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

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

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. Получение и использование радионуклидов и меченных соединений для целей ядерной медицины, изучения биологически значимых процессов и взаимодействия живых организмов с ионизирующим излучением
Результаты этапа: 1) Новый полифункциональный лиганд из семейства тиадиазолов был синтезирован.. Для него определены цитотоксические свойства по отношению к лейкемическим линиям клеток, радиационная стабильность, рассчитана способность проникать через гематоэнцефалический барьер (ГЭБ), а также его кардиотоксичность. Также был получепн новый комплекс цинка с лигандом N-{2-[5-(3-хлор-4-метилфениламино)-1,2,4-тиадиазол-3-ил]-1-метилэтил}-N-(2,2,6, 6-тетраметилпиперидин-4-ил)-амин, который планируется использовать в многофункциональном препарате на основе платформы карбоксиметилцеллюлозы. 2) Новые полученные производные имеют более высокое терапевтическое окно и высокую радиационную стабильность. Расчет показал умеренную способность проникать через ГЭБ. 3) Продолжены работы по получению носителя для многофункционального препарата, содержащего висмут, на основе карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ). Получены данные по распределению конъюгата висмут-КМЦ в органах мышей и проведено сравнение величин терапевтического окна для конъюгатов медь-КМЦ и висмут КМЦ, которое показало интересные закономерности, требующие дальнейшего осмысления. 4) Определены условия получения и анализа комплексов на основе азакраун-эфиров и ациклических лигандов с радионуклидами меди, свинца, висмута, актиния и тория. Показано, что во всех случаях образование комплекса не требует продолжительного синтеза (1-3 мин) при комнатной температуре, кроме катиона тория. Для его связывания необходимо дополнительное воздействие ультразвуком, очевидно, в силу его высокой склонности к гидролизу, как самого высокозарядного из рассматриваемых катионов. Данный факт не является оптимальным для получения таргетных радиофармпрепаратов, поэтому предполагается, что исходную форму Th4+ необходимо готовить в другом виде – не в 0,5M HCl, а в присутствии хелатирующего агента. 5) было исследовано комплексообразование бензо- и пиридин-содержащих ацетатных, пиколинатных и пиридиновых лигандов с катионами меди, свинца, иттрия, висмута, актиния и тория. В силу нерастворимости производных с пиридиновыми дополнительными группами анализ данных комплексов с медью проводили в среде ацетонитрила. Производные с полостью 18-краун-6 со всеми видами хелатирующих групп продемонстрировали образование как комплексов M/L=1/1, так и биядерных с соотношением M/L=2/1. Во всех случаях последний тип наблюдался для катионов меди небольшого размера. Исключение составили пиридиновые и пиколинатные лиганды, которые так же образовывали с катионами свинца и висмута биядерные комплексы. 6) Все комплексы были проанализированы на стабильность в средах биологического значения: в среде сывороточных белков и катионов микроэлементов. Показано, что меченные комплексы: Bi3+ и Ac3+ с бензо-18-азакраун-6 лигандом, а также комплексы меди с тетрапиколинатным лигандом и иттрия с гексаацетатным ациклическим полиамином – демонстрируют высокую устойчивость. В связи с чем некоторые из них уже были исследованы in vivo. Комплексы с висмутом и актинием показали быстрое выведение, что косвенно подтверждает сохранение целостности комплекса в сравнении с свободным катионом, вводимым в тех же условиях. Однако комплекс меди с терапиколинатным лигандом показывает профиль биораспределения частично схожий с свободным катионом: медленное выведение и накопление в печени. Это может быть обусловлено как более липофильным характером данного лиганда, так и частичной диссоциацией меченного комплекса. 7) С помощью метода термической активации трития получены меченные тритием наноалмазы, которые были использованы для количественной характеристики слоев, образующихся на поверхности ксеноткани бычьего перикарда – материала для изготовления протеза сердечного клапана. Слой наноалмазов наносили, выдерживанием матрицы ксеноткани в суспензии. Показано, что положительно заряженные наноалмазы на поверхности ксеноткани образуют слой, в котором количество наноалмазов составляет 4.0±1.2 мг/г, а наноалмазы, подвергнутые предварительному отжигу на воздухе (отрицательно заряженные) - 1.5±1.0 мг/г. In vivo исследование показало, что в процессе эксплуатации биоткани на поверхности остается около 35 % положительных и до 67 % отрицательных наноалмазов. 8) Исследованы механико-прочностные характеристики ксеноткани с последовательно нанесенными наноалмазным и хитозановым покрытиями. Нанесение покрытий наноалмаз-хитозан приводит к увеличению максимального предела прочности, а также повышает прочность к разрывным деформациям как в осевом, так и в радиальном направлениях. Улучшение свойств наблюдается как для положительно, так и для отрицательно заряженного наноалмаза. Образцы с нанесенным покрытием из наноалмазов оказались на 30% более эластичными по сравнению с контрольным образцом. В случае отожженных на воздухе наноалмазов ксеноткать стала прочнее на 10% для образцов в осевом направлении и на 25% для образцов в радиальном направлении, и жестче - на 50% для осевого и на 25% для радиального направлении по сравнению с контролем. 9) Получены адсорбционные комплексы отрицательно заряженных наноалмазов (SDND) с анибиотиками широкого спектра действия: амикацином и левофлоксацином. Изотермы адсорбции амикацина и левофлоксацина на наноалмазах были получены с использованием меченных тритием лекарственных веществ. Показано, что связывание с поверхностью наноалмазов обоих препаратов достигает 100 мг/г. Полученные адсорбционные комплексы были охарактеризованы методом динамического рассеяния света и ИК-спектроскопии. Показано, что электрокинетический потенциал, который для исходного наноалмаза составляет -30 мВ, возрастает с увеличением поверхностной концентрации амикацина и становится близким к нулю при максимальной адсорбции (около 100 мг/г). В случае с левофлоксацином электрокинетический потенциал практически не изменяется. 10) В отчётный период, в соответствии с планом, проведено сравнительное исследование раздельного и комбинированного влияния ультразвука и γ -излучения на физико- химические параметры широко распространенного в организме человека фермента щелочная фосфатаза. Выявлена корреляция между увеличением размера агрегатов глобул фермента под действием ультразвука и падением активности и отсутствие такой связи для γ - излучения Определены эффективные константы термоинактивации. Показаны отличия в изменение механизма термоинактивации фермента при обработки ультразвуком и Г- излучением. При исследовании термолабильности щелочной фосфатазы показано наличие супераддитивных эффектов комбинированного действия ультразвука и гамма излучения, которые зависят от последовательности воздействий. Результаты доложены на XXXIV сессии Российского акустического общества. Проведена сравнительная оценка скоростей инактивации фермента щелочная фосфатаза в протиевой и тритиевой воде после прекращения ультразвукового воздействия. Установлено, что в тритиевой воде, в отличие от протиевой, обработанный фермент сохраняет активность в течение длительного времени. Предложен вариант объяснения наблюдаемого эффекта. По результатам работы подготовлена статья. Разрботаны подходы к получению полимерных композитов с заданными характеристиками способом ферментативной минерализации гидрогелей. Проведено тестирование возможноости использования ферментативно синтезированного гидроксиапатита в качестве носителя для 90Y. По результатам работы опубликована статья.
2 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. Получение и использование радионуклидов и меченных соединений для целей ядерной медицины, изучения биологически значимых процессов и взаимодействия живых организмов с ионизирующим излучением
Результаты этапа: 1) Изучено комплексообразование пиридиновых, пиколинатных и ацетатных ациклических и азакраун-эфиров с катионами меди, свинца, иттрия, скандия и тория. Пиридиновые лиганды – тетрапиридин-бензо-18-краун-6-эфир (L1) и тетрапиридин-пиридин-15-краун-5-эфир (L2) – характеризуются низкой растворимостью в воде (<0.1 мг/л), в связи с чем константы связывания с катионами меди и свинца определяли методом спектрофотометрического титрования. Оба лиганда образуют моно- (ML) и биядерные (M2L) комплексы с Cu2+ и Pb2+ c умеренными значениями lgK: lgK(CuL1)=6.9, lgK(Cu2L1)=12.9, lgK(CuL2)=9.2, lgK(Cu2L2)=18.0, lgK(PbL1)=7.0, lgK(Pb2L1)=11.0, lgK(PbL2)=6.4, lgK(Pb2L2)=10.4. Среди пиколинатных лигандов наибольшую устойчивость продемонстрировал комплекс Cu2+ с тетрапиколинатным бензо-краун лигандом (L3). Данный лиганд так же продемонстрировал образование моно- и биядерных комплексов с Cu2+. lgK(CuL3)=20,0, lgK(Cu2L3)=33,7, lgK(PbL3)=13.1, lgK(Pb2L3)=23.6. Согласно квантово-химическим расчетам геометрии комплекса оба катиона в биядерном комплексе и с L1 и с L3 координируются вне полости макроцикла аминогруппами краун-эфира и пиколинатными фрагментами. В комплексе c L1 КЧ 5 достигается за счет координации молекулы воды, с L3 КЧ 5 обусловлено только донорными атомами лиганда. Предсказанная квантово-химическими расчетами структура комплекса Cu2L3 была подтверждена методом спектроскопии протяженной структуры спектра рентгеновского поглощения. Тетраацетатный бензо-18-краун-6-эфир (L4) и пиридин-15-краун-5-эфир (L5) были изучены с катионом тория. Изотопы тория 227Th и 226Th являются перспективными радионуклидами для мишенной терапии альфа-излучающими источниками, в связи с чем изучение данных комплексов несет важное практическое значение. При концентрации 1 мМ Th-232 удалось провести потенциометрическое титрование при 25C и определить константы устойчивости образуемых комплексов: lgK(ThL4)=27.1, lgK(ThL5)=21.9. 2) Традиционное выделение 234Th из равновесной смеси с 238U проводят разными способоами, включающими, например, жидкостную экстракцию диэтиловым эфиром, хроматографию на анионообменных смолах. Для наших экспериментов использование таких подходов приводило к присутствию большого количества урана в итоговом растворе тория. Так как тория-234 химически было на уровне 1·10-10 М, то даже присутствие микромолярных количеств урана значительно влияет на связывание с лигандами. В связи с чем было предложено использовать схему, состоящую из трех стадий. На первом этапе растворяли нитрат уранила в 6М HCl до концентрации 1 г/мл, загружали 3-4 мл этого раствора на колонку, заполненную DOWEX 50x8. В 6М HCl выходит уран в виде анионных хлоридных комплексв, и небольшие кол-ва тория (~5%). Основная масса тория связана с колонкой в виде катиона Th4+. Далее торий смывали насыщенным раствором щавелевой кислоты. В фракцию тория добавляли HNO3 (конц) для разрушения оксалатных комплексов и окисляли органику при кипячении в HNO3 (конц) на плитке. Полученный остаток ярко-желтого цвета растворяли в 8М HCl и загружали на колонку, заполненную DOWEX 1x8. Промывали 8M HCl. В этих условиях торий выходит, т.к. не образует анионных комплексов, а уран образует и поэтому связывается с смолой. Фракцию тория в 8М HCl упаривали и перерастворяли в 7М HNO3. Полученный раствор переносили на колонку, заполненную экстракционно-хроматографической смолой TEVA. Промываем 7М HNO3 – в этих условиях уран выходит, а торий связан, т.к. образует анионные комплексы в избытке нитрат-ионов. После промывания колонки 3 колоночными объемами, торий смывали 8M HCl. Полученный раствор упаривали и перерастворяли в 0,1M HCl. После такой очистки тория в 3 стадии получаемый итоговый раствор может быть далее использован для мечения лигандов. Его эффективность была проверена на исследуемых лигандах L4 и L5, а также известный из литературы лиганд H4DOTA. 3) Для характеризации липофильности лигандов использовали распределение меченных комплексов соответствующих лигандов между октанолом и водой – lgP. Однако существенных отличий между пиколинатными и ацетатными лигандами выявлено не было. Во всех случаях водорастворимых лигандов значение lgP находилось в пределах -3. Комплекс меди с L3 показал высокую устойчивость в присутствии сывороточных белков: перехелатирования радионуклида не наблюдали в течение суток. Более того, электрохимическое исследование показало, что даже при восстановлении Cu2+ до Cu+ катион остается связан с лигандом, а при восстановлении координационное окружение катиона приходит в исходное состояние. В связи с проявленной устойчивостью in vitro комплекс [64Cu]CuL3 был далее проверен на клиренс и биораспределение в организме нормальных лабораторных мышей через 1 и 6 часов после инъекции. Однако, на данном этапе сравнение биораспределения связанного и свободного катиона радионуклида не выявило существенных отличий, что может свидетельствовать о высвобождении радионуклида из комплекса in vivo. Анализ выведения в фекалиях и моче показывает, что в обоих случаях (свободный и связанный радионуклид) клиренс происходит преимущественно через фекалии, что говорит о печеночном клиренсе, что согласуется с литературными данными для свободного катиона меди. При этом в случае связанного в комплекс доля радиоактивности, выводимой через фекалии в несколько раз превышает долю в случае введения свободного радионуклида. В совокупности полученные данные говорят о неоднозначности поведения комплекса [64Cu]CuL3 в организме: возможно имеет место частичная диссоциация, либо сам комплекс в силу строения лиганда характеризуется таким биораспределением. 4) В этом году были продолжены работы по исследованию и созданию носителей для антиопухолевых и радионуклидных препаратов. а. Получен новый комплекс цинка с производным 1,2,4-тиадиазола, проявляющем антилейкемические свойства. Описаны его физико-химические и структурные особенности. б. Продолжена работа по получению комплексов переходных металлов с гидроксиапатитом: а) кинетика последовательной и параллельной сорбции цинка и альбумина на наногидроксиапатите; б) влияние стадии введения иона рутения в процесс сокристаллизации при синтезе наногидроксиапатита на физико-химические свойства полученного композита, а также роль фермента на сорбцию рутения на ГАП. в. Сдеоан обзор по взаимодействию воздействия эссенциальных элементов (ионов переходных металлов) на организм. г. Продолжены работы по созданию композитов на основе Bi-карбоксиметилцеллюлоза с оптимальными физико-химическими и биохимическими свойствами и с оптимальным содержанием антиопухолевого препарата на основе тиазин-производного. 5) С помощью метода термической активации трития были получены меченные тритием наноалмазы, амикацин, левофлоксацин и хитозан. Для насыщения коллагеновых матриц спользовали меченные тритием вещества с удельной радиоактивностью: наноалмазы - 51 мкКи/мг, хитозан 1 мкКи/мг, амикацин – 5 мкКи/мг и левофлоксацин – 3 мкКи/мг. На поверхности коллагеновых матриц размером 1×1 см2 получали покрытия следующего состава: (1) [3H]наноалмаз-левофлоксацин-хитозан, наноалмаз-[3H]левофлоксацин-хитозан и наноалмаз-левофлоксацин-[3H]хитозан; (2) [3H]наноалмаз-амикацин-хитозан, наноалмаз-[3H]амикацин-хитозан и наноалмаз-амикацин-[3H]хитозан (по 6 образцов матриц для каждого типа комплекса). Матрицы с покрытьями подкожно имплантировали крысам линии Wistar. После имплантации животных содержали в обычных условиях вивария в течение четырех месяцев. Для определения протекания процесса кальцинирования матриц в рацион животных включали витамин Д3 для лучшего усвоения кальция. Через четыре месяца после имплантации матрицы изымали из тела крысы, высушивали до постоянной массы и разлагали кипячением в концентрированной азотной кислоте. Полученные суспензии разбавляли водой, центрифугировали для отделения осадка наноалмазов. После этого измеряли радиоактивность раствора и осадка наноалмазов с помощью жидкостного сцинтилляционного спектрометра для определения количества меченого вещества. Для измерения радиоактивности использовали сцинтилляционную жидкость GoldStar, предназначенную для измерения растворов с низким значением pH. Необходимо отметить, что такой подход позволяет в два раза уменьшить количество животных, задействованных в эксперименте, поскольку стало возможно определились состав покрытия и его кальцинирование из одного и того же раствора. Показано, что покрытия, содержащие амикацин, лучше удерживаются на поверхности коллагеновых матриц при эксплуатации. Амикацин как лекарственное средство также показал хорошую стойкость на поверхности, при том, что его антимикробная активность сохраняется. Уменьшение слоя хитозана связано с удалением слоев, которые слабо связаны с поверхностью. Это предположение подтверждается результатами, полученными для серии левофлоксацина. В этом случае сохранилось около 70% хитозана, вероятно, из-за электростатических взаимодействий. Для матриц без наноалмазного покрытия содержание хитозана, осажденного из раствора в условиях сверхкритического диоксида углерода, составляет около 10 мг на г матриц. Слой наноалмазов с левофлоксацином оказался менее стабильным по сравнению с образцом с амикацином, в котором слой сохранился на 60%. Таким образом, наши результаты показали, что стабильность покрытия, содержащего наноалмазы, определяется функциональным составом поверхности наночастиц, который, в свою очередь, зависит от антибиотического модификатора наноалмазов. 6) В отчётный период, в соответствии с планом, работа проводилась по двум темам «Физико- химические и биофизические закономерности комбинированного действия ионизирующего излучения и ультразвука на модельные объекты» и «Разработка тканево-инженерных моделей на основе гидрогелей, минерализованных фосфатами кальция для тестирования эффективности радиофармпрепаратов». В результате проведённых работ, по первой теме, выявлены условия проявления синергетических эффектов комбинированного действия гамма-излучения и ультразвука на модельные объекты - широко распространенную в организме человека фермента щелочная фосфатаза и клеточную культуру Lactobacillus casei. Сравнительное исследование раздельного и комбинированного влияния ультразвука и γ -излучения на физико- химические параметры модельных систем показало, что для щелочной фосфатазы, при комбинированном воздействии γ или β излучения с ультразвуком супераддитивное падение активности наблюдается в случае, когда, ионизирующее излучение предшествует ультразвуковому. Такая же последовательность наиболее эффективна при термоинактивации фермента и ддействии на бактериальную культуру Lactobacillus casei. Установлено, что параметром, определяющим устойчивость клеток комбинированному, является её размер. Обнаружен эффект торможения ультразвуковой и γ-инактивации щелочной фосфатазы при облучении фермента в тритиевой воде. В результате работ по второй теме отработана методика синтеза радиоэмболизаторов - альгинатных микросфер, сшитых йонами кальция, иттрия и железа, а также методика их минерализации и модифицирования радионуклидами. Сформулированы основы методики ферментативного синтеза гидроксиапатита для конструирования тканево инженерных моделей опухолевых тканей.
3 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. Получение и использование радионуклидов и меченных соединений для целей ядерной медицины, изучения биологически значимых процессов и взаимодействия живых организмов с ионизирующим излучением
Результаты этапа: Проведено исследование сорбции рутения (III) на ГАП в процессе сокристаллизационного метода получения частиц. Проведено выявление особенностей фазообразования, морфологии и распределения иона рутения в системе ГАП—рутений при связывании иона металла с ГАП на разных стадиях введения. Найдены условия максимального введения Ru (III). Получен новый комплекс висмута с лигандом N-(5,6-дигидро-4H-1,3-тиазин-2-ил)бензамидом (L = C11H13N2OS) для дальнейшего медицинского применения. Комплекс и лиганд обладают противоопухолевой активностью. Строение комплекса исследовано методами ЯМР, атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой (ICP-AES) и лазерной десорбцией/ионизацией с переносом электрона для высокочувствительной масс-спектрометрии (LETDI): cоотношение Bi : L составляет 1 : 1; компоненты связаны ионным (ион-дипольным) взаимодействием. При взаимодействии хлорида висмута(III) с гидробромидом этого же лиганда (L•HBr) образуется комплекс {(C11H13N2OS)3[Bi2Cl9]}, для которого удалось получить кристаллы и провести исследование рентгеноструктурным анализом.и сравнить с результатами ICP-AES и LETDI. Получены конъюгаты КМЦ с ионами висмута и гетероциклическими лигандами для медицинского применения. Соответствующая статья подготовлена к печати. Проведена аналитическая работа по теме о роли микроэлементов - металлов в функционировании организма и в основных метаболических процессах для выбора их перспективных радионуклидов. По этой теме написан обзор. Проведены дополнительные эксперименты по свойствам тройных микрогелей КМЦ-Cu-L, где L – активатор NO-синтазы (цитотоксическим – методом МТТ и проточной цитофлуориметрией). С помощью метода термической активации трития были получен ряд меченых соединений: гуматы калия «Сахалинский гумат» и «Иркутский гумат», ферменты лизоцим и щелочная фосфатаза. С использованием жидкостной сцинтилляционной спектрометрии в варианте сцинтиллирующей фазы определили концентрирование гуминовых веществ на межфазной границе водный раствор-толуол. Также определили измерение поверхностного натяжения растворов этих соединений на границе с толуолом. Показано, что для всех веществ увеличение поверхностной концентрацией приводило к снижению поверхностного натяжения. Найдено, что для растворов гуматов с низкой ионной силой адсорбция на границе раздела фаз возрастает при рН < 4, в области рН от 5 до 10 практически не меняется, а при повышении рН>10 снижается. Увеличение ионной силы раствора за счет добавки электролитов увеличивало адсорбцию, в том числе в области нейтральных и щелочных значений рН. С помощью меченных тритием соединений проведено исследование взаимного влияния ферментов (щелочной фосфатазы и лизоцима) и гуматов калия при конкурентной адсорбции на границе раздела фаз раствор-толуол. Показано, что лизоцим образует комплекс с гуминовыми кислотами. Исследовано влияние рН и ионной силы на образование комплекса и его состав. Исследовано влияние гуминовых кислот на ферментативную активность щелочной фосфатазы в реакции гидролиза п-нитрофенилфосфата. Найдено, что гуминовые кислоты увеличивают ферментативную активность щелочной фосфатазы, при этом щелочная фосфатаза не влияет на адсорбцию гуминовых кислот на границе раздела фаз раствор-толуол. Создание индивидуальных схем терапии онкологических заболеваний – одно из магистральных направлений современной медицины. Общим методом решения этой проблемы служит разработка комбинированных методов лечения. Перспективность комбинированного применения ионизирующего излучения и ультразвука в терапии злокачественных опухолей определяется взаимным дополнением терапевтических факторов двух способов лечения, совмещение которых при оптимально подобранных материалах и режимах может привести к синергитическому терапевтическому эффекту. Нами было предложено разработать медико-биологическую и физико-химическую базу комбинированной радиационной и ультразвуковой терапии злокачественных опухолей. Наиболее перспективным представляется метод ультразвуковой терапии, использующий среднеинтенсивное ультразвуковое воздействие совместно с различными веществами, усиливающими эффект воздействия (соносенсибилизаторами). Этот метод носит название сонодинамической терапии (СДТ). Авторами предложен механизм направленного синтеза наночастиц непосредственно в опухолевой ткани на базе растворимых солей фталоцианина кобальта (терафтал). Целью работы в отчётный период являлось исследование эффектов комбинированного действия ультразвука и гамма излучения на примере бактерий Lactobacillus casei.. Бактерии Lactobacillus casei -одноклеточные формы жизни. постоянно присутствуют в организме человека как симбионты. Они могут быть простым и удобным объектом для первичной оценки эффектов воздействия УЗ и γ-излучения. Исследовалась эффективность последовательного комбинированного действия ультразвука и и γ-излучения на бактерий Lactobacillus casei . Результат оценивали по соотношению числа КОЕ в контрольной суспензии и в опытах. Показано наличие супераддитивного эффекта их гибели, величина которого зависит от величин доз и последовательности воздействий. Особенно ярко эффект наблюдается в присутствии соносенсибилизатора терафтала. Также проводились работы по исследованию комбинированного действия ультразвука и ионизирующего излучения на полиморфные бактерии Azotobacter.. Тема второй части работы является составной частью исследования, посвящённого разработке тканево-инженерных моделей на основе фосфатов кальция для тестирования эффективности радиофармпрепаратов онкологического профиля. Методы исследования клеток и тканей in vitro являются одними из традиционных при изучении рака и разработке методов его диагностики и лечения. Однако, те исследования, которые проводятся с отдельными клетками, часто противоречат результатам, полученным в ходе клинических испытаний. Это свидетельствует о том, что для доклинических исследований необходима модель, которая будет больше соответствовать сложным по структуре опухолям человека. Существующий метод создания моделей заключается в выращивании клеток на двумерном монослое. Такой подход имеет ряд недостатков, так как свойства самой двумерной подложки оказывают влияние на селекцию клеток и на то, каким образом клетки будут осуществлять свой рост. Особенно актуальна эта проблема для тестирования радиофармпрепаратов. Наиболее близкими к реальным биологическим объектам являются трехмерные тканево-инженерные модели (скаффолды), в которых отсутствует пространственное ориентирование клеток. Такие модели позволяют более достоверно исследовать влияние различных воздействий, в частности радионуклидов, на клетки. По результатам анализа литературы в качестве структурных элементов были выбраны альгинатные сферы и альгинатные плёнки, модифиициированные фосфатами кальция, а в качестве биообъектов бактерии – Azotobacter chloroccum и Lactobacillus casei Работа по созданию модели ведётся совместно с факультетом биоинженерии биологического факультета. В ходе выполнения работы было установлено, что модифицированные альгинатные сферы также могут быть основой для создания носителей композитных радиофармпрепаратов. Таким образом в ходе выполнения плановых работ были получены результаты, позволяющие скорректировать планы исследований по двум темам на последующий период. Будут продолжены работы по исследованию эффективности комбинированного действия ультразвука и ионизирующего излучения на биообъекты. При этом, особое внимание будет уделено оптимизации параметров комбинированного действия ионизирующего излучения и ультразвука на выбранные модельные объекты. По второй теме предполагается увеличить число модельных биообъектов, включаемых в альгинатную матрицу, добиваясь условий обеспечивающих удовлетворительную воспроизводимость результатов. Установлено, для катиона Pb2+ наибольшие константы наблюдаются для комплексов с тетрапиколинатным бензоазакраун лигандом L31 (lgK= 21,3) и с тетраацетатным бензоазакраун лигандом L18 (lgK=21,6), только с первым из них наблюдается форма Pb/L=2/1. Последнее обусловлено большим количеством координирующих донорных групп в случае пиколинатных заместителей, что приводит к возможности координации двух катионов снаружи макроцикла за счет макроциклических аминогрупп и пиколинатных пиридинов и карбоксилов. Меченые комплексы с 210Pb c РХЧ > 90% могут быть получены при комнатной температуре за ≤ 2 минуты, что превосходит по скорости связывания используемые в настоящее время лиганды. Все исследуемые комплексы свинца проявляют устойчивость in vitro. В случае 212Pb из комплекса с L18 и L31 высвобождается менее 15% дочернего 212Bi. Профиль биораспределения комплексов Pb с L18 свидетельствуют об инертности этого хелата в условиях живого организма и практически полностью выводится за 6 часов. Учитывая это и высокую устойчивость комплексов c 212Pb, данный лиганд представляет интерес для получения радиофармпрепаратов на основе диагностического 203Pb, а также терапевтических 212Pb/212Bi. Для изучения меченных иттрием соединений 90Y был выделен из равновесной смеси с 90Sr с помощью хроматографической смолы Sr-resin. Выделенный 90Y был использован для получения меченых соединений с тетрапиколинатным пиридин-15-краун-5 (L34), а также диацетатным, дипиколинатным, диамидным и дифосфонатным пиридин диаза-18-краун-эфирами при концентрации 1 мМ. Все комплексы были получены при комнатной температуре в течение 1-2 минут с выходом > 90%, однако in vitro при инкубировании в 9-кратном избытке сывороточных белков наблюдается 80-90% диссоциация комплексов в течение суток, что делает данные комплексы непригодными для применения с иттрий-содержащими РФП. Для определения условий мечения торием лигандов L18 и L31 определяли оптимальную температуру, время синтеза, а также буферный раствор. Все растворы для определения условий связывания готовили с 100-200 Бк тория-234. Для мечения обоих лигандов были подобраны следующие условия: 0,1M AcONa, 90°С 15 мин либо 37°С 4 ч. Повышение концентрации ацетата не приводит к изменению скорости мечения при 37°С. При понижении концентрации лиганда L18 выход реакции мечения снижается. Изменение рН в диапазоне 4-7 не оказывает существенного влияния: при 0,1 мМ L18 степень мечения составляет 66% (рН4-5) и 60% (pH6-7). Для исследования устойчивости комплексов in vitro получали меченные соединения при концентрации лигандов 1 мМ. Анализ доли связанного в комплекс радионуклида в изотоническом растворе проводили методом ТСХ. Для определения устойчивости в среде сывороточных белков в процессе инкубирования отбирали аликвоту смеси, добавляли этанол как денатурирующий агент и осаждали белковую фракцию. Далее центрифугированием отделяли маточный раствор и определяли фракцию активности, не связанную с белками. Оба комплекса проявляют высокую устойчивость в среде изотонического раствора (0,9% NaCl): диссоциирует не более 10% при инкубировании в течение 24 часов. Комплекс [234Th]Th-L31 в сыворотке крови уже в течение 1 часа диссоциирует на 25%, а комплекс c L18 сохраняет целостность (>90%), однако в течение 24 часов из обоих комплексов высвобождается 50-60% тория.
4 1 января 2025 г.-31 декабря 2025 г. Получение и использование радионуклидов и меченных соединений для целей ядерной медицины, изучения биологически значимых процессов и взаимодействия живых организмов с ионизирующим излучением
Результаты этапа: С помощью меченных тритием соединений и тензометрии было определено взаимодействие гуминовых кислот угля с гиалуроновой кислотой и карбоксиметилцеллюлозой на границе раздела несмешивающихся жидкостей водный раствор-толуол и на поверхности листьев растений. Найдено, что оптимальная адсорбция гуминовых кислот на межфазной границе достигается при концентрации гиалуроновой кислоты 30 г/л. В то же время карбоксиметилцеллюлоза снижает поверхностную активность гуминовых кислот. Показано, что комбинированный раствор гуминовых кислот и гиалуроновой кислоты повышает эффективность увлажнения листьев пшеницы по сравнению с индивидуальными растворами. Однако гуминовые кислоты оказали минимальное влияние на поглощение или распределение в растении гиалуроновой кислоты. Из глицерофосфата кальция в буфере состава 10 мМ Tris-HCl, 10 мМ MgCl2, 50 мМ NaCl в присутствии двух щелочных фосфатаз (из E. coli и из кишечника теленка) синтезировали частицы фосфата кальция при 37 ⁰C. В реакционную смесь также добавляли гуминовые кислоты. Для полученных частиц определили функциональный состав, соотношение элементов и морфологию. Было обнаружено, что за 1 сут в присутствии гуминовых кислот образуются отдельные шарики обедненного гидроксиапатита с магнием в своем составе. При проведении реакции в течение 7 сут были получены полые наносферы обедненного гидроксиапатита, в структуру которого равномерно встроены ионы магния. Предложенный метод синтеза является перспективным для получения наноматериалов на основе кальция для биомедицинских применений. Планируется: 1. Дальнейшее развитие методов получения меченных тритием соединений с использованием реакций атомарного трития. 2. Развитие комплексного подхода, включающего радиохимические и спектрофотометрические методы, а также молекулярный докинг, для исследования комплексов белков с физиологически активными соединениями. 3. Получение меченных тритием соединений и их применение: а) для исследования адсорбционных явлений, в том числе для модификации наночастиц с целью повышения их биосовместимости; б) для оценки аффинности лигандов к различным клеточным мишеням; в) для определения радиационного воздействия бета-излучения на биологические объекты. В соответствии с планом в отчётный период проведена работа по синтезу, характеризации и исследованию свойств носителей радионуклидов на основе альгината и гидроксиапатита для биомедицинских приложений. Впервые в качестве метода связывания радионуклидов 90Y и 32P с альгинатными носителями исследован изотопный обмен в водном растворе. Исследована кинетика связывания целевых радионуклидов альгинатными сферами и влияние минерализации гидрогеля на данный процесс. Проведено сравнительное исследование устойчивости синтезированных образцов в модельных биологических средах. Выявлена связь устойчивости сфер в биологических жидкостях с природой сшивающего катиона и степенью минерализации гидрогеля. В дальнейшем, предполагается продолжить исследования, относящиеся к применению гидрогелей в качестве носителей радионуклидов для целей биологии и медицины. Основное внимание будет уделено исследованию устойчивости композитных полимерных носителей в условиях близких к их целевому применению. Будут разработаны подходы к оптимизации физико-химических свойств носителей. Основным из них являются минерализация гидрогелей и использование полимерных модификаторов в синтезе радионуклидных носителей. Важной составляющей этой работы также является исследования родиационной устойчивости, синтезированных композитов. Будут продолжены работы по теме – сравнительное исследование действия ионизирующего излучения и ультразвука на биологические и биоподобные объекты. Целью этого направления является создание схем комбинированной терапии онкологических заболеваний. Работы будут проводится совместно с сотрудниками Института канцерогенеза и биологического факультета. Было исследовано комплексообразование нового 15-азакраун-5 тетра-ацетатного лиганда L с пиридином в составе макроцикла со Sc3+. Методом потенциометрического титрования были получены константы протонирования лиганда, а также константы устойчивости комплекса. Полученное значение константы комплекса ScL (lgK = 21,2) оказываются выше констант для применяемого сегодня комплекса ScNOTA (lgK = 16,5), но ниже, чем для ScDOTA (lgK= 30,8). Было проведено исследование комплексообразования L с радиоизотопом скандия 44Sc. Стоит отметить, что образование комплекса происходит уже при комнатной температуре и не требует нагревания, что является потенциальным технологическим преимуществом. При концентрации лиганда 5·10-4 M образуется более 90% [44Sc]ScL. Была исследована стабильность комплекса in vitro. В растворе биогенных катионов натрия, магния, кальция, меди, железа, цинка полученный комплекс [44Sc]ScL претерпевает существенную диссоциацию только в присутствии избытка Mg2+ (диссоциация на 40% через 4 ч). В растворе эмбриональной бычьей сыворотки крови полученный комплекс [44Sc]ScL претерпевает диссоциацию порядка 20% через 2 ч. Данный лиганд может связывать 44Sc, который является перспективным радионуклидом для ПЭТ-КТ диагностики, при комнатной тепературе, что позволяет использовать его в конъюгатах с чувствительными к нагреванию биомолекулами. Однако требуется дальнейшее исследование влияния других координирующих групп в составе лиганда на стабильность комплекса в биологических средах с целью увеличить стабильность компекса in vitro. Также адаптируется схема получения 44Sc из лабораторного генератора 44Ti/44Sc. Ранее в лаборатории был разработан генератор 44Ti/44Sc на основе экстракционно-хроматографической смолы TEVA, где в качестве элюента используется раствор смеси соляной и щавелевой кислот (0,005 M H2C2O4 + 0,065 M HCl). Применение элюента на основе щавелевой кислоты накладывает необходимость очистки полученного раствора 44Sc от оксалатов. Предложенный в литературе процесс очистки на Dowex 50×8 приводит к потерям 44Sc за счёт размытия пика 44Sc на дополнительной колонке и распада радионуклида за время проведения данной операции. Кроме того, щавелевая кислота не является безопасным компонентом препаратов для внутривенного введения, поскольку может приводить к оксалатной нефропатии из-за отложения кристаллов оксалата кальция в почках. По этим причинам целесообразно рассмотреть возможность замены щавелевой кислоты в составе элюента. В качестве альтернативы щавелевой кислоте изучены кислоты, на основе которых готовят буферные растворы для парентерального введения РФЛП: уксусная (HOAc), лимонная (H3Cit), аскорбиновая (H2Asc) и ортофосфорная. При экстракции в органический раствор 0,25 M Aliqat 336 в толуоле из раствора 0,1 M HOAc не наблюдалось извлечения 44Ti/44Sc в фазу анионообменника. Зависимости коэффициентов распределения. Показано, что коэффициенты распределения D Ti(IV) и Sc(III) уменьшаются при увеличении кислотности растворов за счёт снижения доли отрицательно заряженных форм комплексов металлов. Значения D для Ti(IV) выше в случае растворов лимонной кислоты по сравнению с аскорбиновой, при этом для всех растворов удержание Ti(IV) существенно выше, чем Sc(III), что позволяет разделить генераторную пару. Для 0,05 M H2Asc оптимальной концентрацией HCl является диапазон от 0,015 M до 0,025 M.; в случае 0,001 M H3Cit – от 0,0075 M до 0,025 M HCl. Было исследовано мечение скандием наиболее распространённого хелатора DOTA в присутствии кислот, рассмотренных в качестве альтернативы щавелевой. Помимо буферных растворов на основе аскорбиновой и лимонной кислот, также приведены данные для ацетатного (как наиболее распространённого) и оксалатного (как отрицательный пример) буферов. В среде ацетатного буфера, рутинно используемого в исследованиях мечения 44Sc, достаточно 5 минут нагрева для достижения 97% выхода реакции. Аналогичный результат демонстрирует и аскорбатный буфер, что говорит о его пригодности. Показано, что 0,1 M цитратный буфер демонстрирует постепенный рост с увеличением времени нагрева. А при снижении концентрации цитрата и одновременном использовании 0,1 M ацетатного буфера для стабилизации pH степень мечения достигает значений >95% за меньшее время. Так в присутствии 0,01 M цитрат-анионов необходимо нагревание в течение 10 минут, а при концентрации цитратов равной 0,001 M – 3 минуты. Таким образом показано, что элюенты на основе 0,05 M аскорбиновой кислоты и 0,001 M лимонной кислоты могут быть использованы для получения элюата 44Sc в форме, пригодной для синтеза РФЛП. Было также исследовано комплексообразование того же 15-азакраун-5 тетра-ацетатного лиганда L с пиридином в составе макроцикла с [90Y]Y3+. В отличие от комплекса со Sc3+, комплекс с иттрием продемонстрировал устойчивость in vitro в среде эмбриональной бычьей сыворотки как минимум в течение 1 сут при концентрации лиганда 1 мМ. В связи с чем было целесообразно оценить его стабильность in vivo при той же концентрации. Через 6 часов после инъекции наблюдается значительное снижение накопления активности в органах для комплекса, что говорит о его выведении из организма в отличие от свободного катиона иттрия. Несвязанный в комплекс [90Y]Y3+ накапливается в основном в почках, печени и костях. Накопление в данных органах есть и в случае комплекса, однако, значительно меньше (не более 3%). Это может говорить о незначительной диссоциации комплекса. Тем не менее, он практически полностью выводится из организма посредством почек. Собранные в метаболической камере образцы мочи были проанализированы с помощью тонкослойной хроматографии - Rf соответствует комплексу. Таким образом, 90Y выводится из организма в форме стабильного комплекса. Полученные результаты свидетельствуют о том, что данный комплекс перспективен для дальнейших исследований в области радиофармацевтики. В рамках НИР «Получение и использование радионуклидов и меченых соединений для целей ядерной медицины, изучения биологически значимых процессов и взаимодействия живых организмов с ионизирующим излучением» в 2025 году были продолжены исследования для создания многофункциональных препаратов для доставки радионуклидов меди (с использованием 67Cu), висмута (с использованием стабильного элемента и модельного 207Bi) и рутения (с использованием стабильного элемента и модельных 103Ru и 106Ru) на основе неорганической (ГАП) и полимерной (КМЦ) платформ. Была исследована последовательная и совместная сорбция бычьего сывороточного альбумина (БСА) в качестве транспортной молекулы крови и Cu2+/67Cu на наногидроксиапатит (ГАП). Это приводит к изменению сорбционной емкости и механизма сорбции меди, а также влияет на константы реакции сорбции. Предполагаемые лиганды для многофункциональных препаратов, обладающие высокой цитотоксичностью по отношению к лейкемическим клеточным линиям — эффекторы NO-синтазы (N-(5,6-дигидро-4H-1,3-тиазин-2-ил)бензамид (ингибитор iNOS, L1) и гидробромид N-(4-изопропилфенил)-N-(1-иминоэтил)пиперидин- 1-карботиоамида (активатор NOS, L2)) — не сорбируются на ГАП, однако комплекс 67СuL12Cl2 слабо связывается с ГАП, возможно, за счет большей сорбционной способности ионов меди, которые могут вытеснять ионы кальция. Рассмотрены возможности сорбции (связывания) этих эффекторов и/или их медных комплексов на ГАП и влияния на этот процесс бычьего сывороточного альбумина (БСА) как транспортной молекулы крови, а также совместная и последовательная сорбция ионов меди и БСА на ГАП. Получены трехкомпонентные микрогели на основе КМЦ (карбоксиметилцеллюлозы) и ионов меди(II) с иммобилизованным L1 и L2. Исследованы гидродинамические и электрокинетические характеристики этих микрогелей, демонстрирующие их оптимальный размер и высокую коллоидную устойчивость как в водной, так и в физиологической среде. Синтезированные трехкомпонентные микрогели характеризуются повышением цитотоксичности, увеличивая апоптоз лейкемических клеток линии Jurkat. Показана возможность введения ионов рутения в гидроксиапатит (ГАП) с образованием комплекса ГАП—Ru/106Ru сокристаллизационным и сорбционным путем. Морфология композита ГАП—Ru зависит от отношения Ru/Ca при введении рутения на определенной стадии синтеза ГАП. На время выхода на максимальную сорбцию сильно влияет выбранный метод синтеза ГАП и его комплекса ГАП—Ru. В случае применения метода осаждения и сокристаллизации это время составляет 1 ч, а при получении ГАП ферментативным способом (ГАПЕ) с использованием щелочной фосфатазы — 1 мин, что связано со значительно более развитой внешней и внутренней поверхностью ГАПЕ. Сорбционное связывание ионов рутения с ГАП практически необратимо. Введение радионуклидов рутения (106Ru) в подобные композиты возможно как на стадии синтеза, так и при сорбции, при этом изотопный обмен не вносит существенного вклада в данный процесс. Соединения рутения активно изучают с целью их применения в медицине. Это связано, в частности, с окислительно-восстановительным потенциалом пары RuII/RuIII. Комплексы RuIII устойчивы в биологической среде, но в раковых клетках содержание кислорода понижено по сравнению со здоровыми клетками при повышенных кислотности и концентрации глутатиона, что приводит к возникновению восстановительных условий в патологической ткани для перехода RuIII в RuII. Проведено введение ионов рутения в ГАП как сокристаллизационным, так и сорбционным путем. Сорбция рутения на порошках ГАП0 и ГАП—Ru3 показала, что время выхода на максимальную адсорбцию в обоих случаях составляет 1 ч. Сорбция на ферментативном ГАП происходит значительно быстрее (время выхода на максимальное значение около 1 мин), что связано с развитой поверхностью ГАПE, составляющей 130—300 м2•г–1. Сочетание сокристаллизационной и сорбционной методик открывает перспективы разработки тераностических радиофармпрепаратов, когда на стадии синтеза возможно введение относительно долгоживущего изотопа (например, 103Ru с периодом полураспада 39.3 сут), а короткоживущий изотоп (97Ru, T1/2 = 2.9 сут) вводится в состав препарата сорбционно непосредственно перед проведением дальнейших биологических и медицинских исследований. Проведено исследование впервые полученных двухкомпонентных микрогелей 207Bi-КМЦ c различным соотношением КМЦ/ионы висмута на распределение в организме (мышей).
5 1 января 2026 г.-31 декабря 2026 г. Получение и использование радионуклидов и меченных соединений для целей ядерной медицины, изучения биологически значимых процессов и взаимодействия живых организмов с ионизирующим излучением
Результаты этапа: -
6 1 января 2027 г.-31 декабря 2027 г. Получение и использование радионуклидов и меченных соединений для целей ядерной медицины, изучения биологически значимых процессов и взаимодействия живых организмов с ионизирующим излучением
Результаты этапа: -
7 1 января 2027 г.-31 декабря 2027 г. Получение и использование радионуклидов и меченных соединений для целей ядерной медицины, изучения биологически значимых процессов и взаимодействия живых организмов с ионизирующим излучением
Результаты этапа: -
8 1 января 2028 г.-31 декабря 2028 г. Получение и использование радионуклидов и меченных соединений для целей ядерной медицины, изучения биологически значимых процессов и взаимодействия живых организмов с ионизирующим излучением
Результаты этапа: -

Прикрепленные к НИР результаты

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