МАКРОЦИКЛИЧЕСКИЕ И АЦИКЛИЧЕСКИЕ ЛИГАНДЫ, СОДЕРЖАЩИЕ ПИКОЛИНАТНЫЕ ГРУППЫ, КАК ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ХЕЛАТОРЫ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В ЯДЕРНОЙ МЕДИЦИНЕ Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

НАУЧНЫЙ ОБЗОР УДК 541.49; 544.582.3

МАКРОЦИКЛИЧЕСКИЕ И АЦИКЛИЧЕСКИЕ ЛИГАНДЫ, СОДЕРЖАЩИЕ ПИКОЛИНАТНЫЕ ГРУППЫ, КАК ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ХЕЛАТОРЫ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В ЯДЕРНОЙ МЕДИЦИНЕ

Таисия Петровна Калмыкова, Байирта Владимировна Егорова, Степан Николаевич Калмыков

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, химический факультет, кафедра радиохимии, Москва, Россия

Автор, ответственный за переписку: Таисия Петровна Калмыкова, taisia2906@ rambler.ru

Аннотация. Некоторые радионуклиды металлов можно использовать в диагностических методах визуализации новообразований, таких как однофотонная эмис-

, /99шт 111т ч

сионная компьютерная томография ( Tc, In), позитронно-эмиссионная томо-

, ,44с 64^ 68^ ч /47о 177т 212™

графия ( Sc, Cu, Ga), а также в терапевтических целях ( Sc, Y, Lu, Pb, 212/213Bi, 225Ac). Важным компонентом радиофармпрепарата на основе катионов радионуклидов является хелатор, то есть лиганд, который связывает ион радионуклида в прочный стабильный координационный комплекс. В последнее десятилетие в рамках поиска новых высокоэффективных хелатирующих молекул резко выросло число исследований, связанных с получением пиколинатных лигандов, а также характеризацией их комплексов с диагностическими и терапевтическими радионуклидами. Более того, уже синтезированы и изучены конъюгаты с биомолекулами на основе данных хелаторов. В настоящем обзоре систематизированы и проанализированы данные по связыванию катионов радионуклидов лигандами разного типа, содержащими пиколинат, а также их конъюгатами.

Ключевые слова: пиколинат, полиаминополикарбоксилаты, радиофармпрепарат, меченые иммуноконъюгаты, меченые пептиды.

Финансирование: работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 19-33-90136).

Для цитирования: Калмыкова Т.П., Егорова Б.В., Калмыков С.Н. Макроцикли-ческие и ациклические лиганды, содержащие пиколинатные группы, как потенциальные хелаторы для применения в ядерной медицине // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 2. Химия. Т. 63. № 1. С. 3-47.

SCIENTIFIC REVIEW

LIGANDS BEARING PICOLINATE GROUPS AS POTENTIAL CHELATORS FOR APPLICATION IN NUCLEAR MEDICINE

Taisia P. Kalmykova, Bayirta V. Egorova, Stepan N. Kalmykov

Moscow State University, Department of Chemisry, Radiochemistry Division, Moscow, Russia

Corresponding author: Taisia P. Kalmykova, taisia2906@rambler.ru

Abstract. Some metal radionuclides can be used in diagnostic methods for imaging, such as single-photon emission computed tomography (99mTc, 111In), positron emission tomography (44Sc, 64Cu, 68Ga), as well as for therapeutic applications (47Sc, 90Y,

© Калмыкова Т.П., Егорова Б.В., Калмыков С.Н., 2022

177Lu, 212Pb, 212/213Bi, 225Ac). An important component of a radiopharmaceutical (RP) based on radio metals is a chelator, that is, a ligand that binds a radiometal ion into a strong stable coordination complex. In the last decade, as part of the search for new highly effective chelating molecules, the number of studies related to the production of picolinate ligands and the characterization of their complexes with diagnostic and therapeutic radionuclides has sharply increased. Moreover, conjugates with biomolecules based on these chelators have already been synthesized and studied. In this review, data on the binding of cations of radionuclides by picolinate-containing ligands of various types, as well as their conjugates, are systematized and analyzed.

Keywords: picolinate, polyaminopolycarboxylates, radiopharmaceutical, labeled immunoconjugates, labeled peptides

Financial Support: the work was supported by the Russian Foundation for Basic Research (project No. 19-33-90136).

For citation: Kalmykova T.P., Egorova B.V., Kalmykov S.N. Ligands bearing picolinate groups as potential chelators for application in nuclear medicine // Vestn. Mosk. un-ta. Ser. 2. Chemistry. T. 63. N 1. P. 3-47.

Таргетный радиофармпрепарат (РФП) третьего поколения состоит из молекулы-вектора, имеющей сродство к раковой клетке, радионуклида и бифункционального хелатора, который должен ко-валентно связываться с молекулой-вектором и образовывать прочный комплекс с радионуклидом. В настоящее время в медицине в большинстве случаев применяют линейный лиганд - диэтилен-триаминпентаацетат (DTPA) и макроциклический лиганд - 1,4,7,10-тетраазациклододекан-1,4,7,10-тетрауксусную кислоту (DOTA), однако эти ли-ганды не являются идеальными для РФП, так как DTPA образует комплексы, которые кинетически нестабильны в организме, а образование комплексных соединений с DOTA характеризуется низкой скоростью, для повышения которой используется повышенная (до 100 °С) температура, что может быть неприемлемо для молекул-векторов. Недостатки DOTA и DTPA хорошо известны, однако их используют в >95% случаев для РФП таргетного действия, хотя персонализированная медицина должна включать в себя много различных вариантов для более точечного индивидуального подхода в каждом отдельном случае. Поэтому разработка новых лигандов, в том числе модификация уже зарекомендовавших себя DOTA и DTPA, остается актуальной задачей. В последние годы появляется все больше работ, посвященных новым хелаторам, в которые вводятся дополнительные донорные группы в попытке объединить качество макроциклических и ациклических полиаминов. Среди них все более перспективным представляется введение пиколинатных фрагментов: лиганды с такими заместителями показывают улучшение

термодинамических и кинетических свойств образующихся комплексных соединений. Согласно базе данных Scopus, к 2010 г. было опубликовано около 1800 статей по пиколинатным лигандам, а к началу 2021 г. их число увеличилось почти вдвое.

Пиколинатные группы, будучи бидентатны-ми, обладают уникальными координационными свойствами по отношению к разным ионам металлов. Они содержат в своем составе как «жесткие» донорные атомы кислорода, так и «мягкие» гетероциклические атомы азота, способные действовать одновременно при координации катиона металла. Было показано, что макроциклы, содержащие пиколинатные группы, обеспечивают прочное связывание ионов металлов разной химической природы, таких как Cu2+, Zn2+, Cd2+, Pb2+, Bi3+ и Ln3+.

Хелаторы Циклические хелаторы

Высокая стабильность комплексных соединений азакраун-эфиров, ярким представителем ко -торых является DOTA, с катионами радиоактивных металлов в условиях in vitro и in vivo обеспечивается предорганизацией донорных групп и меньшим вкладом энтропийного фактора при диссоциации (макроциклический эффект), в сравнении с ациклическими лигандами. В связи с этим в настоящее время синтезируется и исследуется большое количество новых лигандов этого типа. При этом большое внимание уделяется кинетическим аспектам комплексообразо-вания, что очень важно для короткоживущих

медицинских радионуклидов и чувствительных к нагреванию биомолекул.

Широко известные азакраун-эфиры с разным числом гетероатомов (рис. 1), содержащие дополнительные ацетатные группы, уже исследованы с точки зрения применимости в ядерной медицине. Эти лиганды образуют комплексы с различными катионами металлов разной степени термодинамической и кинетической устойчивости. Например, PEPA и HEHA хорошо связывают катионы большего размера, такие как Ln3+, а лиганды с меньшей полостью макроцикла, например NOTA, более эффективны в координации катионов Cu2+ [1-3]. Однако исследования in vitro и in vivo меченых соединений показали их недостаточную пригодность для использования в составе РФП. Это проявлявилось в неудовлетворительных условиях получения меченых соединений, высвобождении катионов in vitro и in vivo, сложности синтеза как самих соединений, так и их бифункциональных производных или конъюгатов. Кроме того, вследствие роста возможностей в применении диагностических и терапевтических радионуклидов для развития подходов персонализированной меди-

цины необходимо расширение круга хелаторов, пригодных для применения в ядерной медицине. Поэтому модификация уже используемых молекул привела к разработке новых лигандов, среди которых полиамины, содержащие пиколинатные группы, показывают перспективные результаты относительно различных катионов. Последним обстоятельством обусловлен стремительный рост работ по этому направлению. Циклические лиганды, содержащие пиколинатные группы, рассмотренные в настоящем обзоре, приведены в табл. 1.

Производные NOTA

Разработка новых хелатирующих макроциклов для меди(11) с подходящими физико-химическими свойствами (высокие показатели скорости комплексообразования и термодинамической стабильности образующихся комплексов, в том числе при восстановлении до Cu) является актуальной для ядерной медицины задачей. Среди различных хелаторов, существующих на сегодняшний день, NOTA (рис. 1), привлекает особое внимание, так как его конъюгаты с 64Cu стабильны in vivo. Например, конъюгат 64Си^ОТА-трастузумаб уже

Рис. 1. Лиганды NOTA (1,4,7-Триазациклононан-1,4,7-триуксусная кислота), DOTA, TETA (1,4,8,11-Тетраазациклотетрадекан-1,4,8,11-тетрауксусная кислота), PEPA (1,4,7,10,13-Пентаазациклопентадекан-1,4,7,10,13-пентауксусная кислота), HEHA(1,4,7,10,13,16-Гексаазациклогексадекан-1,4,7,10,13,16-гексауксусная кислота)

Т а б л и ц а 1

Данные по комплексообразованию катионов макроциклическими пиколинатными лигандами

Хелатор

Катион металла

lg Km

Условия мечения

Cu2+ Mn2

21,07 10,28

no1pa (nompa)

100 °С, 15 мин, рН 5,5

[4, 5]

Си2 Zn2

17,75 (20,96) 13,28 (16,49)

no1pa2py

Cu2+

25 °С, 30 мин, рН 6-7

Си2

Zn2

18,32 17,59 (lg Km2l= 21,7)

no2pa1py

[6]

Си2

Zn2

16,21 (lg Km2l= 21,4) 15,95

ag km2l= 19,2)

no3pa

[6]

Cu2 Zn2

24,0 20,39

L1(cyclen)

Продолжение табл. 1

Хелатор

Катион металла

lg Km

Условия мечения

Ссылка

132/135т 3+

La

т- 3+

Eu

Gd3 Lu3

21,17 23,46 23,31 22,82

DO3Apic

La3+

25 °С, 30 мин, рН 5,5

[9, 10]

Bi3

32

do2pa

[11]

212/213

Pb

Bi

2+

34,2 18,44

me-do2pa

Bi3+

90 °С, 15 мин, рН 7,4

[11, 12]

La3+

Ce3 Eu3 Gd3

Dy3 Yb3

16,81 16,94 18,62 18,82 18,11 18,08

bp12c4

[13]

Y3

19,89

L1(pyclen)

100 °С, 15 мин, рН 7,7-5,2

[14]

Продолжение табл. 1

Хелатор

Катион металла

lg Km

Условия мечения

L2(pyclen)

Y3

22,44

60 °С, 15 мин, рН 3-7

[14]

L3(pyclen)

Y3

23,36

80 °С, 5 мин, рН 5,2

[15]

L4(pyclen)

Y3

23,07

80 °С, 5 мин, рН 5,2

[15]

BPDPA

La3+ 12,48

Nd3+ 13,32

Gd3+ 13,62

тл 3+ Dy 14,18

т 3+ Lu 13,86

Продолжение табл. 1

Хелатор

Катион металла

lg Km

Условия мечения

Ссылка

Cu2

Zn2

te1pa

25,5 18,86

40 °С, 30 мин, рН 6,5-7,0

[8, 17-18]

Cu2

Zn2

cb-te1pa

11

3,83

[17]

bp15c5

La3+

Ce3 Eu3 Gd3

Dy3

Yb3 Lu3

12,52 12,32 12,01 11,41 10,83 9,99 10,03

[19]

macropa

La3+/Ac3+ Ce3+

Pr3+

Nd3+ Sm3+

Eu3+

Gd3+

Tb3+

3+ Dy3+

3+

Ho

Er3+

Tm3+ Yb3+

Lu3+

14,99 15,11

14.7 14,36

13.8

13.01

13.02 11,79 11,72 10,59 10,10 9,59 8,89 8,25

Ac3+

25 °С, 5 мин, рН 5,5-5,6

3+

La

25 °С, 30 мин, рН 5,5

[20]

Окончание табл. 1

Хелатор

Катион металла

lg Km

Условия мечения

Ссылка

macrodipa

La3+ 12,19

Ce3+ 12,5

Pr3+ 12,41

Nd3+ 12,25

Sm3+ 11,52

Eu3+ 10,93

Gd3+ 10,23

Tb3+ 9,68

3+ Dy3+ 9,36

3+ Ho 9,36

Er3+ 9,71

Tm3+ 10,13

Yb3+ 10,48

3+ Lu 10,64

La3+ 12,57

Ce3+ 12,82

Pr3+ 12,65

Nd3+ 12,25

Sm3+ 11,41

Eu3+ 10,86

Gd3+ 10,19

Tb3+ 10,19

3+ Dy3+ 10,49

3+ Ho 10,70

Er3+ 11,05

Tm3+ 11,43

Yb3+ 11,80

Lu3+ 11,90

[21]

macrotripa

[21]

Bi3

L2(3pa)

19,6

25 °С, 1-2 мин, рН 6 ± 0,5

[22]

прошел доклинические и клинические испытания как РФП для позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) на пациентах с раком молочной железы [23].

Модификация NOTA - лиганд nolpa (Hnompa) (табл. 1), содержащий одну пиколинатную группу, синтезирован авторами [4]. Методом потенциоме-трического титрования определено, что комплекс Cu2+ с nolpa имеет довольно высокую константу устойчивости (lg KCuL = 21,07), которая несмотря на уменьшенную дентатность схожа с lg KCuNOTA

= 21,6 [24]. Показано, что nolpa связывает и ка-

2+

тион Mn (lg KMnL = 10,28) в комплекс, который может использоваться в МРТ как альтернатива наиболее часто применяемому комплексу с Gd3+. Следовательно, можно параллельно использовать

64^ 2+ л л- 2+

этот лиганд с Си и с Mn , т.е. возможно совмещение ПЭТ и МРТ.

По теории Пирсона, Си2+ является «мягким» катионом, в связи с чем для более эффективного связывания этого катиона целесообразно введение мягких гетероциклических донорных атомов азота, например пиридиновых. При полной замене всех трех ацетатных групп в NOTA на пиридины наблюдается повышение константы до значений, неожиданно высоких для комплексов меди(11) (lg KCuL = 27,4) [6]. Модификация пиридинов до пиколинатов имеет смысл с точки зрения повышения растворимости в воде и возможности конъюгации. В ряде работ были изучены аналоги NOTA с постепенным замещением пиридинов на пиколинатные группы [6, 7]. Показано закономерное увеличение основности в ряду no1pa2py, no2pa1py, no3pa с увеличением дентатности лиганда. При этом разница в ступенчатых константах протонирования между пиридиновым и пиридиново-пиколинатными лигандами практически отсутствует, а между NOTA и новыми лигандами она более выражена, особенно по первой ступени: в случае триацетатного NOTA lg K1H ~ 12, в то время как для трипиколинатного lg K1H = 10,7 [6]. Этот факт характерен для лигандов при переходе от ацетатных аналогов к пиколинатным вследствие удлинения хелатирующей группы и соответственного уменьшения электронной плотности. Однако несмотря на небольшое повышение основности лиганда и его дентатности с увеличением числа пиколинатных групп существенно снижается константа устойчивости комплекса с трипиколинатным производным - на 3 (no2pa1py) и 5 (no3pa) порядков относительно NOTA и no1pa2py, почти достигая значения для

/-\

NH HN

Рис. 2. Лиганд tacn (1,4,7-Триазациклононан)

комплекса Cu-tacn (lg K = 15,52) (рис. 2) [25]. Более того, повышение дентатности лиганда и небольшой ионный радиус Cu2+ приводят к образованию биядерных комплексов, причем если Cu-no3pa характеризуется lg K = 16,21, то второй катион присоединяется с lg K = 5,16, что может быть следствием пространственных затруднений, а также величиной заряда уже образованного моноядерного комплекса.

Подробное исследование структуры с использованием спектроскопии электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), УФ-видимой спектроскопии, а также ЯМР и рентгеновской дифракции показало, что комплекс Cu(no1pa2py) присутствует в водном растворе в виде смеси двух изомеров [7]. В обоих случаях кислород пи-колинатной группы не участвует в координации катиона, остальные донорные атомы формируют вокруг Cu2+ искаженный октаэдр (рис. 3). Такое окружение обусловливает высокую инертность комплекса Cu(no1pa2py) не только в отношении кислотной диссоциации, но также с точки зрения электрохимической стабильности Cu2+ в составе данного комплекса. С помощью циклической вольтамперометрии показано, что даже при восстановлении до Cu+ комплекс не диссоциирует за время проведения вольтам-перометрии, что демонстрирует способность no1pa2py по крайней мере временно адаптироваться к координации меди(1) и позволяет избежать высвобождения катиона. Это контрастирует с необратимым восстановлением, обнаруженным для комплексов большинства ма-кроциклических соединений, включая NOTA, DOTA, TETA, в то время как комплексы пико-линатных циклических аналогов - L1(cyclen) и te1pa (табл. 1), а также ациклических -dedpa (табл. 2) характеризуются квазиобратимым восстановлением [8]. Эффективное связывание катиона было подтверждено и в случае микроконцентрации при использовании

V

Рис. 3. Кристаллическая структура комплекса Си(по1ра2ру)

радионуклида Си, что делает этот лиганд перспективным при создании РФП на основе 64Си для использования в ПЭТ.

С учетом возможности связывания описанными выше лигандами (64Си для ПЭТ и Мп2+ для МРТ) авторы [5] предприняли попытку би-функционализации этих лигандов с помощью люминесцирующей группы - антенны (рис. 4), ковалентно связанной с пиколинатной. Такое дополнение позволило бы совместить ПЭТ (64Си) и люминесцентный анализ или МРТ (Мп2+), а также люминесцентный анализ в пределах одной молекулы.

Возможность применения таких систем в качестве бимодальных зондов была оценена на основе экспериментов по радиоактивному ме-чению, проведенных на ИЬ1 с 64Си2+, а также анализов конфокальной микроскопии и релак-сометрических исследований, проведенных на катионном комплексе Мп(Ь2). Однако, в отличие от высокого выхода реакции мечения ис-

64^ 2+

ходного лиганда радионуклидом Си , лишь 40% 64Си2+ может быть связано в комплекс с ИЬ1. Очевидно, данный факт обусловлен модификацией хелатных свойств, индуцированных функционализацией пиколинатного фрагмента, при этом наблюдается и уменьшение квантового выхода люминесценции «антенны». Этот результат показывает, что конъюгация хелаторов по1ра2ру и по1ра с люминесцентными антен-

64

нами приводит к снижению связывания с Си, а также к снижению люминисценции, а значит эти лиганды нельзя применять при совмещении методов 64Си-ПЭТ и люминесценции. Для улучшения комплексообразования потребуются дальнейшие модификации лиганда. При этом в случае катиона 2п2+, более устойчивого к восстановлению, показано, что образование ком -плекса не оказывает существенного влияния на люминесценцию. Предварительные эксперименты по визуализации клеток с использованием наиболее люминесцентного 2п(Ь1) на клеточной линии МБА-МВ 468 показали, что катионный комплекс способен накапливаться в клетках, точнее в околоядерной области цитоплазмы и в ядрышках, как это наблюдается для комплексов лантаноидов с аналогичными молекулами, имеющими люминесцентные антенны. Комплекс Мп(Ь2) характеризуется кван-

Рис. 4. Лиганды на основе 1аеп, исследованные в работе [5]

Т а б л и ц а 2

Данные по комплексообразованию катионов ациклическими пиколинатными лигандами

Хелатор

Катион металла

lg Km

Условия мечения

Ссылка

Tpaa

Gd3+ 10,2

Ca2+ 8,5

Pb2+ 10,0

[47-48]

Dpaea

Ca2 Pb2

5,5 12,1

[47]

dedpa

Zn2+ 15,62

Cd2+ 14,45

Pb2+ 12,68

Ca2+ 5,81

Cu2+ 19,2

Ga3+ 28,1

Zn2+ 15,87

Cd2+ 15,89

Pb2+ 15,00

Ca2+ 6,07

Cu2+

25 °С, 5-10 мин, рН 5,5 Ga3+ 25 °С, 5-10 мин, рН 4,5

[49-51]

bcpc

[49]

Продолжение табл. 2

Хелатор

Катион металла

lg Km

Условия мечения

octapa

mIn3+ 26,8

Cu2+ 22,8

Mg2+ 6,12

Ca2+ 9,55(9,4)

Zn2+ 18,91

Cu2+ 22,08

Y3+ 18,3

La3+ (Ac3+) 19,92 (20,13)

Sm3+ 20,1

Eu3+ -

Gd3+ 15,3 (20,23)

Tb3+ -

3+ Dy 20,14

Yb3+ 19,9

Lu3+ 20,8 (20,49)

т 3+

In

25 °С, 10 мин, рН 5,5

3+

Lu

25 °С, 15 мин, рН 5,5

Y3+

37 °С, 60 мин, рН 5,5

Ac3+ 25 °С,

1 ч, рН 5,5

C3octapa

In3+ Lu3

24,6 18,8

In3+

25°С, 30 мин, рН 5,5

3+

Lu

25 °С, 30 мин, рН 5,5

[56]

azapa

Cu2 Ga3 In3+

Lu3

Сu2+

25 °С, 5-10 мин, рН 5,5

Ga3+ 25 °С, 5-10 мин, рН4-4,5

3+

In

25 °С, 5-10 мин, рН4,5

3+

Lu

25 °С, 5-10 мин, рН 4,5

[57]

Продолжение табл. 2

Хелатор

Катион металла

igK

Условия мечения

phospa

Zr In3+

Lu3

Ac3

Zr

37 °С, 18 ч, рН 7,4

3+

Lu

25 °С, 30 мин, рН 5,5 In3+ 25 °С, 5-10 мин, рН 4,5

Ac3+

25 °С,

1 ч, рН 5,5

[58]

decapa

In3

26,

25 °С, 10 мин, рН 5,5

[52]

La3+ (Ac3+)

Lu3+ Bi3+ In3+

19,81

28,76 28,17

p-SCN-Bn-neunpa

3+

In

25 °С, 15 мин, рН 4

3+

Lu

40 °С,

1 ч,

рН 4,0-5,5 Ac3+

25/40 °С, 1 ч рН 5,5

[59]

Окончание табл. 2

Хелатор

Катион металла

Условия мечения

pypa

Se

Y3+

In3+

Lu3

La3

26.98 21,6

29.99 22,2 19,74

Sc3+

25 °С, 15 мин, рН 2-5,5

3+

In

25 °С, 10 мин, рН 7

3+

Lu

25 °С, 10 мин, рН 7

Y3+

25 °С, 60 мин, рН 7

НО

L1(3pa)

Bi3+

28,4

25 °С, 1-2 мин, рН 6,0 ± 0,5

[22]

OxyMepa

La3+ 9,93

Ce3+ 10,74

Pr3+ 11,25

Nd3+ 11,49

Sm3+ 12,13

Eu3+ 12,15

Gd3+ 12,02

Tb3+ 12,17

3+ Dy3+ 12,18

Ho3+ 12,1

Er3+ 12,0

Tm3+ 12,05

Yb3+ 12,14

Lu3+ 12,21

[62]

но

но

Oxyapa

он

La3+

Nd3 Gd3

Er3+

Lu3

19,06

19,77

20,5

21,33

21,49

товым выходом флуоресценции, близким к 8% в CH2Cl2. В перспективе этот комплекс можно использовать для двойной визуализации, что является первым шагом на пути к созданию настоящего бимодального зонда.

Производные DOTA

Наиболее известным и широко применяемым в медицине хелатором является тетрааце-татное производное циклена - DOTA (рис. 1). В настоящее время он считается наиболее эффективным и практически универсальным хе-латором, так как образует прочные комплексы с разными катионами. Однако скорость ком-плексообразования при связывании DOTA с металлами довольно низкая, что препятствует использованию ряда короткоживущих медицинских радионуклидов. В связи с этим для увеличения скорости комплексообразования синтезируют и исследуют модификации указанного лиганда.

В статье [8] описан синтез Ll(cyclen) - нового производного циклена, содержащего одну пиколи-натную боковую группу (табл. 1). Согласно константам протонирования, введение пиколинатной группы существенно не влияет на основность атомов азота макроцикла. Обнаружено, что процесс комплексообразования Cu2+ происходит очень быстро даже в кислой среде. Детальное исследование структуры комплексов с помощью рентге-ноструктурного анализа, ЭПР и спектроскопии в УФ-видимом диапазоне показало, что коорди-

нация катиона Cu2+ в обоих комплексах HLCu и LCu осуществляется за счет пяти донорных атомов азота, а карбоксильная группа участвует только при повышении рН, достраивая координационный полиэдр до октаэдра из пентагональ-ной пирамиды (рис. 5). Несмотря на уменьшение основности СООН-группы при понижении pH, протонируется именно она, при этом атом кислорода уже не координирует Cu2+ (рис. 5, б). Это согласуется с тем, что катионы меди отдают предпочтение не атомам кислорода, а более мягким донорным атомам азота. Таким образом, лиганд Ll(cyclen) представляется перспективным для создания РФП, применяющихся в ПЭТ-визуализации или терапии.

Лиганд DO3Apic (табл. 1) [10], содержащий три ацетатные группы и одну пиколинатную, показал высокую комплексообразующую способность: константы образования с лантаноидами составляют lg KLnL = 21,2-23,5 и, так же как константы протонирования, практически не отличаются от соответствующих значений для Ln(DOTA). При этом кинетические исследования показывают, что замена одной ацетатной группы DOTA пиколинатной приводит к трехкратному увеличению скорости образования

т- 3+

соответствующих комплексов с Eu , а также значительному увеличению скорости диссоциации комплексов в присутствии кислоты. Это объясняется наличием дополнительного донор-ного атома, который может быть легко прото-нирован в Ln(DO3Apic). Кроме того, показано,

Рис. 5. Кристаллическая структура комплекса: а - Си(Ь1(сус1еп)) (депротонированная форма), б - Си(ИЬ1(сус1еп)) (при низких рН)

что, поскольку DO3Apic носит нонадентатный

у 3+ г-т, 3+

характер, его комплексы с Eu и Tb не имеют молекулы воды во внутренней координационой сфере, в отличие от комплексов октадентатного DOTA. Таким образом, замена одного ацетатного фрагмента в DOTA на пиколинатный приводит как к увеличению скорости образования со-

3+

ответствующих комплексов c eu , так и к ускорению их диссоциации в избытке кислоты при сохранении термодинамических характеристик процесса.

Благодаря продемонстрированным перспективным свойствам лиганд DO3Apic был конъ-югирован с агентом для визуализации рака простаты - DUPA (рис. 6) [9]. При ковалент-ном связывании с DUPA используется одна из ацетатных групп, поэтому в составе конъюгата DO2Apic-DUPA для координации катиона хела-тор предоставляет уже не три ацетатные группы, а две. Полученный конъюгат связывали с радиоактивной меткой 132/135La3+ (lg KLaL = 21,17 [10]). Помимо того, что эти изотопы лантана перспективны сами по себе для тераностического применения, исследование комплексов с этим катионом позволяет предположить эффективность связыва-

3+

ния его химического аналога Ac , изотоп которо-

225 д

го Ac клинически демонстрирует высокий терапевтический потенциал.

Кинетическую инертность комплексов с конъюгатом проверяли в присутствии 1000-кратного избытка диэтилентриаминпента-уксусной кислоты (DTPA, lg KLaL = 19,48) [26] при pH 7,4, когда, согласно термодинамическим константам, должно наблюдаться перехелатиро-вание La3+ лигандом DTPA. В ходе этого эксперимента была обнаружена лишь минимальная диссоциация (~10%) даже через 21 день инкубирования, что демонстрирует отсутствие влияния биомолекулы на устойчивость образуемого комплекса.

Рис. 6. Химическая структура хелатора

Для оценки изменений аффинности DUPA исследовали сродство к ПСМА-рецепторам комплексов с La3+. Сродство комплекса La-DO2Apic-DUPA к ПСМА было определено заместительным методом с использованием Tc на клетках PC-3 (аденокарциномы простаты человека). Значения по сродству La-DO2Apic-DUPA к ПСМА сопоставимы с показателями для конъюгата 68Ga-PSMA-11 [27] - клинически исследуемого визуализирующего агента для рака предстательной железы. Таким образом, ковалентное присоединение лиганда DO3Apic к таргетной молекуле не снижает существенно ее аффинность по отношению к ПСМА, что вместе с кинетической стабильностью показывает потенциал конъюгатов с DUPA in vivo.

Известно, что комплексы Bi3+ с DOTA обладают высокой устойчивостью, однако долговременное связывание при комнатной температуре (для чуствительных к нагреванию биомолекул) неприемлемо для изотопов висмута ввиду их ко -роткого периода полураспада (ri/2(213Bi) = 46 мин и T1/2(212Bi) = 60 мин). При этом использование двух пиколинатных групп вместо четырех ацетатных в DOTA [12] приводит к значительному улучшению кинетических и термодинамических характеристик комплексообразования.

Изучен также лиганд Me-do2pa и его гомолог do2pa (табл. 1) без метильных групп с катионом Pb2+, изотоп которого 212Pb (T1/2 = 10 ч) рассматривается как генератор альфа-излучаю-щего 212Bi, а также может быть использован сам по себе in vivo как генератор [11].

Константы устойчивости, определенные для комплексов с Pb2+, относительно высоки (lg KPbL = 16,44 и lg KPbL = 18,44 для do2pa и Me-do2pa соответственно) и исключительно высоки для комплексов Bi3+ (lg KBiL = 32,0 и lg KBiL = 34,2 для do2pa и Me-do2pa соответственно [12]. Полученные значения выше значений для Bi(DOTA) (lg Kbíl = 30,3).

Кинетические исследования с помощью XH ЯМР и спектроскопии в УФ-видимом диапазоне показали, что комплексообразо-вание Pb2+ и В^с Me-do2pa протекает очень быстро. Оба комплекса Pb(Me-do2pa) и Bi(Me-do2pa) быстро образуются (~2 мин) и кинетически инертны по отношению к перехелатиро-ванию и диссоциации в избытке ионов металлов, что указывает на перспективность применения Me-do2pa в альфа-радиоиммунотерапии. Пи-колинатные фрагменты имеют очевидное преимущество, заключающееся в наличии двух донорных атомов, что позволяет использо-

вать два вторичных амина макроцикла для введения бифункционализирующих групп предпололжительно без влияния на координирующую способность. Однако функционали-зация аминогрупп макроцикла может вызвать изменение кинетических характеристик комплексо-образования. Показано, что введение метильных групп в незамещенные аминогруппы макроцикла в лиганде do2pa приводит к значительному ускорению реакции комплексообразования. В любом случае остается возможным путь дериватизации через карбоксильную группу пиколината.

Ион металла в кристаллической структуре в случае обоих катионов непосредственно связан со всеми восемью донорными атомами лиганда, который принимает син-конформацию с двумя боковыми пиколинатными группами, расположенными по одну сторону макроциклической полости (рис. 7).

Другая модификация DOTA - лиганд bp12c4 (табл. 1), который в отличие от do2pa имеет в своем каркасе два атома кислорода вместо двух атомов азота, был проанализирован со всем рядом лантаноидов [13]. Образование комплекса происходит быстро, что позволяет проводить прямое потенциометрическое титрование для оценки констант стабильности. Показано, что bp12c4 образует устойчивые комплексы со всеми исследованными катионами. При этом в силу небольшого размера макроцикла lg KML сначала увеличивается в ряду лантаноидов (Ln3+), а затем практически не меняется (lg KLaL = 16,81, lg KGdL = 18,82 и lg KYbL = 18,08). Сравнение с аналогичными лигандами, имеющими больший размер краун-эфирной полости (bp15c5 и bp18c6) (табл. 1), которые более подробно будут описаны далее, показало, что комплексные соединения с bp12c4 наиболее устойчивы по всему ряду Ln3+. Таким

образом, среди этого ряда лигандов 12-членное макроциклическое кольцо bp12c4 лучше всего подходит для ионов лантаноидов [19].

Производные Пиклена

Среди радиоизотопов, доступных для терапии, 90Y (Tm = 64,2 ч, Ер = 2,28 мэВ) является одним из наиболее перспективных в-радиоизотопов, особенно при лечении крупных солидных опухолей. Как и ионы лантаноидов, Y3+ обычно образует восьми- или девятикоординированные хелаты, предпочтительно с жесткими донорными атомами, такими как отрицательно заряженные атомы кислорода карбоксилатных или фосфонатных групп, а также атомами азота аминогрупп.

Среди существующих азамакроциклических лигандов производные 12-членного тетрааза-макроциклического лиганда с пиридиновым звеном внутри кольца, часто обозначаемого как пиклен (рис. 8), менее изучены. Присутствие ароматической части придает макроцикли-ческому основному каркасу дополнительную жесткость, а также уменьшает основность краун-полости, в сравнении с его аналогом цикленом. Например, производное пиклена pcta (рис. 8) образует стабильные и нейтральные комплексы с Ln3+. Комплекс pcta с Gd3+ обладает относительно высокой протонной релаксацией из-за присутствия двух скоординированных молекул воды, такой комплекс может стать альтернативой Gd(DOTA) в качестве неспецифических контрастных агентов для МРТ. Кроме того, pcta демонстрирует быстрое хелатирование в мягких условиях, что делает pcta и его производные привлекательными кандидатами для применения в ядерной медицине.

Аналогично циклену пиклен также был функ-ционализирован пиколинатными группами [14,

Рис. 7. Кристаллические структуры комплексов: а - Bi(Me-do2pa), б - Pb(Me-do2pa)

Рис. 8. Пиклен и его производное pcta

15]. Полученное соединение объединило связывающие свойства пикленового каркаса и пико-линатной и ацетатных групп для получения нейтральных комплексов с У , которые могут стать альтернативой отрицательно заряженному У(ЭОТА)-. Кроме того, для оценки влияния взаимного расположения координирующих групп на свойства образуемых комплексов с У3+ были синтезированы четыре новых лиганда на основе пиклена, содержащие одну пиколи-натную и две ацетатные группы, расположенные симметрично (Ь1(рус1еп)) или несимметрично (Ь2(рус1еп)), а также, содержащие один ацетатный и два пиколинатных фрагмента, расположенных симметрично (Ь3(рус1еп)) или несимметрично (Ь4(рус1еп))(табл. 1).

Комплексы иттрия со всеми лигандами были синтезированы с высокими выходами (~90%) при рН 5. Термодинамические константы прото-нирования Ь1(рус1еп), Ь2(рус1еп), Ь3(рус1еп) и Ь4(рус1еп), а также константы устойчивости их комплексов с У определяли с помощью потенциометрического титрования. Константа стабильности, полученная для УЬ2(рус1еп), очень высока и значительно превышает этот показатель для УЬ1(рус1еп) (^ КУ) = 22,44 и ^ КУ) = 19,89 соответственно), несмотря на схожую основность лигандов. Константы термодинамической стабильности УЬ3(рус1еп) и УЬ4(рус1еп) оказались еще более высокими (^ КУ) = 23,36 и ^ КУ) = 23,07 соответственно), хотя у ниже, чем у У(Е)ОТА) (^ КУ) = 24,9).

В комплексах УЬ3(рус1еп) и УЬ4(рус1еп) координационная сфера катиона полностью насыщена за счет донорных атомов лиган-

да (рис. 9), что объясняет их более высокую термодинамическую стабильность по сравнению с YLl(pyclen) и YL2(pyclen) (табл. 1), где лиганды содержат только восемь донор-ных атомов.

Положение пиколинатных групп оказывает очень сильное влияние на хелатные свойства лиганда. Для комплекса YL2(pyclen) - несимметричного монопиколината на основе пи-клена - наблюдается значительное увеличение кинетической инертности по сравнению с его симметричным аналогом YLl(pyclen), более того, инертность комплекса YL2(pyclen) оказалась значительной даже по сравнению с эталонным комплексом Y(pcta). При сравнении устойчивости YL3(pyclen) и YL4(pyclen) по отношению к диссоциации комплекса видно, что первый значительно более лабилен, чем второй, что, вероятно, обусловлено слабой координацией карбоксилатной группы в YL3(pyclen). Результат этого исследования показывает, что комплексы с нейтральным зарядом YL3(pyclen) и YL4(pyclen) характеризуются более высокой термодинамической стабильностью, чем Y(DOTA)-. Кроме того, YL4(pyclen) значительно более устойчив к диссоциации.

Радиохимическая чистота меченных 90Y лигандов составила 85% (100 °C, 5 мин) для Ll(pyclen), 96% (60 °C, 5 мин) для L2(pyclen), 97% (80 °C, 5 мин) для L3(pyclen) и 98% (80 °C, 5 мин) для и L4(pyclen). Следует отметить, что получение меченых соединений с L3(pyclen) и L4(pyclen) эффективно осуществлялось в течение 15 мин даже при 20 °C (>80%). DOTA

Рис. 9. Кристаллическая структура комплексов: а - Y(L3(pyclen)), б - Y(L4(pyclen))

обычно связывает катион за 15 мин при 60 °С.

Комплекс 90УЬ2(рус1еп), в отличие от 90УЬ1(рус1еп), стабилен как в сыворотке крови человека, так и в присутствии избытка этилен-диаминтетрауксусной кислоты (БОТА), сохраняя постоянную радиохимическую чистоту (97%) в течение 72 ч. Аналогичную стабильность в сыворотке демонстрируют комплексы УЬ3(рус1еп) и Эти результаты

полностью согласуются с исследованиями термодинамической стабильности и кинетической инертности, проведенными с холодными аналогами, согласно которым УЬ2(рус1еп) более предпочтителен, чем УЬ1(рус1еп). Это означает, что новые радиокомплексы 90УЬ2(рус1еп), 90УЬ3(рус1еп) и 90УЬ4(рус1еп) характеризуются более высокой стабильностью, чем поскольку по-

следний диссоциирует почти на 10% через 24 ч в тех же условиях.

Таким образом, новые лиганды Ь2(рус1еп), Ь3(рус1еп) и Ь4(рус1еп) на основе пиклена удовлетворяют всем критериям, предъявляемым к хелаторам, которые применяются для комплек-сообразования с 90У (хорошая термодинамическая стабильность, высокая скорость комплексо-образования в мягких условиях и высокая кинетическая инертность их комплексов с У ).

Лиганд БРЭРА, структурно схожий с производными пиклена (табл. 1), содержит два пиридиновых атома азота в 12-членном макроцикле и две симметричные пиколинатные группы [16]. Согласно измерениям времени жизни люминесценции в водном растворе комплексов данного лиганда с

У 3+ тп,3+

Ей и ТЬ , они содержат одну молекулу воды. Полученные потенциометрическим титрованием константы стабильности ^ КЬпЬ = 12,5-14,2 представляются относительно низкими, в первую очередь из-за низкой основности лиганда. Данные

ЯМР указывают на октадентатное связывание лиганда через четыре донорных атома макроцикла (диазапиридинофанового фрагмента), пиридинов и карбоксилов обеих пиколинатных групп. Комплекс Gd(BPDPA)(H2O) показывает высокую скорость обмена координированной молекулы воды, наблюдаемую ранее для bp12c4 (табл. 1). Эти значения скорости обмена близки к оптимальным значениям, необходимым для эффективного контрастного агента в МРТ. Кроме того, тербие-вый комплекс BPDPA показал высокий квантовый выход люминесценции. Эти свойства могут быть интересны при разработке бимодальных зондов (МРТ + оптическая визуализация), сочетающих высокую чувствительность и пространственное разрешение двух методов. Однако низкая основность лиганда и несоответствие между полостью, создаваемой лигандом, и большим размером ионов Ln3+ приводят к значительно более низкой суммарной устойчивости комплексов BPDPA по сравнению с аналогами bp12c4.

Производные циклама

Ацетатные производные циклама ранее рассматривались как хелаторы для радионуклидов меди, однако было продемонстрировано высвобождение катиона in vivo [28]. В связи с перспективностью данного макроцикла было исследовано связывание катионов меди цикламом с пиколинатной группой (te1pa) (табл. 1) [8]. Лиганд te1pa быстро образует термодинамически стабильный комплекс с Cu2+ и при этом демонстрирует более высокую селективность к Cu2+, чем к Zn2+. Как и в циклене, содержащем пиколинат, в протонированной форме комплекса HLCu протон связан с карбоксильной группой. Более того, даже в депротонированной форме карбоксилат не участвует в координации катиона (рис. 10), а следовательно, может исполь-

«

Рис. 10. Кристаллическая структура комплекса Си(ге1ра)

зоваться как центр связывания для конъюгации с биомолекулами. Исследование кинетической стабильности комплекса в растворах с низким рН показывает значительно более высокую кинетическую инертность комплекса Си(1е1ра) по сравнению с другими комплексами Си2+ с макроцикли-ческими лигандами, описанными в литературе.

Несмотря на то, что хелатор 1е1ра показал себя перспективным для связывания Си2+, авторы статьи [17] решили ввести в лиганд этиленовый мостик оЬ4е1ра (табл. 1), так как лиганды, имеющие в своем строении такой мостик, обладают особенностью при комплексообразовании с Си2+ образовывать наиболее инертные комплексы [29-31]. Кроме того, некоторые из них уже были успешно конъюгированы с биомолекулами, а на их основе получены меченные радионуклидами соединения [32-36].

Один из основных недостатков кросс-мостиковых лигандов заключается в низкой скорости реакции комплексообразования этих соединений с катионами металлов. Это в значительной степени связано с трудностью вытеснения последнего протона свободных лигандов, которая возникает из-за очень высокой основности этих лигандов и конформационных препятствий, создаваемых жесткостью их структуры [37-39]. Поскольку от быстроты образования комплекса меди(11) зависит возможность его использования в радиофармацевтических препаратах, некоторые из наиболее инертных комплексов с поперечными мостиковыми связями могут оказаться непригодными для этих целей. При этом ранее было обнаружено, что добавление одной пиколинатной группы в макроциклы циклена и циклама приводит к неожиданно быстрому ком-плексообразованию с катионами меди(11) [8, 40-

42], поэтому было выдвинуто предположение, что такой же эффект может быть получен с аналогом циклама, содержащим этиленовые поперечные мостики.

Действительно, предорганизованная структура свободного лиганда позволяет связывать быстро Cu2+ в водных растворах в мягких условиях (мгновенно при pH 7,4) или даже при низком значении pH при комнатной температуре. Потенциометри-ческие исследования подтвердили высокую термодинамическую стабильность комплекса c Cu2+ и очень высокую селективность к Cu2+ по сравнению с Zn2+. Инертность комплекса c Cu2+ в кислой среде оценивалась спектрофотометрически, что выявило медленное высвобождение катиона из комплекса: половина комплекса диссоциирует в течение 96 дней в 5 M HClO4. Однако присутствие хлорид-ионов значительно ускоряет процесс диссоциации и в 5 M HCl половина комплекса диссоциирует уже в течение ~8 ч. Для комплекса ^(telpa) это время составляет всего 32 мин в 1 M HCl.

Таким образом, присутствие этиленового мостика приводит к улучшению свойств хелатора по сравнению с ранее изученным немостиковым аналогом telpa. Очевидно, лиганд cb-telpa является многообещающим хелатором для комплек-сообразования с Cu2+ в рамках разработки новых радиофармацевтических препаратов. Следовательно, cb-telpa может быть «привязан» к биомолекулам и использоваться в ПЭТ-диагностике и терапии. Этого можно достичь либо N-функционализацией через свободную вторичную аминогруппу, либо C-функционализацией на атоме углерода макроцикла или ароматического кольца.

В [18] описана биоконъюгация хелатора с антителом и получение меченного Cu конъюгата (рис. 11). Исследование направлено на то, чтобы определить, может ли telpa улучшить стабиль-

64

ность хелатирования Cu in vivo в случае ради-оиммуноконъюгатов, чтобы получить контраст при ПЭТ-визуализации. Te1pa был конъюгиро-ван с антителом F6 mAb (рис. 11), направленным против раково-эмбрионального антигена (РЭА). Полученный конъюгат F6-te1pa сравнивали с F6-C-DOTA, т.е. mAb F6, конъюгирован-ным с C-функционализированной DOTA.

Показано, что комплекс иммуноконъюгата с 64Cu образуется относительно быстро (за 30 мин), при этом только 4% радиоактивности перехела-тируется в присутствии EDTA. Все эти результаты сопоставимы с C-функционализированной DOTA. На мышах с привитой опухолью

Рис. 11. Активация карбоксильной группы telpa и конъюгация telpa-SNHS с 6 mAb

LS174T (раком толстой кишки) иммуноконъ-югаты 64Cu-te1pa и 64Cu-C-DOTA демонстрировали in vivo схожую неустойчивость в отношении супероксиддисмутазы (СОД), которая в обоих случаях обусловливала накопление радиоактивности в печени. Через 24 ч после инъекции радиоактивность составляла 1,6% для комплекса 64Cu с F6-te1pa и 4,3% для комплекса 64Cu с F6-C-DOTA. Однако поглощение 64Cu-F6-te1pa опухолями и распределение радиоактивности в органах через 24 и 48 ч было удовлетворительным и коррелировало с наилучшими результатами, представленными в литературе для аналогичных соединений.

Таким образом, наблюдалось небольшое высвобождение меди из радиоактивно меченного антитела in vivo. Один из лучших способов для преодоления этого недостатка заключается в создании C-функционализированного производного te1pa с конъюгированным ответвлением, таким как фенилизотиоцианат. Эта функциона-лизация позволит поддерживать отрицательный заряд пиколината при физиологическом pH и получить нейтральный общий заряд после конъюгации. Вероятно, C-функционализация te1pa не уменьшит скорости образования комплекса с 64Cu при комнатной температуре, повысит выход конъюгации и не нарушит кинетическую инертность

64

комплекса с Cu, полученного после конъюгации.

Производные PEPA

Макроциклические аналоги 15-краун-5 с пико-линатными группами менее остальных представлены в литературе. Лиганд bp15c5 (табл. 1) с двумя пиколинатными группами и двумя аминогруппами в макроцикле, схожий по строению с описанным выше лигандом bp12c4, но с большим размером

краун-эфирной полости, был синтезирован и описан в работе [19]. Лиганд Ьр15с5 сравнивали с Ьр12с4 (табл. 1) и с дипиколинатным лигандом шасгора - аналогом 18-краун-6 (табл. 1). Результаты потенциометрического титрования показали, что основность аминогрупп меняется следующим образом:

Ьр12с4 >Ьр15с5 >Ьр18с6,

т.е. с увеличением размера краун-фрагмен-та аминогруппы макроцикла все в меньшей степени могут совместно удерживать протон. Больший размер полости Ьр15с5 приводит к тому, что его комплекс с Ьа3+ обладает самым высоким значением ^ КМЬ среди комплексов с Ьп3+, плавное падение устойчивости наблюда-

3+ 3+

ется от Ьа к Ьи по мере уменьшения ионного радиуса катионов. Противоположная тенденция наблюдается для большинства классических по-лидентатных ациклических и макроцикличе-ских лигандов в водном растворе, константы устойчивости которых с ионами лантаноидов

3+ 3+

увеличиваются от Ьа к Ьи из-за увеличения плотности заряда ионов металла.

Константы стабильности, установленные для комплексов Ьр15с5, следуют тенденции, характерной для шасгора, однако уменьшение устойчивости, наблюдаемое для комплексов Ьр15с5

(1§ КМЬ = 1§ КЬаЬ - 1§ КЬиЬ = 2,5) менее выражено, чем для шасгора (^ КМЬ = ^ КЬаЬ - 1g КЬиЬ =

6,7). Соответственно, комплексы шасгора более стабильны, чем аналоги Ьр15с5 с ионами легких лантаноидов, в то время как для тяжелых лантаноидов предпочтительнее лиганд с меньшей полостью Ьр15с5. Сравнение констант стабильности, полученных для комплексов Ьр15с5 и шасгора, с константами, указанными

для соответствующих производных бисацетата, показывает, что замена карбоксилатных групп Ьа15с5 и Ьа18с6 на пиколинатные звенья приводит к повышению стабильности комплексов с большими ионами лантаноидов. Вероятно, этот факт обусловлен увеличением координационного числа (КЧ) в случае легких лантаноидов, а пиколинатные группы в силу бидентатности обеспечивают лучшее насыщение координа-цонной сферы.

Таким образом, лиганд Ьр15с5 образует умеренно стабильные комплексы с ионами лантаноидов в водном растворе. Константы устойчивости, определенные для комплексов )п(Ьр15с5), значительно ниже, чем у аналогов, полученных для Ьр12с4, но близки к константам устойчивости комплексов )п(шасгора), особенно для самых тяжелых ионов лантаноидов.

Производные НЕНА

Вследствие большого размера полости макроцикла производные 18-краун-6 рассматриваются в основном для координации катионов тяжелых металлов с большим ионным радиусом. Еще в 1986 г. авторами [43] были описаны комплексы лиганда ру2-18-апеН204 (рис. 12), содержащего пиридиновые группы, с разными катионами металлов, в том числе и )а3+. Значения логарифмов констант комплексообразования крайне низкие, в частности для )а3+. Это может быть связано с тем,

Рис. 12. Формула лиганда ру2-18-апеМ2О4

что гетероциклические атомы азота пиридина более мягкие, согласно теории Пирсона, и склонны координировать мягкие катионы металлов, а не жесткие лантаноиды.

Однако производное лиганда ру2-18-апеН204, содержащее более жесткие пиколинатные группы (шасгора) (табл. 1), показывает очень высокую стабильность с катионами ры [20] синтезировали новый лиганд шасгора (Ьр18с6), разработанный для комплексообра-зования ионов лантаноидов в водном растворе. Потенциометрические измерения показали беспрецедентную селективность шасгора по отношению к большим ионам )п3+. Среди ионов лантаноидов )а3+ и Се3+ образуют комплексы с самыми высокими значениями констант ком -плексообразования (табл. 1). С уменьшением

уч 3+ т 3+

ионного радиуса при переходе от Се к )и наблюдается резкое падение КМ). Согласно кристаллическим структурам комплексов с Оа3+и УЬ3+, ион металла непосредственно связан с десятью донорными атомами лиганда (рис. 13). Большинство связей в комплексе УЬ(Ш) короче, чем в аналогичном комплексе с Оа(Ш), однако расстояния УЬ-Ш и УЬ-Ш (2,534 и 2,884 А соответственно) больше, чем соответствующие расстояния, наблюдаемые в комплексе более крупного иона Оа(Ш) - Оё-Ш и Оа-Ш (2,522 и 2,768 А соответственно). Эти результаты предполагают более высокую степень соответствия между сайтами связывания в структуре лиган-да и сайтами связывания, необходимыми для иона металла (комплементарность) для большего иона Оа(Ш), что согласуется с падением значений КМ), наблюдаемым при переходе от

оа(ш) к уь(Ш).

В контексте такого детального исследования комплексообразования 18-членными циклами ряда лантаноидов целесообразно выявление закономерностей в зависимости от ионного радиуса и их систематизация. Как уже было сказано ранее, большинство исследуемых полиаминополикар-боксилатов обладают более высоким сродством к более тяжелым лантаноидам с меньшим радиусом, поскольку повышенная плотность заряда на ионах меньшего размера усиливает электростатические взаимодействия металл-лиганд. Однако новые синтезированные лиганды позволили создать системы с другими типами селективности в ряду лантаноидов.

На сегодняшний день выделены три типа моделей избирательности (рис. 14).

Тип I. Наиболее распространенная тенденция, показывающая систематическое увеличение К)п)

Рис. 13. Кристаллические структуры комплексов: а - Gd(macropa), б - Yb(macropa)

Рис. 14. Зависимость констант стабильности комплексов лигандов типов I, II, III с лантаноидами от ионного радиуса: 1 - ОБЕТА, 2 - ББТА, 3 - шасгора

в ряду лантаноидов. Такое поведение наблюдается для многих хорошо известных лигандов, включая EDTA, DOTA и DTPA. Зависимость lg KLnL, где L = bp15c5 (К,№-бис[(6-карбокси-2-пиридил) метилен]-1,10-диаза-15-краун-5, табл. 1), от ионного радиуса Ln3+ [19] также можно отнести к этому типу, так как при переходе от La к Gd наблюдается рост lg KML соответственно увеличению плотности заряда, а далее жесткий размер макроцикла, вероятно, не позволяет увеличивать прочность образуемых комплексов.

Тип II. При этой, реже наблюдаемой, тенденции выявлен максимум стабильности перед повторным падением. Например, этой схеме соответствует ациклический лиганд OBETA (рис. 15).

Тип III. Наименее распространенное поведение, характеное для лигандов, которые обладают избирательностью, обратно пропорциональной размеру катиона, т.е. неординарным термодинамическим предпочтением больших ионов Ln3+ по сравнению с малыми. Эта картина наблюдалась в лигандах, содержащих большой макроцикл, таких как macropa (табл. 1).

Общая черта этих трех моделей селективности состоит в том, что все они имеют макси-

т 3+

мальное сродство только к одному иону Ln . Основываясь на данных по лиганду macropa, авторы [21] изучили другие лиганды, содержащие 18-членные макроциклы и пиколинат-ные группы. В частности, они исследовали

Рис. 15. Формула лиганда OBETA

Рис. 16. Зависимость констант стабильности комплексов шасгоШра (1) и шасгойра (2) с лантаноидами от ионного радиуса

шасгоШра и шасгоШра (табл. 1) с двумя и тремя пиколинатами соответственно. Эти макроциклы представляют собой циклические аналоги ациклического лиганда ОхуМера (табл. 2), который является схожим, хотя и уменьшенным, набором донорных атомов. В ходе исследований координации лигандами шасго&ра и шасгоШра ионов Ьп3+ авторы [21] обнаружили, что оба ли-ганда претерпевают значительные конформаци-онные изменения при переходе от координации больших ионов к малым. Эти конформационные изменения определяют новый тип селективности с одним минимумом и двумя максимумами стабильности в серии Ьп3+ - тип IV (рис. 16).

Для более тяжелых лантаноидов комплексы шасгойра значительно более стабильны, чем комплексы шасгоШра, вследствие большей основности шасгойра. Совокупность данных ЯМР показывает, что существует значительное кон-

формационное различие между комплексами этих лигандов с Ьа3+ и Ьи3+. Для обоих лигандов ион Ьа3+ инкапсулирован в 18-членное макроци-клическое ядро, которое координирует катион за счет всех шести гетероатомов. Более того, боко-

т 3+

вые пиколинатные группы связываются с Ьа с двух противоположных сторон макроцикла, что приводит к 10-координированным комплексам. Третий пиколинатный донор шасгойра в координации не участвует (рис. 16). В соответствии с данными ЯМР комплекс Ьа(шасгоШра) имеет искаженную симметрию С2. При этом комплексы обоих лигандов с Ьи3+ показывают существенно различающиеся координационные структуры. В частности, в силу меньшего размера катиона и жесткой структуры макроцикла не все гетероатомы краун-эфирной полости

3+

принимают участие в связывании Ьи : только два атома азота и один эфирный кислород из ма-

Рис. 17. Кристаллические структуры комплексов: а - )а(шасго&ра), б - )а(шасго1пра),

в - )и(тасго&ра)

кроцикла. Координационная сфера дополнена четырьмя донорными атомами от двух пиколинат-ных групп и молекулой воды, что в сумме дает координационное число 8 для )и3+ (рис. 17).

На основании данных ЯМР и рентгенострук-турного анализа становится очевидным, что тасго&ра и тасгойра имеют различные кон-формации в зависимости от того, связывают они большие или малые ионы )п3+. При координации ионов большего радиуса, таких как )а3+, ион полностью инкапсулирован в полость макроцикла, при этом катион координируется пи-колинатными группами с обоих сторон макроцикла. При связывании тяжелых лантаноидов

3+

меньшего размера, таких как )и , для координации необходима только часть макроцикла и пиколинатные фрагменты располагаются по одну сторону от полости лиганда. Способность этих лигандов резко изменять свои конформа-ции, чтобы соответствовать размерам ионов металлов, позволяет объяснить картину селективности типа IV.

Таким образом, дано описание двух лиган-дов, которые демонстрируют тенденцию селективности по ряду лантаноидов, отличную от ранее известных в литературе. Найденная закономерность может найти применение для разделения )п3+ и в ядерной медицине. Существенные конформационные изменения лиган-дов тасгоШра и тасгойра при переходе от координации легких )п3+ к тяжелым обеспечивает высокую термодинамическую стабильность как

3+

для лантаноидов в начале ряда, так и для )п в конце ряда. Сравнение тасгоШра и тасгойра показало, что положение минимума и общую величину термодинамической стабильности в ряду )п3+ можно настраивать модификацией этих лигандов.

Ввиду высокой эффективности связывания )а3+ лигандом тасгора и химической близости

Ас3+ и )а3+ было проведено большое исследование по получению и характеризации комплексов 225Ас с тасгора и его иммуноконъюгатом [44] (рис. 18). Предварительно была оценена кине-

3+

Рис. 18. Формула конъюгата тасгора-ИР8-70 (ЯР8-70 - молекула, специфичная к простатическому

специфическому мембранному антигену)

т 3+ т 3+

тическая инертность комплексов с La и Lu путем инкубирования комплексов в избытке EDTA или DTPA - хелаторов, которые имеют более высокое термодинамическое сродство, чем macropa к ионам Lu3+ и La3+ (lg KLuEDTA = 19,80 и lg KLaDTPA = 19,48) [27]. Ион Lu3+ был трансхела-тирован в течение 1 мин после добавления 10 эквивалентов EDTA, тогда как комплекс La3+ оставался неизменным в течение 21 дня в присутствии 1000 эквивалентов DTPA. Эти результаты показывают, что, несмотря на сильное термодинамическое сродство DTPA к La3+, высокая инертность комплекса La(macropa) ингибирует трансхелатирование в необходимом временном масштабе.

Эксперименты по мечению показали, что macropa образует комплекс c 225Ac в концентрации, которая на 2 порядка ниже, чем в случае DOTA. Хелатирование происходит быстро, полное комплексообразование 225Ac с лигандом macropa завершается за 5 мин при комнатной температуре, тогда как получение меченого комплекса с DOTA происходит в течение 5 мин при 80 °C. При этом 225Ac(macropa) представляет собой высоко инертный комплекс, который так же стабилен, как и 225Ac(DOTA) in vitro и in vivo. Для конъюгации с биомолекулой лиганд macropa был функционализирован тиоцианатной группой через атом углерода пиридина одного из пиколинатов и успешно конъюгирован с двумя различными типами векторов: антителом, специфичным к раку груди (трастузумаб), и небольшой молекулой, аффинной к клеткам рака простаты (RPS-070). Оба конъюгата macropa демонстрировали быструю кинетику радиоактивного мечения при комнатной температуре, образуя комплекс с радиохимиче-

225

ской чистотой >98% менее чем за 20 мин. Ac-macropa-RPS-070 демонстрировал селективное накопление в опухоли рака простаты у мышей, при этом не наблюдалось накопления 225Ac ни в одном другом органе в течение 4 дней.

Лиганд macropa использовали также в качестве хелатора в биоконъюгате с DUPA (рис. б) для связывания 132/135La [9] (lg KML= 14,99). Лиганд macropa оказался лучшим хелатором, чем DOTA (производное DO3Apic), описанное ранее. Получение меченого конъюгата осуществляли более эффективно с maCTopa, чем с DO3Apic. В отличие от DO2Apic-DUPA, для которого наблюдалось снижение радиохимического выхода при комнатной температуре по сравнению с не-функционализированным лигандом DO3Apic, для конъюгата maCTopa-DUPA не наблюдалось

снижения радиохимического выхода, его свойства полностью соответствовали свойствам исходного шасгора. Было также показано, что комплексы

132/135т

La остаются интактными в течение нескольких часов in vivo.

Таким образом, как в случае небольших молекул, так и в случае производных антител частичное использование пиколинатной хела-тирующей группы шасгора для конъюгации не оказало влияния на получение и стабильность меченого соединения, а также на аффинность к клеткам. Вероятно, внедрение бифункциональных хелаторов шасгора будет способствовать дальнейшему развитию клинических иссле-

225

дований с Ас. Кроме того, шасгора является

132/135

идеальным хелатором для La.

Добавление ароматического пиридин-би-самидного фрагмента в макроцикл 18-краун-6 приводит к раскрытию макроцикла [45], а наличие трех ацетатных групп способствует образованию комплексов с висмутом умеренной стабильности (лиганд L6 (рис. 19)) [46]. С этих позиций целесообразно исследование пиколи-натного аналога, проведенное в работе [23], где описан синтез пиридин бисамидного аналога heha с тремя пиколинатными группами -L2(3pa) (табл. 1) и исследовано его комплексо-образование с Bi3+. Лиганд L2(3pa) демонстрирует комплексообразование с Bi3+ с константой устойчивости почти на 2 порядка ниже ацетатного аналога, что подтверждается и в экспериментах по получению меченых комплексов: для выхода реакции >95% необходимо 1,0 и 0,4 мМ L2(3pa) и L6 соответственно. Кроме того, в присутствии 100-кратного избытка сывороточных белков диссоциация 50% радионуклида происходит в течение 10 и 180 мин из комплексов с L2(3pa) и L6 соответственно.

НО

Рис. 19. Формула лиганда пиридинбисамид-18-азакраун-б триацетат ^б)

Ациклические хелаторы

При разработке ациклических хелаторов важно разработать лиганды, которые сохраняют быструю кинетику связывания с катионом, но демонстрируют кинетическую инертность, сравнимую с макроциклами. В связи с этим в попытке добавить предорганизованности таким лигандам в качестве хелатирующих групп предложено использовать в том числе пиколинатные фрагменты. За последние 20 лет опубликованы сообщения о получении большого числа таких лигандов и их комплексообразовании с катионами разной природы, включая медицинские радионуклиды. В табл. 2 представлены лиганды, рассматриваемые в настоящем обзоре.

Браеа, 1раа

В анализируемой серии полиаминов основной единицей служит третичный амин с одним или двумя ^раеа) и тремя (1раа) пиколинатны-ми заместителями.

Авторы [48, 63] синтезировали лиганд 1раа (табл. 2) и описали его комплексы с Ьп3+. Будучи гептадентатным, 1раа образует комплекс

с в котором координированные внутрис-

ферные молекулы воды обеспечивают лучшие свойства, чем клинически используемые в настоящее время контрастные МРТ-агенты на основе октакоординированных полиаминокарбок-силатных комплексов. Анализ РСА комплексов 1раа с серией Ьп3+ показал, что с наибольшим ионом Ьа3+ 1раа формирует трехмерную каркасную структуру (КЧ = 9 и КЧ = 10), димерные структуры образуются с Ш3+-УЬ3+ (КЧ = 9), а мономерная - с Ьи3+ (КЧ = 8) (рис. 20).

Исследования релаксации протонов координированных молекул воды при воздействии магнитного поля позволили предположить, что высокая релаксирующая способность, характерная для комплекса О^раа), является следствием более короткого расстояния между протоном связанной воды и что

обусловлено равновесием между трис( аква)-и бис(аква)-комплексами. Наблюдаемая высокая скорость водообмена, вероятно, связана с наличием низкоэнергетического барьера между 10-, 9- и 8-дентатной структурами. Низкая растворимость комплекса с 1раа препятствует его практическому применению в качестве

Рис. 20. Кристаллические структуры комплексов: а - Ьа(1раа), б - №(1раа), в - Ьи(1раа)

контрастного агента для МРТ, однако введение заместителей в пиридиновые кольца позволяет увеличить растворимость лигандов, и поскольку комплекс Gd(tpaa) демонстрирует высокую скорость обмена с координированной водой, это может способствовать получению контрастных агентов с более длительным временем корреляции вращения и, как следствие, с более высокой релаксацией.

В работе [47] получен и исследован лиганд с двумя пиколинатными заместителями dpaea (табл. 2), изучены комлексы dpaea и tpaa со свинцом и кальцием, их кристаллическая и молекулярная структуры, а также стабильность. В конструкции нового лиганда dpaea одна пи-колинатная ветвь отсутствует (по сравнению с tpaa), это способствует лучшей адаптации к стереохимически активной неподеленной паре свинца, что приводит к значительному увеличению сродства и селективности в отношении Pb2+.

Вследствие наличия большего числа донор-ных атомов по сравнению с ацетатными аналогами (иминодиуксусной (IDA) и нитрилотриук-сусной (NTA) кислотами) с обоими катионами наблюдалось образование комплексов только

в соотношении 1:1. Кроме того, если для Са2+ увеличение основности 1раа закономерно приводит к небольшому повышению ^ К (табл. 2), то в случае РЬ2+ менее дентатный dpaea образует более устойчивые комплексы, что авторы [47] связывают с лучшей подстройкой лиганда к наличию стереохимически активной неподе-ленной электронной пары (НЭП): согласно РСА донорные атомы лиганда занимают только четверть координационной сферы (рис. 21). При этом в комплексе с 1раа (рис. 21) третий пиколи-натный фрагмент лиганда находится на заметно большем расстоянии от катиона, оставляя зазор в координационной сфере для размещения НЭП свинца. Вследствие такого связывания третий пиколинатный фрагмент координирует катион очень слабо, возможно, создавая при этом пространственные затруднения для НЭП.

Таким образом, высокая растворимость в воде лиганда dpaea, быстрое комплексообразо-вание, обратимое связывание при низком рН, позволяющее полностью восстановить лиганд в его исходной форме, и высокая (по сравнению с кальцием) селективность по свинцу, делают dpaea кандидатом для применения в качестве экстрагирующего агента при очистке питьевой

Рис. 21. Кристаллические структуры комплексов: а - Pb(H2tpaa)Cl, б - Pb(Htpaa),

в - Pb(Hdpea)Cl, г - Pb(dpea)(H2O)

Рис. 22. Формула бифункционального хелатора dipin

воды от катионов свинца. Однако в качестве компонента терапевтического РФП в комплексе с 212РЬ dpaea не пригоден, поскольку значения ^ К недостаточно высоки, а доступность катиона для конкурирующих хелаторов в составе комплекса позволяет предположить быструю диссоциацию и высвобождение радио-уклида в биологическиой среде. Последнее нашло подтверждение при исследовании медных комплексов бифункционального производного dpaea-dipin (рис. 22) [64]. Несмотря на то, что значения К для Си^рт не были рассчитаны, схожесть координационного окружения катионов в кристаллических структурах комплексов РЬ^раеа и Си^рт позволяет предположить аналогичную картину диссоциативной устойчивости. Меченный 64Си комплекс Cu-dipin-биотин оказывается неустойчивым в среде сывороточных белков: почти 80% радионуклида перехелатировано белками в течение 1 ч инкубирования, что свидетельствует о неэффективности dpaea для связывания катионов в среде конкурирующих лигандов.

Производные Dedpa

Добавление одной аминогруппы к dpaea повышает дентатность лиганда и приводит к значительному увеличению ^ К комплексов dedpa с разными катионами (табл. 2) по сравнению с dpaea (табл. 2) [49-51, 65]. Согласно РСА, лиганд dedpa, предоставляя шесть до-норных атомов, образует искаженно октаэдри-

^ 2+ гу 2+

ческое окружение вокруг катионов Си , /п и Cd2+ (рис. 23). Кристаллы dedpa с РЬ2+ содержат

тетрамерные структурные единицы Pb.(dedpa),,

nu2+ 4 4

в которых четыре иона Pb соединены мостико-выми связями карбоксилатных атомов кислорода. На рис. 23, д представлен фрагмент кристалла Pb4(dedpa)4. В тетрамерной единице каждый

nu2+ 4

ион Pb напрямую связан с шестью донорными атомами лиганда, а седьмая связь соединяет с кислородом соседнего звена dedpa.

Последние достижения в позитронно-эмис-сионной томографии (ПЭТ)/компьютерной томографии стимулировали разработку препаратов для визуализации этим методом перфузии миокарда. Генераторный радионуклид 68Ga, используемый в ПЭТ, привлекает внимание разработчиков средства для визуализации сердца. Авторы [51] показали, что линейный хелатор dedpa (табл. 2) координирует 67Ga с образованием 67Ga(dedpa) в течение 10 мин при комнатной температуре. Координация dedpa с

68 67

Ga или Ga происходит с высоким выходом даже при очень низкой концентрации лиганда (10-7 М). В двухчасовом конкурентном эксперименте с человеческим апотрансферрином 67Ga(dedpa) не диссоциировал.

В работе [65] авторы синтезировали семь новых производных на основе каркаса dedpa (рис. 24). Эти лиганды образуют липофиль-ные катионные комплексы при координации

67/68^ 3+ i ~

Ga в мягких условиях в течение 10 мин при комнатной температуре. Все соединения были исследованы на устойчивость к трансфер-рину in vitro. Исследования биораспределения in vivo на мышах показали, что четыре из семи исследованных комплексов (16-19) обеспечива-

Рис. 23. Кристаллические структуры комплексов: а - Zn(dedpa), б - Cd(dedpa), в - Сu(dedpa),

г - Pb(dedpa), д - фрагмент кристалла Pb(dedpa)

ли значительно улучшенный клиренс крови, легких и почек по сравнению с ранее описанными производными. Два комплекса с lg P > 1,1 (18, 19) показали накопление в сердце в течение 2 ч, причем один из них (19) оказался более эффективным, чем коммерчески используемый в настоящее время препарат на основе 82Rb+. Дальнейшая работа над наиболее многообещающей серией включает синтез и исследование липо-фильных производных dedpa с уменьшенным числом ароматических компонентов в целях уменьшения липофильности и, соответственно, поглощения печенью при сохранении высокого постоянного аккумулирвания сердцем.

Производные dedpa

Известно, что добавление циклического фрагмента в ациклический лиганд, как в случае CHX-DTPA, снижает энтропийный вклад при диссоциации комплекса, что повышает инертность меченых соединений в присутствии конкурирующих соединений, в том числе in vivo [66]. Аналогичный подход, примененный к лиганду dedpa, позволил синтезировать лиганд bcpc, в котором циклогек-сил введен между алифатическими аминогруппами [49]. При этом для маленьких катионов

Zn2+ и Ca2+ изменение значений lg K практически не наблюдается, для большего катиона Cd2+ константа увеличивается на 1,4 порядка, а наибольшее увеличение (lg K = 15) происходит для комплекса PbL, что приводит к повышению селективности Pb/Zn и Pb/Ca. Координация катиона лигандом bcpc остается искаженно-октаэ-дрической (рис. 25).

Бифункциональные хелатные альтернативы аминокарбоксилатным макроциклам NOTA и DOTA для применения c радиоизотопами Ga3+ в диагностической ядерной медицине исследовали в [51]. Описаны две бифункциональные версии dedpa (рис. 26), причем обе координируются с Ga при комнатной температуре в течение 10 мин, что свидетельствует об отсутствии видимого влияния бифункционализации dedpa через алифатические аминогруппы на координирующую способность лиганда.

Таким образом, бифункциональные производные dedpa координируются с изотопами Ga3+ в мягких условиях (комнатной температуре) при высокой удельной активности за короткое время реакции, что делает их идеальным каркасом для дальнейшей конъюгации с пептидами. Высокий радиохимический выход и высокая удельная ак-

ын ны

n n

он НОЧ

о

о

О---О

7Г Ч О

\-0Н ноЧ

с

)

о о

У он ноЧ^ с о

dedpa

13

14

15

О

о-

\

3

о о

V-0-

о-

о

он но о о

16

17

18

19

Рис. 24. Производные с1ес1ра

и) и)

Рис. 25. Кристаллическая структура комплекса: Cd(BCPC)

тивность продуктов устраняют необходимость в трудоемкой очистке с помощью ВЭЖХ, что является основным преимуществом для короткоживу-щего изотопа 68Ga. Кроме того, биораспределение меченных 67Ga комплексов с бифункциональными лигандами 3 и 7 в организме лабораторных мышей согласуется со стабильностью in vitro и делает эти платформы удачной основой для разработки новых биоконъюгатов для связывания Ga3+.

В работе [67] авторы исследовали конъюгаты 3 и 7 с пептидом. Синтезированы пептиды RGD-

1 и RGD-2 (рис. 27). Подтверждена способность конъюгированных лигандов координировать изотопы Ga3+ в течение 10 мин при комнатной температуре и концентрации 1 нмоль. Ком -плекс 67Ga(RGD-1) был более стабильным (92% через 2 ч), чем 67Ga(RGD-2) (73% через

2 ч) в эксперименте с трансферрином. Оценки in vivo (ПЭТ-визуализация и биораспределение у мышей RAG2M с опухолями) соответствующих комплексов с 68Ga (68Ga(RGD-1) и 68Ga(RGD-2)) выявили значительный клиренс из нецелевых органов, таких как мышцы, почки и печень, но при этом отмечено их высокое накопление в крови, вероятно, из-за связывания радиохимических комплексов с белками сыворотки. Поглощение опухолью, наблюдаемое для мономера 68Ga(RGD-1), сравнимо с тем, что описано в литературе для других мономерных конъюгатов с использованием аналогичных моделей in vivo [68, 69]. Несмотря на более высокую аффинность связывания с рецептором av03, димер не проявлял повышенного поглощения опухолью по сравнению с мономером. Невысокий клиренс из кровеносного русла ранее наблюдался у более гидрофильных комплексов с каркасом dedpa; однако было продемонстрировано улучшение клиренса крови за счет увеличения ли-пофильности комплекса при сохранении мягких условий мечения и высокой стабильности [65]. Таким образом, удалось успешно синтезировать

Рис. 26. Бифункциональные производные dedpa 3 и 7

hn

S [ ;

Q p

>-он H04

h>j vih \ nh

!> H к

nh2

HC

h2n h

Tl VT

' -MU ~ OH HO

hn nh^o о о

nh nh,

HO

h] í j

о 1

H

RGD-1

RGD-2

Рис 27. Химические структуры конъюгатов пептидов rgd-1 и rgd-2

U) (Л

U) On

cRGDyK

Л г

cRGDyK

RGD-1

RGD-2

Рис. 28. Производные dedpa с пептидом cRGDyK

и применить первые бифункциональные версии dedpa для конъюгации с вектором и последующей визуализацией.

Конъюгаты dedpa c пептилами (cRGDyK, рис. 28) были изучены с точки зрения связывания изотопов меди [50]. Эксперименты по стабильности в сыворотке конъюгатов, меченных Cu, выявили перехелатирование 10 и 6% радионуклида из комплексов Cu(RGD1) и Cu(RGD2) (рис. 27) в начальный момент времени эксперимента, в отличие от хелатора dedpa, для которого наблюдалось только 3% высвобождения радионуклида в присутствии белков сыворотки через 2 ч инкубирвоания. Таким образом, из-за низкой сывороточной стабильности конъюгатов с 64Cu in vitro в течение 24 ч комплекс оказался непригодным для применения in vivo.

Лиганд octapa тоже является производным dedpa, в котором алифатические аминогруппы функционализированы ацетатами. Показано, что этот лиганд, сочетающий в себе ацетатные и пиколинатные хелатирующие фрагменты (табл. 2), является перспективным хелатором для связывания различных катионов металлов. В исследовании [52] показано, что комплекс octapa c In3+ характеризуется лучшими свойствами по сравнению с «золотыми стандартами» DTPA и DOTA. Комплекс с 111In получают при комнатной температуре в течение 10 мин (удельная активность до 2,3 мКи/ нмоль, радиохимический выход 97,5%). Эти комплексы стабильны in vitro в сыворотке крови мышей в течение 24 ч. Соответственно, in vivo комплекс 111In(octapa) также характеризуется быстрым клиренсом и стабильностью по сравнению с 111In(DOTA), что проявляется в более низких показателях накопления в почках, печени и селе-

1 13

зенке через 24 ч.

Изучение ЯЫ? H/ C комплекса In(octapa) показало, что в растворе при комнатной температуре этот комплекс существует в виде одного изомера, в то время как в случае In(DTPA) и In(DOTA) образуются несколько изомеров, что, вероятно, и обеспечивает большую устойчивость в случае In(octapa). Потенциометрическое титрование показало, что термодинамическая константа образования In(octapa) lg KInL = 2б,8, что значительно выше значений этого параметра для In (DTPA) и In (DOTA) (lg KInL = 21,4 [26] и lg KInL = 22,2 [70] соответственно). Таким образом, исследования показали, что ациклический хела-тор octapa является перспективной альтернативой DTPA и даже DOTA для применения в однофо-тонной эмиссионной компьютерной томографии (ОФЭКТ) с 111In.

В ряде работ [53-55, 71-72] было изучено комплексообразование хелатора ос1ара (табл. 2) с ионами лантаноидов. Согласно более поздним работам, константы комплексоо-бразования лантаноидов (Ьа3+-Ьи3+) с о^ара, определенные разными физико-химическими методами рН-потенциометрического титрования, а также спектрофотометрических и ре-лаксометрических измерений, приблизительно равны между собой (табл. 2) и выше значений для соответствующих комплексов с БЭТА. Этот факт связан с немного более высокой основностью и дентатностью о^ара, а комбинация более мягких пиридиновых, более жестких алифатических атомов азота и жестких атомов кислорода карбоксильных групп привела к тому, что в отличие от БЭТА изменений в ^ К по ряду лантаноидов не наблюдается [54, 72]. Только комплекс с катионом другого РЗЭ У3+ представляется чуть менее устойчивым ^ КУЬ = 18,3 [55] (табл. 2).

1 13

Исследования ЯМР Н и С в растворах Э20 позволили установить октадентатное связыва-

т 3+

ние лиганда с ионами Ьп посредством всех донорных атомов о^ара [71]. На примере ком-

3+ 3+

плексов Ей и ТЬ люминесцентные измерения показали, что молекула воды завершает координационную сферу Ьп3+ до КЧ = 9. Интересно, что из-за неэффективной передачи энергии от

3+

пиридина к Ьп квантовые выходы люминес-

3+ 3+

ценции Ей и ТЬ оказались ниже, чем в случае ацетатных лигандов. Анионные комплексы Ьп(Ь)(Н20)] (Ьп = Ьа, Ьп = Рг, Ьп = Оф также были охарактеризованы теоретическими расчетами как в вакууме, так и в водном растворе. Структуры комплексов, полученные в результате этих теоретических расчетов, согласуются с экспериментальными данными по структурам в растворах, что подтверждено исследованиями с помощью ЯМР (сдвиги, вызванные лантаноидами, и увеличение скорости релаксации). Эти благоприятные релаксационные свойства открывают интересные перспективы для разработки новых и более эффективных контрастных агентов для МРТ.

На основе данных ЯМР- и ВБТ-расчетов можно предположить, что аналогичное строение с дополнительной молекулой воды имеют комплексы оС:ара с У3+ [55].

Помимо эффективности связывания трехза-рядных лантаноидов показано, что константы устойчивости комплексов оС:ара с 2п2+ и Си2+ характеризуются еще более высокими значени-

ями (lg KZnL = 18,91 и lg KCuL = 22,08) [54]. ЯМР-спектроскопические исследования, спектро-фотометрия в УФ-видимом диапазоне, а также DFT-расчеты указывают на гексадентатное связывание лиганда с Zn2+ и Cu2+. При этом ацетатные группы лиганда не участвуют в координации, очевидно, вследствие предпочтения более мягких донорных атомов азота и невысокого значения КЧ. Однако, как это часто наблюдается для комплексов с ациклическими хелаторами, диссоциация комплексов с octapa сопоставима или даже более выражена, чем в случае DTPA и EDTA. Этот факт был продемонстрирован на примере комплекса с Gd3+ в присутствии микромолярного количества Cu2+. Однако наличие сывороточных белков, т.е. конкурирующих хелаторов, не приводит к диссоциации комплексов In3+ и Lu3+ с octapa даже в течение 24 ч [56].

Таким образом, основное преимущество ациклической хелатирующей системы octapa по сравнению с макроциклическими хелаторами, такими как DOTA, заключается в способности связывать радионуклид быстро при комнатной температуре, что может сократить время радиоактивного мечения (<15 мин), упростить производство радиофармпрепаратов и помочь в сохранении целостности антител и иммуннореактив-ности во время радиоактивного мечения, несмотря на возможные проблемы с высвобождением катиона из комплекса. В связи с этим были синтезированы и протестированы иммуноконъюга-ты с octapa.

Бифункциональное производное ациклического хелатора octapa p-SCN-Bn-octapa (рис. 29) впер-

Рис. 29. Бифункциональный хелатор p-SCN-Bn-octapa

вые описано в статье [53]. Хелатор конъюгиро-ван с НЕК2-антителом трастузумабом и помечен

111т 177т 90,,-

радиоизотопами In, Lu, а также Y с высокой радиохимической чистотой [53, 73]. Поведение полученных радиоиммуноконъюгатов in vivo исследовали на мышах с привитым раком яичников и сравнивали с аналогичными радио-иммуноконъюгатами, включающими наиболее часто применяемый хелатор DOTA. Конъюгаты octapa-трастузумаб показали более быструю кинетику радиоактивного мечения с воспроизводимым выходом —94-95% (как и конъюгаты CHX-DTPA-трастузумаб, полученные в более мягких условиях - 15 мин, 25 °С), чем конъюгаты на основе DOTA-трастузумаба, где выход составлял -50-88% (60 мин, 37 °C) [53, 73]. Мягкие условия радиомечения, обеспечиваемые octapa-трастузумабом, способствовали чрезвычайно высокой иммунореактивности конъю-гатов, что определено, с помощью клеточных экспериментов in vitro с использованием клеток SKOV-3 (рака яичников): 99,9 ± 0,02% для 111In-octapa-трастузумаба и 98,7 ± 0,8% для 177Lu-octapa-трастузумаба. Для сравнения: значения, определенные для ш1п^ОТА-трастузумаба и т1п-17^и^ОТА-трастузумаба составляют 93,2 ± 0,5 и 95,2 ± 0,2% соответственно. Эти исследования позволили получить более корректные профили биораспределения in vivo и более эффективные результаты визуализации ОФЭКТ для 111In-octapa-трастузумаба и 177Lu-octapa-трастузумаба по сравнению с ш1п^ОТА-тра-стузумабом и 17^и^ОТА-трастузумабом, а именно: повышенное накопление в опухоли и более высокое соотношение опухоль/нормальные ткани.

Трастузумаб представляет собой устойчивое антитело, обычно выдерживающее условия мече-ния, необходимые для DOTA, поэтому использования octapa не требуется, хотя он обеспечивает более мягкие условия радиомечения. Однако при работе с антителами, которые более чувствительны, чем трастузумаб, и менее толерантны к повышенной температуре и увеличенному времени реакции, хелатор с более простой кинетикой реакции, такой как p-SCN-Bn-octapa, может стать наиболее пригодным. Высокие и воспроизводимые радиохимические выходы (>95%), которые обеспечивает octapa, важны, поскольку антитела являются самым дорогим компонентом этих радиоактивно меченных систем иммуноконъюгатов. Выходы, полученные с DOTA (50-90%), могут привести к потере до 50% этих дорогостоящих соединений и радиометаллов и затруднить получение опре-

деленных доз в условиях клинической радиофармацевтики. К преимуществам octapa относится то, что потенциометрическое титрование, спектроскопические измерения и длительные эксперименты в среде сыворотки крови показывают, что этот универсальный хелатор образует термодинамически стабильные и кинетически инертные координационные комплексы с изотопами Ln3+ и In3+. Важно отметить, что согласно результатам биораспределения комплексы ш1п-ойара-трастузумаб, 17^и-ойара-трасту-зумаб и 90У-о^ара-трастузумаб специфически и избирательно накапливаются в ксенотран-сплантатах рака яичников SKOV-3 in vivo аналогично конъюгату CHX-DTPA-трастузумаб [73], но в большей степени, чем конъюгаты DOTA-трастузумаб [53]. Кроме того, визуализация ОФЭКТ показывает, что ш1п-ойара-тра-стузумаб и 17^и-ойара-трастузумаб способны визуализировать НБЯ2-положительные опухоли in vivo с отличным контрастом и высокими соотношениями активности опухоли к фону, создавая изображения, аналогичные полученным с использованием 111In- DOTA-трастузумаб и 17^и^ОТА-трастузумаб. А в случае 90У-о^ара-трастузумаб наблюдается так же значительное снижение роста опухоли по сравнению с контролем. Таким образом, ациклический хелатор octapa характеризуется сопоставимыми параметрами радиоактивного мечения, выгодно отличающимися от DOTA, а также демонстрирует стабильность и эффективность in vivo, в том числе в составе иммуноконъюгата, что делает его подходящим для создания высокоэффективных радиоиммунофармацевтиче-

Рис. 30. Бифункциональное производное p-SCN-Bn-C3octapa

111 177 90

ских препаратов, меченных In, Lu или Y.

Ациклические лиганды С3 octapa (табл. 2) и p-SCNBn-C3octapa (рис. 30) были впервые синтезированы и описаны авторами [56]. Эти новые лиганды сравнивали с ранее изученными ли-гандами octapa (табл. 2) и p-SCN-Bn-octapa (рис. 29), чтобы определить, в какой степени добавление одного атома углерода к основной цепи лиганда повлияет на координацию металла, стабильность комплекса и пригодность, в конечном итоге, для радиофармацевтического применения in vivo. Хотя к C3octapa был добавлен только один атом углерода, а атомы металлов и дентатность остались прежними, его радиохимические свойства радикально изменились, что подчеркивает важность тщательного конструирования лигандов.

Согласно потенциометрическому титрованию, константы образования lg KML ниже для комплексов In3+ и Lu3+ с C3octapa по сравнению с таковым для лиганда octapa, что обусловлено меньшей склонностью указанных катионов к формированию шестичленных хелатных циклов, по сравнению с пятичленными. Данная тенденция уже отмечалась при сравнении комплексов РЗЭ с ТЕТА и DOTA.

Кроме того, ЯМР-спектроскопия позволила выявить, что In(C3octapa) и Lu(C3octapa), в отличие от аналогичных комплексов с octapa, образуют большее количество изомеров в растворе. Этот факт косвенно указывает на невысокую устойчивость комплексов с C3octapa. Схожие результаты были получены с помощью расчетов DFT: комплексы с In(C3octapa) и Lu(C3octapa) оказались гораздо менее симметричными, чем с octapa, что свидетельствует о более низкой симметрии и меньшей жесткости. Таким строением обусловлена высокая степень диссоциации комплексов 111In и 177Lu с C3octapa: в течение 5 дней инкубирования в сыворотке крови было установлено, что стабильность иммуноконъюгатов 111In-octapa-трастузумаб и 111In-C3octapa-тра-стузумаб составила 91 и 24%, а стабильность иммуноконъюгатов 177Lu-octapa-трастузумаб и 177Lu-C3octapa-трастузумаб составила 89 и 4% соответственно.

В качестве другого варианта заместителей у алифатических аминогрупп в dedpa можно рассматривать триазолы, которые помимо предоставления ароматического донорного атома азота могут выступать линкерами для конъюгации с биомолекулами. Новый ациклический триазол-содержащий бифункциональный хелатор azapa (табл. 2) описан в статье [57]. Показано, что для

Рис. 31. Кристаллические структуры комплексов: а - In(azapa), б - Cu(azapa)

Л 2+ Т 3+

катионов Cu и In координация лигандом azapa различается: в первом случае участвует только основной каркас dedpa и формируется искаженное октаэдрическое окружение, а во втором дополнительно координируются один триазол и молекула воды, приводя к суммарному КЧ = 8, нехарактерному для этого катиона (рис. 31). В работе [57] рассматривали azapa как альтернативу DOTA, изучая комплексы этого лиганда

64^ 67^ 111т

с катионами радионуклидов Cu, Ga, In и 177Lu. В отличие от DOTA, azapa количествен-

64^ 67^ 111т

но связывает радиоактивные Cu, Ga, In и 177Lu за 10 мин при комнатной температуре. Однако конкурентные эксперименты in vitro с сывороткой крови человека показали, что только комплексы с катионами Cu2+ остаются диссоциированными и за 20 ч инкубирования только 2%

Рис. 32. Бифункциональное производное p-SCN-Bn-phospa

радионуклида перехелатируются сывороточными белками. В то же время с Ga3+, Lu3+ и In3+ наблюдалось высвобождение 30-50% радионуклида в аналогичных условиях в течение 1-24 ч. Вследствие липофильного характера молекулы однозначно выявить стабильность комплекса 64Cu(azapa) in vivo не удалось, так как накопление в печени хараткерно и для свободного катиона вследствие наличия в этом органе определенных ферментов. В любом случае клиренс 64Cu(DOTA) происходил значительно быстрее, чем липофильного нейтрального 64Cu(azapa). Для более точного понимания необходимо либо провести исследование с бимолекулой, либо заменить бензильные заместители на гидрофильные группы.

Использование фосфатных групп для хелати-рования представляется логичным в силу образования прочных фосфатных комплексов со многими катионами, а также ввиду сродства этих групп к биологическим системам. Кроме аминокарбок-силатных в качестве дополнительных групп на платформе dedpa апробированы и фосфонатные группы в хелаторе phospa (табл. 2), а также его бифункциональное производное p-SCN-Bn-phospa (рис. 32) [58], дана оценка возможности

г 89т 111т

образования меченых комплексов с Zr, In и 177Lu. Более того, p-SCN-Bn-phospa (рис. 32) был успешно конъюгирован с трастузумабом. Иммуноконъюгат phospa-трастузумаб метили 111In с выходом 70-90% при комнатной температуре в течение 30 мин, тогда как мечение 177Lu в тех же условиях давало более невоспроизводимые выходы (40-80%), а получение меченого конъюгата с 89Zr даже при температуре 37 °C осуществлялось с максимальным выходом 12%

за 18 ч. Эксперименты по стабильности в сыворотке крови человека показали, что комплекс 1111п-рИо8ра-трастузумаб остается недиссоции-рованным на 52% через 5 дней при 37 °C, в то время как 177Ьи-рИо8ра-трастузумаб полностью диссоциирует (остается интактным только на 2%), чем обусловлено отсутствие связывания радиоактивности с опухолью in vivo и накопление комплекса в костях.

Проведена ОФЭКТ / КТ-визуализация на мышах с ксенотрансплантатами рака яичников SKOV-3. Обнаружено, что 1111п-рИо8ра-трасту-зумаб успешно идентифицирует и визуализирует небольшие (~2 мм в диаметре) опухоли из окружающих тканей, несмотря на значительное накопление его почками и костями из-за умеренной неустойчивости комплексов. Таким образом, авторы [58] показали, что рИо8ра не превосходит ранее изученный оСара для комплексообразова-

111т 177т 89^

ния с In и Lu, но радиоактивное мечение Zr протекает лучше для рИо8ра, чем для оСара.

Производные Decapa

Ойара представляет собой дипиколинатное

производное EDTA, а decapa является дипико-

линатным производным DTPA. Соответственно,

в decapa имеются 10 донорных атомов и обрат 3+

зуемый с In комплекс характеризуется высоким значением термодинамической константы устойчивости (табл. 2) [52]. Несмотря на вышесказанное и высокую стабильность in vitro в присутствии сывороточных белков, сравнимую с In-DOTA и In-DTPA, в условиях in vivo при введении комплекса 111In-decapa наблюдается

111т

заметное накопление In в печени, костях, селезенке и почках. Возможно, что в этом случае основным путем диссоциации является не пере-хелатирование белками в силу высокой стабильности в сыворотке, а трансметаллирование за счет присутствующих in vivo катионов микроэлементов. Одним из путей трансметаллирова-ния является образование биядерного комплекса (Ш^есара-М), который в случае Ш^есара может реализоваться за счет свободной хелати-рующей группы. Согласно DFT-расчетам одна пиколинатная группа не участвует полностью в координации катиона в Ш^есара. Данное предположение в некоторой степени подтверждается результатами, полученными при исследовании бифункционального производного decapa-^и^а, в котором средняя ацетатная группа

заменена на бензил изотиоцианат (табл. 2) [59]. В таком варианте остаются 9 координирующих

т 3+

донорных атомов, а комплекс с In оказывается стабильным не только in vitro (>97%), но и in vivo (отсутствие накопления в печени, костях и селезенке, в отличие от In-decapa). При этом изменение в константах протонирования ли-ганда и комплексообразования с In3+ практически отсутствует (табл. 2). Быстрое связывание катиона радионуклида при комнатной температуре позволило сравнить меченный радионуклидом mIn через neunpa трастузумаб с аналогичным конъюгатом, содержащим CHX-DTPA в качестве бифункционального лиганда. Показано, что если синтез меченого соединения происходит более эффективно, то аккумулирование в опухоли менее выражено для neunpa-трастузу-маб, что можно объяснить различием в зарядах комплексов In(neunpa) и In(CHX-DTPA).

Для катионов La3+ и Bi3+ установлены достаточно высокие значения lg K (табл. 2), однако

177т

получение меченного Lu комплекса с neunpa проходило с очень низким выходом (12%,) что повзоляет предположить неэффективное связывание радионуклидов РЗЭ*.

Замещение средней алифатической аминогруппы в neunpa на пиридиновую дает лиганд рypa, который уже проявляет сродство к катионам In3+ и РЗЭ [61, 74]. Этот лиганд, как и CHX-DTPA, может проявлять высокую эффективность (кинетическую инертность образуемых комплексных соединений) благодаря наличию частично жесткой ароматической части в ациклической цепи.

Показано, что константы комплексообразования с катионами РЗЭ высоки, но наибольшие значения lg KML наблюдаются для Sc3+ и In3+ (табл. 2) [60, 61].

В водном растворе (pH 7) комплекс Sc(pypa) представлен в виде двух изомерных форм, структуры которых были предсказаны с помощью DFT-расчета. Комплексы pypa с радиоактивными 44Sc, 111In, 177Lu образуются при комнатной температуре в течение 15 мин (pH 2,0-5,5) при концентрации лиганда 10-6 М, в результате чего образуется комплекс, который является высокостабильным (>99%) в сыворотке крови мыши и человека в течение суток и более. Получение ме-

44

ченных Sc комплексов при низких значениях рН приводит к более высокому радиохимическому выходу при более низкой концентрации, воз-

*С катионом Bi3+ необходимо проведение дополнительных исследований.

Рис. 33. Лиганд pypa, бифункциональное производное pypa и конъюгат pypa-C7-PSMA617

можно, из-за легкого гидролиза Sc3+. Подобная эффективность мечения наблюдалась с PSMA (простатоспецифический мембранный антиген) pypa-C7-PSMA617 (рис. 33) при pH 5,5 (25 °С, 15 мин). Препарат вводили мышам с привитой опухолью. Кинетическая инертность комплекса показана in vivo. Неожиданно было обнаружено, что кажущаяся молярная активность сильно влияет на фармакокинетику радиоактивных индикаторов, при этом более низкая молярная активность резко снижает фоновые накопления, особенно в почках, и дает гораздо более высокий контраст между опухолью и фоном. Важно, что долговременная стабильность in vivo показывает, что pypa - многообещающий хелатор для катиона скандия, радиоизотопы которого 44Sc и 47Sc могут быть использованы для иммуно-ПЭТ-визуализации и таргетной радиотерапии.

Легкая и универсальная бифункциональность, обеспечиваемая группой p-OH в центральном пиридиновом мостике каркаса pypa, позволяет включать множество линкеров для биоконъю-гирования посредством простого нуклеофиль-ного замещения. Хелатор pypa (табл. 2) и его бифункциональный аналог íBu4pypa-C7-NHS (рис. 33), конъюгированный с пептидомимети-

ком, нацеленным на простатоспецифический мембранный антиген (РЬМЛ) (С1и-игеа-Ьу8), и их связывание с 1п3+ и Ьи3+ были описаны в статье [61]. Чтобы комплексообразование не повлияло на аффинность к клеткам, а биомолекула не изменила хелатирующую способность лиганда, в качестве линкера между рура и биомолекулой был выбран алкил. Профили биора-

111т 177т

спределения конъюгатов, меченных 1п и Ьи, различаются, но наиболее многообещающим

177т

является конъюгат с Ьи, который демонстрирует более высокое удержание в опухоли при значительно более быстром выведении из нецелевых (непораженных) тканей, открывая путь к потенциальному тераностическому применению. Рура очень ценен также для борьбы с другими видами рака, в частности, он эффективен в радиоиммунотерапии, где необходимы мягкие условия радиомечения из-за чувствительности антител к температуре и рН.

Ьс и У являются популярными изотопами с соответствующими периодами полураспада для иммуно-позитронно-эмиссионной томографии (иммуно-ПЭТ). В работе [60] синтезировано бифункциональное производное лиганда рура (рурарИепу1-НСЬ), конъюгиро-ванное с моноклональным антителом ТЯС105

и меченное обоими радионуклидами для исследования долгосрочной стабильности in vivo каждого комплекса. В то время как меченный

44с

Sc радиоактивный индикатор продемонстрировал многообещающую фармакокинетику и стабильность у мышей с ксенотрансплантатом рака молочной железы (4T1), даже при длительном взаимодействии с белками сыворотки крови. Нарастающее накопление 86Y в костях указывает на высвобождение радионуклида in vivo, демонстрируя, что pypa не подходит для связывания иона Y , несмотря на высокую термодинамическую стабильность комплекса Y(pypa).

Для дальнейшего изучения этой лабильности in vivo был проведен расчет функциональной теории плотности (DFT) для предсказания геометрии Y(pypa). Эти результаты сравнили с результатами для аналогичных комплексов с ка-

3+ 3+

тионами Sc и Lu : все три комплекса имели одну и ту же координационную геометрию (т. е. искаженную квадратную антипризму), но связи металл-лиганд были намного длиннее в Y(pypa), чем в Lu(pypa) и Sc(pypa). Полученная информация указывает на то, что размер связывающей

3+

полости слишком мал для иона Y , но подходит для ионов Lu3+ и Sc3+. Следует отметить, что такие свойства, как термодинамическая стабильность и инертность in vitro не всегда отражают инертность комплекса in vivo, особенно при длительной циркуляции в кровеносном русле радионуклидного комплекса, связанного с моно-клональным антителом. Хотя pypa представляет собой хелатор, который теоретически соответствует КЧ иона Y3+, его связывающая полость, вероятно, гораздо больше подходит для мень-

3+ 3+

ших ионов металлов, таких как Sc и Lu .

Введение терминальных аминогрупп, которые значительно повышают общую основность

лиганда, позволяет получить еще один тип ациклических лигандов [22]. Комплекс ациклического лиганда Ь1(3ра) (табл. 2), содержащего 3 пиколинатные группы, с катионом висмута описан в [22]. Лиганд обладает множеством основных сайтов, координирующих катионы в широком диапазоне рН. Константа комплексо-образования с катионом висмута достаточно высока (табл. 2), и образование комплекса происходит при комнатной температуре в течение 1-2 мин, но в среде сывороточных белков наблюдается высвобождение радионуклида. Причем в 10-кратном избытке сыворотки комплекс показывает высокую кинетическую инертность, тогда как в 100-кратном избытке большое число хелатирующих агентов приводит к диссоциации комплекса.

Для связывания жестких катионов лантаноидов были предложены лиганды (производные ОВЕТА), схожие с оСара, но с добавлением в середине полиаминной цепи эфирного атома кислорода - ОхуМера и Охуаара (табл. 2, рис. 15) [62]. ОхуМера представляет собой лиганд, который при добавлении двух доноров ацетата дает Охуаара. В отличие от ОхуМера и Охуаара, третичные аминогруппы в ОВЕТА (рис. 15) функ-ционализированы всего четырьмя ацетатными группами. Дана оценка констант протонирова-ния этих хелаторов и констант устойчивости их комплексов с Ьп3+. Оба лиганда термодина-

т 3+

мически предпочитают тяжелые Ьп меньшего ионного радиуса. Значения констант комплек-сообразования (^ КЬиЬ = 12,21 и g КЬиЬ = 21,49 для ОхуМера и Охуаара соответственно) указывают на то, что Охуаара образует комплексы со значительно более высокой стабильностью, чем ОхуМера, очевидно, в силу большей основности за счет ацетатных групп. Кроме того, несмотря

б

ф О I О

0(Llu

ч / \\ N

/ 9

Рис. 34. Кристаллические структуры комплексов: а - Lu(OxyMepa), б - Lu(Oxyapa)

на одинаковое число донорных атомов у OBETA и OxyMepa, первый образует значительно более стабильные комплексы с Ln3+, чем второй. Такой результат можно объяснить тем, что для этого класса лигандов связывающие свойства одного донора пиколината не соответствуют свойствам связывания двух ацетатов. Напротив, Oxyaapa образует более стабильные комплексы с Ln3+, чем OBETA (lg KLuL= 17,93). В этом случае два дополнительных донорных атома Oxyaapa обеспечивают дополнительную стабилизацию.

При переходе от большого иона La3+ к меньше-

т 3+

му Lu кинетическая инертность комплексов по отношению к высвобождению катиона в присутствии 1000-кратного избытка DTPA увеличивается, показывая тренд типа I (описанный в разделе «производные HEHA») в константах термодинамической устойчивости, обсуждавшейся выше. Комплексы Oxyaapa значительно более инертны, чем комплексы OxyMepa, что может быть следствием лучшего экранирования катиона за счет большего количества донорных групп, а также ввиду отсутствия скоординированной молекулы воды. Кристаллическая структура комплекса Lu-OxyMepa (рис. 34) показывает, что координационная сфера Lu3+ включает восемь донорных атомов, семь из которых получены от лиганда OxyMepa, а восьмой - от координированной молекулы H2O. Структура комплекса Lu-Oxyaapa (рис. 34) показывает, что все девять донорных атомов этого лиганда координируются непосредственно с лантаноидным центром, препятствуя координации молекул растворителя. Два ацетата на третичных атомах азота связывают металлический центр с противоположных сторон.

Интересная особенность этих двух систем ли-гандов заключается в больших конформационных сдвигах, которые имели место при связывании ионов лантаноидов разных размеров. Сделано предположение, что присутствие дополнительного жесткого донора кислорода из основной цепи эфира приведет к повышению стабильности. Измерение термодинамической стабильности не показало значительного увеличения сродства по сравнению с родственными хелаторами, такими как Pypa (табл. 2) и Octapa, которые содержат меньше доноров кислорода. Отсутствие значительного увеличения аффинности можно объяснить тем фактом, что эфирные атомы кислорода в общем смысле являются более слабыми донорами, чем пиридин, независимо от положений теории жестких и мягких кислот и оснований. В любом случае кинетическая инертность Lu-Oxyaapa оказалась достаточно высокой, поэтому необходимы

дополнительные исследования, изучающие ис-

177

пользование этого лиганда в РФП с Ьи.

Заключение

Большое разнообразие существующих хелато-ров, а также многообещающие результаты, полученные для некоторых из них, могут создать впечатление, что создание и исследование новых ли-гандов уже не является актуальной задачей. Однако настоящий обзор показывает, что не всегда можно предугадать, насколько быстрой будет кинетика комплексообразования, насколько стабильным будет комплекс, особенно когда происходит конъюгация с биологическими векторами (пептидами, антителами), которые могут кардинально изменить свойства хелатора. На комплексообразование оказывает влияние большое число различных факторов, таких как полярность, заряд, дентатность лиганда, тип донорного атома (Ы, О и др.), а также кинетика, на которую в первом приближении оказывает влияние структура лиганда (макроцикли-ческая, ациклическая). Таким образом, создание РФП для конкретных целей требует разнообразия хелаторов, чтобы можно было легко получить эффективный комплекс того или иного катиона радионуклида. Лиганды, содержащие пиколинатные группы, привлекают особое внимание в последнее десятилетие. Будучи не просто бидентатными, а сочетающими в себе мягкий ароматический атом азота и жесткий кислород карбоксильной группы, они открывают новые возможности, механизмы и тенденции в связывании катионов. Кроме того, наличие между донорными атомами цепочки из двух атомов углерода создает условия для образования пятичленных хелатов при координации катиона, что способоствует эффективному комплексообра-зованию. Представленные в обзоре данные показывают, насколько разнообразные по химической природе металлы могут связывать лиганды, содержащие пиколинатные группы. Установлено, что введение даже одной пиколинатной группы может значительно улучшить термодинамические и кинетические свойства комплекса даже в условиях восстановления катиона (при восстановлении Си2+ до Си), в отличие от широко используемых ацетатных аналогов. Модификация пиколинатными фрагментами лигандов может повысить их растворимость в воде, а также упростить конъюгацию с биологическими векторами.

В этом обзоре представлены последние тенденции исследований комплексов различных металлов, перспективных для применения в медицине, с лигандами, содержащими пиколинатные группы, а также конъюгатов на их основе.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Deal K.A., Davis I.A., Mirzadeh S., Kennel S.J., Brechbiel M.W. // J. Med. Chem. 1999. Vol. 42. N 15. P. 2988.

2. Kodama М., Koike T., Mahatma A.B., Kimura E. // Inorg. Chem. 1991. Vol. 30. N 6. P. 1270.

3. Pippin C.G., Kumar K., Mirzadeh S., Gansow O.A. // Chemistry. 1990. Vol. 23. N 11. P. 227.

4. Molnár E., Camus N., Patinec V., Rolla G. A., Botta M., Tircsó G., Kálmán F. K., Fodor T., Tripier R., Platas-Iglesias C. // Inorg. Chem. 2014. Vol. 53. N 10. P. 5136.

5. Guillou A., Galland M., Roux A., Váradi B., Gogolák R.A., Le Saëc P., Faivre-Chauvet A., Beyler M., Bucher C., Tircsó G., Patinec V., Maury O., Tripier R. // J. Inorganic Biochemistry. 2020. Vol. 205. P. 110978.

6. Guillou A., Lima L.M.P., Roger M., Esteban-Gómez D., Delgado R., Platas-Iglesias C., Patinec V., Tripier R. // European J. Inorganic Chemistry. 2017. Vol. 18. P. 2435.

7. Roger M., Lima L.M.P., Frindel M., Platas-Iglesias C., Gestin J.-F., Delgado R., Patinec V., Tripier R. // Inorg. Chem. 2013. Vol. 52. N 9. P. 5246.

8. Lima L.M.P., Esteban-Gómez D., Delgado R., Platas-Iglesias C., Tripier R. // Inorg. Chem. 2012. Vol. 51. N 12. P. 6916.

9. Aluicio-Sarduy E., Thiele N.A., Martin K.E., Vaughn B.A., Devaraj J., Olson A.P., Barnhart T.E., Wilson J.J., Boros E., Engle J.W. // Chemistry, 2020. Vol. 26. N 6. P. 1238.

10. Regueiro-Figueroa M., Bensenane B., Ruscsak E., Esteban-Gomez D, CharbonniHre L.J., Tircsj G., Tjth I., de Blas A., Rodriguez-Blas T., Platas-Iglesias C. // Inorg. Chem. 2011. Vol. 50. P. 4125.

11. Lima L.M.P., Beyler M., Delgado R., Platas-Iglesias C., Tripier R. // Inorg. Chem. 2015. Vol. 54. P. 7045.

12. Lima L.M.P., Beyler M., Oukhatar F., Le Saec P., Faivre-Chauvet A., Platas-Iglesias C., Delgado R. // Chem. Commun. 2014. Vol. 50. P. 12371.

13. Pálinkás Z., Roca-Sabio A., Mato-Iglesias M., Esteban-Gómez D., Platas-Iglesias C., de Blas A., Rodríguez-Blas T., Tóth E. // Inorg. Chem. 2009. Vol. 48. N 18. P. 8878.

14. Le Fur M., Beyler M., Molnár E., Fougère O., Esteban-Gómez D., Tircsó G., Platas-Iglesias C., Lepareur N., Rousseaux O., Tripier R. // Chem. Commun. 2017. Vol. 53. P. 9534.

15. Le Fur M., Beyler M., Molnár E., Fougère O., Esteban-Gómez D., Tircsó G., Platas-Iglesias C., Lepareur N., Rousseaux O., Tripier R. // Inorg. Chem. 2018. Vol. 57. N 4. P. 2051.

16. Roca-Sabio A., Bonnet C.S., Mato-Iglesias M., Esteban-Gómez D., Tóth E., de Blas A., Rodríguez-Blas T., Platas-Iglesias C. // Inorg. Chem. 2012. Vol. 51. N 20. P. 10893.

17. Lima L. M. P., Halime Z., Marion R., Camus N., Delgado R., Platas-Iglesias C., Tripier R. // Inorg. Chem. 2014. Vol. 53. N 10. P. 5269.

18. Frindel M., Le Saec P., Beyler M., Navarro A.-S., Sai-Maurel C., Alliot C., Chérel M., Gestin J.-F., Faivre-Chauvet A., Tripier R. // RSC Adv. 2017. Vol. 7. P. 9272.

19. Roca-Sabio A., Mato-Iglesias M., Esteban-Gómez D., de Blas A., Rodríguez-Blas T., Platas-Iglesias C. // Dalton Trans. 2011. Vol. 40. P. 384.

20. Roca-Sabio A., Mato-Iglesias M., Esteban-Gómez D., Tóth E., de Blas A., Platas-Iglesias C., Rodríguez-Blas T. // J. Am. Chem. Soc. 2009. Vol. 131. N 9. P. 3331.

21. Hu A., MacMillan S.N., Wilson J.J. // J. Am. Chem. Soc. 2020. Vol. 142. N 31. P. 13500.

22. Sinenko I.L., Kalmykova T.P., Likhosherstova D.V., Egorova B.V., Zubenko A.D., Vasiliev A.N., Ermo-laev S.V., Lapshina E.V., Ostapenko V.S., Fedorova O.A., Kalmykov S.N. // J. Radioanalytical and Nuclear Chemistry. 2019. Vol. 321. P. 531.

23. Woo S.K., Jang S.J., Seo M.J., Park J.H., Kim B.S., Kim E.J., Lee Y.J., Lee T.S., An G.I., Song I.H., Seo Y., Kim K.I., Kang J.H. // J. Nucl Med. 2019. Vol. 60. N 1. P. 26.

24. Bevilacqua A., Gelb R.I., Hebard W.B., Zompa L.J. // Inorg. Chem. 1987. Vol. 26. N 16. P. 2699.

25. Van der Merve M.J., Boeyens J. C.A., Hancock R.D. // Inorg. Chem. 1985. Vol. 24. P. 1208.

26. Martell A.E., Smith R.M. Critical stability constants, V.1, Springer, 1974, N.Y., P. 20.

27. Eder M., Schafer M., Bauder-Wust U., Hull W.-E., Wangler C., Mier W., Haberkorn U., Eisenhut M. // Bioconjugate Chem. 2012. Vol. 23. P. 688.

28. Bass L.A., Wang Mu., Welch M.J., Anderson C.J. // Bioconjugate Chem. 2000. Vol. 11. N 4. P. 527.

29. Odendaal Y., Fiamengo A.L., Ferdani R., Wadas T.J., Hill D.C., Peng Y., Heroux K.J., Golen J.A., Rheingold A.L., Anderson C.J., Weisman G.R., Wong E.H. // Inorg. Chem. 2011. Vol. 50. P. 3078.

30. Pandya D.N., Dale A.V., Kim J.Y., Lee H., Su H.Y., An G., Yoo J. // Bioconjugate Chem. 2012. Vol. 23. P. 330.

31. Esteves C.V., Lamosa P., Delgado R., Costa J., Désogere P., Rousselin Y., Goze C., Denat F. // Inorg. Chem. 2013. Vol. 52. P. 5138.

32. Boswell C.A., Sun X., Niu W., Weisman G.R., Wong E.H., Rheingold A.L., Anderson C.J. // J. Med. Chem. 2004. Vol. 47. P. 1465.

33. Lewis E.A., Boyle R.W., Archibald S.J. // Chem. Commun. 2004. P. 2212.

34. Sprague J.E., Peng Y., Fiamengo A.L., Woodin K.S., Southwick E.A., Weisman G.R., Wong E.H., Golen J.A., Rheingold A.L., Anderson C.J. // J. Med. Chem. 2007. Vol. 50. P. 2527.

35. Boswell C.A., Regino C.A.S., Baidoo K.E., Wong K.J., Bumb A., Xu H., Milenic D.E. Kelley J.A., Lai C.C., Brechbiel M.W. // Bioconjugate Chem. 2008. Vol. 19. P. 1476.

36. Boros E., Rybak-Akimova E., Holland J.P., Rietz T., Rotile N., Blasi F., Day H., Latifi R. Caravan P. // Mol. Pharmaceutics. 2014. Vol. 11. P. 617.

37. Weisman G.R., Rogers M.E., Wong E.H., Jasinski J.P., Paight E.S. // J. Am. Chem. Soc. 1990. Vol. 112. P. 8604.

38. Hubin T.J., McCormick J.M., Collinson S.R., Bucha-lova M., Perkins C.M., Alcock N.W., Kahol P.K., Ra-ghunathan A., Busch D.H. // J. Am. Chem. Soc. 2000. Vol. 122. P. 2512.

39. Hubin T.J., McCormick J.M., Collinson S.R., Alcock N.W., Busch D.H. // Chem. Commun. 1998. P. 1675.

40. Ferreiros-Martinez R., Esteban-Gomez D., Platas-Iglesias C., de Blas A., Rodriguez-Blas T. // Dalton Trans. 2008. P. 5754.

41. Boros E., Ferreira C., Cawthray J., Price E., Patrick

B., Wester D., Adam M., Orvig C. // J. Am. Chem. Soc. 2010. Vol. 132. P. 15726.

42. Boros E., Cawthray J.F., Ferreira C.L., Patrick B.O., Adam M.J., Orvig C. // Inorg. Chem. 2012. Vol. 51. P. 6279.

43. Damu K.V., Salim Shaikjee M., Michael J.P., Howard A.S., Hancock R.D. // Inorg. Chem. 1986. Vol. 25. N 22. P. 3879.

44. Thiele N.A., Brown V., Kelly J.M., Amor-Coarasa A., Jermilova U., MacMillan S.N., Nikolopoulou A., Pon-nala S., Ramogida C.F., Robertson A.K.H., Rodríguez-Rodríguez C., Schaffer P., Williams C.Jr., Babich J.W., Radchenko V., Wilson J.J. // Angew Chem Int Ed. 2017. Vol. 56. N 46. P. 14712.

45. Fedorov Yu.V., Fedorova O.A., Kalmykov S.N., Osh-chepkov M.S., Nelubina Yu V., Arkhipov D.E., Egoro-va B.V., Zubenko A.D. // Polyhedron. 2017. Vol. 124. P. 229.

46. Egorova B.V., Matazova E.V., Mitrofanov A.A., Aleshin G.Yu, Trigub A.L., Zubenko A.D., Fedorova O.A., Fedorov Yu V., Kalmykov S.N. // Nucl. Med. Biol. 2018. Vol. 60. P. 1.

47. Pellissier A., Bretonniere Y., Chatterton N., Pécaut J., Delangle P., Mazzanti M. // Inorg. Chem. 2007. Vol. 46. N 9. P. 3714.

48. Bretonniere Y., Mazzanti M., Pécaut J., Dunand F. A., Merbach A.E. // Inorg. Chem. 2001. Vol. 40. N 26. P. 6737.

49. Ferreirós-Martínez R., Esteban-Gómez D., Platas-Iglesias C., de Blasa A., Rodríguez-Blas T. // Dalton Trans. 2008. N 42. P. 5754.

50. Boros E., Cawthray J.F., Ferreira C.L., Patrick B.O., Adam M.J., Orvig C. // Inorg. Chem. 2012. Vol. 51. N 11. P. 6279.

51. Boros E., Ferreira C.L., Cawthray J.F., Price E.W., Patrick B.O., Dennis W. Wester D.W., Adam M.J., Orvig C. // J. Am. Chem. Soc. 2010. Vol. 132. N 44. P. 15726.

52. Price E.W., Cawthray J.F., Bailey G.A., Ferreira C.L., Boros E., Adam M.J., Orvig C. // J. Am. Chem. Soc. 2012. Vol. 134. N 20. P. 8670.

53. Price E.W., Zeglis B.M., Cawthray J.F., Ramogida

C.F., Ramos N., Lewis J.S., Adam M.J., Orvig C. // J. Am. Chem. Soc. 2013. Vol. 135. N 34. P. 12707.

54. Kalman F.K., Vegh A., Regueiro-Figueroa M., Toth E., Platas-Iglesias C., Tircso G. // Inorg. Chem. 2015. Vol. 54. N 5. P. 2345.

55. Price E.W., Cawthray J.F., Adam M.J., Orvig C. // Dalton Trans. 2014. Vol. 43. P. 7176.

56. Price E.W., Zeglis B.M., Cawthray J.F., Lewis J.S., Adam M.J., Orvig C. // Inorg. Chem. 2014. Vol. 53. N 19. P. 10412.

57. Bailey G.A., Price E.W., Zeglis B.M., Ferreira C.L., Boros E., Lacasse M.J., Patrick B.O., Lewis J.S., Adam M.J., Orvig C. // Inorg. Chem. 2012. Vol. 51. N 22. P. 12575.

58. Price E.W., Zeglis B.M., Lewis J.S., Adam M.J., Orvig C. // Dalton Trans. 2014. Vol. 43. P. 119.

59. Spreckelmeyer S., Ramogida C.F., Rousseau J., Arane K., Bratanovic I., Colpo N., Jermilova U., Dias G.M., Dude I., Jaraquemada-Pelaez M. de G., Benard F., Schaffer P., Orvig C. // Bioconjugate Chem. 2017. Vol. 28. N 8. P. 2145.

60. Li L., Jaraquemada-Pelaez M. de G., Aluicio-Sar-duy E., Wang X., Barnhart T.E., Cai W., Radchenko V., Schaffer P., Engle J.W., Orvig C. // Dalton Trans. 2020. Vol. 49. P. 5547.

61. Li L., Jaraquemada-Pelaez M. de G., Kuo H.-T., Merkens H., Choudhary N., Gitschtaler K., Jermilova U., Colpo N., Uribe-Munoz C., Radchenko V., Schaffer P., Lin K.-S., Benard F., Orvig C. // Bioconjugate Chem. 2019. Vol. 30. N 5. P. 1539.

62. Hu A., Keresztes I., MacMillan S.N., Yang Y., Ding E., Zipfel W.R., DiStasio R.A. Jr., Babich J.W., Wilson J.J. // Inorg. Chem. 2020. Vol. 59. N 7. P. 51161.

63. Bretonnier Y., Mazzanti M., Pecaut J., Dunand F.A., Merbach A.E. // Chemical Communications. 2001. Vol. 7. P. 621.

64. Boros E., Lin Y.-H.S., Ferreira C.L., Patrick B.O., Häfeli U.O., Adam M.J., Orvig C. // Dalton Trans., 2011. Vol. 40. N 23. P. 6253.

65. Boros E., Ferreira C.L., Patrick B.O., Adam M.J., Orvig C. // Nucl. Med. Biol. 2011. Vol. 38. P. 1165.

66. McMurry T.J., Pippin C G., Wu C., Deal K.A., Brechbiel M.W., Mirzadeh S., Gansow O.A. // J. Med. Chem. 1998. Vol. 41. P. 3546.

67. Boros E., Ferreira C.L., Yapp D.T.T., Gill R.K., Price E.W., Adam M.J., Orvig C. // Nucl. Med. Biol. 2012. Vol. 39. N 6. P. 785.

68. Singh A.N., Liu W., Hao G., Kumar A., Gupta A., Öz O.K., Hsieh J.-T., Sun X. // Bioconjugate Chem. 2011. Vol. 22. P. 1650.

69. Li Z.B., Chen K., Chen X. // Eur. J. Nucl. Med. Mol. Imaging. 2008. Vol. 35. P. 1100.

70. Martell A.E., Motekaitis R.J., Clarke E.T., Delgado R., Sun Y., Ma R. // Supramol. Chem. 1996. Vol. 6. N 3-4. P. 353.

71. Platas-Iglesias C., Mato-Iglesias M., Djanashvili K., Muller R.N., Elst L.V., Peters J.A., de Blas A., Rodriguez-Blas T. // Chemistry. 2004. Vol. 10. N 14. P. 3579.

72. Jaraquemada-Pelaez M. de G., Wang X., Clough T.J., Cao Y., Choudhary N., Emler K., Patricka B.O., Orvig C. // Dalton Trans. 2017. Vol. 46. P. 14647.

73. Price E.W., Edwards K.J., Carnazza K.E., Carlin S.D., Zeglis B.M., Adam M.J., Orvig C., Lewis J.S. // Nucl. Med. Biol. 2016. Vol. 43. N 9. P. 566.

74. Li L., Jaraquemada-Pelaez M. de G., Aluicio-Sarduy

E., Wang X., Jiang D., Sakheie M., Kuo H.-T., Barnhart T.E., Cai W., Radchenko V., Schaffer P., Lin K.-S., Engle J.W., Benard F., Orvig C. // Inorg. Chem. 2020. Vol. 59. N 3. P. 1985.

Информация об авторах

Калмыкова Таисия Петровна - мл. науч. сотр. кафедры радиохимии химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, taisia2906@rambler.ru;

Егорова Байирта Владимировна - ст. науч. сотр. кафедры радиохимии химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, канд. хим. наук, Ьау^а. egorova@gmail.com;

Калмыков Степан Николаевич - профессор кафедры радиохимии химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, докт. хим. наук, stepaп@radio.chem. msu.ru.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

Статья поступила в редакцию 16.09.2021; одобрена после рецензирования 12.10.2021; принята к публикации 14.10.2021