CC BY
13
УДК 616-073.916:615.849.2.012
ВЛИЯНИЕ НОСИТЕЛЯ ГАЛЛИЯ В СОСТАВЕ ПРЕПАРАТА 68Са-ЭТИЛЕНДИАМИНТЕТРАКИС (МЕТИЛЕНФОСФОНОВАЯ КИСЛОТА) НА ЕГО ПОВЕДЕНИЕ В ОРГАНИЗМЕ ЛАБОРАТОРНЫХ ЖИВОТНЫХ В. М. Петриев1,2, В. К. Тищенко1'2, Е.Д. Степченкова1'2, И.Н. Завестовская2,3, П. В. Шегай1, С. А. Иванов1, А. Д. Каприн1
Работа посвящена изучению влияния носителя стабильного галлия и его концентрации на биораспределение нового остеотропного соединения на основе К,К,К'К'-этилендиаминтетракис(метиленфосфоновой кислоты) и галлия-68 f68Ga-ЭДТМФ). Исследования выполнялись на интактных крысах Wistar. Показано, что при добавлении носителя накопление активности в костной ткани возрастало, а во внутренних органах и тканях - снижалось. Концентрация носителя не оказывала существенного влияния на содержание 68Ga-ЭДТМФ в скелете.
Ключевые слова: галлий-68, ЭДТМФ, фосфонаты, остеотропные соединения, носитель галлия.
Введение. Течение многих злокачественных новообразований осложняется развитием костных метастазов, которые могут приводить к возникновению болевого синдрома, появлению патологических переломов, компрессии спинного мозга, гиперкальциемии и др. Поэтому ранняя и точная диагностика скелетных метастазов играет важную роль в определении дальнейшей тактики лечения [1, 2].
Базовым методом визуализации метастатического процесса в костной ткани является остеосцинтиграфия с использованием меченных 99mTc фосфонатов. Связываясь с
1 МРНЦ им. А.Ф. Цыба - филиал ФГБУ "НМИЦ радиологии" Минздрава России, 249036 Россия, Калужская область, Обнинск, ул. Королёва, 4; e-mail: [email protected]
2 НИЯУ "МИФИ", 115409 Россия, Москва, Каширское ш., 31.
3 ФИАН, 119991 Россия, Москва, Ленинский пр-т, 53.
гидроксиапатитом костной ткани, 99тТс-фосфонаты накапливаются в воспалительно-деструктивных и метастатических очагах скелета, что позволяет визуализировать их как "горячие очаги".
Более чувствительным методом диагностики костных метастазов является пози-тронная эмиссионная томография (ПЭТ) с 2-1^-фтор-2-дезокси-Б-глюкозой (^F-ФДГ) и 18Р-фторидом натрия (18F-NaF) [3]. Для получения радионуклида 18F необходимо наличие специального дорогостоящего высокотехнологичного оборудования - медицинского циклотрона, который должен находиться либо непосредственно в клинике, либо на доступном для быстрой транспортировки расстоянии ввиду короткого времени жизни изотопа (T1/2 = 110 мин). Синтез ^F-ФДГ, а также поддержание в рабочем состоянии циклотрона и лаборатории радиосинтеза приводят к высокой стоимости исследования и ограничивают применение метода [4].
Альтернативным радионуклидом для проведения ПЭТ-исследований может стать галлий-68 (68Ga). Он обладает оптимальными ядерно-физическими свойствами (T1/2 = 68 мин, в + = 89%, E+max =1.9 МэВ), а получать его можно в ионной форме из коммерчески доступного генератора 68Ge/68Ga непосредственно в медицинском учреждении в течение 12-18 месяцев.
Качество получаемого радиофармпрепарата (РФП) и его стабильность зависит от большого числа факторов, таких как концентрация реагентов в реакционной смеси, отсутствие или наличие носителя, рН и ионная сила раствора реагентов, температура и время проведения реакции и др. [5]. Так, добавление носителя и его количество оказывают существенное влияние на стабильность и биораспределение многих остеотропных соединений на основе фосфонатов и различных терапевтических и диагностических радионуклидов [6-13]. В работе [12] добавление носителя существенно увеличивает процент связывания ^Ga-ЭДТМФ с гидроксиапатитом и органическим матриксом человеческой кости pre vivo. Аналогичное увеличение связывания с минеральной частью костной ткани отмечается при добавлении носителя в процессе синтеза 90У-ЭДТМФ [13]. В экспериментах in vivo добавление носителя приводит к существенному возрастанию активности в костной ткани [6, 8, 11, 14].
Таким образом, целью данной работы стало изучение влияния носителя стабильного галлия и его концентрации на фармакокинетические свойства N,N,N'N'-этилендиаминтетракис(метиленфосфоновой кислоты), меченной 68Ga (^Ga-ЭДТМФ) в организме интактных крыс Wistar при однократном внутривенном введении.
Материалы и методы. Изучение фармакокинетики ^Ga-ЭДТМФ проводили на ин-тактных крысах Wistar с массой тела 160 ± 40 г. Всего было использовано 48 крыс, поделенных на 4 группы по 12 животных в каждой. Первая группа животных служила контролем: им внутривенно (в хвостовую вену) вводили по 0.37 МБк ^Ga-ЭДТМФ, полученного без добавления носителя, в объеме 0.1 мл. Крысам второй, третьей и четвертой групп внутривенно вводили по 0.37 МБк ^Ga-ЭДТМФ, полученного с добавлением стабильного галлия с концентрацией 0.8 мг/мл, 1.6 мг/мл и 2.4 мг/мл соответственно, в объеме 0.1 мл.
Через определенные интервалы времени (5 мин, 1 и 3 ч) по 4 животных в каждый срок подвергали эвтаназии путем декапитации для получения образца крови, с последующей аутопсией и забором внутренних органов и тканей. Образцы органов и тканей помещали в пластиковые пробирки, взвешивали на электронных весах "Sartorius" (Германия) и проводили радиометрию с помощью автоматического гамма-счетчика "Wizard" версии 2480 фирмы "PerkinElmer/Wallac" (Финляндия). На момент введения в отдельные пробирки отбирали пробы ^Ga-ЭДТМФ в объеме 0.1 мл для использования в качестве стандарта введенной дозы.
По данным радиометрии на каждый срок наблюдения рассчитывали удельную активность 68Ga по отношению к активности образцов-стандартов на 1 г ткани в процентах от введенного количества. Результаты радиометрии обрабатывали, вычисляя среднюю величину и среднеквадратичную ошибку средней величины (M±m). Кроме этого, были рассчитаны коэффициенты дифференциального накопления (КДН) как частное от деления величин концентрации ^Ga-ЭДТМФ в костной ткани и других органах и тканях. Сравнение уровней накопления радиоактивности в группах по сравнению с контрольной группой проводилось с помощью t-критерия Стьюдента. Различия считались статистически значимыми при p < 0.05.
Результаты и их обсуждение. Анализ результатов биораспределения показал, что ^Ga-ЭДТМФ накапливался преимущественно в костной ткани. Представленные на рис. 1 данные демонстрируют влияние носителя стабильного галлия на распределение ^Ga-ЭДТМФ в различных костях. Показано, что при добавлении носителя накопление активности в костной ткани значительно увеличивалось, причем статистически значимые различия отмечались преимущественно в срок 3 ч после введения. При этом наиболее высоким содержанием активности в костях характеризовались ^Ga-ЭДТМФ, полученные с добавлением Ga с концентрацией 1.6 и 2.4 мг/мл. Так, в кости бедра активность ^Ga-ЭДТМФ (0.8 мг/мл Ga) составила 1.37-4.58%/г, 68Ga-ЭДТМФ (1.6 мг/мл
ва) - 1.96—6.83%/г, 680а-ЭДТМФ (2.4 мг/мл ва) - 3.56—5.48%/г, тогда как активность 68ва-ЭДТМФ, полученного без добавления ва, не превышала 2.23—3.39%/г.
Рис. 1: Сравнительные данные накопления активности в костях интактных крыс ШгзЬйт после однократного внутривенного введения 68Сй-ЭДТМФ, полученного с добавлением стабильного галлия различной концентрации; * — р < 0.05 по сравнению с контрольной группой.
При анализе отношений активностей в бедренной кости к удельному содержанию в крови и мышце (КДН) было установлено, что 68ва-ЭДТМФ, полученный без носителя, характеризовался пониженными значениями КДН (табл. 1). Так, соотношения кость бедра/кровь для 68ва-ЭДТМФ, полученного без носителя, составили 2.37—2.74, в то время как для соединений с носителем эти величины достигали значений 9.89—10.5. Содержание 68ва-ЭДТМФ, полученного без носителя, в кости бедра превышало его
концентрацию в мышечной ткани в 7.1-17.9 раз, а для 680а-ЭДТМФ с носителем - в 50.8-81.1 раз.
Таблица 1
Отношения удельного содержания 68 Оа-ЭДТМФ, полученного с добавлением стабильного галлия различной концентрации, в кости бедра к удельному
содержанию в крови и мышце
Время после введения препарата
5 мин 1 ч 3 ч
Кость бедра/ кровь ^Ga-ЭДТМФ (0 мг/мл Ga) 2.37 ± 0.66 2.55 ± 0.11 2.74 ± 0.20
68Ga-ЭДТМФ (0.8 мг/мл Ga) 1.06 ± 0.27 8.27 ± 1.24 10.50 ± 1.20
68Ga-ЭДТМФ (1.6 мг/мл Ga) 0.98 ± 0.14 7.33 ± 1.75 9.89 ± 1.00
68Ga-ЭДТМФ (2.4 мг/мл Ga) 1.27 ± 0.27 7.53 ± 0.72 10.20 ± 0.90
Кость бедра/ мышца ^Ga-ЭДТМФ (0 мг/мл Ga) 7.10 ± 0.80 17.70 ± 0.90 17.90 ± 1.50
68Ga-ЭДТМФ (0.8 мг/мл Ga) 5.30 ± 1.78 58.70 ± 10.60 81.10 ± 19.60
68Ga-ЭДТМФ (1.6 мг/мл Ga) 6.60 ± 1.83 35.10 ± 5.90 50.80 ± 12.30
68Ga-ЭДТМФ (2.4 мг/мл Ga) 7.30 ± 1.06 53.30 ± 5.70 71.30 ± 21.20
В работе [12] добавление носителя в процессе синтеза ^Ga-ЭДТМФ существенно увеличивало степень связывания ^Ga-ЭДТМФ с гидроксиапатитом и компактным веществом костной ткани in vitro, причем степень связывания препаратов определялась природой носителя. Предполагается, что добавление носителя может приводить к перегруппировке структуры комплекса или, совместно с радионуклидами, инициировать образование полимерной структуры [15]. Так, в работах [7-9, 11, 16-19] было показано, что добавление носителя увеличивает стабильность и накопление в костной ткани остеотропных препаратов на основе фосфоновых кислот, меченных рением-188.
Добавление носителя стабильного галлия при получении ^Ga-ЭДТМФ снижало содержание активности в крови. Первоначальное содержание активности в крови практически не отличалось для соединений, полученных с носителем и без него. В дальнейшем соединения, полученные с добавлением носителя, быстро выводились из крови, а концентрация ^Ga-ЭДТМФ, полученного без носителя, снижалась незначительно (рис. 2). Таким образом, стабильность ^Ga-ЭДТМФ без носителя ниже, чем с ним. Известно, что несвязанный 68Ga3+ связывается с белками плазмы крови - трансферрином, ферри-тином, лактоферрином и др. [20]. Именно это обуславливает повышенную активность ^Ga-ЭДТМФ, полученного без носителя, в крови.
Рис. 2: Сравнительные данные накопления активности в крови и почках интактных крыс ШгзЬйт после однократного внутривенного введения 68 Сй-ЭДТМФ, полученного с добавлением стабильного галлия различной концентрации; * — р < 0.05 по сравнению с контрольной группой.
Сравнительно высокое накопление 68Са-ЭДТМФ было зарегистрировано в почках (рис. 2), что связано с выведением активности в составе фосфонатов через мочевыдели-тельную систему [21]. Содержание 68Са-ЭДТМФ (0 мг/мл Са ) снижалось с 18.3%/г до 1.19%/г. Первоначальные концентрации 68Са-ЭДТМФ, полученные с добавлением Са с концентрацией 0.8, 1.6 и 2.4 мг/мл, составили 2.14%/г, 2.31%/г и 5.05%/г соответственно, однако в последующие сроки их активность в почках снижалась и не отличалась от 68Са-ЭДТМФ, полученного без носителя.
При оценке распределения активности в печени, легких, селезенке, желудке и мышечной ткани следует отметить, что содержание 68Са-ЭДТМФ, полученного без добавления носителя, выше, чем соединений, синтезированных со стабильным галлием в различных концентрациях. При этом концентрация стабильного галлия в диапазоне 0.8-2.4 мг/мл не оказывала значительного влияния на накопление активности в этих органах.
На протяжении всего эксперимента наблюдалось повышенное содержание активности в желудке (1.19-2.77%/г) при введении 68Са-ЭДТМФ, полученного без носителя. Транзиторное увеличение концентрации 68Са-ЭДТМФ, полученного с добавлением 2.4 мг/мл Са, до 1.25%/г, отмечено в легких через 5 мин после внутривенной инъекции. В остальные сроки удельная активность меченых соединений не превышала 1%/г.
зЗаключение. Таким образом, добавление носителя стабильного галлия в процессе получения 68ва-ЭДТМФ оказывало существенное влияние на биораспределение активности в организме интактных крыс ШгзЬйТ. Установлено, что при добавлении носителя содержание 68ва-ЭДТМФ в костной ткани возрастало, а во внутренних органах и тканях, напротив, снижалось. Это приводило к увеличению отношений удельного содержания активности в кости бедра к содержанию в крови и мышечной ткани для соединений, полученных с добавлением носителя. При этом рост концентрации носителя с 0.8 до 1.6 и 2.4 мг/мл не оказывал существенного влияния на содержание 68ва-ЭДТМФ в скелете.
Исследования проведены при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (проект № 075—02-2018-097, уникальный идентификатор проекта КЕМЕИ57518Х0174).
ЛИТЕРАТУРА
[1] А. Д. Каприн, В. Н. Галкин, Л. П. Жаворонков и др., Радиация и риск 26(2), 26 (2017).
[2] А. Д. Каприн, Ю. С. Мардынский, В. П. Смирнов и др., Biomedical Photonics 8(1), 52 (2019).
[3] G. J. Cheon, J. K. Chung, Y. K. Kim, et al., World J. Nucl. Med. 2, 18 (2003).
[4] В. М. Петриев, В. К. Тищенко, Р. Н. Красикова, Химико-фармацевтический журнал 50(4), 3 (2016).
[5] R. Lange, R. ter Heine, T. van der Gronde, et al., Eur. J. Pharm. Sciences 90, 96 (2016).
[6] W. Y. Lin, C. P. Lin, S. J. Yeh, et al., Eur. J. Nucl. Med. 24, 590 (1997).
[7] W. Y. Lin, J. F. Hsieh, C. P. Lin, et al., Nucl. Med. Biol. 26, 455 (1999).
[8] B. T. Hsieh, J. F. Hsieh, S. C. Tsai, et al., Nucl. Med. Biol. 26, 973 (1999).
[9] E. Verdera, J. Gaudiano, A. Leon, et al., Radiochim. Acta. 79, 113 (1997).
[10] M. Y. Nassar, M. T. El-Kolaly, and M. R. H. Mahran, Radiochem. 53(4), 415 (2011).
[11] В. К. Ширяева, В. М. Петриев, А. А. Брюханова и др., Химико-фармацевтический журнал 46(7), 39 (2012).
[12] S. Toegel, W. Wadsak, L. K. Mien, et al., Eur. J. Pharm. Biopharm. 68, 406 (2008).
[13] S. Toegel, L. K. Mien, W. Wadsak, et al., Nucl. Med. Biol. 33(1), 95 (2006).
[14] S. Pervez, A. Mushtag, M. Arif, et al., J. Radioanal. Nucl. Chem. 257, 417 (2003).
[15] R. C. Elder, J. Yuan, B. Helmer, et al., Inorg. Chem. 36, 3055 (1997).
[16] K. Hashimoto, Appl. Radiat. Isot. 49, 351 (1998).
[17] A. D. Kaprin, V. N. Galkin, L. P. Zhavoronkov, et al., Radiation and risk. 36(2), 26 (2017).
[18] A. D. Kaprin, Y. S. Mardinskiy, V. P. Smirnov, et al., Biomedical Photonics 8(1), 52 (2019).
[19] В. М. Петриев, В. К. Тищенко, О. А. Сморызанова и др., Краткие сообщения по физике ФИАН 46(2), 31 (2019).
[20] A. Autio, H. Virtanen, T. Tolvanen, et al., EJNMMI Research 5, 40 (2015).
[21] В. К. Тищенко, В. М. Петриев, В. Г. Скворцов, Химико-фармацевтический журнал 49(7), 3 (2015).
Поступила в редакцию 7 июня 2019 г. После доработки 11 октября 2019 г. Принята к публикации 14 октября 2019 г.
