокоспецифичных средств доставки с другой, является важнейшим шагом к персонализированной медицине в области лечения онкологических заболеваний. Ac-225 и особенно продукт его распада Bi-213 признаны перспективными альфа-эмиттерами для использования в радиотерапии. Сам Bi-213 получают генераторным способом из материнского Ac-225. Существенными недостатками существующих генераторов является то, что они могут работать лишь с относительно малыми количествами исходного актиния, недостаточно исследованы и рассчитаны на радиохимически чистый материнский радионуклид. Исходная активность Ac-225 пока ограничивается как возможностями его производства, так и радиационной устойчивостью сорбентов, используемых в генераторе. В то же время есть необходимость в увеличении активности вводимого в организм Bi-213. По оценкам, исходная активность в генераторе должна быть не менее 6 ГБк (150-200) мКи. С ростом активности растут и радиационные и радиолитические нагрузки на сорбент, поэтому создание альтернативного 225Ac/213Bi генератора является актуальной задачей. В результате выполнения поддержанного Фондом проекта "Разработка генераторной системы 225Ac/213Bi для терапии онкологических заболеваний" разработан и исследован уникальный обратный генератор 225Ac/213Bi (TIG) на основе модифицированного неорганического сорбента из отожженных оксидов циркония и иттрия. Исследованы характеристики генераторов с различными массами сорбента (50–360 мг) и ионной силой исходного раствора 225Ac/213Bi (0,1–3 М NaNO3). Использование неорганических сорбентов обеспечивает высокую радиационную и радиолитическую стабильность такого генератора. Сорбцию Bi-213 проводили из 0,1 М раствора азотной кислоты, а десорбция - 1 М HCl. Полученные результаты показывают перспективность такого генератора, однако по некоторым параметрам он уступает конвенциональному генератору на основе AG 50MP. Так, примесь материнского Ac-225 заметно выше (более 10^-3%) , а время получение короткоживущего Bi-213 приводит к существенным его потерям. Разработанный генератор нуждается в улучшении с применением новых подходов и автоматизации. Также он должен быть апробирован на получение Bi-213, пригодного для хелатирования с целью получения РФП на его основе. Концепция еще одного перспективного генератора, в котором Bi-213 получают с помощью непрерывного отделения и распада промежуточного Fr-221, также была разработана в ИЯИ РАН. Генератор включает в себя две колонки, заполненные экстракционно-хроматографической смолой Actinide Resin (экстрагент - бис(2-этилгексил)метандифосфоновая кислота (TrisKem Int.)). Ac-225 сорбирован на первой колонке, откуда вымывают Fr-221. Затем элюат попадает в промежуточный сосуд объемом 5-10мл для распада Fr-221 в Bi-213 и далее на вторую колонку, где Bi-213 концентрируется. Раствор после второй колонки направляют на вход первой колонки, образуя замкнутый контур. Спустя ~ 4 часа генератор достигает состояния, в котором Bi-213 находится в динамическом равновесии с Ac-225, но пространственно от него отделен. Когда необходимо, Bi-213 в течение 2-3 минут смывают со второй колонки небольшим объемом (0,5-0,7 мл) раствора 1 M HCl. Проведенные эксперименты продемонстрировали высокий выход продукта (75-80%), а благодаря использованию двух колонок с Actinide Resin примесь Ac-225 в элюате Bi-213 не превышала 10-6 %, что на порядок лучше, чем при непосредственном отделении Bi-213 от Ac-225, сорбированного на AG MP-50. Однако и данная генераторная система обладает недостатками. В частности, существенная часть Bi-213 теряется внутри генераторной системы, сорбируясь на стенках сосудов. Необходимо исследовать различные элюенты для количественного вымывания Fr-221 с первой колонки при минимализации потерь Bi-213. Аналогичным образом он должен быть апробирован на получение Bi-213, пригодного для хелатирования с целью получения РФП на его основе, а также автоматизирован. Таким образом, разработанные в ИЯИ РАН 225Ac/213Bi генераторы (обратный генератор на основе неорганических сорбентов, а также - циркулирующий, в котором Bi-213 получают с помощью непрерывного отделения и распада промежуточного Fr-221), нуждаются в модернизации с целью улучшения их основных характеристик: экспрессности получения Bi-213 и радионуклидной чистоты продукта. Также необходима их апробация для хелаторов, перспективных для создания радиофармпрепаратов (РНФ) на их основе, таких как производные азакраунэфиров. РФП на основе Bi-213 успешно проходят клинические испытания для лечения ряда раковых заболеваний (лейкемия, лимфома, меланома, глиома и глиобластома), в то время как существующие хелаторы Bi-213 обладают существенными недостатками: низкой стабильностью in vivo, либо низкой скоростью связывания. Планируется впервые получить каликсарены, модифицированные диазакраун-эфирным мостом и карбоксильными группами, для стабилизации комплекса с Bi3+. Диазакраун-эфиры уже показали свою перспективность для создания на их основе лигандов для эффективного и быстрого связывания медицинских радионуклидов, поэтому использование новых соединений в качестве хелаторов Bi представляется многообещающим. Разработка улучшенных генераторных систем, гарантирующих стабильное получение достаточных для клинического использования активностей Bi-213, позволит клинически использовать радиофармпрепараты на основе Bi-213 для терапии онкозаболеваний. Технология получения получение Ac-225 из природного тория, уже разработанная в ИЯИ РАН и создание эффективного 225Ac/213Bi генератора позволит преодолеть разрыв между растущим рынком потребления данных перспективных радионуклидов и их ограниченным производством существующими методами. Реализация проекта позволит обеспечить снижение социально значимых заболеваний, а также получить значительный экономический эффект от российских научных разработок.

The development and application of radiopharmaceuticals based on radionuclides with high linear energy transfer and short range in tissue (alpha scalpel) on the one hand, and highly specific delivery to the tumor cells on the other, is an essential step towards personalized medicine in the field of cancer treatment. Ac-225 and especially its decay product Bi-213 are recognized as promising alpha emitters for use in radiotherapy. Bi-213 itself is obtained by generator method from the parent Ac-225. Significant drawbacks of the existing generators are that they can work only with relatively small amounts of the original actinium, are not sufficiently studied and are developed for a radiochemically pure parent radionuclide. The initial activity of Ac-225 is so far limited by both the capabilities of its production and the radiation resistance of the sorbents used in the generator. At the same time, there is a need to increase the activity of Bi-213 introduced into the body. It is estimated that the initial activity in the generator should be at least 6 GBq (150-200) mCi. With increasing activity, both radiation and radiolytic loads on the sorbent increase, so the development of an alternate 225Ac / 213Bi generator is an important task. As a result of the project “Development of the 225Ac / 213Bi Generator System for Cancer Therapy” supported by the Foundation, a unique 225Ac / 213Bi inverse generator (TIG) based on a modified inorganic sorbent from annealed zirconium and yttrium oxides was developed and investigated. The characteristics of generators with different sorbent masses (50–360 mg) and the ionic strength of the initial solution of 225Ac / 213Bi (0.1–3 M NaNO3) were studied. The use of inorganic sorbents ensures high radiation and radiolytic stability of such a generator. The sorption of Bi-213 was carried out from a 0.1 M solution of nitric acid, and the desorption was carried out with 1 M HCl. The results show the promise of such a generator, but in some respects it is inferior to the conventional generator based on AG 50MP ion exchanger. Thus, the impurity of the parent Ac-225 is noticeably higher (more than 10^-3%), and the time it takes to obtain a short-lived Bi-213 leads to significant losses. The designed generator needs improvement with respect of new approaches and automation. It should also be tested to obtain Bi-213, suitable for chelation in order to obtain radiopharmaceuticals based on it. The concept of another promising generator, in which Bi-213 is obtained using continuous separation and decay of intermediate Fr-221, was also developed at the INR RAS. The generator includes two columns filled with an Actinide Resin extraction chromatographic resin (extractant — bis (2-ethylhexyl) methanediphosphonic acid (TrisKem Int.)). Ac-225 is adsorbed on the first column, from which Fr-221 is washed out. Then the eluate enters an intermediate vessel with a volume of 5-10 ml for decaying of Fr-221 into Bi-213 and further to the second column, where Bi-213 is concentrated. The solution after the second column is gone to the input of the first column, forming a closed loop. After ~ 4 hours, the generator reaches a state in which Bi-213 is in dynamic equilibrium with Ac-225, but is spatially separated from it. When necessary, Bi-213 is washed off from the second column with a small volume (0.5-0.7 ml) of 1 M HCl solution for 2-3 minutes. The experiments showed a high yield of the product (75-80%), and due to the use of two columns with Actinide Resin, the Ac-225 impurity in the Bi-213 eluate did not exceed 10-6%, which is an order of magnitude better than with the direct separation of Bi-213 from Ac-225 sorbed on AG MP-50. However, this generator system has drawbacks. In particular, a significant part of Bi-213 is lost inside the generator system, being absorbed on the walls of blood vessels. It is necessary to investigate various eluents for quantitative leaching of Fr-221 from the first column while minimizing the loss of Bi-213. Similarly, it should be tested to obtain Bi-213, suitable for chelation in order to obtain radiopharmaceuticals based on it, as well as automated. Thus, the 225Ac / 213Bi generators developed in the Institute of Nuclear Research of the Russian Academy of Sciences (inverse generator based on inorganic sorbents, as well as circulating, in which Bi-213 is obtained using continuous separation and decay of intermediate Fr-221), need to be modernized to improve their basic characteristics: time required of Bi-213 obtaining and radionuclide purity of the product. Their approbation is also necessary for chelators that are promising for creating radiopharmaceuticals (RNF) based on them, such as azacrown ethers derivatives. Bi-213-based radiopharmaceuticals successfully undergo clinical trials for treating a number of cancers (leukemia, lymphoma, melanoma, glioma and glioblastoma), while the existing Bi-213 chelators have significant drawbacks: low in vivo stability or low binding rate. It is planned to obtain novel calixarenes modified with diazacrown ether bridge and carboxyl groups to stabilize the complex with Bi3+. Diazacrown ethers have already shown their efficacy for developing ligands on their basis for efficient and fast binding of medical radionuclides, so the use of the new compounds as Bi chelators seems promising. The development of improved generator systems guarantee the stable production of Bi-213 activities that are sufficient for clinical use will allow the clinical use of Bi-213-based radiopharmaceuticals for the treatment of cancer. The technology for obtaining Ac-225 from natural thorium, already developed at INR RAS and the developing of an effective 225Ac / 213Bi generator, will make it possible to fill the gap between the growing market for the consumption of these promising radionuclides and their limited production by existing methods. The project will ensure the reduction of socially significant diseases, as well as get a significant economic effect from Russian scientific research.

В результате выполнения Проекта ожидается получение следующих результатов: 1. Будет модифицирована модель обратного генератора 225Ac/213Bi на основе неорганических сорбентов. Используемые ранее неорганические гидроксидные сорбенты марки Термоксид (T-39, ныне не производятся) будут заменены промышленными аналогами, проанализирована стабильность и воспроизводимость работы генератора. Будет исследован режим рециркуляции при сорбции Bi-213 из исходного Ac/Bi раствора, а также добавлен тонкослойный сорбент на основе Ac Resin. В результате для полученной улучшенной системы будет определен выход продукта, стабильность работы в течение 30 дней, радионуклидная чистота Bi-213 и среднее время, необходимое для его получения. 2. Будет усовершенствована и оптимизирована модель прямого двухколоночного генератора 225Ac/221Fr/213Bi на основе экстракционно-хроматографического сорбента Ac Resin (Triskem Int.). Будет исследован состав элюента (солевой фон и кислотность) для наиболее полного смыва Fr-221 с первой колонки. В результате для полученной улучшенной системы будет определен выход продукта, стабильность работы в течение 30 дней, радионуклидная чистота Bi-213 и среднее время, необходимое для его получения. 3. Будут получены и охарактеризованы новые хелаторы на основе п-Трет-бутил-каликс[4]арена. Платформа каликсарена будет селективно модифицирована диазакраун-эфирным циклом по нижнему ободу, а по обе стороны от его плоскости введены карбоксильные группы. Будут синтезированы и охарактеризованы серии молекул, в которых варьируются длина углеродной цепи с карбоксильной группой и размер диазакраун-эфирного моста. 4. Для двух разработанных в результате выполнения 1 этапа 225Ac/213Bi генераторных систем будут найдены растворы для оптимального с точки зрения экспрессности получения радиофармпрепарата элюирования Bi-213 с сорбентов (неорганический сорбент в случае обратного генератора и вторая колонка с экстракционно-хроматографическим сорбентов в случае двухколоносного генератора). 5. Будет определена генераторная система, обладающая наилучшими характеристиками, и для нее разработана схема автоматического модуля. 6. Будет исследована относительная стабильность комплексов Bi-213 c хелаторами на основе п-трет-бутил-каликс[4]арена с различной длиной углеродной цепи с карбоксильной группой и размером диазакраун-эфирного моста. После определения относительной устойчивости комплексов с Bi для данных рядов органических молекул будет выбрана оптимальная страктура, которая будет гидрофилизована (в структуру введены ионофорные группы). 7. Будут определены константы протонирования выбранного хелатора на основе п-трет-бутил-каликс[4]арена, устойчивости его комплексв с с Bi-213, эффективность мечения, а также стабильность образующихся комплексов in vitro.

1. Разработана технология получения медицинского Ac-225 из облученного протонами природного тория. Созданы научные основы процедуры эффективного выделения Ac-225 и Ra-223 из растворов сложного состава, содержащих продукты скалывания и деления Th-232. Разработанная технология позволит удовлетворить возрастающий спросом на данные терапевтические радионуклиды, в то время как существующие способы получения актиния и радия имеют существенные ограничения и не могут удовлетворить его в полном объеме. 2. В рамках Государственного контракта на выполнение работы «Разработка технологии получения Ac-225 из мишеней Th-232, облученных протонами средних энергий», заключённого между Государственной корпорацией по атомной энергии «Росатом» и АО «НИФХИ им. Л.Я. Карпова» с участием ИЯИ РАН и МГУ им. М.В. Ломоносова, проведены испытания способа получения Ac-225, разработанного ИЯИ РАН. 3. В результате выполнения поддержанного Фондом проекта "Разработка генераторной системы 225Ac/213Bi для терапии онкологических заболеваний" проведено систематическое сравнение известных Ac/Bi генераторных систем на основе сорбентов UTEVA Resin (Triskem, сорбент на основе дипентилпентилфосфоната), Actinide Resin (Triskem, сорбент на основе бис(2-этилгексил)метилдифосфоновой кислоты) и AG 50x8 MP(катионообменный на полимерной органической матрице), и экспериментально определены эффективность элюирования Bi-213, проскок Ac-225 и содержание в элюате Bi-213 стабильных примесей в течение срока службы генераторов. Определено влияние радиолиза указанных выше сорбентов на их сорбционные характеристики - ёмкость и массовые коэффициенты распределения Ac (Bi). Разработан и протестирован уникальный генератор 225Ac/213Bi на основе гидроксидных неорганических сорбентов. Проведено испытание прототипа «обратного» генератора на основе расплава оксидов циркония и иттрия с различной массой сорбента (50-300 мг) и ионной силой исходного раствора Ac-225 (0,1-3M NaNO3).