Диссертация (Экспериментальное обоснование возможности применения 68Ga - цитрата для визуализации воспалительных процессов методом позитронно-эмиссионной томографии), страница 2

Особо важнопредупреждениевоспаленийнараннихстадиях,таккак,согласноклиническому опыту врачей, запущенное воспаление часто приводит кхронизации заболевания, в свою очередь, запущенное и неконтролируемоехроническоезаболеваниечастоприводиткдоброкачественнымизлокачественным новообразованиям и, к сожалению, смерти. Поэтомусвоевременная диагностика и визуализация воспалений с последующимкупированием угроз осложнения и летального исхода остается одной изнаиболее актуальных проблем современной медицины.

Для ее решенияиспользуются достижения и конкретные результаты исследований в сферемногих фундаментальных наук.Одним из таких направлений является ядерная медицина, использующаяоткрытые радионуклиды (в составе РФП) и свойство атомных ядерподвергаться радиоактивному распаду для диагностики и терапии в различныхобластях научной и практической медицины – в онкологии, кардиологии,эндокринологии, нейрофизиологии, педиатрии, гематологии и другие. Внастоящее время в разных областях применяют более ста диагностическихРФП (Frost & Sullivan, 1998). Их мировое производство и потреблениеежегодно растет на 10-15%.

Только в США с использованием радионуклидовежегодно производится около 13 млн диагностических процедур и 100 млнлабораторных тестов, применяется около 50 тыс. терапевтических доз, вобласти ядерной медицины практикуют более 30 тыс. специалистов (ШлыгинаО.Е., Борисенко А.Р., 2006). Для России ядерная медицина и открытие новыхцентров ядерной медицины является одним из приоритетных направленийразвития отечественного здравоохранения.

Следует отметить, что в нашустрану не импортируются РФП; это единственная группа лекарственных8средств, где используются только отечественные препараты.Степень разработанности проблемыСпособность регистрировать ионизирующее излучение распределенногов организме радиофармацевтического препарата (РФП) внешними детекторамиявляется основной концепцией радионуклидной диагностики (РНД) в ядерноймедицине. Все локально измененные условия при течении воспалительногопроцессаспособствуютпотенциальныминакоплениюносителямитаргетныхрадионуклиднойагентов,метки,являющихсяпозволяющейвпоследствии визуализировать область воспаления методами эмиссионнойтомографии (Boerman O.C., et al., 2001), которые имеют неоспоримыепреимущества наряду с другими методами неинвазивной визуализации (УЗИ,МРТ, КТ). Последние хоть и позволяют локализовать очаги относительномалого размера, однако эти методы опираются на морфологические измененияв тканях, поэтому не могут быть визуализированы и оценены на раннихстадияхразвитиявоспалительногопроцесса.Напротив,использованиерадионуклидных методов диагностики может решить проблему раннейвизуализации, основывающуюся на локальных физико-химических измененияхв очагах воспаления, что во многих случаях позволяет сделать каккачественную, так и количественную оценку патофизиологических измененийи отразить функциональный статус в поврежденных органах и тканях.СуществуетмножествоисследованийразличныхРФП,зачастуюмеченных технецием-99m или индием-111, для визуализации воспалений,однако большинство из них не получили популярности в клинической практике(Cortens F.H.M., van der Meer J.W.M., 1999) (см.

ниже). Традиционно «золотымстандартом»длявизуализациисчитаютсямеченыелейкоциты,чтообуславливается их ролью в специфической и неспецифической защитеорганизма от внешних и внутренних патогенных агентов, а также в реализациитипичных патологических процессов. Помимо недостатков, связанных срутиннымспособомполучениямеченыхлейкоцитов,развитиеираспространение ПЭТ центров в России и за рубежом с использованием9короткоживущих изотопов отодвинуло применение «золотого стандарта» (дляОФЭКТ) с первого плана. Наиболее популярным РФП для ПЭТ визуализациивоспалений является18F-меченная дезоксиглюкоза (ФДГ), однако обладающаянеспецифическим путем аккумуляции в патологических очагах.

Данныепроблемы подталкивают ученых и клиницистов к поиску и разработке новыхПЭТ радиотрейсеров, имеющих минимум недостатков и максимум пользы ввопросе визуализации воспалений.Одним из таких РФП является68Ga-цитрат – аналог67Ga-цитрата,применяющегося в ОФЭКТ с 70-х гг. прошлого столетия. В литературеописаны несколько метаболических путей накопления галлия в очагахвоспаления, в той или иной мере связанные с мечением транспортных белковкрови in vivo (Moerlein S.M., Welch M.J., 1981; Harris W.R., Pecoraro V.L., 1983;Martinez J.L. et al., 1990). Однако достаточное связывание 67Ga с белками кровиприводит к ее медленному клиренсу от радиоактивности и соответственноболее длительному периоду накопления в патологических очагах (до 72 ч), чтоисключает возможность применения короткоживущего изотопа галлия-68 дляПЭТ*.

Одним из путей решения этой задачи предполагается введениедополнительных химических агентов, которые будут конкурировать срадиоактивным галлием в присоединении к белкам крови и на рецепторахтканей,такимобразом,освобождаябольшоеколичествосвободногорадиоактивного галлия и делая его доступным для активного накопления впатологическом очаге и выведения мочевыделительной системой. Наиболееблизким к галлию по физико-химическим свойствам является трехвалентноежелезо, поэтому в рамках исследований настоящей диссертации было сделанопредположение о возможности использования физиологически приемлемыхсоединений трехвалентного железа (к примеру, цитрата железа) дляблокирования металлсвязывающей способности транспортных белков крови.Актуальность и отсутствие расширенных исследований препарата68Ga-цитрат с его свойствами в качестве нового диагностического средства присовместном введении с цитратом железа (III) обуславливает необходимость* T½ (68Ga) = 67, 7 мин; T½ (67Ga) = 78, 28 ч10проведениявозможностидальнейшихисследований,применения68направленныхGa-цитратадлянаобоснованиебыстройвизуализациивоспалительных процессов методом позитронно-эмиссионной томографии.Следует отметить, что к настоящему времени в мире еще нет ни одногокоммерчески доступного радиофармпрепарата на основе генератора галлия-68,и/или лиофилизатов для приготовления таких РФП.

Поэтому данная разработкаявляется инновационной и исключительно актуальной.Цель настоящегоисследования заключалась в экспериментальномобосновании возможности применения радиофармацевтического препарата68Ga-цитрат для визуализации воспалительных процессов методом ПЭТ.Исходя из поставленной цели, необходимо было решить следующиезадачи:1.Исследовать влияние раствора цитрата железа (III) in vitro на связываниегаллия-68 с трансферрином в реакционной смеси;2.ИсследоватьбиораспределениеGa-цитрата67/68invivoсибездополнительного введения цитрата стабильного железа (III);3.Исследовать и оценить возможность применения68Ga-цитрата длябыстрой визуализации смоделированных воспалительных процессовметодом позитронно-эмиссионной томографии;4.Исследовать и оценить токсикологические свойства лиофилизатов дляприготовлениярадиофармацевтическогорадиофармацевтическойкомпозициипрепарата68Ga-цитрат68Ga-цитратасицитратомстабильного железа (III);5.Рассчитать прогнозные значения поглощенных доз, создаваемых ворганах и тканях, при введении68Ga-цитрата и оценить радиационнуюбезопасность его применения.Научная новизнаПроведеносистематическоеизучениеповеденияGa-цитрата68вприсутствии цитрата стабильного железа (III) (и без него) в экспериментах in11vitro и in vivo.

Исследован характер биораспределения, а также полученыданные биологических и эффективных периодов полувыведения68Ga-цитратаиз органов и тканей, подтверждающие его выраженную инфламатотропность(от лат. inflammatio – воспаление). Впервые для оценки безопасностиприменениярадиофармацевтическогорадиофармацевтической композиции68препарата68Ga-цитратиGa-цитрата с цитратом стабильногожелеза (III) изучены токсические свойства их компонентов для приготовления ввиде растворов лиофилизатов из наработанных партий. Впервые рассчитаны иисследованы прогнозные значения поглощенных и эффективных доз дляоценки радиационной безопасности применения68Ga-цитрата совместно сцитратом железа (III) при эквивалентном пересчете на человека.

На основанииполученных результатов впервые разработан и защищен патентом РФ способбыстройвизуализациивоспалительныхрадиофармацевтической композиции68процессовспомощьюGa-цитрата с цитратом стабильногожелеза (III) методом позитронно-эмиссионной томографии. На основанииполученных результатов комплексных исследований радиофармацевтическийпрепарат68Ga-цитратхарактеризованкакбезопасный,чтопозволяетрекомендовать его для проведения клинических исследований.Теоретическая и практическая значимость исследованияОписана возможность применения радиофармацевтического препарата68Ga-цитрат для быстрой визуализации воспалительных процессов методомпозитронно-эмиссионнойэкспериментальнофункциональнаятомографии.Теоретическидоказанавыраженнаяпригодность)препаратаобоснованаинфламатотропность68Ga-цитратви(егоорганизмелабораторных животных (мышей и крыс) и безопасность его применения.

Врезультате систематического изучения поведения68Ga-цитрата в присутствиицитрата стабильного железа (III) (и без него) в экспериментах in vitro и in vivoустановлено, что дополнительное введение раствора цитрата железа (III)нужной концентрации позволяет достигнуть высокой аккумуляции РФП в12очагах воспаления уже через 30-60 минут после введения. Таким образом, 68Gaцитрат, совместно с цитратом стабильного железа (III), может бытьиспользован для быстрой визуализации воспалительных процессов методомпозитронно-эмиссионной томографии в медицинских исследованиях.Методыпроведенияирезультатыисследованийнастоящейдиссертационной работы используются в учебном процессе при чтении лекцийи проведении лабораторно-практических занятий по радиобиологии на кафедрерадиобиологии и вирусологии им. акад.

А.Д Белова и В.Н. Сюрина ФГБОУ ВОМГАВМиБ – МВА им. К.И. Скрябина, а также в рамках цикла «Химическаятехнология радиофармацевтических препаратов» на кафедре радиохимии итехнологии радиофармацевтических препаратов Института последипломногопрофессионального образования (ИППО) ФГБУ ГНЦ ФМБЦ им. А.И.Бурназяна ФМБА России.Методология и методы диссертационного исследованияМетодологической основой исследования послужили традиционныеподходы, теоретические и экспериментальные наработки к исследованиюфункциональной пригодности и безопасности РФП и системного анализаполученныхрезультатов.целесообразностьМетодологияиспользованияисследованиякомплексногоопределилаподхода,включающегорадиохимические, биологические, физические и математические методовисследования.Экспериментальныеисследованиявыполненынасертифицированном и поверенном научном оборудовании с использованиематтестованных методик в аккредитованных лабораториях.Основные положения, выносимые на защиту:1.Результаты систематического изучения поведенияприсутствиицитратастабильногожелеза(III)Ga-цитрата в67/68(ибезнего)вэкспериментах in vitro и in vivo;2.Способ визуализации смоделированных воспалительных процессов спомощью радиофармацевтической композиции68Ga-цитрата с цитратом13стабильного железа (III) методом позитронно-эмиссионной томографиичерез 30-60 минут после ее введения;3.Оценка общих токсикологических свойств растворов лиофилизатов дляприготовлениярадиофармацевтическогорадиофармацевтическойкомпозициипрепарата68Ga-цитрат68Ga-цитратасицитратомстабильного железа (III);4.Расчет прогнозных значений поглощенных и эквивалентных доз дляоценки радиационной безопасности применения68Ga-цитрата совместнос цитратом железа (III) при эквивалентном пересчете на человека.Степень достоверности работыДостоверностьмножествасерийиспользованиемполученныхрезультатовразличныхнаучно-исследовательскихбольшогоколичестваобусловленабиологическихпостановкойопытовтест-системс(140нелинейных крыс-самок массой 181,9±16,0 г, 60 нелинейных мышей-самокмассой 20,3±1,7 г, 140 мышей (самок и самцов) линии BALB/c массой 21,4±1,7г, 210 крыс (самок и самцов) линии Sprague Dawley массой 192,1±17,8 г) идальнейшимлабораториях,анализомполученныхоснащенныхЭкспериментальныеданныеданныхсовременнымстатистическивсертифицированныхнаучнымобработаныоборудованием.сприменениемсовременных компьютерных программ.Апробация работы и публикацииМатериалы и основные положения диссертационной работы доложены иобсуждены на следующих научных мероприятиях:1.Международнаяучебно-методическаяинаучно-практическаяконференция «Актуальные проблемы ветеринарной медицины, зоотехниии биотехнологии», посвященной 95-летию со дня основания МГАВМиБим.