CC BY
7ОБЗОРЫ
Е.А. Дикусар1, В.М. Зеленковский1, А.Л. Пушкарчук1, В.И. Поткин1, Д.А. Рудаков1,
А.Г. Солдатов2, А.В. Холопцев3, С.Г. Стёпин4
ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНДОЭДРИЧЕСКИХ РАДОН222- СОДЕРЖАЩИХ ПРОИЗВОДНЫХ БАКМИНСТЕРФУЛЛЕРЕНОВ
Ст И С В КАЧЕСТВЕ НАНОРОБОТОВ-ИСТРЕБИТЕЛЕЙ ОПУХОЛЕВЫХ
60 80 »_»
НОВООБРАЗОВАНИЙ
1Институт физико-органической химии Национальной академии наук Беларуси 2Научно-производственный центр Национальной академии наук Беларуси
по материаловедению 3Севастопольский национальный технический университет 4Витебский государственный технологический университет
Проведена оценка возможности использования эндоэдрических Rn222 -содержащих производных бакминстерфуллеренов С0 и С0 в качестве нанороботов- истребителей опухолевых новообразований и экологических последствий их применения.
Ключевые слова: эндоэдрические Rn222- содержащие производные бакминстерфуллеренов С60 и С80, нанороботы, лечение опухолевых новообразований.
ВВЕДЕНИЕ
В последние десятилетия в онкологию успешно внедряется новая технология лечения опухолевых заболеваний - нейтрон-захватная терапия [1]. Эта технология разработана для избирательного воздействия на злокачественные новообразования и является бинарной, использующей троп-ные к опухолям лекарственные средства, содержащие нуклиды (В10, Cd113, Gd157 и др.), которые, поглощая тепловые нейтроны, способны генерировать вторичное а-излучение, губительное для целевых опухолевых клеток-мишеней и достаточно безопасное для нормальных, здоровых органов и тканей. Ранее мы уже сообщали о перспективах разработки В10- и Gd157-содержащих агентов для нейтрон-захват-ной терапии [2-5].
Существенным недостатком бор-, гадолиний- и кадмий содержащих лекарственных средств для их широкого применения в нейтрон-захватной терапии является довольно высокая общая токсичность этих соединений и их недостаточная устойчивость к длительному воздействию биологических сред. Кроме того, нейтрон-захватная терапия предполагает использование очень сложных, дорогостоящих и не безопасных в обращении установок для генерации узконаправленных пучков тепловых нейтронов [1].
Возможности создания нанороботов-истребителей опухолевых новообразований на основе других радионуклидов на данный момент изучены еще недостаточно [1]. Хотя ряд радиоактивных изотопов уже находят применение в медицине, в частности, коллоидный Y90 с периодом полураспада, равным 62 часам, избирательно накапливается в костной ткани и применяется для лечения лейкемий, полицитемий и некоторых болезней печени и селезенки. Zr95 с периодом полураспада, равным 63 дням, применяется в тех же случаях, как и радиоактивный иттрий, но с меньшим терапевтическим эффектом. Fe59 с периодом полураспада, равным 45,5 дня, применяют для метки эритроцитов (с целью изучения их поведения при переливании крови). Можно при помощи радиоактивного железа также проследить, как синтезируется в организме гемоглобин и с какой скоростью он образуется. Радиоактивный тулий
- Тт170 с периодом полураспада, равным 127 дням, применяется для гаммографии (снимка челюсти, кисти рук, зуба и т. д.). Ей155 с периодом полураспада, равным 2 годам, используется для гаммографии.
Целью работы является рассмотрение возможности производства нанороботов-истребителей опухолевых новообразований с использованием Ял222. Возможность получения подобных лекарственных средств ранее не рассматривалась. Вслед-
ствие этого их изучение представляет существенный теоретический и практический интерес.
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАДОН222-СОДЕРЖАЩИХ ПРОИЗВОДНЫХ
БАКМИНСТЕРФУЛЛЕРЕНОВ С И Сял
__ _ 60 80
В ОНКОЛОГИИ
Недостатков известных методов ней-трон-захватной терапии [1] полностью лишен метод непосредственного воздействия на опухолевые новообразования первичным а-излучением, генерируемым эндоэдрическими Яп222-содержащими
а-излучающими производными бакмин-стерфуллеренов С60 и С80, ковалентно связанными с тропными к опухолевым клеткам экзо-заместителями, позволяющими избирательно накапливаться этим препаратам в целевых опухолевых клетках-мишенях [6].
Впервые сведения об эндоэдрических бакминстерфуллереновых нанокластерах, содержащих супрамолекулярные объекты включения, появились еще в 1985 г. - сразу после открытия самих бакмин-стерфуллеренов. Содержание этих соединений в синтезированной саже, полученной действием электродугового разряда с использованием графитовых электродов в присутствии эндоэдрического компонента включения, обычно не превышало 1-2%, и для получения их в индивидуальном состоянии применяли высокоэффективную препаративную жидкостную хроматографию [7]. Эндоэдрические Яп222-содержащие нанороботы-истребители опухолевых новообразований (I, II) могут быть сконструированы вышеописанным методом путем использования в качестве эндоэдрического компонента включения радионуклида -Яп222 (III) (рис.1).
Радон Яп222 широко распространен в природе, и его добыча и выделение в индивидуальном состоянии технически легко осуществимы [8-12]. При распаде Яп222 происходит испускание а-частиц с энергией 6,29 МэВ и у-квантов с энергией 510 КэВ (выход последних крайне незначителен и не превышает 0,07%). При этом пробег а-частиц в воздухе составляет около 4,510-6 см, а в мягких биологических тканях - около 50 мкм, полная ионизация на всем пути ее пробега составляет 1,6105 пар ионов [13], что вполне достаточно для полного уничтожения опухолевых новообразований без повреждения прилегающих здоровых тканей и органов [1, 6]. Период полураспада Яп222 составляет 3,823 дня, константа распада X 2,097410-6 с, среднее время жизни т 0,47710-6 с (5,52 дня). Радон Яп222 входит в радиоактивный ряд урана и238 и при своем естественном распаде образует ряд короткоживущих, преимущественно а-излучающих радионуклидов (Ро218, РЬ210, Ро210), распад которых завершается образованием стабильного нуклида РЬ216 [8,13-20]. Можно предположить, что отдача дочерних ядер (Ро218, РЬ210, Ро210 и РЬ216) после испускания а-частиц будет недостаточной для их выхода из бакмин-стерфуллереновой клетки [18,20], и это позволит удалять отработанные нуклиды из организма в виде их эндоэдрических бак-минстерфуллереновых нанокластеров.
Также следует подчеркнуть, что природный радон в виде радоновых ванн широко используется в медицине и бальнеологии для наружного применения [9].
В качестве производных бакминстер-фуллеренов С60 и С80, ковалентно связанных с тропными к опухолевым клеткам экзо-заместителями (I, II), могут выступать производные аминокислоты фенилаланина (Ь-а-амино-Р-фенилпропионовой кислоты), присоединенные к бакминстер-
Рисунок 1 - Схема синтеза эндоэдрических Ял222 - содержащих производных
бакминстерфуллеренов
фуллереновому фрагменту с помощью азо-метинового ванилинового линкера [21-25]. Из литературных источников известно, что L-фенилаланин участвует в метаболизме опухолевых клеток и накапливается при росте злокачественных новообразований [1, 26-28]. Синтез хиральных ванилиновых производных L-фенилаланина детально изучен нами в работе [29].
Методы химической модификации бакминстерфуллеренов достаточно хорошо разработаны и позволяют целенаправленно получать их производные с заранее заданной аутентичной структурой [30-34].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ESTIMATION OF THE POSSIBILITY OF USING OF ENDOHEDRAL RADON-222 CONTAINING DERIVATIVES OF BUCKMINSTERFULLERENES
Cn AND C8n AS CANCER TUMORS
60 80 __________ _________
NANOROBOTS-FIGHTERS Estimation of the possibility of using of Endohedral Rn222 - containing derivatives of bakminsterfullerenes C6U and C8U as cancer tumor nanorobots-fighter and environmental consequences of their using was made.
Keywords: Endohedral Rn222 - containing derivatives of Buckminsterfullerenes C and
6U
C8U ranorobots, treatment of tumor neoplasms. ЛИТЕРАТУРА
1. Существующие технологии позволяют создавать нанороботы - истребители опухолевых новообразований на основе эндоэдрических Rn222 - содержащих производных бакминстерфуллеренов С60 и С80, однако наиболее существенной из нерешенных ныне научных проблем является разработка экспресс-технологии получения этих эндоэдрических соединений, которая позволит их использовать до наступления его естественной дезактивации.
2. Применение подобных нанороботов позволит достичь требуемого клинического результата, не приводя к вредным для организма пациента последствиям.
3. Непосредственное воздействие на опухолевые новообразования первичным a-излучением, генерируемым эндоэдрическими Rn222 - содержащими a-излучающими производными бакмин-стерфуллеренов С60 и С80, ковалентно связанными с тропными к опухолевым клеткам экзо-заместителями, позволяющими избирательно накапливаться этим лекарственным средством в целевых опухолевых клетках-мишенях, может рассматриваться как новая, прорывная технология лечения опухолевых заболеваний, заслуживающая дальнейшей разработки.
4. Подобные нанороботы являются также перспективными соединениями для лечения ряда других заболеваний, в которых используются радоновые ванны.
SUMMARY
E.A. Dikusar, V.M. Zelenkovski,
A. L. Puskarchuk, VI. Potkin,
D.A. Rudakov, A.G. Soldatov, S.G. Stepin
1. Hosmane, N.S. Boron and Gadolinium Neutron Capture Therapy for Cancer Treatment / N.S. Hosmane, J.A. Maquire, Y. Zhu.
- World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., 2U12. - 3UU p.
2. Квантовохимическое моделирование эндоэдрических производных бакминстерфуллеренов Gd@C6U(CHR)2 и Gd@ C8U(CHR)2 / Е.А. Дикусар [и др.] // Теорет. и эксперим. химия. - 2U1U. - Т. 46. - № 4. -С. 208-211.
3. Дикусар, Е.А. Фуллерены и наноструктуры в конденсированных средах: сб. науч. ст., редкол.: П.А. Витязь (отв. ред.) [и др.]. / Е.А. Дикусар, В.М. Зеленковский, В.И. Поткин. - Минск: Изд. центр БГУ, 2011. - С. 56-61.
4. Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии: сб. науч. тр. Нац. акад. наук Беларуси, Ин-т химии новых материалов; науч. ред. В.Е. Агабе-ков, Е.В. Королева, К.Н. Гусак. / Е.А. Дикусар [и др.]. - Минск: Беларус. навука,
2011.- С. 133-140.
5. Quantum Chemical Simulation of the Structure of Carborane and Endohedral Back-minsterfullerene Derivatives / E. Dikusar [et al.] / /Nonlinear Phenomena in Complex Systems. - 2011. - Vol. 14. - №. 4. - P. 356-362.
6. Nanomaterials for Cancer Therapy / Ed. C.S.S. Kumar. Weinheim: Wiley-VCH, 2006. 145 p.
7. XI International Conference «Hydrogen Materials Sciece and Chemistry of Carbon Nanomaterials (ICHMS’2009)» / Ed.: D.V. Schur, S.Yu. Zaginaichenko, T.N. Veziroglu, V.V. Skorokhod. August 25-31, 2009 г. Yalta, Crimea, Ukraine. Kiev: AHEU, 2009.
8. Батраков, Г.Ф. Радиоактивные изо-
топы в атмосфере и океане / Г.Ф. Батраков.
- Севастополь: НПЦ «ЭКОСИ-Гидрофизи-ка», 2012. - 378 с.
9. Гудзенко, В.В. Изотопы радия и радона в природных водах / В.В. Гудзенко,
В.Т. Дубинчук. - М.: Наука, 1987. - 157 с.
10. Природные источники радона /
В.М. Дрожжин Е.А. [и др.] // Радиохимия.
- 1966. - № 4. - С. 442-449.
11. Сердюкова, А.С. Изотопы радона в природе / А.С. Сердюкова, Ю.Т. Капитанов. - М.: Атомиздат, 1975. - 295 с.
12. Синьков, С.И. Поведение корот-коживущих продуктов распада радона в приводной атмосфере / С.И. Синьков // Автореф. дис...к.х.н. М.: МГУ им. М.В. Ломоносова, 1990.
13. Перлман, И. Альфа-радиоактивность / И. Перлман, Д. Расмуссен . - М.: ИЛ,1959. - 246 с.
14. Моисеев, А.А. Краткий справочник по радиационной защите и дозиметрии / А.А., Моисеев, В.И. Иванов. - М.: Атомиздат, 1964. - 182 с.
15. Старик, И.Е. Основы радиохимии / И.Е. Старик. - Л.: Наука, 1969. - 647 с.
16. Гольданский, В.И. Превращения атомных ядер / В.И. Гольданский, Е.М. Лей-кин. - М.: Изд-во АН СССР, 1958. - 426 с.
17. Горшков, Г.В. Проникающее излучение радиоактивных источников / Г.В. Горшков. - Л.: Наука, 1967. - 352 с.
18. Джелепов, Б.С. Схемы распада радиоактивных ядер / Б.С. Джелепов, Л.К. Пекар. - М.: Наука, 1966. - 749 с.
19. Сапожников, Ю.А. Радиоактивность окружающей среды / Ю.А. Сапожников, Р.А. Алиев, С.Н. Калмыков. - М.: БИНОМ, Лаборатория знаний, 2006. - 286 с.
20. Селинов, И.П. Изотопы /И.П. Се-линов. - М.: Наука, 1970. - 624 с.
21. Азометины на основе ванилина и ванилаля / Е.А. Дикусар [и др.]. - Нукус: «Каракалпакстан», 2007. - 207 с.
22. Азотсодержащие синтоны ванилинового ряда в органичексом синтезе. Получение, применение, биологическая активность. В 2-х книгах / Е.А. Дикусар [и др.]. - Кн. 2. Нукус: «Билим», 2010. - 226 с.
23. Замещенные бензальдегиды ванилинового ряда в органическом синтезе: получение, применение, биологическая активность / Е.А. Дикусар [и др.]. - Минск: Право и экономика, 2011. - 446 с.
24. Дикусар, Е.А. Бензальдегиды ванилинового ряда. Синтез производных,
применение и биологическая активность / E.A. Дикусар, В.И. Поткин, Н.Г Козлов.
- Saarbrucken, Germany: LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG,
2012. - 612 c.
25. Дикусар, E.A. Функционально-замещенные производные ванилина / E.A. Дикусар [и др.]. // Вєсці НAН РБ. Сер. хім. навук. - 2011.-№ 4. - С. 105-120.
26. Кочетков, Н.К. Химия природных соединений. (Углеводы, нуклеотиды, стероиды, белки) / Н.К. Кочетков, И.В. Торгов, М.М. Ботвинник. - М.: «Наука», 1961. - 559 с.
27. Штрауб, Ф.Б. Биохимия / Ф.Б. Штрауб. - Будапешт, 1963. - 276 с.
28. Майстер, М. Биохимия аминокислот / М. Майстер. - М.:ИИЛ, 1961. - 530 с.
29. Дикусар, Е. A. Синтез хиральных азометинов на основе гидрохлорида метилового эфира L-3-фенилаланина и замещенных бензальдегидов ванилинового ряда / Е. A. Дикусар // Журнал органической химии. - 2011. - Т. 47. - Вып. 2. - С. 213-216.
30. Hirsch, A. Fullerenes: Chemistry and Reactions/ A. Hirsch, M. Brettreich. - Wien-heim: Wiley-VCH, 2005.
31. Fullerenes: from Synthesis to Optoelectronic Properties / Hirsch A., Brettreich M. Ed. D.M. Guldi and N. Martin. Dord-drecht: Kluwer Academic Publishers. - 2003.
- 664 p.
32. Fullerenes: Chemistry, Physics and Technology / Ed. K.M. Kadish and R.S. Ruoff. - N.-Y: John Wiley & Sons, Inc., 2000. - 968 p.
33. Catalytic Preparation and Characterization of C60Br24 / A. Djordjevic [et al] // Fullerene Science and Technol. - 1998. - Vol.
6. - № 4. - P. 689-654.
34. Титце, Л. Препаративная органическая химия / Л. Титце, Т. Aйхер. - М.: Мир, 1999. С. 437-438.
Адрес для корреспонденции:
220072, Республика Беларусь, г. Минск, ул. Сурганова, 13,
Институт физико-органической химии Национальной академии наук Беларуси, тeл +375-17-2841600, моб. +375-29-6228644,
E-mail: dikusar@ifoch.bas-net.by.
Дикусар Е.А.
Поступила 06.12.2012 г.
