Получение и использование радионуклидов и меченных соединений для целей ядерной медицины, изучения биологически значимых процессов и взаимодействия живых организмов с ионизирующим излучениемНИР

Obtaining and application of radionuclides and labeled compounds for the purposes of nuclear medicine, the study of biologically significant processes and the interaction of living organisms with ionizing radiation

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. Получение и использование радионуклидов и меченных соединений для целей ядерной медицины, изучения биологически значимых процессов и взаимодействия живых организмов с ионизирующим излучением
Результаты этапа: 1) Новый полифункциональный лиганд из семейства тиадиазолов был синтезирован.. Для него определены цитотоксические свойства по отношению к лейкемическим линиям клеток, радиационная стабильность, рассчитана способность проникать через гематоэнцефалический барьер (ГЭБ), а также его кардиотоксичность. Также был получепн новый комплекс цинка с лигандом N-{2-[5-(3-хлор-4-метилфениламино)-1,2,4-тиадиазол-3-ил]-1-метилэтил}-N-(2,2,6, 6-тетраметилпиперидин-4-ил)-амин, который планируется использовать в многофункциональном препарате на основе платформы карбоксиметилцеллюлозы. 2) Новые полученные производные имеют более высокое терапевтическое окно и высокую радиационную стабильность. Расчет показал умеренную способность проникать через ГЭБ. 3) Продолжены работы по получению носителя для многофункционального препарата, содержащего висмут, на основе карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ). Получены данные по распределению конъюгата висмут-КМЦ в органах мышей и проведено сравнение величин терапевтического окна для конъюгатов медь-КМЦ и висмут КМЦ, которое показало интересные закономерности, требующие дальнейшего осмысления. 4) Определены условия получения и анализа комплексов на основе азакраун-эфиров и ациклических лигандов с радионуклидами меди, свинца, висмута, актиния и тория. Показано, что во всех случаях образование комплекса не требует продолжительного синтеза (1-3 мин) при комнатной температуре, кроме катиона тория. Для его связывания необходимо дополнительное воздействие ультразвуком, очевидно, в силу его высокой склонности к гидролизу, как самого высокозарядного из рассматриваемых катионов. Данный факт не является оптимальным для получения таргетных радиофармпрепаратов, поэтому предполагается, что исходную форму Th4+ необходимо готовить в другом виде – не в 0,5M HCl, а в присутствии хелатирующего агента. 5) было исследовано комплексообразование бензо- и пиридин-содержащих ацетатных, пиколинатных и пиридиновых лигандов с катионами меди, свинца, иттрия, висмута, актиния и тория. В силу нерастворимости производных с пиридиновыми дополнительными группами анализ данных комплексов с медью проводили в среде ацетонитрила. Производные с полостью 18-краун-6 со всеми видами хелатирующих групп продемонстрировали образование как комплексов M/L=1/1, так и биядерных с соотношением M/L=2/1. Во всех случаях последний тип наблюдался для катионов меди небольшого размера. Исключение составили пиридиновые и пиколинатные лиганды, которые так же образовывали с катионами свинца и висмута биядерные комплексы. 6) Все комплексы были проанализированы на стабильность в средах биологического значения: в среде сывороточных белков и катионов микроэлементов. Показано, что меченные комплексы: Bi3+ и Ac3+ с бензо-18-азакраун-6 лигандом, а также комплексы меди с тетрапиколинатным лигандом и иттрия с гексаацетатным ациклическим полиамином – демонстрируют высокую устойчивость. В связи с чем некоторые из них уже были исследованы in vivo. Комплексы с висмутом и актинием показали быстрое выведение, что косвенно подтверждает сохранение целостности комплекса в сравнении с свободным катионом, вводимым в тех же условиях. Однако комплекс меди с терапиколинатным лигандом показывает профиль биораспределения частично схожий с свободным катионом: медленное выведение и накопление в печени. Это может быть обусловлено как более липофильным характером данного лиганда, так и частичной диссоциацией меченного комплекса. 7) С помощью метода термической активации трития получены меченные тритием наноалмазы, которые были использованы для количественной характеристики слоев, образующихся на поверхности ксеноткани бычьего перикарда – материала для изготовления протеза сердечного клапана. Слой наноалмазов наносили, выдерживанием матрицы ксеноткани в суспензии. Показано, что положительно заряженные наноалмазы на поверхности ксеноткани образуют слой, в котором количество наноалмазов составляет 4.0±1.2 мг/г, а наноалмазы, подвергнутые предварительному отжигу на воздухе (отрицательно заряженные) - 1.5±1.0 мг/г. In vivo исследование показало, что в процессе эксплуатации биоткани на поверхности остается около 35 % положительных и до 67 % отрицательных наноалмазов. 8) Исследованы механико-прочностные характеристики ксеноткани с последовательно нанесенными наноалмазным и хитозановым покрытиями. Нанесение покрытий наноалмаз-хитозан приводит к увеличению максимального предела прочности, а также повышает прочность к разрывным деформациям как в осевом, так и в радиальном направлениях. Улучшение свойств наблюдается как для положительно, так и для отрицательно заряженного наноалмаза. Образцы с нанесенным покрытием из наноалмазов оказались на 30% более эластичными по сравнению с контрольным образцом. В случае отожженных на воздухе наноалмазов ксеноткать стала прочнее на 10% для образцов в осевом направлении и на 25% для образцов в радиальном направлении, и жестче - на 50% для осевого и на 25% для радиального направлении по сравнению с контролем. 9) Получены адсорбционные комплексы отрицательно заряженных наноалмазов (SDND) с анибиотиками широкого спектра действия: амикацином и левофлоксацином. Изотермы адсорбции амикацина и левофлоксацина на наноалмазах были получены с использованием меченных тритием лекарственных веществ. Показано, что связывание с поверхностью наноалмазов обоих препаратов достигает 100 мг/г. Полученные адсорбционные комплексы были охарактеризованы методом динамического рассеяния света и ИК-спектроскопии. Показано, что электрокинетический потенциал, который для исходного наноалмаза составляет -30 мВ, возрастает с увеличением поверхностной концентрации амикацина и становится близким к нулю при максимальной адсорбции (около 100 мг/г). В случае с левофлоксацином электрокинетический потенциал практически не изменяется. 10) В отчётный период, в соответствии с планом, проведено сравнительное исследование раздельного и комбинированного влияния ультразвука и γ -излучения на физико- химические параметры широко распространенного в организме человека фермента щелочная фосфатаза. Выявлена корреляция между увеличением размера агрегатов глобул фермента под действием ультразвука и падением активности и отсутствие такой связи для γ - излучения Определены эффективные константы термоинактивации. Показаны отличия в изменение механизма термоинактивации фермента при обработки ультразвуком и Г- излучением. При исследовании термолабильности щелочной фосфатазы показано наличие супераддитивных эффектов комбинированного действия ультразвука и гамма излучения, которые зависят от последовательности воздействий. Результаты доложены на XXXIV сессии Российского акустического общества. Проведена сравнительная оценка скоростей инактивации фермента щелочная фосфатаза в протиевой и тритиевой воде после прекращения ультразвукового воздействия. Установлено, что в тритиевой воде, в отличие от протиевой, обработанный фермент сохраняет активность в течение длительного времени. Предложен вариант объяснения наблюдаемого эффекта. По результатам работы подготовлена статья. Разрботаны подходы к получению полимерных композитов с заданными характеристиками способом ферментативной минерализации гидрогелей. Проведено тестирование возможноости использования ферментативно синтезированного гидроксиапатита в качестве носителя для 90Y. По результатам работы опубликована статья.
2 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. Получение и использование радионуклидов и меченных соединений для целей ядерной медицины, изучения биологически значимых процессов и взаимодействия живых организмов с ионизирующим излучением
Результаты этапа: 1) Изучено комплексообразование пиридиновых, пиколинатных и ацетатных ациклических и азакраун-эфиров с катионами меди, свинца, иттрия, скандия и тория. Пиридиновые лиганды – тетрапиридин-бензо-18-краун-6-эфир (L1) и тетрапиридин-пиридин-15-краун-5-эфир (L2) – характеризуются низкой растворимостью в воде (<0.1 мг/л), в связи с чем константы связывания с катионами меди и свинца определяли методом спектрофотометрического титрования. Оба лиганда образуют моно- (ML) и биядерные (M2L) комплексы с Cu2+ и Pb2+ c умеренными значениями lgK: lgK(CuL1)=6.9, lgK(Cu2L1)=12.9, lgK(CuL2)=9.2, lgK(Cu2L2)=18.0, lgK(PbL1)=7.0, lgK(Pb2L1)=11.0, lgK(PbL2)=6.4, lgK(Pb2L2)=10.4. Среди пиколинатных лигандов наибольшую устойчивость продемонстрировал комплекс Cu2+ с тетрапиколинатным бензо-краун лигандом (L3). Данный лиганд так же продемонстрировал образование моно- и биядерных комплексов с Cu2+. lgK(CuL3)=20,0, lgK(Cu2L3)=33,7, lgK(PbL3)=13.1, lgK(Pb2L3)=23.6. Согласно квантово-химическим расчетам геометрии комплекса оба катиона в биядерном комплексе и с L1 и с L3 координируются вне полости макроцикла аминогруппами краун-эфира и пиколинатными фрагментами. В комплексе c L1 КЧ 5 достигается за счет координации молекулы воды, с L3 КЧ 5 обусловлено только донорными атомами лиганда. Предсказанная квантово-химическими расчетами структура комплекса Cu2L3 была подтверждена методом спектроскопии протяженной структуры спектра рентгеновского поглощения. Тетраацетатный бензо-18-краун-6-эфир (L4) и пиридин-15-краун-5-эфир (L5) были изучены с катионом тория. Изотопы тория 227Th и 226Th являются перспективными радионуклидами для мишенной терапии альфа-излучающими источниками, в связи с чем изучение данных комплексов несет важное практическое значение. При концентрации 1 мМ Th-232 удалось провести потенциометрическое титрование при 25C и определить константы устойчивости образуемых комплексов: lgK(ThL4)=27.1, lgK(ThL5)=21.9. 2) Традиционное выделение 234Th из равновесной смеси с 238U проводят разными способоами, включающими, например, жидкостную экстракцию диэтиловым эфиром, хроматографию на анионообменных смолах. Для наших экспериментов использование таких подходов приводило к присутствию большого количества урана в итоговом растворе тория. Так как тория-234 химически было на уровне 1·10-10 М, то даже присутствие микромолярных количеств урана значительно влияет на связывание с лигандами. В связи с чем было предложено использовать схему, состоящую из трех стадий. На первом этапе растворяли нитрат уранила в 6М HCl до концентрации 1 г/мл, загружали 3-4 мл этого раствора на колонку, заполненную DOWEX 50x8. В 6М HCl выходит уран в виде анионных хлоридных комплексв, и небольшие кол-ва тория (~5%). Основная масса тория связана с колонкой в виде катиона Th4+. Далее торий смывали насыщенным раствором щавелевой кислоты. В фракцию тория добавляли HNO3 (конц) для разрушения оксалатных комплексов и окисляли органику при кипячении в HNO3 (конц) на плитке. Полученный остаток ярко-желтого цвета растворяли в 8М HCl и загружали на колонку, заполненную DOWEX 1x8. Промывали 8M HCl. В этих условиях торий выходит, т.к. не образует анионных комплексов, а уран образует и поэтому связывается с смолой. Фракцию тория в 8М HCl упаривали и перерастворяли в 7М HNO3. Полученный раствор переносили на колонку, заполненную экстракционно-хроматографической смолой TEVA. Промываем 7М HNO3 – в этих условиях уран выходит, а торий связан, т.к. образует анионные комплексы в избытке нитрат-ионов. После промывания колонки 3 колоночными объемами, торий смывали 8M HCl. Полученный раствор упаривали и перерастворяли в 0,1M HCl. После такой очистки тория в 3 стадии получаемый итоговый раствор может быть далее использован для мечения лигандов. Его эффективность была проверена на исследуемых лигандах L4 и L5, а также известный из литературы лиганд H4DOTA. 3) Для характеризации липофильности лигандов использовали распределение меченных комплексов соответствующих лигандов между октанолом и водой – lgP. Однако существенных отличий между пиколинатными и ацетатными лигандами выявлено не было. Во всех случаях водорастворимых лигандов значение lgP находилось в пределах -3. Комплекс меди с L3 показал высокую устойчивость в присутствии сывороточных белков: перехелатирования радионуклида не наблюдали в течение суток. Более того, электрохимическое исследование показало, что даже при восстановлении Cu2+ до Cu+ катион остается связан с лигандом, а при восстановлении координационное окружение катиона приходит в исходное состояние. В связи с проявленной устойчивостью in vitro комплекс [64Cu]CuL3 был далее проверен на клиренс и биораспределение в организме нормальных лабораторных мышей через 1 и 6 часов после инъекции. Однако, на данном этапе сравнение биораспределения связанного и свободного катиона радионуклида не выявило существенных отличий, что может свидетельствовать о высвобождении радионуклида из комплекса in vivo. Анализ выведения в фекалиях и моче показывает, что в обоих случаях (свободный и связанный радионуклид) клиренс происходит преимущественно через фекалии, что говорит о печеночном клиренсе, что согласуется с литературными данными для свободного катиона меди. При этом в случае связанного в комплекс доля радиоактивности, выводимой через фекалии в несколько раз превышает долю в случае введения свободного радионуклида. В совокупности полученные данные говорят о неоднозначности поведения комплекса [64Cu]CuL3 в организме: возможно имеет место частичная диссоциация, либо сам комплекс в силу строения лиганда характеризуется таким биораспределением. 4) В этом году были продолжены работы по исследованию и созданию носителей для антиопухолевых и радионуклидных препаратов. а. Получен новый комплекс цинка с производным 1,2,4-тиадиазола, проявляющем антилейкемические свойства. Описаны его физико-химические и структурные особенности. б. Продолжена работа по получению комплексов переходных металлов с гидроксиапатитом: а) кинетика последовательной и параллельной сорбции цинка и альбумина на наногидроксиапатите; б) влияние стадии введения иона рутения в процесс сокристаллизации при синтезе наногидроксиапатита на физико-химические свойства полученного композита, а также роль фермента на сорбцию рутения на ГАП. в. Сдеоан обзор по взаимодействию воздействия эссенциальных элементов (ионов переходных металлов) на организм. г. Продолжены работы по созданию композитов на основе Bi-карбоксиметилцеллюлоза с оптимальными физико-химическими и биохимическими свойствами и с оптимальным содержанием антиопухолевого препарата на основе тиазин-производного. 5) С помощью метода термической активации трития были получены меченные тритием наноалмазы, амикацин, левофлоксацин и хитозан. Для насыщения коллагеновых матриц спользовали меченные тритием вещества с удельной радиоактивностью: наноалмазы - 51 мкКи/мг, хитозан 1 мкКи/мг, амикацин – 5 мкКи/мг и левофлоксацин – 3 мкКи/мг. На поверхности коллагеновых матриц размером 1×1 см2 получали покрытия следующего состава: (1) [3H]наноалмаз-левофлоксацин-хитозан, наноалмаз-[3H]левофлоксацин-хитозан и наноалмаз-левофлоксацин-[3H]хитозан; (2) [3H]наноалмаз-амикацин-хитозан, наноалмаз-[3H]амикацин-хитозан и наноалмаз-амикацин-[3H]хитозан (по 6 образцов матриц для каждого типа комплекса). Матрицы с покрытьями подкожно имплантировали крысам линии Wistar. После имплантации животных содержали в обычных условиях вивария в течение четырех месяцев. Для определения протекания процесса кальцинирования матриц в рацион животных включали витамин Д3 для лучшего усвоения кальция. Через четыре месяца после имплантации матрицы изымали из тела крысы, высушивали до постоянной массы и разлагали кипячением в концентрированной азотной кислоте. Полученные суспензии разбавляли водой, центрифугировали для отделения осадка наноалмазов. После этого измеряли радиоактивность раствора и осадка наноалмазов с помощью жидкостного сцинтилляционного спектрометра для определения количества меченого вещества. Для измерения радиоактивности использовали сцинтилляционную жидкость GoldStar, предназначенную для измерения растворов с низким значением pH. Необходимо отметить, что такой подход позволяет в два раза уменьшить количество животных, задействованных в эксперименте, поскольку стало возможно определились состав покрытия и его кальцинирование из одного и того же раствора. Показано, что покрытия, содержащие амикацин, лучше удерживаются на поверхности коллагеновых матриц при эксплуатации. Амикацин как лекарственное средство также показал хорошую стойкость на поверхности, при том, что его антимикробная активность сохраняется. Уменьшение слоя хитозана связано с удалением слоев, которые слабо связаны с поверхностью. Это предположение подтверждается результатами, полученными для серии левофлоксацина. В этом случае сохранилось около 70% хитозана, вероятно, из-за электростатических взаимодействий. Для матриц без наноалмазного покрытия содержание хитозана, осажденного из раствора в условиях сверхкритического диоксида углерода, составляет около 10 мг на г матриц. Слой наноалмазов с левофлоксацином оказался менее стабильным по сравнению с образцом с амикацином, в котором слой сохранился на 60%. Таким образом, наши результаты показали, что стабильность покрытия, содержащего наноалмазы, определяется функциональным составом поверхности наночастиц, который, в свою очередь, зависит от антибиотического модификатора наноалмазов. 6) В отчётный период, в соответствии с планом, работа проводилась по двум темам «Физико- химические и биофизические закономерности комбинированного действия ионизирующего излучения и ультразвука на модельные объекты» и «Разработка тканево-инженерных моделей на основе гидрогелей, минерализованных фосфатами кальция для тестирования эффективности радиофармпрепаратов». В результате проведённых работ, по первой теме, выявлены условия проявления синергетических эффектов комбинированного действия гамма-излучения и ультразвука на модельные объекты - широко распространенную в организме человека фермента щелочная фосфатаза и клеточную культуру Lactobacillus casei. Сравнительное исследование раздельного и комбинированного влияния ультразвука и γ -излучения на физико- химические параметры модельных систем показало, что для щелочной фосфатазы, при комбинированном воздействии γ или β излучения с ультразвуком супераддитивное падение активности наблюдается в случае, когда, ионизирующее излучение предшествует ультразвуковому. Такая же последовательность наиболее эффективна при термоинактивации фермента и ддействии на бактериальную культуру Lactobacillus casei. Установлено, что параметром, определяющим устойчивость клеток комбинированному, является её размер. Обнаружен эффект торможения ультразвуковой и γ-инактивации щелочной фосфатазы при облучении фермента в тритиевой воде. В результате работ по второй теме отработана методика синтеза радиоэмболизаторов - альгинатных микросфер, сшитых йонами кальция, иттрия и железа, а также методика их минерализации и модифицирования радионуклидами. Сформулированы основы методики ферментативного синтеза гидроксиапатита для конструирования тканево инженерных моделей опухолевых тканей.
3 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. Получение и использование радионуклидов и меченных соединений для целей ядерной медицины, изучения биологически значимых процессов и взаимодействия живых организмов с ионизирующим излучением
Результаты этапа:
4 1 января 2025 г.-31 декабря 2025 г. Получение и использование радионуклидов и меченных соединений для целей ядерной медицины, изучения биологически значимых процессов и взаимодействия живых организмов с ионизирующим излучением
Результаты этапа:
5 1 января 2026 г.-31 декабря 2026 г. Получение и использование радионуклидов и меченных соединений для целей ядерной медицины, изучения биологически значимых процессов и взаимодействия живых организмов с ионизирующим излучением
Результаты этапа:
6 1 января 2027 г.-31 декабря 2027 г. Получение и использование радионуклидов и меченных соединений для целей ядерной медицины, изучения биологически значимых процессов и взаимодействия живых организмов с ионизирующим излучением
Результаты этапа:
6 1 января 2027 г.-31 декабря 2027 г. Получение и использование радионуклидов и меченных соединений для целей ядерной медицины, изучения биологически значимых процессов и взаимодействия живых организмов с ионизирующим излучением
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".