Тема: РАЗРАБОТКА РАДИОФАРМПРЕПАРАТА НА ОСНОВЕ МЕЧЕННОЙ ТЕХНЕЦИЕМ-99М 5-ТИО-D-ГЛЮКОЗЫ ДЛЯ МЕДИЦИНСКОЙ ДИАГНОСТИКИ
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
📋 Содержание
Глава 1 Методы получения меченных радионуклидами производных глюкозы и их применение для медицинской диагностики 13
1.1 Применение и медико-биологические свойства моносахаридов 13
1.2 Получение и физико-химические свойства радионуклида 99тТс 19
1.3 Лиофилизированные препараты в современной ядерной медицине . 26
1.4 Радиофармпрепараты на основе производных глюкозы и
перспективы их использования 29
1.5 Выводы по главе 37
Глава 2 Материалы и методы, используемые в исследовании 40
2.1 Характеристика используемых веществ, материалов и оборудования 40
2.2 Методики приготовления исходных компонентов и растворов 43
2.3 Методика проведения радиометрических измерений 46
2.4 Методика получения радиохроматограмм 47
2.5 Методика определения величины pH 49
2.6 Методы статистической обработки результатов 51
2.7 Выводы по главе 53
Глава 3 Разработка технологии получения радиофармпрепарата и лиофилизированного набора реагента на основе 5-тио-0-глюкозы 54
3.1 Выбор основного компонента 54
3.2 Исследование растворимости субстанции 5-тио-0-глюкоза 57
3.3 Выбор восстанавливающего агента для натрия пертехнетата,99тТс . 59
3.4 Выбор систем подвижных фаз для хроматографических
исследований 5-тио-0-глюкозы для мечения технецием-99м 64
3.5 Разработка состава реагентов для получения препарата
«5-тио-0-глюкоза, 99тТс» 66
3.6 Изучение влияния процесса лиофилизации на качественные
характеристики набора реагентов для получения РФП 71
3.7 Методика приготовления лекарственной формы РФП
«5-тио-0-глюкоза, 99тТс» 74
3.8 Выводы по главе 76
Глава 4 Методы проведения контроля качества РФП «5-тио-В-глюкоза,99тТс» и проведение его лабораторных испытаний 79
4.1 Качественное и количественное определение 5-тио-0-глюкозы 80
4.2 Качественное и количественное определение ЗиС12-2И2О 84
4.3 Качественное и количественное определение аскорбиновой кислоты 89
4.4 Проект спецификации на РФП «5-тио-0-глюкоза,99тТс» 93
4.5 Проведение испытаний препарата на лабораторных животных 97
4.6 Выводы по главе 100
Заключение 102
Список литературы 107
Приложение А Акт внедрения результатов диссертационной работы на кафедре Прикладной физики (ПФ) Физико-технического института Томского политехнического университета в учебно-педагогической программе по специальности «Медицинская физика» 122
Приложение Б Акт внедрения результатов диссертационной работы в производство лиофилизатов в Томском Научно-исследовательском институте Онкологии
📖 Введение
Своевременная диагностика и выявление злокачественных новообразований на ранних стадиях развития является одной из актуальнейших проблем в онкологии. Согласно данным последнего доклада о состоянии здоровья населения и организации здравоохранения Российской Федерации, смертность от онкозаболеваний в 2014 году составила 15,3 % или 201,1 на 100 тыс. человек [1].
Ежегодно в нашей стране выявляется около 480 тысяч случаев онкологических новообразований. Примерно 60% регистрируемых пациентов выявляются на последних стадиях заболевания, а это значительно снижает возможность их лечения. Так только за 11 месяцев 2015 года смертность от новообразований в России составила 271,7 тысячи человек [2].
Методы ядерной медицины уникальны тем, что они позволяют диагностировать функциональные отклонения жизнедеятельности органов на ранних стадиях заболевания, при этом человек может не чувствовать симптомы болезни. Это помогает обнаруживать значительное количество разнообразных заболеваний до их серьезного развития, что существенно ускоряет процесс начала лечения и увеличивает вероятность полного выздоровления.
В тоже время развитие ядерных медицинских технологий в России существенно отстает от мирового уровня. По экспертным оценкам, потребность населения России в радиофармпрепаратах (РФП) удовлетворяется не более чем на 1-3% [3]. В связи с этим, разработка инновационных радиофармацевтических препаратов для молекулярной визуализации является весьма актуальным направлением.
Производные глюкозы, меченные радиоактивными изотопами, являются перспективными РФП для ранней диагностики злокачественных новообразований. Это связано с тем, что в клетках опухоли отмечается повышенный уровень метаболизма глюкозы по сравнению с нормальными клетками из-за увеличенного количества транспортеров глюкозы, что приводит к увеличенному ее поступлению в раковые клетки [4, 5].
Существуют различные производные глюкозы, меченные радионуклидами 18Т, 11С и др. В настоящее время в России в позитрон-эмиссионной томографии (ПЭТ) для диагностики опухолей, метастазов и оценки эффективности противоопухолевой терапии используется РФП 2-фтор-2-дезокси-Э-глюкоза (18Т- ФДГ), содержащий позитрон-излучающий радионуклид фтор-18 [6-8]. Несмотря на высокую диагностическую информативность ПЭТ с использованием 18Т-ФДГ, широкое применение этого метода ограничено из-за его высокой стоимости, а также из-за отсутствия в стране ПЭТ-центров. Так стоимость одного моноисследования составляет от 35 тыс. рублей [9] и выше в зависимости от исследуемой области, а ориентировочная стоимость строительства ПЭТ-центра составляет около 1-1,2 млрд. рублей. В данное время в России реально функционируют около 24 ПЭТ томографов (в Москве, в Санкт-Петербурге, в Челябинске, в Уфе и др.) [10].
Однако, наряду с небольшим количеством ПЭТ центров, в стране существует более 200 ОФЭКТ-центров (однофотонная эмиссионная компьютерная томография), оснащенных гамма-камерами. Наиболее часто используемым радионуклидом для ОФЭКТ является технеций-99м (99тТс). Поэтому разработка РФП на основе меченых 99тТс производных глюкозы обеспечит возможность проводить визуализацию опухоли с помощью гамма- камеры, что значительно снизит стоимость диагностической процедуры. При этом использование таких РФП позволит изучать биохимические процессы в организме на молекулярном уровне и получать информацию по уникальности и достоверности не уступающую ПЭТ-исследованиям. Все это позволит существенно увеличить количество диагностических исследований в онкологии и будет способствовать более широкому выявлению злокачественные новообразования на ранних стадиях развития и снижению демографических потерь, связанных с ухудшением качества жизни и потерей трудоспособности населения от социально значимых заболеваний.
Степень разработанности темы исследования
Экспериментальные исследования, посвященные синтезу меченных различными радионуклидами производных глюкозы для медицинской диагностики и их практическому применению, проводились в различных странах [11-15]. В России этой проблемой активно занимается Медицинский радиологический научный центр им. А.Ф. Цыба - филиал ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский радиологический центр» Министерства здравоохранения Российской Федерации (г. Обнинск) [16, 17], а также ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет», где проводятся исследования по синтезу меченных 99тТс производных глюкозы [18-22] и в том числе была исследована возможность получения меченой 99тТс производной 5-тио-0-глюкозы [19].
Представляемая работа была выполнена в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (2012-2013 гг.) по теме «Разработка методов получения моносахаридов меченых технецием -99м для диагностики злокачественных новообразований» (№ Госрегистрации 01201270616)
Совместно с ООО «Сибнуклон» были проведены работы в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» по теме «Создание уникальной безотходной технологии производства и разработка инновационной конструкции генератора технеция-99м для ядерной медицины» (№ Госрегистрации 114092940005).
Цель исследования: разработка технологии получения радиофармацевтического препарата на основе 5-тио-0-глюкозы меченной технецием-99м для диагностики онкологических новообразований.
Основные задачи исследования:
1. Изучение растворимости субстанции 5-тио-0-глюкозы в различных средах с оценкой их пригодности для проведения синтеза меченого препарата.
2. Изучение закономерности восстановления 99тТс(УП) в присутствии 8п(П) и выбор оптимальной концентрации восстановителя в реакционной смеси для получения меченной технецием-99м 5-тио-В-глюкозы.
3. Выбор систем растворителей (подвижных фаз) для радиохроматографических исследований методом тонкослойной хроматографии (ТСХ) с целью оценки химической и радиохимической чистоты меченого 99тТс препарата.
4. Исследование качественного и количественного состава реагентов и условий проведения синтеза 5-тио-В-глюкозы с высоким радиохимическим выходом и радиохимической чистотой (РХЧ) целевого меченого продукта.
5. Разработка технологии изготовления лиофилизированного набора реагентов для получения меченной 99тТс 5-тио-0-глюкозы, включающая исследование влияния режимов замораживания и вспомогательных веществ на процесс получения и качество создаваемого препарата.
6. Выбор и проверка методик проведение контроля качества препарата «5-тио-0-глюкоза, 99тТс» и подготовка проекта Спецификации для наработки его опытных партий.
7. Проведение медико-биологических испытаний синтезированного радиофармпрепарата на экспериментальных животных и исследование его функциональной пригодности.
Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что в ней впервые:
1. Исследовано влияние восстанавливающего агента (8н(П)) на процесс мечения 5-тио-0-глюкозы технецием-99м. Установлено, что степень восстановления 99тТс возрастает по мере увеличения концентрации в смеси ионов 8н (II). При этом требуемая радиохимическая чистота РФП не менее 95 % достигается в том случае, если содержание ионов 8н (II) в препарате составляет не менее 0,014 мг/мл.
2. Разработан состав реакционной смеси и технологическая схема получения радиофармпрепарата на основе 5-тио-0-глюкозы, включающая стадии лиофилизации смеси компонентов и приготовление препарата «5-тио-В-глюкоза, 99тТс». Готовый препарат имеет радиохимическую чистоту более 97%, что доказывает его пригодность для проведения медико-биологических испытаний.
3. На экспериментальных животных доказана функциональная пригодность синтезированного радиофармпрепарата на основе меченной технецием-99м 5-тио-0-глюкозы для проведения диагностики в онкологии. Исследования показали, что уровень накопления препарата в опухоли экспериментального животного с привитой карциномой Льюиса(ЬЬС) в среднем составляет 6,5 %, что является достаточным для ее визуализации.
4. Разработаны методы аналитического контроля качества радиофармпрепарата «5-тио-0-глюкоза, 99тТс». Проведена апробация методик качественного и количественного определения основных компонентов в составе лиофилизата: субстанции 5-тио-И-глюкоза, олова дихлорида дигидрата и аскорбиновой кислоты с учетом их взаимного влияния на результаты анализа. Создан проект Спецификации на новый отечественный радиофармпрепарат.
Теоретическая и практическая значимость результатов работы
В процессе выполнения диссертации разработана технология приготовления лиофилизированного реагента с увеличенным сроком хранения, удобного для последующего приготовления лекарственной формы радиофармпрепарата «5-тио- В-глюкоза, 99тТс», методы контроля его качества основных компонентов и предложен проект Спецификации для наработки опытных партий радиофармпрепарата с целью проведения его последующих доклинических исследований в Томском НИИ онкологии. На экспериментальных животных доказана функциональная пригодность синтезированного радиофармпрепарата на основе меченной технецием-99м 5-тио-В-глюкозы для проведения диагностики в онкологии. Полученные результаты исследований используются на кафедре Прикладной физики (ПФ) Физико-технического института Томского политехнического университета в учебно-педагогической программе по специальности «Медицинская физика». Практическое применение полученных результатов подтверждено Актами о внедрении.
Методология и методы исследования
Методологической основой диссертационного исследования послужили существующие в мире теоретические и экспериментальные наработки по созданию радиофармпрепаратов на основе производных глюкозы для медицинской диагностики, а также методам контроля их качества и системного анализа результатов.
В работе применялись следующие экспериментальные методы исследований и методики: методики проведения радиометрических измерений, спектрофотометрические методы анализа, метод высокоэффективной жидкостной хроматографии, метод тонкослойной хроматографии, методика потенциометрического измерения pH, современные методы статистической обработки результатов.
Экспериментальные исследования выполнены на сертифицированном научном оборудовании с использованием аттестованных методик в сертифицированных лабораториях.
Положения, выносимые на защиту:
1. Результаты изучения процесса мечения 5-тио-В-глюкозы технецием- 99м в присутствии восстанавливающего агента - двухвалентного олова хлорида дигидрата.
2. Качественный и количественный состав реагентов и условия проведения синтеза меченной технецием-99м 5-тио-0-глюкозы.
3. Технология изготовления лиофилизированного набора реагентов для получения радиофармпрепарата «5-тио-В-глюкоза, 99тТс».
4. Методики аналитического определения основных компонентов синтезированного радиофармпрепарата и проект Спецификации для наработки его опытных партий.
5. Результаты медико-биологических испытаний радиофармпрепарата «5-тио-0-глюкоза,99тТс» на экспериментальных животных.
Личный вклад соискателя состоит в непосредственном участии в проведении исследований и общей постановке задач, в проведении анализа и статистической обработке полученных результатов; написании статей и докладов, апробации и внедрении результатов исследования в разработку нового отечественного радиофармацевтического препарата.
Степень достоверности результатов
Результаты исследований, представленные в работе, основаны на опубликованных экспериментальных данных и известных проверяемых закономерностях, полностью соответствуют современным научным представлениям о закономерностях физико-химических процессов. Все экспериментальные исследования в работе проведены на современном уровне с использованием сертифицированного аналитического оборудования и аттестованных методик.
Апробация работы
Основные результаты исследований, проведенных в данной работе, доложены и обсуждены на Шестой Российской молодежной Школе по радиохимии и радиохимическим технологиям 8 - 12 сентября 2014 года в г. Озерск; на Международной научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Изотопы: технологии, материалы и применение» Томского политехнического университета, 20 - 24 октября 2014 года в г. Томск, получен диплом третьей степени; на VII Международной научно-практической конференции: Физико-технические проблемы в науке, промышленности и медицине, г. Томск, 3 - 6 июня 2015 г; на I Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы разработки, производства и применения радиофармацевтических препаратов» РАДИОФАРМА-2015, г. Москва, 17 - 19 июня 2015 г; на VIII Всероссийской конференции по радиохимии «Радиохимия - 2015», г. Железногорск Красноярского края, 28 сентября - 2 октября 2015 г; на Всероссийской конференции молодых ученых-онкологов «Актуальные вопросы экспериментальной и клинической онкологии», посвященная памяти академика РАМН Н.В. Васильева, г. Томск, 13 мая 2016 г.
Имеется 2 акта о внедрении: акт о внедрении результатов диссертационной работы на кафедре Прикладной физики (ПФ) Физико-технического института Томского политехнического университета в учебно-педагогической программе по специальности «Медицинская физика»; акт о внедрении результатов диссертационной работы в производство лиофилизатов в Томском Научно-исследовательском институте Онкологии.
Участие в выставках и конкурсах:
Всероссийский конкурс «Инженер года-2015» по версии «Инженерное искусство молодых» в номинации «Биотехнология» // Диплом лауреата конкурса. Медаль. Сертификат №16-332 «Профессионального инженера России».
Обладатель стипендии Президента Российской Федерации для студентов и аспирантов образовательных учреждений высшего профессионального образования (высших учебных заведений), достигших выдающихся успехов в учебе и научных исследованиях, 2015 г.
Публикации
По материалам данной работы было опубликована 21 работа, из них 8 статей в рецензируемых научных журналах, включенных в перечень ВАК, 2 патента РФ на изобретения, тезисы 11 докладов и материалов международных и всероссийских научных конференций.
Структура и объем диссертации включает в себя введение, четыре главы, заключение и список литературы; содержит 123 страницы, в том числе 30 рисунков, 15 таблиц, 16 формул, 127 библиографических ссылок и 2 приложения.
✅ Заключение
В настоящее время известны работы, в которых предпринимаются попытки создания препаратов различного состава на основе меченных 99тТс производных В-глюкозамина, 1 -тио-В-глюкозы и, в том числе, 5-тио-В-глюкозы. Однако методики получения препарата в представленных работах реализуются в основном путем приготовления состава смеси непосредственно перед его введением. Это во многом обусловлено свойствами используемого для восстановления 99тТс двухвалентного олова, который быстро окисляется и гидролизуется в водных средах.
Для решения указанной проблемы в диссертационной работе впервые была проведена разработка реагента для создания препарата на основе 5-тио-В- глюкозы в виде стандартного лиофилизата с большим сроком годности и, как следствие, возможностью его транспортировки и поставки в другие клиники. Для этого необходимо было решить следующие задачи: провести экспериментальную проверку существующих методов мечения технецием-99м производной 5-тио-В- глюкозы на стабильность получаемых препаратов. Подобрать восстанавливающий агент и условия восстановления 99тТс(УП) с целью его
последующего введения в структуру 5-тио-Э-глюкозы. Выбрать системы подвижных фаз для радиохроматографических исследований радиофармпрепарата. Разработать качественный и количественный состав реагентов и условия проведения синтеза 5-тио-Э-глюкозы с высоким радиохимическим выходом и радиохимической чистотой целевого меченого продукта. Разработать технологию изготовления набора реагентов в виде лиофилизата, включающую проведение исследований влияния вспомогательных веществ и режимов замораживания на процесс получения и качество разработанного препарата. Подобрать и опробовать методики проведения контроля качества синтезированного препарата «5-тио-Э-глюкоза, 99тТс» и создать проект Спецификации для наработки его опытных партий. Провести медико-биологические испытания синтезированного радиофармпрепарата на основе 5-тио-Э-глюкозы на экспериментальных животных и исследовать его функциональную пригодность.
Полученные результаты проведенных исследований диссертационной работы дают возможность сформулировать следующие выводы:
1. Экспериментальная проверка существующих методов мечения технецием-99м 5 -тио-Э-глюкозы показала недостаточную стабильность получаемых препаратов. Срок их годности не превышает 1-2 часов, вследствие окисления и гидролиза ионов олова, входящего в состав реагентов для получения РФП. Результаты исследования по изучению растворимости 5-тио-Э-глюкозы показали, что эта субстанция достаточно хорошо растворима в физиологическом растворе и воде для инъекций, что облегчает задачу разработки и создания на ее основе меченного 99тТс радиофармпрепарата для внутривенного введения.
2. При исследовании влияния восстанавливающего агента 8п(П) дихлорида на процесс введения радиоактивной метки 99тТс в структуру 5-тио-Э- глюкозы было установлено, что степень восстановления 99тТс возрастает по мере увеличения концентрации в смеси ионов 8п (II). При этом требуемая радиохимическая чистота РФП не менее 95 % достигается в том случае, если содержание ионов 8п (II) в препарате составляет не менее 0,014 мг/мл.
3. Проведены эксперименты по подбору состава подвижных фаз для радиохроматографических исследований меченной технецием-99м 5-тио-0- глюкозы и продуктов ее синтеза. Экспериментально установлено, что 5-тио-0- глюкоза перемещается в среде «ЭТ» вместе с фронтом растворителя. Отмечено, что в этой же подвижной фазе вместе с фронтом перемещается и примесь невосстановленного 99тТс(У11), в то время как восстановленный 99тТс(1У) и его оксид 99тТсО2 остаются на линии старта. Напротив, в среде ацетона «Ац» с фронтом растворителя перемещается только примесь невосстановленного 99тТс(УП), а меченая 5-тио-Э-глюкоза остается на линии старта.
4. При разработке количественного состава реагента для получения препарата «5-тио-0-глюкоза,99тТс» были определены необходимые и достаточные количества основной субстанции, восстанавливающего агента, а также вспомогательных веществ, обеспечивающих выход меченного целевого продукта более 90 % при его радиохимической чистоте не хуже 95 %.
5. Разработана технологическая схема приготовления лиофилизата для получения препарата на основе 5-тио-0-глюкозы, включающая стадии подготовки компонентов смеси: растворов 5-тио-0-глюкозы, олова дихлорида дигидрата, аскорбиновой кислоты, соляной кислоты и воды для инъекций; проведение фасовки реагентов во флаконы для лекарственных средств и лиофилизирование смесей. В результате исследования взаимодействия приготовленных лиофилизатов с элюатом технеция-99м получены зависимости радиохимического выхода и радиохимической чистоты меченого целевого продукта от продолжительности и условий проведения процесса лиофилизации.
6. Разработана технология приготовления препарата «5-тио-Э-
глюкоза,99тТс» и проведен аналитический контроль его качества согласно действующим ОСТ «Стандарты качества лекарственных средств. Основные положения. № 91500.05.001-00» по показателям «рН», «Радиохимическая примесь», «Объемная активность», «Хранение». Проведена разработка методик качественного и количественного определения в составе лиофилизата основных его компонентов: субстанции 5-тио-В-глюкозы, олова дихлорида дигидрата и аскорбиновой кислоты с учетом их взаимного влияния на результаты определения. Предложен проект Спецификации для наработки опытных партий нового радиофармпрепарата, как основного раздела при подготовке фармакопейной статьи (ФСП) на производство лекарственного средства.
7. Проведены исследования препарата «5-тио-В-глюкозы,99тТс» на его функциональную пригодность, которые показали, что уровень накопления препарата в опухоли экспериментального животного с привитой карциномой Льюиса (LLC) в среднем составляет 6,5 %, что является достаточным для ее визуализации.
Практическое применение РФП на основе меченой технецием-99м 5-тио-В- глюкозы позволит производить визуализацию опухоли с помощью гамма-камеры, что может значительно снизить стоимость процедуры диагностики. Использование такого радиофармпрепарата обеспечит возможность проводить изучение биохимических процессов, протекающие в организме, на молекулярном уровне и получать информацию по уникальности и достоверности не уступающую ПЭТ-исследованиям. Создание нового РФП «5-тио-В- глюкоза,99тТс» позволит увеличить количество высокоинформативных диагностических исследований в онкологии. Все это, в свою очередь, позволит выявлять злокачественные новообразования на ранних стадиях их развития и будет способствовать значительному снижению демографических потерь, связанных с изменением качества жизни и потерей трудоспособности населения.
Перспективы дальнейшей разработки темы исследования заключаются в наработке опытных партий для проведения доклинических испытаний и микробиологических исследований разработанного радиофармпрепарата «5-тио- В-глюкоза,99тТс», а также разработка методик контроля качества препарата на его стерильность.



