Научная статья на тему 'Твердофазное нанодисперсное Получение и оценка свойств комплекса марганца с диэтилентриаминпентауксусной кислотой как контрастного препарата для магнитно-резонансной томографии. '

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»

83
21
Поделиться
Ключевые слова
твердофазный синтез / мангапентетат / МР-томография / парамагнитное контрастирование / solid-phase synthesis / mangapentetat / Magnetic resonance tomography / paramagnetic contrasting

Аннотация научной статьи по биотехнологиям в медицине, автор научной работы — Белянин М. Л., Федущак Т. А., Филимонов В. Д., Бородин О. Ю., Чурин А. А.

Статья посвящена разработке метода твердофазного синтеза парамагнитного контрастного препарата комплекса марганца (II) с диэтилентриаминпентауксусной кислотой (MnNa2H-ДТПА, сокращенно Mn-ДТПА, мангапентетат) и доклиническому изучению его физико-химических и котннтрастирующих свойств. Комплекс Mn-ДТПА был получен из порошкообразных MnCO3 и H5-ДТПА в твердой фазе путем высокоскоростного нандиспергирования с одновременным смешиванием (планетарная мельница), с получением частиц 50-300 нм nm) при добавлении минимальных объемов водного дистиллята (до 10 мл на 0,5M MnCO3). Из исходного порошкового мангапентетата (MnNa2H-ДТПА) были затем получены и исследованы по физико-химическим свойствам, а также in vivo растворы с содержанием мангапентетата 0,5M, 0,75M и 1,0M. Величины LD50 для различных растворов мангапентетата составили соответственно 14,1±4,5 мл/кг веса для 0,5M, 13,4±3,7 мл/кг веса для 0,75M и 12,3±3,9 мл/кг веса для 1,0M. Морфологических изменений в организме крыс и мышей на протяжении вплоть до 2 недель наблюдения после введения 0,2 мМ мангапентетата на кг веса не наблюдалось. Вязкость мангапентетата (сантистокс) зависела от его содержания в растворе ([Mn-ДТПА], как М/л) как Вязкость=0,171*e([Mn-ДТПА]/0,461) + 0,827, и заметно уступала вязкости рентгеновских контрастных препаратов омнипака и урографина. Таким образом, твердофазный синтез мангапентетата в нанопорошке из MnCO3 и H5-ДТПА позволяет получить высококачественный контрастный препарат-парамагнетик MnNa2H-ДТПА для получения различных инъекционных форм для внутривенного контрастирования при МРТ.

Похожие темы научных работ по биотехнологиям в медицине , автор научной работы — Белянин М. Л., Федущак Т. А., Филимонов В. Д., Бородин О. Ю., Чурин А. А.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

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.

Текст научной работы на тему «Твердофазное нанодисперсное Получение и оценка свойств комплекса марганца с диэтилентриаминпентауксусной кислотой как контрастного препарата для магнитно-резонансной томографии. »

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: wolf@spect.tomsk.ru

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

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

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.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

- 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.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

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: medicina@tomsk.ru

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.