Введение к работе
Актуальность проблемы.
Настоящее исследование направлено на решение актуальной радиобиологической проблемы ядерной медицины – поиску новых радиофармпрепаратов (РФП) для радионуклидной диагностики и терапии социально значимых, в том числе онкологических, заболеваний, радиобиологическому и дозиметрическому сопровождению создания новых РФП.
Актуальность проблемы обусловлена неуклонным ежегодным ростом числа онкологических заболеваний, которые продолжают оставаться в списке лидеров в структуре причин смертности населения промышленно развитых стран. Своевременная и полноценная диагностика этих заболеваний и эффективность их лечения в значительной степени обусловлены применением современных ядерно-медицинских технологий, которые, к сожалению, являются “слабым местом” отечественного здравоохранения. Решение указанных проблем во многом связано с созданием и применением в клинической практике РФП, обладающих как высокой функциональной пригодностью, так и безопасностью в широком смысле этого термина.
Как известно, разработка и создание высокоэффективных РФП носит междисциплинарный характер, но основой всего является выбор радионуклидов с оптимальными ядерно-физическими характеристиками и их носителей, среди которых важное место занимает сывороточный альбумин человека.
РФП на основе сывороточного альбумина человека характеризуются лучшей физиологичностью и технологичностью их получения, возможностью получать наночастицы и микрочастицы с заданными размерами и программируемой скоростью протеолиза их в организме, возможностью инкорпорировать практически любые радионуклиды, прочно удерживать их в составе частиц и высвобождать по мере протеолиза денатурированного белка.
В мировой литературе отсутствуют сведения о системных и комплексных сравнительных исследованиях по разработке и биологическому изучению препаратов на основе сывороточного альбумина человека, меченных радионуклидами диагностического и терапевтического назначения, имеются лишь отдельные сведения [Mayron L.G., Kaplann E., 1975; Szymendera J., et al., 1977; Hnatowich D.G., Schlegel P., 1981; O’ Donnell P.B., McGinity J.W., 1997; Wang S.J., et al., 1998; Wang Y. F. et al., 2007]. Отсутствие комплексных радиохимических, фармакокинетических и дозиметрических исследований затрудняет выбор оптимальных по составу и функциональным признакам РФП для радионуклидной диагностики и терапии онкологических и неонкологических заболеваний.
Актуальность изучения фармакокинетических свойств и дозиметрических характеристик новых РФП состоит еще и в том, что проведение этих исследований обеспечивает выбор наиболее оптимальных и безопасных препаратов, характеризующихся высокой функциональностью в радионуклидной диагностике и терапии онкологических заболеваний.
В настоящей работе изложены материалы комплексных радиохимических, фармакокинетических и дозиметрических исследований РФП на основе нативного альбумина, наноальбумина и микросфер альбумина (МСА), меченных радионуклидами 131I, 111In, 99mTc, 177Lu, 188Re, 103Pd, в зависимости от условий их получения и физико-химических характеристик.
Цель исследования.
Изучение фармакокинетических и дозиметрических характеристик РФП на основе сывороточного альбумина человека и гамма-, бета-излучающих радионуклидов в зависимости от физико-химических свойств меченых препаратов; выбор оптимальных по функциональным признакам РФП для радионуклидной диагностики и терапии онкологических заболеваний.
Задачи исследования:
1. Изучить закономерности образования комплексных соединений 99mTc с нативным альбумином и наноальбумином в зависимости от условий проведения реакции.
2. Провести сравнительные исследования фармакокинетических свойств РФП «99mTc-альбумин» и «99mTc-наноальбумин», оценить их функциональную пригодность для исследования гемодинамических характеристик и сцинтиграфии лимфатических узлов и печени.
3. Изучить особенности фармакокинетики меченых МСА в организме лабораторных животных в зависимости от химической природы радионуклида, дисперсного состава частиц, степени денатурации белка, пространственного распределения радионуклида в частицах и способа их введения в организм.
4. Изучить фармакокинетические свойства препарата «177Lu-МСА», полученного нейтрон-активационным способом.
5. Изучить закономерности инкорпорирования 103Pd в состав МСА и исследовать влияние теплового воздействия и гамма-облучения белка на показатели, характеризующие поведение препарата «103Pd-МСА» в организме лабораторных животных.
6. Изучить особенности фармакокинетики меченых МСА в организме лабораторных животных с экспериментальными моделями легочной патологии (облучение ионизирующим излучением, эмболия легочной артерии, асептическое воспаление и рак легких) после внутривенного введения препаратов.
7. Провести сравнительный анализ фармакокинетики РФП «103Pd-МСА» в организме интактных мышей и мышей-опухоленосителей после внутримышечного и внутриопухолевого введения, а также оценить уровни накопления этого препарата в опухоли и удержания его опухолевой тканью.
8. Оценить распределение поглощенных доз внутреннего облучения органов и тканей лабораторных животных разными радионуклидами, инкорпорированными в состав МСА.
Научная новизна:
В результате проведенных исследований обоснована проблема необходимости проведения комплексного исследования закономерностей инкорпорирования радионуклидов в молекулы-носители, изучения фармакокинетических свойств и дозиметрических характеристик для создания новых эффективных по функциональным признакам РФП для радионуклидной диагностики и терапии онкологических и неонкологических заболеваний.
1. Разработана технология оригинальных препаратов: 99mTc-наноальбумин, 177Lu-, 166Ho-, 103Pd-МСА.
2. Впервые показана возможность получения меченых МСА путем активации стабильных изотопов в составе белковых частиц тепловыми нейтронами. Нейтрон-активационным методом были получены и изучены физико-химические свойства МСА, меченных 152mEu, 177Lu, 186Re, 166Ho.
3. В результате исследования закономерностей введения 103Pd в белковую матрицу микросфер путем ионной сорбции впервые показана способность инкорпорировать палладий и другие ионы металлов в состав альбуминовых частиц и изучено влияние различных факторов (дисперсный состав частиц, степень денатурации белка в результате теплового воздействия и гамма-облучения МСА) на их поведение в организме лабораторных животных.
4. Впервые показано влияние предварительного гамма-облучения легких лабораторных животных на фармакокинетику меченых МСА.
5. Получены приоритетные результаты сравнительных исследований влияния степени денатурации белка, пространственного распределения метки в частицах, химической природы радионуклидов и способов введения меченых препаратов на характер поведения МСА в организме лабораторных животных.
6. В опытах на животных с индуцированными заболеваниями легких и перевивными солидными опухолями дана оценка функциональной пригодности препаратов.
7. Впервые проведена сравнительная оценка поглощенных доз внутреннего облучения органов и тканей лабораторных животных в зависимости от вида радионуклида, инкорпорированного в состав МСА.
Практическая значимость.
В ходе выполнения данного исследования созданы новые РФП, обладающие функциональной пригодностью для радионуклидной диагностики и терапии онкологических и неонкологических заболеваний. По результатам научных исследований наработаны экспериментальные и опытные образцы лиофилизатов (наборов реагентов) к генератору 99W/99mTc и на их основе РФП «99mTc-альбумин», «99mTc-наноальбумин», «99mTc-микросферы альбумина», «177Lu-микросферы альбумина» и «103Pd-микросферы альбумина».
Разработаны технологические регламенты на производство двух препаратов: «99mTc-альбумин», «99mTc-микросферы альбумина».
РФП «99mTc-альбумин» прошел доклинические испытания, РФП «99mTc-микросферы альбумина» прошел доклинические и клинические испытания, зарегистрирован в реестре лекарственных средств для медицинского применения и получено разрешение на его ,промышленный выпуск (регистрационное удостоверение Минздрава России № 000329/01-2001 от 20.03.2001).
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Фармакокинетические свойства 99mTc-альбумина зависят от технологических условий его синтеза.
2. Результаты фармакокинетики 99mTc-альбумина 99mTc-наноальбумина доказали функциональную пригодность РФП для исследования гемодинамических характеристик, диагностики лимфатических узлов и печени.
3. На фармакокинетику меченых МСА оказывает влияние дисперсный состав частиц, пространственное распределения радионуклида в частицах, степень денатурации белка в результате теплового воздействия, нейтронного и гамма-облучения, химическая природа радионуклида, способ введения в организм.
4. Результаты фармакокинетики меченых МСА в организме лабораторных животных с патологическими состояниями легких: гамма-облучение легких; эмболия легочной артерии и рак легких, доказали эффективность РФП в оценке состояния капиллярного кровотока легких.
5. Поглощенные дозы внутреннего облучения органов и тканей лабораторных животных после внутривенного и внутриопухолевого введения меченых МСА определяются фармакокинетическими и ядерно-физическими характеристиками РФП.
Апробация работы.
Материалы диссертации доложены и обсуждены на 15 всероссийских и международных конференциях, симпозиумах, в том числе – на 9 конференциях в России и на 6 конференциях за рубежом:
-
Первый съезд онкологов стран СНГ (Москва,1996).
-
2ICI Second International Conference on Isotopes (Sydney, Australia, 1997).
-
Международный конгресс «ЭНЕРГЕТИКА-3000» (Обнинск, 1998).
-
Всероссийская конференция «50 лет производства и применения изотопов в России» (Обнинск, 1998).
-
The Second Japanese-Russian Seminar on Technetium (Shizuoka, Japan, 1999).
-
International Youth Nuclear Congress 2000 (Slovakia, Bratislava, 2000).
-
Modern problems of radiobiology, radioecology and evolution, International conference dedicated to centenary of N.W.Timofeff-Ressovsky (Dubna, 2000).
-
International Conference on Current Status Medicine and Radiopharmaceuticals Congress of Russian Society of Nuclear Medicine (Obninsk, 2000).
-
Международный Конгресс «Энергетика-3000» (Обнинск, 2002).
-
Всероссийская научно-практическая конференция «Актуальные вопросы ядерной медицины». Школа «Избранные вопросы ядерной медицины» (Дубна, 2004).
-
International Symposium on Technetium (Oarai, Japan, 2005);
-
15th Radiochemical Conference (Marianske Lazne, Czech Republic, 2006);
-
Annual Congress of the EANM (Athens, Greece, 2006);
-
Шестая Российская конференция по радиохимии «Радиохимия-2009» (Москва, 2009);
-
III Евразийский Конгресс по медицинской физике и инженерии «Медицинская физика – 2010» (Москва, 2010).
Апробация диссертации состоялась 20 апреля 2011 г. на научной конференции экспериментального радиологического сектора Федерального государственного бюджетного учреждения «Медицинский радиологический научный центр» Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации, протокол № 259.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 29 научных статей, в том числе 18 опубликовано в отечественных научных журналах, рекомендованных ВАК МОиН РФ для докторских диссертаций, и 9 – в зарубежных журналах. Получен патент Российской Федерации на изобретение RU2359702 «Способ получения меченых радионуклидом микросфер», дата публикации 27.06.2009 г.
Реализация результатов работы. По результатам проведенных исследований подготовлены:
лабораторные регламенты на производство двух препаратов: «Микросферы альбумина, 99mTc», «Альбумин, 99mTc»;
опытно-промышленные регламенты на производство двух субстанций «Микросферы альбумина, 5–10 микрон» и «Микросферы альбумина, 20–40 микрон» – субстанции для получения радиофармпрепаратов «103Pd-микросферы альбумина, 5–10 микрон» и «103Pd-микросферы альбумина, 20–40 микрон»;
стандарты предприятия для контроля качества препаратов «Микросферы альбумина (МСА), 20–40 мкм» и «Микросферы альбумина (МСА), 5–10 мкм» – субстанции для производства РФП «103Pd-МСА, 20–40 мкм» и «103Pd-МСА, 5–10 мкм»;
проведены доклинические испытания препарата «99mTc-альбумин»;
проведены доклинические и клинические испытания препарата «99mTc-микросферы альбумина», препарат зарегистрирован в реестре лекарственных средств, а также получено разрешение на его промышленное производство.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 266 страницах компьютерного текста, содержит 55 таблиц и 36 рисунков. Она состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследований, четырех глав собственных исследований, заключения, выводов. Список цитированной литературы содержит 311 источников.
