Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Фармакокинетические свойства и дозиметрические характеристики радиофармпрепаратов на основе бифосфоновой и пентафосфоновой кислот с генераторными радионуклидами 99mTc и 188Re

ВАК РФ 03.01.01, Радиобиология

Автореферат диссертации по теме "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 99тТс И 188Ие

03.01.01 - Радиобиология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Обнинск - 2013

1П НАЯ /013

005058492

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. Королёва, 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБУ «Медицинский радиологический научный центр» Министерства здравоохранения РФ.

Автореферат разослан " Л/ф-бУ*? 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Палыга Геннадий Фёдорович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

По имеющимся данным в России и за рубежом примерно у 70% онкологических больных (особенно раком молочной железы, предстательной железы, щитовидной железы и легких) после лечения первичного очага обнаруживаются метастатические поражения костной ткани. Поэтому очень важно иметь высокоэффективные радиофармацевтические препараты (РФП) для диагностики 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 даёт 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 Í „ - 99тгг 131т 90v 32D

заболевании используется широкии спектр радионуклидов: 1с, 1, Y, I',

89Sr, 186Re, 188Re, 177Lu, 153Sm, 211At. Из перечисленных радиоизотопов особое

внимание заслуживает 99шТс, который является одним из самых безопасных для

пациентов, медперсонала и окружающей среды, а также идеальным

радионуклидом для сцинтиграфии по своим ядерно-физическим

характеристикам. 99тТс - генераторный радионуклид (99Мо/"тТс) с коротким

периодом полураспада (Т1/2 = 6 ч), являющийся моноэнергетическим

у - излучателем с Е,= 140 кэВ.

188Re также является генераторным радионуклидом. Генераторная система 188W/'88Re позволяет продуцировать радионуклид 188Re в течение 8-10 месяцев. Поэтому на основе 188Re можно разрабатывать наборы реагентов по аналогии с диагностическим генераторным радионуклидом 99тТс и проводить метку препаратов непосредственно перед применением РФП в клинике. Оптимальные ядерно-физические характеристики 188Re (Т1/2 = 17 ч, Ет = 0,155 МэВ, Ер = 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 188Яе, создание их является актуальной задачей радиофармацевтики.

Создание и радиобиологическое обоснование оригинальных РФП на основе фосфонатов, меченных генераторными радионуклидами 99тТс и 18811е, 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 радионуклидами 99тТс и 18811е.

Задачи исследования

1. Провести сравнительные исследования фармакокинетических свойств РФП на основе КОЭДФ и ПФК, меченных 99тТс, в организме интактных крыс.

2. Провести сравнительные исследования фармакокинетических свойств РФП на основе КОЭДФ и ПФК, меченных 18811е, в организме интактных крыс.

3. Оценить особенности распределения КОЭДФ, меченной 99тТс и 18811е, и ПФК, меченной 99шТс и 18811е, в организме интактных крыс.

4. Изучить влияние условий получения на особенности распределения 18811е-КОЭДФ и 18811е-ПФК в организме интактных крыс.

5. Изучить фармакокинетические свойства 99тТс-ПФК, 188Яе-КОЭДФ и 18811е-ПФК в организме крыс с экспериментальной моделью мозоли бедра.

6. Изучить фармакокинетические свойства 188Ке-КОЭДФ в организме крыс с рабдомиосаркомой М-1.

7. Оценить влияние общего облучения крыс на фармакокинетику 18811е-КОЭДФ.

8. Оценить распределение поглощенных доз внутреннего облучения органов и тканей лабораторных животных радионуклидами 99тТс и 188Яе, инкорпорированными в состав дифосфоновой и пентафосфоновой кислот.

Научная новизна

В результате сравнительных экспериментальных исследований фармакокинетики КОЭДФ и ПФК, меченных 99тТс и |88Яе, впервые изучены фармакокинетические свойства и дозиметрические характеристики четырех РФП (99тТс-КОЭДФ, 18811е-КОЭДФ, 99тТс-ПФК и 188Ке-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 |8811е, 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 188Яе-КОЭДФ;

3) оценено влияние химической природы радионуклидов (99шТс и 188Яе) на фармакокинетику 99тТс-КОЭДФ, 18811е-КОЭДФ, 99тТс-ПФК и |88Яе-ПФК;

4) изучено влияние условий получения 18811е-КОЭДФ и 18811е-ПФК на их фармакокинетику;

5) дана сравнительная оценка распределения поглощенных доз внутреннего облучения органов и тканей лабораторных животных радионуклидами 99тТс и 188Яе, инкорпорированными в состав дифосфоновой и пентафосфоновой кислот.

Практическая значимость

В ходе выполнения фармакокинетических исследований выбраны оптимальные по функциональным признакам радиофармпрепараты: 9 тТс-КОЭДФ - для радионуклидной диагностики опухолевых заболеваний скелета; |88Яе-КОЭДФ — для радионуклидной терапии костных метастазов.

В настоящее время проведены доклинические испытания обоих препаратов. 99шТс-КОЭДФ прошел клинические испытания и разрешен для применения в клинике. 188Яе-КОЭДФ в настоящее время проходит клинические испытания.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Химическая природа производных фосфоновых кислот (КОЭДФ и ПФК) и радионуклидов 99шТс и 188Ке влияет на фармакокинетические свойства РФП 99тТс-КОЭДФ, |8811е-КОЭДФ, 99тТс-ПФК и 188Ке-ПФК.

2. Условия получения (увеличение температуры, добавление носителя стабильного рения) положительно влияют на фармакокинетические свойства 18811е-КОЭДФ и |88Ле-ПФК.

3. Патологические состояния организма крыс (экспериментальная модель мозоли бедра, рабдомиосаркома М-1, общее облучение организма) влияют на фармакокинетику 99тТс-ПФК, 188Яе-КОЭДФ и 18811е-ПФК.

4. Поглощенные дозы внутреннего облучения, формируемые в костной ткани рением-188 после внутривенного введения |8811е-КОЭДФ, более чем в 50 раз выше, по сравнению с 99тТс-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 радиофармпрепаратов на основе 99mTc, l88Re, 103Pd, 2I3Bi, 227Ас 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.В12 от 10.06.2011 г. по теме «Проведение доклинических испытаний нового генераторного терапевтического радиофармпрепарата с 188Re».

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 r.

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» 24-27 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 99шТс-

КОЭДФ и 188Яе-КОЭДФ;

• проведены клинические испытания радиофармпрепарата 99шТс-КОЭДФ;

• проводятся клинические испытания радиофармпрепарата 1Х8Ке-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 99шТс 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 - 12,2 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 (т). Результаты радиометрии представлены в виде оценки среднеквадратичной ошибки средней величины (М ± т). Достоверность полученных различий сопоставляемых величин оценивали с использованием Г-критерия Крамера-Уэлча. Различия считались достоверными при уровне значимости равном либо менее 5 % (р < 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 99тТс-КОЭДФ, 99шТс-ПФК, 188Яе-КОЭДФ и 188Яе-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 99тТс-КОЭДФ в костной ткани на протяжении всего эксперимента выше, чем 99шТс-ПФК. В свою очередь активность 99шТс-КОЭДФ в костной ткани в 13—320 раз выше, а 99шТс-ПФК - в 6,2-103 раза выше, чем Ыа"тТс04 (р < 0,001-0,01). Так, максимальная активность 99шТс-КОЭДФ в скелете составила 4,37 ± 0,30 %, а 99шТс-ПФК - 1,48 ± 0,19 % от введенной активности на 1 г ткани (рис. 1).

Рис. 1. Сравнительные данные уровней накопления 99тТс-КОЭДФ, 99тТс-ПФК и Ыа"тТсС>4 в костной ткани интактных крыс после внутривенного введения

5 0,08 1 3 24 48 72

Время, ч

Рис. 2. Уровни активностей 188Ке-КОЭДФ, 188Яе-ПФК и 188Ке-ЫаЯе04 в костной ткани интактных крыс после внутривенного введения

Влияние химической структуры фосфоновых кислот на распределение

меченых РФП в организме интактных крыс проводилось также при сравнении

188 188 фармакологических характеристик Яе-КОЭДФ и Яе-ПФК. Было

установлено, что активность |8811е-ПФК в костной ткани в 1,22—3,39 раз выше,

чем 18811е-КОЭДФ (рис. 2). По экспериментальным данным максимальное

содержание "Ке-КОЭДФ в скелете отмечается через 1 ч после внутривенного

введения препарата и составляет 2,18 ± 0,10 %/г. Активность 188Ке-ПФК в

костной ткани уже через 5 мин после введения препарата была равна 2,82 ±0,16

%/г, а через 3 ч - 2,88 ± 0,31 %/г. При этом концентрации 188К.е-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 99шТс и 188Re, в щитовидной железе обычно характеризуют их стабильность, так как несвязанные радионуклиды 99шТс и ,88Re имеют повышенную тропность к этому органу. Содержание 99тТс-КОЭДФ, 99тТс-ПФК, 18811е-КОЭДФ и 188Re-ПФК в щитовидной железе значительно ниже, чем Na99mTc04 и 188Re-NaRe04. Это свидетельствует о высокой стабильности изучаемых препаратов in vivo по сравнению с элюатами 99тТс и 188Re.

Для изучения влияния природы радионуклида на фармакокинетические свойства меченых фосфоновых кислот были проведены сравнительные исследования 99тТс-КОЭДФ и 188Ке-КОЭДФ, а также 99тТс-ПФК и 18^е-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 99шТс-КОЭДФ и 88Яе-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 99тТс-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 99тТс-КОЭДФ в костях отмечается в период 3—6 ч, а |8^е-КОЭДФ - через 1 ч после инъекции препаратов.

Содержание 188Re-I1ФК в костной ткани в 1,5-3,8 раз выше, чем 99тТс-ПФК (р < 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 99шТс-КОЭДФ существенно выше по сравнению с 188Яе-КОЭДФ, а для 99тТс-ПФК выше, чем для 188Яе-ПФК, в большинстве сроков наблюдений. Динамика изменения этих величин характеризуется постепенным увеличением к 24 ч.

5 -

чёВЁШ

0,08 1 3 6 24

Время,ч

^И99тТс-КОЭДФ т88Ке-КОЭДф]

' 3--=г---

П i _J__l _ £L

* 0,08 1 3 24

Время, ч

U 99тТс-ПФК ni88Re-rTOK |

Рис. 3. Сравнительные данные биораспреде- Рис. 4. Сравнительные данные накопления

ления 99тТс-КОЭДФ и 188Ке-КОЭДФ в костной активности 99тТс-ПФК и 188Яе-ПФК в

ткани в организме интактных крыс после костной ткани интактных крыс после

внутривенного введения. внутривенного введения.

99шТс-КОЭДФ и 99шТс-ПФК обладают более высокой стабильностью in vivo по сравнению с |88Ке-КОЭДФ и 188Ке-ПФК, соответственно. Об этом свидетельствует более высокая концентрация активности в щитовидной железе после инъекции |8811е-КОЭДФ или 18811е-ПФК, чем при внутривенном введении фосфонатов, меченных 99тТс. Выравнивание концентраций активности в поздние сроки обеспечивается, по-видимому, более ускоренным, по сравнению с 99тТс, выведением 188Re из ткани щитовидной железы.

188 188 Особенности фармакокинетики Re-КОЭДФ и Re-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 18^е-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 |8^е-КОЭДФ, полученного с носителем свободного рения, несколько выше, чем активность 18^е-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.

S- 4

£35 I 3

| 2.5

И

I 0.5

3 24 Время, ч

72

■ ISÉRe-КОЭДФ (без носителя) П^бКс-КОЭДФ (с носителей)

3 24 48 Время, ч

I И18ЕКе-КОЭДФ (без носителя) П188(!е-КОЭД1> (с носителем)

а б

Рис. 5. Сравнительные данные уровней накопления 188]1е-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 18811е-КОЭДФ, полученного с носителем.

Значительная активность в щитовидной железе (до 11,9 %/г) отмечается сразу после внутривенного введения 188Ие-КОЭДФ, полученного без носителя. Высокий уровень активности в данном органе сохраняется на протяжении всего исследования (рис. 56). 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 ,88Яе-КОЭДФ и '88Ке-ПФК, полученных при 20°С и 100°С, в организме интактных крыс.

Так, содержание в костной ткани 188Яе-КОЭДФ, полученного при 20°С, в начальные сроки исследования немного выше, чем 18811е-КС)ЭДФ, полученного при 100°С (р > 0,05). В более поздние сроки активность 18811е-КОЭДФ, полученного при 100°С, становится выше, чем 18811е-КОЭДФ, приготовленного при 20°С (р < 0,05) (рис. 6а). Содержание же 188Яе-ПФК, полученного при 20°С, выше, чем уровень 188Яе-ПФК, полученного при 100°С, в течение первых 3 ч эксперимента (р < 0,05) (рис. 66). Однако следует отметить, что активность 188Ке-ПФК, полученного при 100°С, ниже по сравнению с '8811е-ПФК, полученного при 20°С, 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 188Яе-КОЭДФ и 18811е-ПФК, полученных при 100°С, выше, чем для тех же соединений, полученных при 20°С.

8 2.5-| 2" 1 1.51 1 ¥ 0.51 о-

зг

0.08 1

Б

1 Л

3 24 4 8 72 Время, ч

1188№-КОЭД1> (20 ОС) 0188Ке-КОЭДО> (100 ОС)

Время, ч

|м188№-ПФК(20 ОС) П188Яэ-ПФК(100 осУ]

а б

Рис. 6. Сравнительные данные динамики накопления '^Яе-КОЭДФ (а) и |88Яе-ПФК (б), полученных при 20°С и Ю0°С, в костной ткани интактных крыс после внутривенного

введения.

Таким образом, технологические условия получения 188Ке-КОЭДФ и 18811е-ПФК значительно влияют на их фармакокинетику в организме интактных крыс. Добавление носителя стабильного рения при получении |8811е-КОЭДФ повышает стабильность РФП и его накопление в костной ткани. Увеличение температуры с 20°С до 100°С в процессе синтеза |8811е-КОЭДФ приводит к повышению уровней активности препарата в костной ткани. Однако повышение температуры при получении 188Яе-ПФК, напротив, снижает содержание 18811е-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 99шТс-ПФК, 188Яе-КОЭДФ и 18811е-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 99тТс-ПФК в костной ткани у крыс с костной мозолью в 1,9-2,6 раза ниже, чем у интактных животных (р < 0,0010,05). Аналогичная ситуация отмечается при анализе распределения l88Re-КОЭДФ и K8Re-I1ФК у крыс после перелома бедра. У интактных крыс максимальное содержание ,8811е-КОЭДФ в костной ткани составляет 2,18%/г, тогда как у крыс с костной мозолью эта величина не превышает 0,66%/г. Активность 18811е-КОЭДФ и 188Ке-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 '88Яе-КОЭДФ в организме крыс с рабдомиосаркомой М-1. Показано, что опухолевый процесс не оказывает значительного влияния на биораспределение 188Яе-КОЭДФ in vivo. Наиболее высокая концентрация |8811е-КОЭДФ у крыс с рабдомиосаркомой М-1 отмечается в костной ткани (рис. 7). Статистически значимые различия (р < 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 188Яе-КОЭДФ (до 0,17 %/г) наблюдается в опухолевой ткани, что является положительной характеристикой препарата.

При анализе дифференциального уровня накопления '88Яе-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 188Яе-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 |8^е-КОЭДФ в костной ткани интактных крыс выше, чем у животных после облучения (р < 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 Яе-КОЭДФ в костной ткани составляет 2,18%/г, а у крыс после облучения - 1,29%/г.

При анализе дифференциального уровня накопления (КДН) Яе-КОЭДФ установлено, что для облученных крыс характерны более высокие значения КДН.

й 10 20 30 40 50 ВО

Время, ч

Рис. 7. Сравнительные данные накопления |88Яе-КОЭДФ в костной ткани в организме интактных животных и животных с рабдомиосаркомой М-1.

Рис. 8. Сравнительные данные уровней накопления 188Яе-КОЭДФ в костной ткани интактных крыс и крыс через 7 дней после облучения в дозе 2 Гр при внутривенном 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-188

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 |8811е-КОЭДФ в 23-57 раз выше, чем после введения 99шТс-КОЭДФ. Так, после введения |88Ке-КОЭДФ максимальная поглощенная доза в кости бедра составила 343,2 ± 31,6 мГр/МБк, а после инъекции 99тТс-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 |8811е-КОЭДФ являются почки (рис. 96).

В остальных внутренних органах и тканях поглощенные дозы значительно ниже, чем в костной ткани бедра. Однако численные значения поглощенных доз также выше после введения |8811е-КОЭДФ по сравнению с 99тТс-КОЭДФ.

ВЫВОДЫ

1. Значительное содержание РФП на основе КОЭДФ и ПФК, меченных 99тт„ 188т>

1с и Ке, 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 99тТс и 188К.е, в организме интактных крыс.

3. Экспериментально доказано, что добавление носителя в виде стабильного рения и увеличение температуры с 20°С до 100°С в процессе получения |8811е-КОЭДФ и |8811е-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 99тТс-ПФК, 188Ие-КОЭДФ и

Яе-ПФК, соответственно).

5. Наличие опухолевого процесса в организме крыс не оказывает значительного влияния на фармакокинетику |88Яе-КОЭДФ в костной ткани и других органах. 18811е-КОЭДФ в незначительных количествах накапливается в опухолевой ткани.

6. Установлено, что общее облучение организма снижает уровень накопления активности 18811е-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 18811е-КОЭДФ, чем после введения 99шТс-КОЭДФ. Поглощенные дозы в бедренной кости после введения 188Яе-КОЭДФ в 23-57 раз выше, чем после введения 99тТс-КОЭДФ.

8. По результатам проведенных доклинических испытаний РФП 188Re-КОЭДФ рекомендован Фармкомитетом Минздрава России для клинических исследований. В настоящее время проводятся клинические исследования РФП 188Яе-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

1. Петриев, В.М. Экспериментальное обоснование применения монокалиевой соли 1-гидроксиэтилидендифосфоновой кислоты, меченной 99шТс, 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-99т / 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 188Re-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, A.H. Экспериментально-радиобиологическое обоснование применения l88Re-K03fl® 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. Клепов, А.Н. Математические модели фармакокинетики и дозиметрии в экспериментальных радиобиологических исследованиях остеотропного РФП 18811е-КОЭДФ / А.Н.Клепов, О.П.Александрова, В.М.Петриев, В.Г.Скворцов,

B.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-

C.58-67.

6. Яськова, Е.К. Оценка поглощенных доз внутреннего облучения лабораторных животных при введении радиофармпрепаратов, меченных 99тТс и 18811е/ 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,

A.Ф. Цыб // Бюллетень национального радиационно-эпидемиологического регистра «Радиация и риск». - 2010. - Т. 19. - № 4. - С. 50-57.

7. Скворцов, В.Г. Фармакокинетические и дозиметрические характеристики нового радиофармпрепарата 103Р<1-микросферы альбумина / В.Г.Скворцов,

B.Ф.Степаненко, В.М.Петриев, М.Ю.Орлов, И.Г.Крюкова, В.А.Соколов, Н.Б.Борышева, В.К.Ширяева, С.П.Орленко, А.М.Хайлов, А.Ф.Цыб // Радиационная биология. Радиоэкология. - 2010. - Т.50. - № 6. - С. 703-711.

8. Ширяева, В.К. Сравнительный анализ фармакокинетических характеристик радиофармпрепаратов на основе монокалиевой соли 1-гидрокси-этилидендифосфоновой кислоты, меченной 99шТс и |8811е / 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.

9. Орлов, М.Ю. Неопределенности при экспериментально-расчетной оценке доз 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.

10. Ширяева, В.К. Изучение фармакокинетических характеристик радиофармпрепарата на основе монокалиевой соли 1-гидроксиэтилидендифосфоновой кислоты, меченной 18811е, 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. 37-12.

11. Ширяева, В.К. Оценка влияния условий приготовления остеотропного препарата «18811е-гидроксиэтилидендифосфоновая 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.

Заказ 756 Тираж 100 Объём 1 п.л. Формат 60х841/1 б Печать офсетная

Отпечатано в МП «Обнинская типография» 249035 Калужская обл., г. Обнинск, ул. Комарова, 6

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Тищенко, Виктория Константиновна, Обнинск

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «МЕДИЦИНСКИЙ РАДИОЛОГИЧЕСКИЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР»

04201359559 На правах рукописи

Тищенко Виктория Константиновна

ФАРМАКОКИНЕТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ДОЗИМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАДИОФАРМПРЕПАРАТОВ НА ОСНОВЕ БИФОСФОНОВОЙ И ПЕНТАФОСФОНОВОЙ КИСЛОТ С ГЕНЕРАТОРНЫМИ РАДИОНУКЛИДАМИ 99тТс и 188Re

03.01.01 - радиобиология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: доктор биологических наук Петриев Василий Михайлович

Обнинск 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ..............................................................................................................5

ВВЕДЕНИЕ........................................................................................................................................................6

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ........................................................14

1.1 Костные метастазы и их осложнения..........................................................................14

1.2 Методы диагностики костных метастазов..............................................................16

1.2.1 Остеосцинтиграфия и ОФЭКТ..............................................................................17

1.2.2 Позитронно-эмиссионная томография............................................................23

1.2.3 Магнитно-резонансная томография..................................................................24

1.3 Методы терапии костных метастазов..........................................................................24

1.3.1 Лучевая терапия..................................................................................................................27

1.3.2 Радионуклидная терапия..............................................................................................28

1.3.2.1 Фосфор-32....................................................................................................................33

1.3.2.2 Стронций-89................................................................................................................34

1.3.2.3 Самарий-153................................................................................................................35

1.3.2.4 Рений-186..................................................................................................................39

1.3.2.5 Рений-188..................................................................................................................41

1.3.2.6 Олово-117т............................................................................................................46

1.3.2.7 Радий-223..................................................................................................................48

1.3.2.8 Другие радионуклиды........................................................................................50

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ..............................54

2.1 Синтез радиофармпрепаратов 99тТс-КОЭДФ, 99тТс-ПФК, 188Re-КОЭДФ и 188Яе-ПФК и контроль качества полученных соединений......................................................................................................................................................54

2.2 Методика проведения биологических экспериментов........................................57

2.2.1 Описание использованных лабораторных животных и моделей патологии..........................................................................................................................57

2.2.2 Изучение фармакокинетики комплексов 99тТс-КОЭДФ, 99тТс-ПФК, 188Яе-КОЭДФ и 188Яе-ПФК........................................................................58

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗУЧЕНИЯ ФАРМАКОКИНЕТИЧЕС-КИХ СВОЙСТВ РФП В ОРГАНИЗМЕ ИНТАКТНЫХ ЖИВОТНЫХ ПОСЛЕ ВНУТРИВЕННОГО ВВЕДЕНИЯ ПРЕПАРАТОВ.................................................................................... 63

3.1 Сравнительные исследования фармакокинетики радиофармпрепаратов на основе КОЭДФ и ПФК, меченных технецием-99т............ 63

3.2 Сравнительные исследования фармакокинетики РФП на основе КОЭДФ и ПФК, меченных рением-188........................................ 71

3.3 Сравнительная характеристика фармакокинетических свойств КОЭДФ, меченной технецием-99ш и рением-188, в организме интактных животных............................................................... 80

3.4 Сравнительная характеристика фармакокинетических свойств ПФК, меченной технецием-99ш и рением-188, в организме интактных животных............................................................... 87

3.5 Особенности фармакокинетики 188Яе-КОЭДФ и 188Яе-ПФК в

зависимости от технологических условий их получения.................. 92

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗУЧЕНИЯ ФАРМАКОКИНЕТИКИ РАДИОФАРМПРЕПАРАТОВ В ОРГАНИЗМЕ ЛАБОРАТОРНЫХ ЖИВОТНЫХ С НЕКОТОРЫМИ ПАТОЛОГИЧЕСКИМИ СОСТОЯНИЯМИ ПОСЛЕ ВНУТРИВЕННОГО ВВЕДЕНИЯ ПРЕПАРАТОВ...................................................................... 109

4.1 Изучение фармакокинетических свойств радиофармпрепаратов в организме крыс с экспериментальной моделью костной мозоли................................................................................. 109

4.2 Фармакокинетические свойства 188Яе-КОЭДФ в организме крыс с рабдомиосаркомой М-1................................................................. 126

4.3 Фармакокинетические свойства 18811е-КОЭДФ в организме крыс

после тотального облучения...................................................... 132

ГЛАВА 5. ДОЗИМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАДИО-

ФАРМПРЕПАРАТОВ НА ОСНОВЕ КОЭДФ и ПФК, МЕЧЕННЫХ

ТЕХНЕЦИЕМ-99М И РЕНИЕМ-188................................................ 138

ГЛАВА 6. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ................................. 141

6.1 Оценка фармакокинетических свойств 99тТс-КОЭДФ, 99тТс-ПФК, 188Яе-КОЭДФ и 188Яе-ПФК в организме интактных крыс.................. 141

6.2 Особенности фармакокинетики 188Ке-КОЭДФ и 188Яе-ПФК в зависимости от технологических условий их получения.................. 148

ООгчл 1 я с

6.3 Оценка фармакокинетических свойств Тс-ПФК, ке-КОЭДФ

1 яя

и Яе-ПФК в организме крыс с экспериментальными моделями

некоторых патологий..............................................................................................................................153

ВЫВОДЫ..........................................................................................................................................................160

СПИСОК ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ..............................................................162

СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ

РФП - радиофармацевтические препараты

КОЭДФ - монокалиевая соль гидроксиэтилидендифосфоновой кислоты ПФК - диэтилентриаминопентакис(метилфосфоновая кислота) ОСГ - остеосцинтиграфия

ОФЭКТ - однофотонная эмиссионная компьютерная томография

КТ - компьютерная томография

МДФ - метилендифосфоновая кислота

ГМДФ — гидроксиметилендифосфоновая кислота

ДОТМФ - 1,4,7 Д О-тетраазациклододекан-1,4,7,1О-тетраметиленфосфоно-

вая кислота ПЭТ - позитронно-эмиссионная томография ФДГ - 2-дезокси-Б-глюкоза МРТ - магнитно-резонансная томография НПВС - нестероидные противовоспалительные препараты ДЛТ - дистанционная лучевая терапия РПЖ - рак предстательной железы РМЖ - рак молочной железы

ЭДТМФ - этилендиамин-Ы,К,]Ч[',К'-тетракисметиленфосфоновая кислота

ПДТМФ - пропилендиаминтетраметиленфосфоновая кислота

ГЭДФ - гидроксиэтилендифосфоновая кислота

ТТГМФ - триэтилентетрамингексаметиленфосфоновая кислота

ДТПУ - диэтилентриаминпентауксусная кислота

ДНК - дезосирибонуклеиновая кислота

ДПДФ - 2,3-дикарбоксипропан-1,1-дифосфоновая кислота

EtOH - этиловый спирт

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы

По имеющимся данным, в России и за рубежом примерно у 70% онкологических больных (особенно раком молочной железы, предстательной железы, щитовидной железы и легких) после лечения первичного очага обнаруживаются метастатические поражения костной ткани [46]. Поэтому очень важно иметь высокоэффективные радиофармпрепараты для диагностики 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. Важную роль в своевременной и правильной диагностике и терапии играют технологии ядерной медицины. Для диагностики и терапии опухолевых заболеваний костной ткани человека важнейшей характеристикой РФП является его 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 [166, 167]. Отмеченные свойства фосфонатов открывают путь для клинического изучения указанных комплексов при нарушении минерального обмена, таких, например, как эктопическая кальцификация и повышенная деструкция костей. Кроме того, сродство фосфонатов к апатитам даёт возможность использовать их в качестве переносчиков других лекарственных или диагностических средств в костную ткань.

Наиболее эффективными препаратами для радионуклидной диагностики и терапии костных метастазов человека являются фосфоновые кислоты, меченные различными радионуклидами.

В мировой практике для разработки и создания РФП для

радионуклидной внутритканевой терапии и диагностики онкологических и

неонкологических заболеваний используется широкий спектр

радионуклидов: 99тТс, 1311, 90У, 32Р, 898г, ,86Яе, 188Яе, 177Ьи, 1538т, 2,1А1. Из

перечисленных радиоизотопов особого внимания заслуживает 99п1Тс,

который является одним из самых безопасных для пациентов,

медперсонала и окружающей среды, а также идеальным радионуклидом

для сцинтиграфии по своим ядерно-физическим характеристикам. 99тТс -

/99» к /99тт- л

генераторный радионуклид ( Мо/ Тс) с коротким периодом полураспада

(Т1/2 = 6 ч), являющийся моноэнергетическим у-излучателем с Еу = 140 кэВ. 188

Яе также является генераторным радионуклидом. Генераторная

188 188 188 система XV/ Яе позволяет продуцировать радионуклид Яе в течение 8

188

- 10 месяцев. Поэтому на основе Яе можно разрабатывать наборы

реагентов по аналогии с диагностическим генераторным радионуклидом

1с и проводить метку препаратов непосредственно перед применением

РФП в клинике. Оптимальные ядерно-физические характеристики 188Яе

(Тш = 17 ч, Еу = 0,155 МэВ, Ер = 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 т у/уо с помощью гамма-

камеры, которые необходимы для расчета вводимой терапевтической

активности пациенту.

Учитывая перспективу и отсутствие коммерческих остеотропных

188

РФП на основе генераторного радионуклида Яе, создание их является актуальной задачей радиофармацевтики.

Создание и радиобиологическое обоснование оригинальных РФП на основе фосфонатов, меченных генераторными радионуклидами 99тТс и 188Яе, позволит выпустить на рынок медицинских услуг России

высокоэффективные диагностические и терапевтические средства для диагностики и лечения костных метастазов.

Цель работы

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 радионуклидами 99тТс и 188Re.

Основные задачи исследования

Для достижения поставленной цели необходимо:

1. Провести сравнительные исследования фармакокинетических свойств РФП на основе КОЭДФ и ПФК, меченных 99тТс, 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 99тТс и 188Re, и ПФК, меченной 99тТс и 188Re, в организме интактных крыс.

4. Изучить влияние условий получения на особенности распределения 18^е-КОЭДФ и 18^е-ПФК в организме интактных крыс.

5. Изучить фармакокинетические свойства 99тТс-ПФК, 18^е-КОЭДФ и

18^е-ПФК в организме крыс с экспериментальной моделью мозоли бедра.

188

6. Изучить фармакокинетические свойства Re-КОЭДФ в организме крыс с рабдомиосаркомой М-1.

1

7. Оценить влияние общего облучения крыс на фармакокинетику Re-КОЭДФ.

8. Оценить распределение поглощенных доз внутреннего облучения органов и тканей лабораторных животных радионуклидами 99шТс и 18811е, инкорпорированными в состав дифосфоновой и пентафосфоновой кислот.

Научная новизна

В результате сравнительных экспериментальных исследований

фармакокинетики КОЭДФ и ПФК, меченных 99тТс и 188Яе, впервые

изучены фармакокинетические свойства и дозиметрические

характеристики четырех РФП (99тТс-КОЭДФ, 188Яе-КОЭДФ, 99тТс-ПФК и 188

Ке-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,

188

меченных Яе, в организме интактных животных и животных с экспериментальными моделями патологических состояний (мозоль бедра и рабдомиосаркома М-1);

2) изучено влияние предварительного облучения лабораторных

188

животных на фармакокинетические свойства Яе-КОЭДФ;

3) оценено влияние химическои природы радионуклидов ( 1с и 188Яе) на фармакокинетику 99тТс-КОЭДФ, 188Ле-КОЭДФ, 99тТс-ПФК и 188Яе-ПФК;

188 188 ,

4) изучено влияние условий получения Ле-КОЭДФ и Ке-ПФК на

их фармакокинетику;

5) дана сравнительная оценка распределения поглощенных доз внутреннего облучения органов и тканей лабораторных животных радионуклидами 99тТс и 188Яе, инкорпорированными в состав дифосфоновой и пентафосфоновой кислот.

Практическая значимость

В ходе выполнения фармакокинетических исследований выбраны

оптимальные по функциональным признакам радиофармпрепараты: 99л1Тс-

КОЭДФ - для радионуклидной диагностики опухолевых заболеваний 188

скелета; Re-КОЭДФ - для радионуклидной терапии костных метастазов.

В настоящее время проведены доклинические испытания обоих препаратов. 99тТс-КОЭДФ прошел клинические испытания и разрешен для

1RR

применения в клинике. Re-КОЭДФ в настоящее время проходит клинические испытания.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Химическая природа производных фосфоновых кислот (КОЭДФ и ПФК) и радионуклидов 99тТс и 188Re влияет на фармакокинетические свойства РФП 99тТс-КОЭДФ, 18^е-КОЭДФ, 99тТс-ПФК и тКе-ПФК.

2. Условия получения (увеличение температуры, добавление носителя стабильного рения) положительно влияют на фармакокинетические свойства 18^е-КОЭДФ и 188Re-E№K.

3. Патологические состояния организма крыс (экспериментальная модель костной мозоли бедра, рабдомиосаркома М-1, общее облучение

до 188 188

организма) влияют на фармакокинетику ™"Тс-ПФК, ,аЧ1е-КОЭДФ и Re-ПФК.

4. Поглощенные дозы внутреннего облучения, формируемые в

1 ЯЯ

костной ткани рением-188 после внутривенного введения Re-КОЭДФ, более чем в 50 раз выше, по сравнению с 99тТс-КОЭДФ.

Связь с основными научнымн направлениями работы ФГБУ МРНЦ Минздрава России

Исследования проводились в рамках плановых тем ФГБУ МРНЦ Минздрава России, государственных контрактов, в которых автор диссертационной работы являлся исполнителем.

НИР по теме: «Разработка и биологические испытания радиофармпрепаратов на основе 99тТс, 188Ке, 103Рс1, 213В1, 227Ас и Ожэ-излучателей для радионуклидной диагностики и терапии», № государственной 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», № государственной 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 11е-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/Н0-0211 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.В12 от 10.06.2011 г. по теме «Проведение доклинических испытаний нового генераторного терапевтического радио-

18ft

фармпрепарата 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 r.

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» 24-27 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 Российской Федерации, протокол № 265.

Публикации

По материалам диссертационной работы опубликовано 6 научных статей в журналах, рекомендуемых ВАК МОиН РФ для кандидатских диссертаций. Пять работ опубликовано в материалах Российских и междун�