Помощь студентам в учебе
РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОЛУЧЕНИЯ РАДИОФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ПРЕПАРАТОВ НА ОСНОВЕ 123I ДЛЯ МЕДИЦИНСКОЙ ДИАГНОСТИКИ
|
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 14
1.1. Методы и технологии получения йода-123 14
1.2. Методы и технологии получения соединений меченных йодом-123 20
1.2.1 Общая характеристика методов радиойодирования 20
1.2.2 Синтез РФЛП на основе йодорганических соединений 23
1.3. Получение РФЛП «Мета-йодбензилгуанидин,*1» 27
1.4. Радиойодирование гормонов 32
1.5. Получение меченных *1 производных глюкозы 42
1.6. Выводы по главе 1 45
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 48
2.1. Характеристики используемых веществ, материалов и оборудования 48
2.2. Методики приготовления исходных компонентов и растворов 52
2.3. Методика приготовления мишени из обогащённого оксида теллура
122ТеО2 54
2.4. Методика измерения активности облучённой мишени 55
2.5. Методика определения технологического выхода йода-123 из теллуровой
мишени при его термодистилляции 55
2.6. Методики радиометрического анализа 56
2.6.1 Определение объёмной активности йода-123 56
2.6.2 Определение радионуклидных примесей в РФЛП 57
2.6.3 Определение радиохимических примесей 57
2.7. Определение химических примесей 61
2.8. Методики проведения микробиологических испытаний 62
2.8.1 Определение содержания бактериальных эндотоксинов 62
2.8.2 Определение стерильности 63
2.9. Статистическая обработка результатов измерений 63
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ВЫДЕЛЕНИЯ ЙОДА-123 ИЗ ОБЛУЧЁННОЙ ДЕЙТРОНАМИ МИШЕНИ ОКСИДА ТЕЛЛУРА-122 66
3.1. Разработка конструкции мишени из обогащённого теллура-122 и
определение условий её облучения 67
3.2. Исследование динамики термодесорбции йода-123 из облучённой
мишени оксида теллура-122 72
3.3. Выводы по главе 3 75
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОЛУЧЕНИЯ РФЛП НА ОСНОВЕ ЙОДА-123 77
4.1. Разработка методик экспрессного получения РФЛП «Натрия йодид,123!»
и «О-йодгиппурат, 123!» 77
4.1.1 Получение РФЛП «Натрия йодид,123!» 77
4.1.2 Получение РФЛП «О-йодгиппурат, 123!» 82
4.2. Проведение исследований по получению меченной йодом-123
15(р-йодфенил)-3-метилпентадекановой кислоты и РФЛП «Йодофен,123!» 88
4.3. Разработка методики получения и исследование факторов, влияющих
на технологический выход и качество РФЛП «МИБГ, 123!» 97
4.3.1 Исследование влияния на радиохимическую чистоту препарата
«МИБГ, 123!» условий и температурного режима синтеза 102
4.3.2 Лабораторные испытания препарата «МИБГ,123!» 108
4.4. Разработка технологии получения и проведение биологических
испытаний меченных йодом-123 рекомбинантных адресных молекул ОАВР1п9_29, специфичных к онкомаркеру HER2/neu 110
4.4.1 Разработка состава РФЛП на основе DАRPin9_29, меченного 123I 113
4.4.2 Изучение биораспределения in vivo DARPin9_29, меченного 123I 116
4.5. Выводы по главе 4 119
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 121
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 122
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 125
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 126
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ФСП «Натрия йодид, 1231» 135
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 ФСП «О-йодгиппурат, 1231» 142
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 ФСП «Йодофен, 1231» 149
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 ФСП «М-йодбензилгуанидин, 1231» 156
ПРИЛОЖЕНИЕ 5 Акт внедрения результатов диссертационной работы 164
ПРИЛОЖЕНИЕ 6 Акт внедрения результатов диссертационной работы 165
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 14
1.1. Методы и технологии получения йода-123 14
1.2. Методы и технологии получения соединений меченных йодом-123 20
1.2.1 Общая характеристика методов радиойодирования 20
1.2.2 Синтез РФЛП на основе йодорганических соединений 23
1.3. Получение РФЛП «Мета-йодбензилгуанидин,*1» 27
1.4. Радиойодирование гормонов 32
1.5. Получение меченных *1 производных глюкозы 42
1.6. Выводы по главе 1 45
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 48
2.1. Характеристики используемых веществ, материалов и оборудования 48
2.2. Методики приготовления исходных компонентов и растворов 52
2.3. Методика приготовления мишени из обогащённого оксида теллура
122ТеО2 54
2.4. Методика измерения активности облучённой мишени 55
2.5. Методика определения технологического выхода йода-123 из теллуровой
мишени при его термодистилляции 55
2.6. Методики радиометрического анализа 56
2.6.1 Определение объёмной активности йода-123 56
2.6.2 Определение радионуклидных примесей в РФЛП 57
2.6.3 Определение радиохимических примесей 57
2.7. Определение химических примесей 61
2.8. Методики проведения микробиологических испытаний 62
2.8.1 Определение содержания бактериальных эндотоксинов 62
2.8.2 Определение стерильности 63
2.9. Статистическая обработка результатов измерений 63
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ВЫДЕЛЕНИЯ ЙОДА-123 ИЗ ОБЛУЧЁННОЙ ДЕЙТРОНАМИ МИШЕНИ ОКСИДА ТЕЛЛУРА-122 66
3.1. Разработка конструкции мишени из обогащённого теллура-122 и
определение условий её облучения 67
3.2. Исследование динамики термодесорбции йода-123 из облучённой
мишени оксида теллура-122 72
3.3. Выводы по главе 3 75
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОЛУЧЕНИЯ РФЛП НА ОСНОВЕ ЙОДА-123 77
4.1. Разработка методик экспрессного получения РФЛП «Натрия йодид,123!»
и «О-йодгиппурат, 123!» 77
4.1.1 Получение РФЛП «Натрия йодид,123!» 77
4.1.2 Получение РФЛП «О-йодгиппурат, 123!» 82
4.2. Проведение исследований по получению меченной йодом-123
15(р-йодфенил)-3-метилпентадекановой кислоты и РФЛП «Йодофен,123!» 88
4.3. Разработка методики получения и исследование факторов, влияющих
на технологический выход и качество РФЛП «МИБГ, 123!» 97
4.3.1 Исследование влияния на радиохимическую чистоту препарата
«МИБГ, 123!» условий и температурного режима синтеза 102
4.3.2 Лабораторные испытания препарата «МИБГ,123!» 108
4.4. Разработка технологии получения и проведение биологических
испытаний меченных йодом-123 рекомбинантных адресных молекул ОАВР1п9_29, специфичных к онкомаркеру HER2/neu 110
4.4.1 Разработка состава РФЛП на основе DАRPin9_29, меченного 123I 113
4.4.2 Изучение биораспределения in vivo DARPin9_29, меченного 123I 116
4.5. Выводы по главе 4 119
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 121
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 122
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 125
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 126
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ФСП «Натрия йодид, 1231» 135
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 ФСП «О-йодгиппурат, 1231» 142
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 ФСП «Йодофен, 1231» 149
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 ФСП «М-йодбензилгуанидин, 1231» 156
ПРИЛОЖЕНИЕ 5 Акт внедрения результатов диссертационной работы 164
ПРИЛОЖЕНИЕ 6 Акт внедрения результатов диссертационной работы 165
Актуальность темы исследования. Методы радионуклидной диагностики широко используются в современной практической медицине для оценки функционального состояния различных органов и тканей. На сегодняшний день наиболее востребованными радионуклидами для выполнения однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (ОФЭКТ) являются технеций-99т и циклотронные радиоизотопы таллий-201 и йод-123. Используются также галлий-67, индий-111 и др. Объём их производства в мире измеряется десятками тысяч ГБк и возрастает примерно в 2 раза через каждые 3-5 лет. Как правило, радионуклиды используются для изготовления различных
радиофармацевтических лекарственных препаратов (РФЛП), представляющих собой меченные биоактивные соединения, что позволяет проводить диагностические исследования значительно проще и быстрее, чем с помощью многих других методов. В некоторых случаях такая диагностика вообще не имеет альтернативы.
Ядерно-физические характеристики йода-123 позволяют использовать его в ядерной медицине. Этот изотоп обладает малым периодом полураспада 13,3 ч и низкой энергией гамма-излучения 159 кэВ. Указанные характеристики йода-123 позволяют использовать его, нанося незначительный вред здоровью пациента, но, в то же время, получать достаточную для проведения радиометрических исследований, проникающую способность. Кроме этого, как химический элемент, йод, входит в состав тироксина и трийодтиронина - гормонов, вырабатываемых щитовидной железой, которые влияют на рост, развитие и обмен веществ в организме. Поэтому введение в молекулы биологически активных соединений радиоактивного йода-123 позволяет, осуществлять их точечную доставку в исследуемый орган и получать достоверную информацию о функционировании органа, его метаболизме, возможных причинах поражения и степени тяжести.
Радиоактивные изотопы йода в лабораторных условиях впервые были получены в 1934 г. Энрико Ферми. Клиническое применение радиоактивного йода началось с 40-х годов прошлого столетия с открытия в 1938 г. Джоном и Гленом Ливингудами радиоактивного йода-131. При этом впервые была измерена поглощённая доза йода в щитовидной железе. В январе 1941 г. Сауль Гертц применил радиоактивный йод для лечения больных диффузным токсическим зобом. В марте 43-го Самуэль Сэйдлин использовал йод-131 для лечения больного с метастазами дифференцированного рака щитовидной железы . Позднее - в 1946 году этот радионуклид был применен для терапии рака щитовидной железы в составе т.н. «атомного коктейля» и в дополнении к лечению рака, в значительно меньших дозах, использовался для исследования функционирования щитовидной железы и диагностики, связанных с ней заболеваний.
Йод-123 был впервые выделен Перлманом в 1949 г. [1] и для использования в медицинских целях был предложен в 1961 году Майерсом и Ангером. Это позволило существенно уменьшить лучевую нагрузку на пациента по сравнению с 131I (Т1/2=8,04 дн.) за счёт более короткого периода полураспада и отсутствия в спектре 0-излучения.
В России в диагностическую практику йод-123 был введён в конце 80-х в начале 90-х годов прошлого века совместными усилиями московских и санкт- петербургских медиков. За счёт снижения дозы, получаемой пациентами, это сделало радионуклидную диагностику с йодом-123 доступной и для обследования детей.
Химические свойства йода позволяют легко вводить его в состав сложных органических молекул [2]. Предполагается, что использование йода-123 существенно возрастёт с увеличением номенклатуры лекарственных средств, меченных этим радионуклидом, и разработки новых онкологических и неврологических препаратов. Ожидается, что в ближайшие 3-5 лет в практику медицины в России войдут йодные РФЛП для диагностики болезни Альцгеймера, болезни Паркинсона, шизофрении. Наряду с этим будут производиться препараты для диагностики злокачественных новообразований, а также меченные йодом-123 РФЛП, визуализирующие функцию допаминовых рецепторов, которые будут применяться при планировании лечения больных наркоманией, алкоголизмом и рядом других нервных расстройств. Увеличение количества лекарственных средств с йодом-123 приведёт к резкому росту спроса на этот радионуклид [3].
Ещё одним существенным достоинством йода-123 с точки зрения применения его в ядерной медицине является то, что диагностику выявленных заболеваний можно продолжить терапией, используя аналогичные по составу РФЛП, введя в них радиохимическими методами терапевтические изотопы йода (125I или 131I). В качестве примера способ, когда, после обнаружения метастатических поражений с использованием «МИБГ,1231», для радионуклидной терапии в эти области затем вводят «МИБГ,1311» [2, 4].
Создание центров по получению радионуклида йода-123 в России и радиофармацевтических лекарственных препаратов на его основе до настоящего времени сдерживалось отсутствием технологий его количественной наработки на имеющихся в стране средних циклотронах типа У-120. Также в нашей стране в отличие от зарубежных отсутствует общий стандарт методик синтеза большинства высокоинформативных РФЛП, меченных этим радионуклидом. Поэтому разработка новых методов получения йода-123 и препаратов на его основе для медицинской диагностики является актуальной задачей.
Результаты представляемой работы получены при выполнении проекта «Разработка новых радиофармацевтических препаратов на основе йода-123 для медицинской диагностики», представленному на 3-й областной конкурс НИР, г. Томск-1999. Совместно с НИИ кардиологии Томского НИМЦ проведены работы в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009 - 2013 годы» (№ Госрегистрации НИР 01201275909). Совместно с НИИ онкологии Томского НИМЦ проведены исследования по получению рекомбинантных адресных молекул DАRPin9_29 в рамках ФЦП ФАРМА-2020 по теме «Доклинические исследования радиофармацевтического препарата на основе меченных 99mTc рекомбинантных адресных молекул для радионуклидной диагностики онкологических заболеваний с гиперэкспрессией Her-2/neu». Государственный контракт № 14.N08.11.0163 от 31.08.2017.
Степень разработанности темы исследования. Разработкой и использованием радиофармацевтических лекарственных препаратов на основе йода-123 в мировой ядерной медицине занимаются многие научные коллективы и ведут исследования в течение многих лет. В России первые работы по этой теме проводились на предприятиях «Завод "Медрадиопрепарат" ФГБУ ГНЦ ФМБЦ им. А.И. Бурназяна ФМБА», г. Москва (Корсунский В.Н, Халитов Ю.М., Кодина Г.Е. и др.) и в АО «Радиевый институт им. В.Г. Хлопина» (Куделин Б.К., Алексеев Ф.Е., Гребенщиков Н.Р. и др.), г. С.- Петербург. Характеристики используемых на этих предприятиях сильноточных ускорителей для наработки йода-123 и производимых препаратов будут рассмотрены ниже. Более 10 лет этой проблемой активно занимаются также на циклотроне Р-7М «ФГАОУ ВО НИ ТПУ».
Целью работы - является разработка технологии получения йода-123 по реакции 122Te(d,n)123I на среднем циклотроне Р-7М и методов синтеза на его основе радиофармацевтических лекарственных препаратов для диагностических исследований.
Основные задачи исследования:
1. С использованием разработанной на циклотроне Р-7М установки провести изучение динамики термодесорбции йода-123 из облучённой мишени, подобрать температурный режим и условия его выделения.
2. Разработка методик экспрессного получения РФЛП «Натрия йодид,1231» и «О-йодгиппурат, 1231» на основе йода-123, выделенного из облучённой мишени оксида теллура-122.
3. Проведение исследований по получению РФЛП «Йодофен, 1231».
4. Проведение исследований по усовершенствованию методики получения РФЛП «МИБГ, 1231» и изучению влияния условий проведения его синтеза на качество и радиохимическую чистоту препарата.
5. Разработка состава реагентов для получения РФЛП на основе меченных 123I рекомбинантных адресных молекул для радионуклидной диагностики онкологических заболеваний с гиперэкспрессией Her-2/neu.
Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что в ней:
1. Установлены особенности протекания физико-химических процессов синтеза РФЛП «Натрия йодид,123!» и «О-йодгиппурат,123!». Впервые отработана и реализована на имеющемся в университете среднем циклотроне Р-7М методика экспрессного - одностадийного получения препаратов из мишеней оксида теллура-122 по реакции (d,n) и определено, что весь цикл приготовления РФЛП по новой методике занимает 40-50 минут, в отличие от 2-3 часов по альтернативным технологиям.
2. Впервые разработан состав реакционной смеси и методика получения РФЛП «МИБГ,123!» на основе йода-123, выделенного, в отличие от известных способов, из мишени теллура-122, изучено влияние условий проведения синтеза на качество и радиохимическую чистоту препарата.
3. Впервые проведена адаптация схемы синтеза препарата «Йодофен,123!» к условиям получения йода-123 из обогащённого теллура-122 и проведена наработка опытных партий РФЛП с радиохимической чистотой (степенью связывания радиоактивной метки с субстанцией) не менее 95%.
4. Впервые разработана и апробирована методика получения реагента и РФЛП на основе меченных йодом-123 модифицированных рекомбинантных адресных молекул DARPin9_29 для радионуклидной диагностики онкологических заболеваний с гиперэкспрессией Her-2/neu. Получены результаты по их биораспределению. Установлены благоприятные предпосылки для дальнейшего доклинического изучения синтезированного радиотрейсера в Томском национальном исследовательском медицинском центре РАН.
Теоретическая и практическая значимость результатов работы:
1. Экспериментально подтверждена возможность использования разработанных методик для синтеза пяти диагностических
радиофармацевтических лекарственных препаратов на основе йода-123. Проведена наработка опытных партий меченного йодом-123 DARPin9_29 для медико-биологических испытаний на экспериментальных животных.
2. Технологии, методики и экспериментальные устройства, созданные в
процессе выполнения диссертации, используются для регулярного производства и поставок экспериментальных партий РФЛП для медицинских испытаний в клиники г. Томска и г. Новосибирска. Применение на практике полученных результатов подтверждается Актами о внедрении. Результаты работы используются в учебно-педагогическом процессе при чтении курса лекций по теме: «Технологии получения радиофармпрепаратов» в соответствии с
действующей магистерской программой 010700.24 «Медицинская физика», а также при выполнении практических и лабораторных занятий в ИЯТШ НИ ТПУ.
3. Внедрение созданных в процессе выполнения диссертации методик изготовления РФЛП на основе йода-123, полученного по реакции (d,n) из мишени теллура-122, в практическую медицину после проведения их клинических испытаний и оформления соответствующих разрешительных документов, будет способствовать созданию подобных производств на имеющихся в России новых отечественных и импортных циклотронах, используемых для ПЭТ, с энергией протоны/дейтроны - 9/12 по реакции (d,n).
Методология и методы исследования. Методологической основой диссертационного исследования является системный подход к разработке технологий получения радиофармацевтических лекарственных препаратов с учётом применяемых в мировой практике стандартизованных требований GMP к проведению контроля их качества по радионуклидной, радиохимической, химической и биологической чистоте, медико-биологическим свойствам с проведением системной обработки полученных результатов.
В ходе выполнения работы применялись различные методики и методы аналитического контроля синтезированных РФЛП: методики радиометрического анализа, методика потенциометрического определения рН, методики спектрального определения химических примесей, методы высокоэффективной жидкостной и тонкослойной хроматографии, спектрофотометрический метод, методики проведения микробиологических испытаний: определение
бактериальных эндотоксинов и стерильности, определение функциональной пригодности препаратов для диагностики и методов статистической обработки полученных результатов.
Положения, выносимые на защиту:
1. Методики экспрессного - одностадийного получения РФЛП «Натрия йодид, 1231» и «О-йодгиппурат, 1231» из йода-123, полученного по реакции 122Te(d,n)123I.
2. Методика получения препарата «Йодофен,1231» и подготовка опытных партий препарата для проведения медико-биологических испытаний.
3. Экспериментальные исследования по разработке состава реагентов и методики получения препарата «МИБГ,1231».
4. Метод получения РФЛП на основе меченных йодом-123 модифицированных рекомбинантных адресных молекул DARPin9_29 для радионуклидной диагностики онкологических заболеваний с гиперэкспрессией Her-2/neu.
Личный вклад автора в работах, выполненных в соавторстве и включенных в диссертацию, состоит в активном участии в проведении исследований: обзор литературы по тематике, постановка задач исследований, выбор условий проведения экспериментальных работ, анализ и математическая обработка полученных результатов, написание статей и докладов, а также внедрение результатов исследований в разработку новых методик получения, наиболее востребованных РФЛП для диагностики. Все основные результаты работы получены лично автором или при его непосредственном участии. В публикациях, содержащих указанные результаты, определяющая роль принадлежит автору диссертации.
Степень достоверности результатов. Результаты работы не противоречат имеющимся в литературе экспериментальным данным по синтезу и контролю качества РФЛП, согласуются с общепринятыми представлениями о закономерностях и молекулярных процессах. Анализ полученных данных проводили по аттестованным методикам контроля качества, используя поверенное и сертифицированное аналитическое оборудование.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлены в докладах на 7 международной конференции по изотопам, - Москва, 2011; 8 международной конференции «Ядерная и радиационная физика», - Алматы, 2011; 7 российской конференции «Радиохимия-2012», - Димитровград, 2012; VI международной научно-практической конференции «Медицинские и экологические эффекты ионизирующего излучения (MEEIR-VI)», - Северск- Томск, 2013; международной школе-конференции «Ядерно-физические технологии в клинической и экспериментальной медицине: состояние, проблемы, перспективы», - Томск, 2013; VII Международной научно-практической конференции «Физико-технические проблемы в науке, промышленности и
медицине», - Томск, 2015; VIII международной научно-практической конференции «Физико-технические проблемы в науке, промышленности и
медицине», - Томск, 2016; VII международной научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Изотопы: технологии, материалы и
применение», - Томск, 2021.
Участие в выставках и конкурсах:
• Обладатель стипендии Правительства Российской Федерации для аспирантов очной формы обучения, обучающихся по направлениям подготовки, соответствующим приоритетным направлениям модернизации и технологии развития российской экономики, 2012 г.
• Участник конкурса научных достижений молодых ученых Томской области, «Инновус-2013», Томск.
• Победитель конкурса молодежных исследовательских проектов. Международный форум «Фармацевтика и медицинские изделия», Томск, 2014 г.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 20 работах, из них 7 статей в рецензируемых периодических изданиях из перечня ВАК, 3 статьи в журналах, индексируемых базами данных Web of Science и Scopus и 10 тезисов в материалах конференций.
Структура и объём диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка литературы; содержит 165 страниц, включая 38 рисунков, 11 таблиц, 101 библиографическую ссылку и 6 приложений.
радиофармацевтических лекарственных препаратов (РФЛП), представляющих собой меченные биоактивные соединения, что позволяет проводить диагностические исследования значительно проще и быстрее, чем с помощью многих других методов. В некоторых случаях такая диагностика вообще не имеет альтернативы.
Ядерно-физические характеристики йода-123 позволяют использовать его в ядерной медицине. Этот изотоп обладает малым периодом полураспада 13,3 ч и низкой энергией гамма-излучения 159 кэВ. Указанные характеристики йода-123 позволяют использовать его, нанося незначительный вред здоровью пациента, но, в то же время, получать достаточную для проведения радиометрических исследований, проникающую способность. Кроме этого, как химический элемент, йод, входит в состав тироксина и трийодтиронина - гормонов, вырабатываемых щитовидной железой, которые влияют на рост, развитие и обмен веществ в организме. Поэтому введение в молекулы биологически активных соединений радиоактивного йода-123 позволяет, осуществлять их точечную доставку в исследуемый орган и получать достоверную информацию о функционировании органа, его метаболизме, возможных причинах поражения и степени тяжести.
Радиоактивные изотопы йода в лабораторных условиях впервые были получены в 1934 г. Энрико Ферми. Клиническое применение радиоактивного йода началось с 40-х годов прошлого столетия с открытия в 1938 г. Джоном и Гленом Ливингудами радиоактивного йода-131. При этом впервые была измерена поглощённая доза йода в щитовидной железе. В январе 1941 г. Сауль Гертц применил радиоактивный йод для лечения больных диффузным токсическим зобом. В марте 43-го Самуэль Сэйдлин использовал йод-131 для лечения больного с метастазами дифференцированного рака щитовидной железы . Позднее - в 1946 году этот радионуклид был применен для терапии рака щитовидной железы в составе т.н. «атомного коктейля» и в дополнении к лечению рака, в значительно меньших дозах, использовался для исследования функционирования щитовидной железы и диагностики, связанных с ней заболеваний.
Йод-123 был впервые выделен Перлманом в 1949 г. [1] и для использования в медицинских целях был предложен в 1961 году Майерсом и Ангером. Это позволило существенно уменьшить лучевую нагрузку на пациента по сравнению с 131I (Т1/2=8,04 дн.) за счёт более короткого периода полураспада и отсутствия в спектре 0-излучения.
В России в диагностическую практику йод-123 был введён в конце 80-х в начале 90-х годов прошлого века совместными усилиями московских и санкт- петербургских медиков. За счёт снижения дозы, получаемой пациентами, это сделало радионуклидную диагностику с йодом-123 доступной и для обследования детей.
Химические свойства йода позволяют легко вводить его в состав сложных органических молекул [2]. Предполагается, что использование йода-123 существенно возрастёт с увеличением номенклатуры лекарственных средств, меченных этим радионуклидом, и разработки новых онкологических и неврологических препаратов. Ожидается, что в ближайшие 3-5 лет в практику медицины в России войдут йодные РФЛП для диагностики болезни Альцгеймера, болезни Паркинсона, шизофрении. Наряду с этим будут производиться препараты для диагностики злокачественных новообразований, а также меченные йодом-123 РФЛП, визуализирующие функцию допаминовых рецепторов, которые будут применяться при планировании лечения больных наркоманией, алкоголизмом и рядом других нервных расстройств. Увеличение количества лекарственных средств с йодом-123 приведёт к резкому росту спроса на этот радионуклид [3].
Ещё одним существенным достоинством йода-123 с точки зрения применения его в ядерной медицине является то, что диагностику выявленных заболеваний можно продолжить терапией, используя аналогичные по составу РФЛП, введя в них радиохимическими методами терапевтические изотопы йода (125I или 131I). В качестве примера способ, когда, после обнаружения метастатических поражений с использованием «МИБГ,1231», для радионуклидной терапии в эти области затем вводят «МИБГ,1311» [2, 4].
Создание центров по получению радионуклида йода-123 в России и радиофармацевтических лекарственных препаратов на его основе до настоящего времени сдерживалось отсутствием технологий его количественной наработки на имеющихся в стране средних циклотронах типа У-120. Также в нашей стране в отличие от зарубежных отсутствует общий стандарт методик синтеза большинства высокоинформативных РФЛП, меченных этим радионуклидом. Поэтому разработка новых методов получения йода-123 и препаратов на его основе для медицинской диагностики является актуальной задачей.
Результаты представляемой работы получены при выполнении проекта «Разработка новых радиофармацевтических препаратов на основе йода-123 для медицинской диагностики», представленному на 3-й областной конкурс НИР, г. Томск-1999. Совместно с НИИ кардиологии Томского НИМЦ проведены работы в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009 - 2013 годы» (№ Госрегистрации НИР 01201275909). Совместно с НИИ онкологии Томского НИМЦ проведены исследования по получению рекомбинантных адресных молекул DАRPin9_29 в рамках ФЦП ФАРМА-2020 по теме «Доклинические исследования радиофармацевтического препарата на основе меченных 99mTc рекомбинантных адресных молекул для радионуклидной диагностики онкологических заболеваний с гиперэкспрессией Her-2/neu». Государственный контракт № 14.N08.11.0163 от 31.08.2017.
Степень разработанности темы исследования. Разработкой и использованием радиофармацевтических лекарственных препаратов на основе йода-123 в мировой ядерной медицине занимаются многие научные коллективы и ведут исследования в течение многих лет. В России первые работы по этой теме проводились на предприятиях «Завод "Медрадиопрепарат" ФГБУ ГНЦ ФМБЦ им. А.И. Бурназяна ФМБА», г. Москва (Корсунский В.Н, Халитов Ю.М., Кодина Г.Е. и др.) и в АО «Радиевый институт им. В.Г. Хлопина» (Куделин Б.К., Алексеев Ф.Е., Гребенщиков Н.Р. и др.), г. С.- Петербург. Характеристики используемых на этих предприятиях сильноточных ускорителей для наработки йода-123 и производимых препаратов будут рассмотрены ниже. Более 10 лет этой проблемой активно занимаются также на циклотроне Р-7М «ФГАОУ ВО НИ ТПУ».
Целью работы - является разработка технологии получения йода-123 по реакции 122Te(d,n)123I на среднем циклотроне Р-7М и методов синтеза на его основе радиофармацевтических лекарственных препаратов для диагностических исследований.
Основные задачи исследования:
1. С использованием разработанной на циклотроне Р-7М установки провести изучение динамики термодесорбции йода-123 из облучённой мишени, подобрать температурный режим и условия его выделения.
2. Разработка методик экспрессного получения РФЛП «Натрия йодид,1231» и «О-йодгиппурат, 1231» на основе йода-123, выделенного из облучённой мишени оксида теллура-122.
3. Проведение исследований по получению РФЛП «Йодофен, 1231».
4. Проведение исследований по усовершенствованию методики получения РФЛП «МИБГ, 1231» и изучению влияния условий проведения его синтеза на качество и радиохимическую чистоту препарата.
5. Разработка состава реагентов для получения РФЛП на основе меченных 123I рекомбинантных адресных молекул для радионуклидной диагностики онкологических заболеваний с гиперэкспрессией Her-2/neu.
Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что в ней:
1. Установлены особенности протекания физико-химических процессов синтеза РФЛП «Натрия йодид,123!» и «О-йодгиппурат,123!». Впервые отработана и реализована на имеющемся в университете среднем циклотроне Р-7М методика экспрессного - одностадийного получения препаратов из мишеней оксида теллура-122 по реакции (d,n) и определено, что весь цикл приготовления РФЛП по новой методике занимает 40-50 минут, в отличие от 2-3 часов по альтернативным технологиям.
2. Впервые разработан состав реакционной смеси и методика получения РФЛП «МИБГ,123!» на основе йода-123, выделенного, в отличие от известных способов, из мишени теллура-122, изучено влияние условий проведения синтеза на качество и радиохимическую чистоту препарата.
3. Впервые проведена адаптация схемы синтеза препарата «Йодофен,123!» к условиям получения йода-123 из обогащённого теллура-122 и проведена наработка опытных партий РФЛП с радиохимической чистотой (степенью связывания радиоактивной метки с субстанцией) не менее 95%.
4. Впервые разработана и апробирована методика получения реагента и РФЛП на основе меченных йодом-123 модифицированных рекомбинантных адресных молекул DARPin9_29 для радионуклидной диагностики онкологических заболеваний с гиперэкспрессией Her-2/neu. Получены результаты по их биораспределению. Установлены благоприятные предпосылки для дальнейшего доклинического изучения синтезированного радиотрейсера в Томском национальном исследовательском медицинском центре РАН.
Теоретическая и практическая значимость результатов работы:
1. Экспериментально подтверждена возможность использования разработанных методик для синтеза пяти диагностических
радиофармацевтических лекарственных препаратов на основе йода-123. Проведена наработка опытных партий меченного йодом-123 DARPin9_29 для медико-биологических испытаний на экспериментальных животных.
2. Технологии, методики и экспериментальные устройства, созданные в
процессе выполнения диссертации, используются для регулярного производства и поставок экспериментальных партий РФЛП для медицинских испытаний в клиники г. Томска и г. Новосибирска. Применение на практике полученных результатов подтверждается Актами о внедрении. Результаты работы используются в учебно-педагогическом процессе при чтении курса лекций по теме: «Технологии получения радиофармпрепаратов» в соответствии с
действующей магистерской программой 010700.24 «Медицинская физика», а также при выполнении практических и лабораторных занятий в ИЯТШ НИ ТПУ.
3. Внедрение созданных в процессе выполнения диссертации методик изготовления РФЛП на основе йода-123, полученного по реакции (d,n) из мишени теллура-122, в практическую медицину после проведения их клинических испытаний и оформления соответствующих разрешительных документов, будет способствовать созданию подобных производств на имеющихся в России новых отечественных и импортных циклотронах, используемых для ПЭТ, с энергией протоны/дейтроны - 9/12 по реакции (d,n).
Методология и методы исследования. Методологической основой диссертационного исследования является системный подход к разработке технологий получения радиофармацевтических лекарственных препаратов с учётом применяемых в мировой практике стандартизованных требований GMP к проведению контроля их качества по радионуклидной, радиохимической, химической и биологической чистоте, медико-биологическим свойствам с проведением системной обработки полученных результатов.
В ходе выполнения работы применялись различные методики и методы аналитического контроля синтезированных РФЛП: методики радиометрического анализа, методика потенциометрического определения рН, методики спектрального определения химических примесей, методы высокоэффективной жидкостной и тонкослойной хроматографии, спектрофотометрический метод, методики проведения микробиологических испытаний: определение
бактериальных эндотоксинов и стерильности, определение функциональной пригодности препаратов для диагностики и методов статистической обработки полученных результатов.
Положения, выносимые на защиту:
1. Методики экспрессного - одностадийного получения РФЛП «Натрия йодид, 1231» и «О-йодгиппурат, 1231» из йода-123, полученного по реакции 122Te(d,n)123I.
2. Методика получения препарата «Йодофен,1231» и подготовка опытных партий препарата для проведения медико-биологических испытаний.
3. Экспериментальные исследования по разработке состава реагентов и методики получения препарата «МИБГ,1231».
4. Метод получения РФЛП на основе меченных йодом-123 модифицированных рекомбинантных адресных молекул DARPin9_29 для радионуклидной диагностики онкологических заболеваний с гиперэкспрессией Her-2/neu.
Личный вклад автора в работах, выполненных в соавторстве и включенных в диссертацию, состоит в активном участии в проведении исследований: обзор литературы по тематике, постановка задач исследований, выбор условий проведения экспериментальных работ, анализ и математическая обработка полученных результатов, написание статей и докладов, а также внедрение результатов исследований в разработку новых методик получения, наиболее востребованных РФЛП для диагностики. Все основные результаты работы получены лично автором или при его непосредственном участии. В публикациях, содержащих указанные результаты, определяющая роль принадлежит автору диссертации.
Степень достоверности результатов. Результаты работы не противоречат имеющимся в литературе экспериментальным данным по синтезу и контролю качества РФЛП, согласуются с общепринятыми представлениями о закономерностях и молекулярных процессах. Анализ полученных данных проводили по аттестованным методикам контроля качества, используя поверенное и сертифицированное аналитическое оборудование.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлены в докладах на 7 международной конференции по изотопам, - Москва, 2011; 8 международной конференции «Ядерная и радиационная физика», - Алматы, 2011; 7 российской конференции «Радиохимия-2012», - Димитровград, 2012; VI международной научно-практической конференции «Медицинские и экологические эффекты ионизирующего излучения (MEEIR-VI)», - Северск- Томск, 2013; международной школе-конференции «Ядерно-физические технологии в клинической и экспериментальной медицине: состояние, проблемы, перспективы», - Томск, 2013; VII Международной научно-практической конференции «Физико-технические проблемы в науке, промышленности и
медицине», - Томск, 2015; VIII международной научно-практической конференции «Физико-технические проблемы в науке, промышленности и
медицине», - Томск, 2016; VII международной научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Изотопы: технологии, материалы и
применение», - Томск, 2021.
Участие в выставках и конкурсах:
• Обладатель стипендии Правительства Российской Федерации для аспирантов очной формы обучения, обучающихся по направлениям подготовки, соответствующим приоритетным направлениям модернизации и технологии развития российской экономики, 2012 г.
• Участник конкурса научных достижений молодых ученых Томской области, «Инновус-2013», Томск.
• Победитель конкурса молодежных исследовательских проектов. Международный форум «Фармацевтика и медицинские изделия», Томск, 2014 г.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 20 работах, из них 7 статей в рецензируемых периодических изданиях из перечня ВАК, 3 статьи в журналах, индексируемых базами данных Web of Science и Scopus и 10 тезисов в материалах конференций.
Структура и объём диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка литературы; содержит 165 страниц, включая 38 рисунков, 11 таблиц, 101 библиографическую ссылку и 6 приложений.
В настоящее время за рубежом разработано несколько десятков высокоинформативных препаратов, меченных йодом-123. В России их номенклатура на сегодняшний день ограничивается 5 наименованиями. Совершенно очевидно, что отсутствие в нашей стране отлаженных методик синтеза большинства известных йодных препаратов не стимулирует создание крупных производств йода-123. В этой связи, их организация на малых и средних ускорителях и разработка новых удобных технологий производства РФЛП будет способствовать не только снижению общего дефицита йода-123, но также и привлечению более широкого круга исследователей к решению этих задач. В этой связи в диссертационной работе была исследована возможность создания на среднем типовом циклотроне комплекса устройств для получения йода-123 по реакции (d,n) и достаточно простых методик синтеза на его основе РФЛП для диагностических исследований.
С этой целью при выполнении диссертационной работы необходимо было решить следующие задачи: с использованием разработанной на циклотроне Р-7М установки провести изучение динамики термодесорбции йода-123 из облучённой мишени 122TeQ2, подобрать температурный режим и оптимизировать условия его выделения из мишеней. Провести отработку методик экспрессного получения РФЛП «Натрия йодид, 1231» и «Q-йодгиппурат, 1231». Совместно с НПО «Радиевый институт им. В.Г. Хлопина» впервые в России провести исследования по получению РФЛП «Йодофен, 1231». Отработать методику получения РФЛП
«МИБГ, 1231» и изучить влияние условий проведения синтеза на качество и радиохимическую чистоту препарата. Провести разработку технологии получения меченных йодом-123 модифицированных рекомбинантных адресных молекул DARPin9_29. Провести наработку опытных партий препарата для медикобиологических испытаний на экспериментальных животных.
С этой целью при выполнении диссертационной работы необходимо было решить следующие задачи: с использованием разработанной на циклотроне Р-7М установки провести изучение динамики термодесорбции йода-123 из облучённой мишени 122TeQ2, подобрать температурный режим и оптимизировать условия его выделения из мишеней. Провести отработку методик экспрессного получения РФЛП «Натрия йодид, 1231» и «Q-йодгиппурат, 1231». Совместно с НПО «Радиевый институт им. В.Г. Хлопина» впервые в России провести исследования по получению РФЛП «Йодофен, 1231». Отработать методику получения РФЛП
«МИБГ, 1231» и изучить влияние условий проведения синтеза на качество и радиохимическую чистоту препарата. Провести разработку технологии получения меченных йодом-123 модифицированных рекомбинантных адресных молекул DARPin9_29. Провести наработку опытных партий препарата для медикобиологических испытаний на экспериментальных животных.
