Способ получения радиофармпрепаратов класса поли-n-виниламидов с металлами группы марганца

Способ получения радиофармпрепаратов класса поли-n-виниламидов с металлами группы марганца

Реферат

Предложение относится к области химии высокомолекулярных соединений и ядерной медицины и относится к области создания полимеров-носителей для таргетного транспорта радиоактивных изотопов (радиотрейсеров, радиофармпрепаратов (РФП)) с целью диагностики новообразований организма методами однофотонной эмиссионной томографии (ОФЭКТ) с регистрацией однофотонного бета-излучения с Τ_1/2=60 мин и энергией Εγ 142.7 кЭВ (радионуклид технеций-99m) и терапии новообразований организма (радионуклид рений-188, Т_1/2=17.00 ч, Е_β=1965.4 кЭВ).

Радиоактивные изотопы технеция-99m и рения-188 в настоящее время широко приняты в клинической практике для диагностики и терапии новообразований скелета, механизмов развития опухолей различной этимологии, а также воспалительных заболеваний. В настоящее время известны способы введения изотопов этих металлов в состав низкомолекулярных носителей радиоактивных изотопов металлов [US 20050169838, 2005; US 5102990, 1992]. В качестве носителей для радиоактивных изотопов металлов используются пептиды, стероиды, рецепторные лиганды, жирные кислоты, антитела и др. [US 7179444 B2, 2009; EP 1797904 В1, 2010; EP 1051980 А2, 1999].

В настоящее время в медицинской практике более 80% исследований, проводимых методом ОФЭКТ, приходится на долю радионуклида технеция-99m (^99mТс) по причине его доступности (коммерческие генераторы), оптимальным излучательным характеристикам и достаточно большому периоду полураспада (Т_1/2 6 ч., Εγ 142.7 кЭВ) [М. Welch, M. Redwanly Handbook of Radiopharmaceuticals, 2003].

Существенным недостатком введения тяжелых металлов в состав малых молекул (например, коротких пептидов) является неизбежное нарушение природных транспортных свойств малых молекул. Удачными, но незакономерными примерами являются принятые в мировой клинической практике РФП, такие как, например, In-111 Octreoscan [US 5753627 and 5776894, 1998] и Ga-68 DOTATOC [EP 2663571 A1, 2013].

Разумной альтернативой коротким пептидам являются макромолекулы с высокой молекулярной массой (белки, антитела), поскольку введение тяжелого металла не отражается существенным образом на свойствах полученного конъюгата, например Y-90 (In-111) Zevalin® (ibritumomab tiuxetan) [US 5736137, 1998; US 5776456, 1998; US 5843439, 1998; US 6207858, 1999; US 6399061, 2002; US 6682734, 2004; US 6994840, 2006; US 7229620, 2007; US 7381560, 2008; US 7422739, 2008].

Один из существенных недостатков приводимых аналогов - это введение объемного мультидентатного бифункционального хелатного узла для связывания радиоактивного металла, что также может приводить к нарушению нативных свойств биологически активной молекулы-транспортера радиоактивного металла.

Близкими к способу являются также немодифицированные полимерные структуры, такие как циклопептиды [US 7666392, 2010], макроциклические конъюгаты [US 20110293517, 2009], линейные полиэтиленоксиды [US 5583206, 1996], графтированные декстраны [Mol. Pharmaceutics, 2011, 8 (2), рр 609-620], синтетические биологически активные полимеры [US 6352682, 2002; US 20080064841, 2007; US 7951846, 2011], из которых наиболее близкими является способ из патента US 7951846.

Существенными недостатками прототипа являются: сложная процедура выделения, очистки и идентификации биологически активных молекул-носителей радиоактивного изотопа; неконтролируемое введение хелатных узлов для связывания металла по причине наличия большого количества свободных активных функциональных амино- и карбоксильных групп; крайне высокая стоимость конечных РФП.

Технической задачей и положительным результатом заявляемого способа является получение водорастворимых полимерных комплексов, меченных радиоактивными изотопами технеция-99m и рения-188, для терапии и диагностики новообразований организма с использованием в качестве полимеров-носителей синтетических водорастворимых поликатионов - сополимеров N-виниламидов (N-винилпирролидона (ВП)) и N-виниламина (ВА), N-аллиламина (АА), содержащих свободные протонированные аминогруппы, способные к образованию стабильных Ван-дер-Ваальсовых связей с перметаллат-ионами ( 99m TcO 4 - , 188 ReO 4 - ).

Известны подобные металл-полимерные комплексы с хитозанами, устойчивые в широком диапазоне pH, а также в присутствии различных конкурентных комплексообразователей [Stumm W, Morgan JJ., Aquatic chemistry. New York: Wiley; 1996. p. 516, Park JW, Park MO, Park KK,. Bull Korean Chem Soc 1984; Vol. 5, No 3, p. 108-112].

Сополимеры-носители отличаются тем, что используются сложные сополимеры на основе класса N-виниламидов, содержащие протонированные аминогруппы (1-20 мол. %.) с молекулярной массой (5-100 кДа).

Получаемые полимерные металлокомплексы отличаются также тем, что в отличие от большинства РФП на основе радионуклидов технеция-99m рения-188 не требуют восстановления исходных перметаллатов до низковалентного состояния (+5-+1).

Способ отличается тем, что взаимодействие полимера-носителя с радиоактивным компонентом с концентрацией полимера 1-20% масс. проводят в водном растворе полимера-носителя с низким значением pH (1-2) с удельной активностью перметаллат-иона 1-4 ГБк/мл генераторного элюата.

В результате радиохимического синтеза продуцируются биологически активные сополимерные структуры, меченные радиоактивными изотопами металлов, с различными гидродинамическими характеристиками, зависящими от количества активных аминогрупп и молекулярной массы сополимера.

Поставленная техническая задача решена описываемым способом получения радиофармпрепаратов класса поли-N-виниламидов с металлами группы марганца, включающим синтез полимера-носителя радиоизотопов, содержащего аминогруппы и выполнение процесса радиомечения, при этом в качестве полимера-носителя используют водорастворимый сополимер N-винилпирролидона с аллиламином с молекулярной массой 3000-60000 Да, содержанием N-винилпирролидона m=20-70 мол. % и аллиламина n=80-30 мол. %, содержанием первичных аминогрупп 5-25 мол. %, а в качестве радиоизотопа используют соединения переходных металлов в форме перметаллатов: 99m TcO 4 - или 188 Re O 4 − / 186 Re O 4 − , при этом взаимодействие сополимера-носителя с радиоизотопом проводят прямой инкорпорацией в воде иди водно-спиртовом растворе в атмосфере инертного газа при температуре 30-97°C, pH 1÷5.5 и концентрации сополимера-носителя в растворе 5-20 масс. % в течение 0,1-1,0 часа с получением металл-полимерного конъюгата следующей общей формулы:

,

где m, n - число повторяющихся звеньев N-винилпирроилдона и аллиламина соответственно

В предлагаемом способе осуществляют получение сополимера-носителя, который включает на первой стадии сополимеризацию ВП и ВФА/АА и на второй стадии - связывание свободных аминогрупп гибкоцепного статистического сополимера с генераторными радионуклидами технеция-99m и рения-188 в кислых средах при последующей нейтрализации целевого препарата до значений pH, близких к физиологическим (pH 6.0-7.5), стабильных в течение 24 ч, как минимум.

Следует отметить, что в отличие от приведенных аналогов радиохимический синтез целевого полимерного препарата по предлагаемому способу позволяет достигать 90-95% выхода радиохимического синтеза по 99m TcO 4 - / 188 Re O 4 − , в зависимости от pH, концентрации полимера и времени реакции, и не требует дополнительной очистки конечного продукта, что является существенным преимуществом по отношению к существующим аналогам.

Излагаемая сущность данного способа раскрывается ниже на примерах его экспериментального осуществления.

Пример 1. Методика синтеза полимера-носителя (предшественника) ВП-ВА.

Сополимеризацию проводили в атмосфере аргона при 60°C в этаноле в течение 48 ч. Массовая концентрация мономеров составляла 50 масс. %, концентрация инициатора АИБН (2, 2 - динитрил азоизомасляной кислоты) - 1 масс. % от содержания мономера. Полимеры выделяли осаждением в диэтиловый эфир и очищали диализом на мембране с пределом исключения 1000 Да (Spectra/Por 7, USA) водным 2% раствором NaCl в течение 24 ч и водой также в течение 24 ч. Затем сополимеры подвергали лиофильной сушке.

Пример 2. Радиомечение полимерного носителя радионуклидами технеция-99m и рения-188 проводили по оптимизированному протоколу.

Генераторный элюат технеция-99m/рения-188 (производство ЗАО «Циклотрон», Обнинск или ФГУП НПО «Радиевый институт им. В.Г. Хлопина») с удельной активностью 1-4 ГБк/мл (0.3 мл) с pH 7.0 приливали водному раствору ВП-АА (13 кДа) (С=10^-2 М, 0.3 мл). Реакционную смесь нагревали в течение 30 мин при 80°C. Показано, что исходный перметаллат связывается полностью с сополимерным субстратом. Rf металл-полимерного комплекса составляет ≈0.6 по отношению к перметаллату (Rf≈1) в элюирующей системе ацетонитрил-0.1 М HCl (90:10). Выход радиохимической реакции составлял 90%.

Пример 3. Генераторный элюат технеция-99m/рения-188 (производство ЗАО «Циклотрон», Обнинск или ФГУП НПО «Радиевый институт им. В.Г. Хлопина») с удельной активностью 1-4 ГБк/мл (0.3 мл) с pH 7.0 приливали водному раствору ВП-ВА (40 кДа) (С=10^-2 М, 0.3 мл). Реакционную смесь нагревали в течение 50 мин при 90°C. Контроль за ходом реакции осуществляли методом ТСХ на пластинках Kieselgel 60 (Merck, Германия). Показано, что исходный перметаллат связывается полностью с сополимерным субстратом. Rf металл-полимерного комплекса составлял ≈0.6 по отношению к перметаллату (Rf≈1) в элюирующей системе ацетонитрил-0.1 М HCl (90:10). Выход радиохимической реакции составлял 95%.

Пример 4. Генераторный элюат технеция-99m/рения-188 (производство ЗАО «Циклотрон», Обнинск или ФГУП НПО «Радиевый институт им. В.Г. Хлопина») с удельной активностью 1-4 ГБк/мл (0.3 мл) с pH 7.0 приливали водному раствору ВП-АА (40 кДа) (С=10^-1 М, 0.3 мл). Реакционную смесь нагревали в течение 20 мин при 70°C. Контроль за ходом реакции осуществляли методом ТСХ на пластинках Kieselgel 60 (Merck, Германия). Показано, что исходный перметаллат связывается полностью с сополимерным субстратом. Rf металл-полимерного комплекса составлял ≈0.6 по отношению к перметаллату (Rf≈1) в элюирующей системе ацетонитрил-0.1 M HCl (80:20). Выход радиохимической реакции составлял 60%.

Пример 5. Генераторный элюат технеция-99m/рения-188 (производство ЗАО «Циклотрон», Обнинск или ФГУП НПО «Радиевый институт им. В.Г. Хлопина») с удельной активностью 1-4 ГБк/мл (0.3 мл) с pH 7.0 приливали водному раствору ВП-ВА (100 кДа) (С=10^-1 М, 0.3 мл). Реакционную смесь нагревали в течение 20 мин при 70°C. Контроль за ходом реакции осуществляли методом ТСХ на пластинках Kieselgel 60 (Merck, Германия). Показано, что исходный перметаллат связывается полностью с сополимерным субстратом. Rf металл-полимерного комплекса составлял ≈0.6 по отношению к перметаллату (Rf≈1) в элюирующей системе ацетонитрил-0.1 M HCl (80:10). Выход радиохимической реакции составлял 85%.

Таким образом, разработанные водорастворимые полимерные комплексы радиоизотопов на основе сополимеров N-виниламидов (N-винилпирролидона (ВП)), N-виниламина (ВА) и N-аллиламина (АА), содержащие протонированные аминогруппы, и способ их получения позволяет создать новые макромолекулярные радиотрейсеры, не требующие восстановления перметаллатов подгруппы марганца до низковалентных состояний. Это свидетельствует о соответствии данного технического решения всем требуемым критериям изобретения, защищаемыми патентом.

Способ получения радиофармпрепаратов класса поли-N-виниламидов с металлами подгруппы марганца, включающий синтез полимера-носителя радиоизотопов, содержащего аминогруппы, и выполнение процесса радиомечения, отличающийся тем, что в качестве полимера-носителя используют водорастворимый сополимер N-винилпирролидона с винил/аллиламином с молекулярной массой 3000-60000 Да, содержанием N-винилпирролидона m=20-70 мол.% и винил/аллиламина n=80-30 мол.%, содержанием первичных аминогрупп 5-25 мол.%, а в качестве радиоизотопа используют соединения переходных металлов в форме перметаллатов (MO₄ ^-): ^99mTcO₄ ^- или ^{186, 188}ReO₄ ^-, при этом взаимодействие сополимера-носителя с радиоизотопом проводят прямой инкорпорацией в воде иди водно-спиртовом растворе в атмосфере инертного газа при температуре 30-97°С, рН 1÷5.5 и концентрации сополимера-носителя в растворе 5-20 масс.% в течение 0,1-1,0 часа с получением металл-полимерного конъюгата следующей общей формулы: , где m, n - число повторяющихся звеньев N-винилпирролидона и винил/аллиламина соответственно, x=0, 1, M=^99mTc, ^{186, 188}Re.