Твердофазное нанодисперсное Получение и оценка свойств комплекса марганца с диэтилентриаминпентауксусной кислотой как контрастного препарата для магнитно-резонансной томографии. Текст научной статьи по специальности «Биотехнологии в медицине»

СИБИРСКИЙ МЕДИЦИНСКИЙ ЖУРНАЛ № 22008

УДК 616-006.48

М.Л. Белянин*, Т.А. Федущак**, В.Д. Филимонов*, О.Ю. Бородин***, А.А. Чурин****, В.Ю. Усов***

E-mail: [email protected]

ТВЕРДОФАЗНОЕ НАНОДИСПЕРСНОЕ ПОЛУЧЕНИЕ И ОЦЕНКА СВОЙСТВ КОМПЛЕКСА МАРГАНЦА С ДИЭТИЛЕНТРИАМИНПЕНТАУКСУСНОЙ КИСЛОТОЙ КАК КОНТРАСТНОГО ПРЕПАРАТА ДЛЯ МАГНИТНОРЕЗОНАНСНОЙ ТОМОГРАФИИ

* Томский политехнический университет;

** Институт химии нефти Томского научного центра СО РАН;

*** ГУ НИИ кардиологии Томского научного центра СО РАМН;

****ГУ НИИ фармакологии Томского научного центра СО РАМН

ВВЕДЕНИЕ

Получение новых контрастных препаратов - парамагнетиков является в течение последнего десятилетия одним из важнейших путей повышения диагностической эффективности магнитно-резонансной томографии (МРТ) [1]. На сегодня основными препаратами - парамагнетиками, широко используемыми в практике МРТ, являются комплексы Gd(III) с ДТПА и сходными с ДТПА органическими хелатами

[2]. Определенное распространение получили также препараты на основе микрочастиц оксида железа (SPIO - SuperParamagnetic Iron Oxide nanoparticles)

[3], а также комплекс Mn(II) с дипиридоксальдифос-фатом («Тесласкан», GE Medical) [4]. Промышленное производство отечественных контрастных препаратов для МРТ в России и СНГ на сегодня пока отсутствует. Ранее мы показали в эксперименте нетоксичность и возможность использования для парамагнитного контрастирования при МРТ комплекса Мп(П)-ДТПА

- мангапентетата («™Пентаманг») [5]. Поскольку реакция получения мангапентетата не требует высокой температуры и проходит до конца, а константа прочности мангапентетата достаточно велика и составляет 15,9 при pH 6,4-7,2 [6], мы оценили возможность получения мангапентетата в твердой фазе при смешении ультрадисперсных нанопорошков исходных компонент с последующим дополнительным диспергированием. Полученный в результате мангапентетат в различных концентрациях - от 0,5 М до 1,75 М был изучен в эксперименте в качестве парамагнитного контрастного препарата для МРТ.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Получение мангапентетата проводилось первоначально в твердой нанофазе путем одновременного механодиспергирования и смешивания исходных компонент при температуре 35-50°С. Получение мангапентетата осуществляли в один этап по реакции: МпС03+Н5-ДТПА+№2С03 ^ Мп№2Н-ДТПА

+со2+н2о.

В ходе получения мангапентетата к 0,5 моль (60,18 г) порошкообразного карбоната марганца (МпС03; процентное содержание в пересчете на Мп 95,5 %) добавляли 0,5 моль (196,65 г) диэтилентриа-минопентауксусной кислоты (Н5-ДТПА), 0,5 моль (53,0 г) карбоната натрия безводного, полученную смесь измельчали в шаровой мельнице в течение 2 часов с добавлением Н20 в объеме 5-10 мл, достигая в результате размера микрочастиц 50-300 нм. В итоге получали 242 г (98,6 %) микропорошка Мп№2Н-ДТПА, который затем растворяли в физрастворе с получением растворов в диапазоне концентраций 0,5-1,75 М. За счет одновременного добавления гидроокиси натрия pH раствора устанавливалось в пределах 6,4-6,8.

Полученные растворы автоклавировались при температуре 140°С и затем фильтровались через мембранные микрофильтры «МПИроге» (США); размер пор менее 0,22 мкм, диаметр сечения фильтра 30 мм. Фильтрация через микрофильтр с порами менее 0,22 мкм оказывалось достаточной для получения совершенно стерильного раствора для внутривенного введения: ни в одном случае не было выявлено признаков наличия микробиологических загрязнений. Затем препарат помещался в стандартные «пенициллиновые» флаконы по 10 мл под резиновой пробкой с закатыванием и повторным автоклавированием в течение часа и использовался как для физико-химических исследований, так и для экспериментов на лабораторных животных, в частности для оценки токсичности при внутривенном введении различных концентраций мангапентетата в водных растворах.

Контроль чистоты полученного раствора проводился по данным ВЭЖХ с помощью хроматографов «Миллихром» и «Цвет-4000» (НПФ «Цвет», Россия).

С помощью общепринятых лабораторных методов [7] оценивались также плотность, вязкость и осмо-ляльность 0,5М мангапентетата. При этом вязкость раствора как важнейший параметр, определяющий возможности быстрой внутрисосудистой инъекции контрастного препарата, оценивалась во всем интервале концентраций 0,5 М-1,75 М. Для сравнения также определялись в тех же условиях показатели вязкости широко используемых для рентгенангиогра-фических исследований и внутривенной урографии препаратов - йогексола и урографина.

Определение спин-решеточной релаксивности R1 мангапентетата и препарата сравнения - гадопентета-та проводилось с использованием неантропоморфных стеклянных фантомов, содержащих растворы контрастного препарата, различного разведения, по

H. Petersson et al. [8]. Все исследования были проведены с помощью резистивного низкопольного МР-томографа Магнетом Опен (Сименс Медикал). Для определения Т1, спин-эхо исследования проводились в Т1-взвешенном режиме, при времени эхо (TE), зафиксированном на величине TE=25 мс, при величинах времени повторения (TR) длительностью 250 мс, 500 мс, 750 мс, 1000 мс, 1500 мс и 2000 мс. Срезы МРТ при этом составляли в толщину 10 мм, при межсрезовом расстоянии 2 мм. На срезах в средней части фантомов выделялись зоны размером более 50 вокселов, и количественно определялась интенсивность Т1-взв. изображения в них. Строилась зависимость интенсивности Т1-взв. изображения от TR для каждого флакона, которая затем аппроксимировалась по методу наименьших квадратов, к следующему уравнению:

w - Л • [1 - e(-TR/T1)],

где IT1SE - интенсивность Т1-взвешенного изображения, А - интенсивность Т1-взв. изображения при TR=T1, TR - время повторения. Как было доказано ранее [H. Petersson et al. 1988], применение такого уравнения для аппроксимации зависимости IT1SE от TR не дает ошибки более 2-4%, что вполне удовлетворительно для фантомной оценки релак-сивности. В результате были получены величины T1 для фантомов, содержащих контраст-парамагнетик в концентрациях 0,5-16 мМ. По этим данным строилась зависимость

где R1 как раз и представляет собой искомую величину релаксивности контрастного препарата -парамагнетика.

Кроме того также были выполнены визуализа-ционные эксперименты с фантомами, содержащими раствор мангапентетата в 0,9% NaCl в количествах, близких к таковым, достигаемым в тканях при введении внутривенно - в интервале концентраций

0,25-8 мМ/л.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Мангапентетат представляет собой комплекс марганца (II) с динатрийдиэтилентриаминпентауксусной кислотой (рис. 1), обладающий высокой стойкостью в физрастворе и плазме при pH 5,5-8,0 (константа стойкости = 15,9 [Досон 1991]).

По данным хроматографического исследования, в составе готового раствора мангапентетата присутствовал только собственно Mn-ДТПА, а также незначительное количество свободного ДТПА, от 0,5% до 2%, считая относительно количества комплекса Mn-ДТПА. Примесей тяжелых металлов, других токсических или балластных соединений обнаружено не было. При хроматографическом анализе препарата спустя 34

Рис. 1. Структурная формула мангапентетата (MnNa^H-ДТПА)

Таблица 1

Основные физические свойства раствора Пентаманга (мангапентетата 0,5 М) по сравнению с препаратом сравнения -0,5 М Гадопентетатом

Показатель мангапентетат 0,5 М гадопентетат 0,5 М

Осмоляльность, мОсмоль / (кг H2O), при 37°С 1947±12 1955±15

Вязкость, мПа*с, при 37°С 2,77±0,07 2,90±0,05

Релаксивность Rp ммоль_1*с'1, при B0 = 0,20 Т 3,69±0,35 3,95±0,12

3, 6 и 12 мес не было отмечено признаков появления свободного Мп (II) в определяемых концентрациях или иных изменений состава препарата, что позволяет говорить о его стабильности в течение этого времени при комнатной температуре.

Показатели осмоляльности 0,5 М раствора ман-гапентетата и другие его физические показатели представлены в табл. 1. Релаксивность мангапенте-тата, определенная с помощью низкопольного МР-томографа при исследовании фантомов с различными концентрациями манагпентетата, примерно соответствующими таковым в тканях при клинических исследованиях с обычными дозировками парамагнетиков (0,1 мМ/10 кг веса тела), оказалась весьма близкой к показателю препарата сравнения - гадопентетата, несколько уступая ей (табл. 1). При этом визуально картина фантомов (рис. 2 а) не отличалась, а зависимость интенсивностей Т1-взвешенного изображения от концентрации (рис. 2 б) для этих двух препаратов также была весьма близка.

Плотность пентаманга 1,0 М составила 1,214 г/л, а во всем диапазоне концентраций зависела от содержания мангапентетата в физрастворе как [Плотность] = 1,01+0,233*[Мп-ДТПА] (г=0,978, р=0,00073). Зависимость вязкости раствора мангапентетата от

М.Л. Белянин, Т.А. Федущак и др.

ТВЕРДОФАЗНОЕ НАНОДИСПЕРСНОЕ ПОЛУЧЕНИЕ И ОЦЕНКА СВОЙСТВ.

Мп-ДТПА

1 2 3

10 11 12 13 14 15 16 17

Содержание контрастного препарата в среде, тМ/Л

б)

Рис. 2. (а) МР-томограмма фантома с различными концентрациями мангапентетата в физрастворе в Т1-взвешенном режиме (время повторения = 400 мс, время эхо = 20 мс).

(б) - результаты количественной оценки изменений интенсивности Т1-взвешенного изображения этого фантома. Фантом с растворами мангапентетата (MnNa^H-ДТПА) и гадопентетата (Gd-ДТПА) в концентрациях 0 - 16 mM/л

концентрации представлена на рис. 3. Можно видеть, что вплоть до концентрации 1,25 М вязкость раствора мангапентетата находится в пределах, обеспечивающих нетрудную внутривенную инъекцию с необходимой скоростью - до 4-5 мл/с, необходимых обычно для ангиографического исследования [9].

При исследовании токсичности растворов мангапентетата in vivo оказалось, что отсутствует прямая зависимость величины LDS0 от количества вводимого мангапентетата. Так, LDS0 при внутривенном введении у крыс составила 14,1±4,5 мл/кг для 0,5 М раствора,

13,4±3,7 мл/кг для 0,75 М раствора и 12,3±3,9 мл/кг для 1,0 М раствора мангапентетата. Это позволяет предполагать, что мангапентетат во всех формах представляет собой соединение, относящееся к группе 4 препаратов по ГОСТ 12.1.007-76 (малотоксичные вещества), и

Мп(П)-ДТПА, М/л

Рис. 3 Зависимость вязкости водного раствора мангапентетата от его концентрации при 20°С. Для сравнения приведены также показатели вязкости для широко используемых для ангиографии рентгеноконтрастных препаратов - омнипака (иогексола) и урографина

токсические эффекты раствора мангапентетата обусловлены по сути не только препаратом как таковым, но и одновременным введением объемов жидкости, сопоставимым с объемом циркулирующей крови крыс.

Фармакологические характеристики и визуализа-ционные свойства мангапен-тетата как парамагнитного контрастного препарата при получении его в жидкой фазе были детально изучены ранее и опубликованы [5]. Полученные здесь результаты позволяют говорить, что нанодиспергирование как технология получения мангапентетата позволяет произвести этот контраст - парамагнетик в любой необходимой концентрации инъекционного раствора, а получаемые формы препарата по параметрам острой токсичности позволяют отнести их все к группе препаратов 4. В настоящее время ведется исследование острых токсических свойств пентаманга в полном соответствии с требованиями Фармкомитета России. Однако уже теперь обоснованно считать, что нанодиспергирование - практически приемлемая технология получения парамагнитных контрастных препаратов на основе комплексов марганца с ДТПА. Получаемые при этом препараты мангапентетата обеспечивают значительное усиление Т1-взвешенных МРТ изображений в качестве парамагнитного контраста в эксперименте.

ЛИТЕРАТУРА

1. Синицын В.Е., Корниенко В.Н., Никитин В.Г. и др. Применение Омнискана (гадодиамида) в магнитнорезонансных исследованиях центральной нервной системы.// Вест. рентгенол. радиол.- 1995. - № 4: - С. 5-11.

2. Runge V.M., Muroff L.R., Jinkins J.R. Central nervous system: review of clinical use of contrast media. // Top Magn Reson Imaging. - 2001. - V. 12. - № 4. - P. 231-263.

3. Bulte J.W., Kraitchman D.L. Iron oxide MR contrast agents for molecular and cellular imaging. // NMR Biomed. - 2004.

- V. 17. - № 7. - P 484-499.

4. Rocklage, S.M.; Cacheris W.P; Quay S.C. et al. Manganese (II) N,N'-dipyridoxylethylenediamine-N,N'-diacetate 5,5'-bis(phosphate). Synthesis and characterization of a paramagnetic chelate for magnetic resonance imaging enhancement. // Inorg.Chem. - 1989. - V. 28. - P 477-485.

5. Усов В.Ю., Белянин М.Л., Бородин О.Ю. и др. Применение Mn-диэтилентриаминпентаацетата (ДТПА) для парамагнитного контрастирования при магнитнорезонансной томографии - результаты доклинических исследований и сравнения с Gd-ДТПА. // Мед. визуализация. - 2007. - № 4. - C. 134-142.

6. Досон Р., Эллиот Д., Эллиот У., Джонс К. Справочник биохимика. М.: Мир. 1991; 338.

7. Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия. 1998.

8. Petersson H., Slone R.M., Spanier S. et al. Musculoskeletal tumors : T1 and T2 relaxation times. // Radiology. - 1988.

- 167. - P. 783-785.

9. Кармазановский Г. Г. Компьютерная томография - основа мощи современной рентгенологии. // Мед. визуализация. - 2005. - № 6. - C. 139-145.

SOLID-NANOPHASE SYNTHESIS AND EVALUATION OF MANGANESE (II) COMPLEX WITH DIETHYLENTRIAMINPEN-TAACETIC ACID AS CONTRAST AGENT FOR MAGNETIC RESONANCE IMAGING

M.L. Belyanin, T.A. Fedoushchak, V.D. Filimonov, O.Yu. Borodin, A.A. Chourin, W.Yu. Ussov

SUMMARY

The authorsve developed a technique for synthesis of the paramagnetic complex of manganese (II) with diethylendiaminpentaacetate and tested it’s physicochemical properties and in vivo preclinically. Mn(II)-DTPA complex was obtained from MnCO3 and H5-DTPA in solid phase by high-speed mixing pre-prepared nanoparticles (as little as 50-300 nm) and adding minor volumes of water (up to 10 ml per 0,5 M of MnCO3). Later on 0,5 M, 0,75 M and 1,0 M solutions of the mangapentetate (MnNa2H-DTPA) were tested in vivo in rats and in rabbits.

The authors conclude that solid-phase synthesis of mangapentetate from MnCO3 and H5-DTPA is a reliable technique for production of this paramagnetic contrast agent.

Key words: solid-phase synthesis, mangapentetat, magnetic resonance tomography, paramagnetic contrasting.

—-----------------------------------

"IV Tv ✓ V ~ yN V

Neaebneee

V О • • V • • V / /^/ /v v s

iaaeoeineee

Я0В1АЁ

ЕЖЕКВАРТАЛЬНЫЙ РЕЦЕНЗИРУЕМЫЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ

ЦЕНТРАЛЬНОЕ ИЗДАНИЕ

Издавался в г.Томске с 1923-го по 1931 год.

С1996 года возрождено издание журнала решением президиума Томского научного центра СО РАМН.

Адрес в сети INTERNET:

http://www.medicina.tomsk.ru

В настоящее время начинается подписка на второе полугодие 2008 года.

Стоимость журналов:

для индивидуальных

подписчиков 690 руб.

для организаций 1610 руб., вкл. НДС

Тарифы на размещение рекламного материала Для отечественного рекламодателя:

1 черно-белая страница 1/2 черно-белой страницы 1/4 черно-белой страницы 1 цветная страница 1/2 цветной страницы

Наценки:

2-я стр. обложки - +40%

3-я стр. обложки - +25%

4-я стр. обложки - +35%

(плюс 5% налог на рекламу)

Подписку на журнал можно оформить:

• ДЛЯ ЮРИДИЧЕСКИХ ЛИЦ,

выслав заявку с указанием полного названия заказчика, его почтового адреса, ИНН по адресу: 634012, г. Томск, ул. Киевская, 111а, редакция «СМЖ»; факс (3822) 55-87-17.

E-mail: [email protected]

По заявке высылается счет для оплаты.

• ДЛЯ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ПОДПИСЧИКОВ, отправив почтовый перевод с указанием полных Ф.И.О., почтового адреса и заказываемых номеров по адресу: 634012, г. Томск, а/я 922, Коломийцеву Андрею Юрьевичу, прислав копию квитанции почтового перевода по факсу редакции: (3822) 55-87-17.

4000 руб. 2200 руб. 800 руб. 8000 руб. 4300 руб.