Проекты

Синтез аналога радиофармпрепаратов на основе металла галлия и хелатора тетракарбоновой кислоты (DOTA) с потенциальной визуализирующей и противоопухолевой активностью

Работа победителя открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Прикладная химия, физическая химия» среди работ учащихся 10−11 классов

Направление работы: Фармация, Металлоорганическая химия
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1231
Предметы: Биология, Химия
Классы: 10 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Инженеры будущего» 2020 года

Актуальность

В настоящее время помимо стандартных подходов к выявлению и лечению опухолевых заболеваний появляются и совершенствуются новые методы терапии и диагностики рака, такие как таргетная терапия и генная инженерия. Современные радиофармпрепараты (РФП), используемые в таргетной терапии, могут применяться как в лечебных целях, так и в качестве диагностических препаратов. Данное исследование может доказать преимущества синтезируемого металлокомплекса перед уже существующими радиофармпрепаратами для ранней диагностики и лечения злокачественных опухолей.

Цель

Синтез аналога радиофармпрепаратов металлокомплекса галлий-тетракарбоновая кислота (Ga-DOTA) – потенциального визуализирующего и противоопухолевого агента.

Задачи

1. Изучить научную литературу и выбрать наиболее оптимальный метод синтеза и анализа металлокомплекса Ga-DOTA.

2. Синтезировать металлокомплекс Ga-DOTA.

3. Выделить полученное соединение хроматографическим методом.

4. Идентифицировать полученный металлокомплекс методами масс-спектрометрии и спектрометрии ядерно-магнитного резонанса.

5. Обосновать целесообразность выбранных методов исследования как наиболее оптимальных.

6. Обосновать возможность использования металлокомплекса Ga-DOTA для ранней диагностики и лечения злокачественных опухолей в качестве замены уже существующих радиофармпрепаратов.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Установка для нагрева и упаривания веществ
  • Набор оборудования для синтеза комплекса и его выделения методом ТСХ
  • Спектрофотометр Ultrospec 2100 pro
  • ЯМР-спектрометр Bruker Avance 300
  • Масс-спектрометр Bruker Ultraflex
  • Аналитические весы Ohaus Pioneer
  • pH-метр Ohaus st2100-b

Описание

Экспериментальная часть работы выполнена на кафедре тонких химических технологий имени М. В. Ломоносова РТУ МИРЭА.

1 этап. Синтез металлокомплекса Ga-DOTA.

Синтез металлокомплекса проводился автором в соответствии с методикой, опубликованной в статье Takahiro Mukai, Jun Suwada, Kohei Sano, Mayumi Okada, Fumihiko Yamamoto, Minoru Maeda, Design of Ga–DOTA-based bifunctional radiopharmaceuticals. // Bioorganic & Medicinal Chemistry // Elsevier, 21.05.2009. Был приготовлен ацетатный буферный раствор, в котором растворены реактивы, и произведено их перемешивание и нагревание в течение 1 часа при температуре 95 °С. Затем на установке для синтеза и упаривания было произведено выпаривание воды из полученного вещества до образования осадка.

2 этап. Выделение металлокомплекса Ga-DOTA.

Для выделения полученного вещества автор использовал метод тонкослойной хроматографии (ТСХ). Для выделения методом ТСХ был подобран элюент – хлороформ, разведённый в воде в соотношении 1 : 3. На пластину ставили пятна чистого галлия, хелатора DOTA и полученного соединения и погружали в элюент. Как только фронт элюента поднялся, пластины тщательно просушили и проявили в йодной камере. В результате проведённой ТСХ автор наблюдал на хроматографической пластинке подъём фронта, что свидетельствует об очистке полученного металлокомплекса от побочных примесей. В результате был получен металлокомплекс Ga-DOTA в количестве, достаточном для проведения идентификации и анализа.

3 этап. Идентификация и анализ металлокомплекса Ga-DOTA.

Идентификация и анализ полученного вещества проводился с использованием методов спектрофотометрии, масс-спектрометрии и ядерно-магнитной спектроскопии.

Чтобы удостовериться в правильности выбранного синтеза, а также узнать примерное строение полученного металлокомплекса, автор использовал спектрофотометрический метод анализа.

Чистый металл галлий был помещён в спектрофотометр марки «СФ-2000» для детектирования его в чистом виде, где было определено, что пик галлия действительно состоялся на 236 нм. Затем в спектрофотометр помещался синтезированный металлокомплекс, и наблюдался примерно такой же подъём в диапазоне 236 нм. Из этого автор сделал вывод, что в синтезированном веществе галлий существует не как отдельный элемент, а окружённый хелатором DOTA.

Для установления точной структуры полученного металлокомплекса автор провёл его исследование на приборе масс-спектрометрии марки «Bruker Ultraflex» на кафедре тонких химических технологий РТУ МИРЭА. На полученных масс-спектрах наблюдались два характерных интенсивных пика, соответствующих расщеплению галлия. Масс-спектрометр подтвердил предположительную структуру металлокомплекса галлий-DOTA.

Синтезированное автором вещество было передано сотрудникам ЦКП РТУ МИРЭА, где установлен ЯМР-спектроскоп марки «Bucker Avance 300» для проведения ядерно-магнитной спектроскопии и подтверждения точной структуры полученного комплекса. Результаты исследования говорят о том, что атомы соединения распределены по уровням энергии, что свидетельствует о связи между ними в металлокомплексе. При исследовании вещества на

ЯМР-спектроскопе точная структура металлокомплекса галлий-DOTA подтвердилась.

Результаты работы/выводы

В результате работы

  • изучена научная литература и выбран наиболее оптимальный метод синтеза и исследования металлокомплекса Ga-DOTA;
  • синтезирован металлокомплекс Ga-DOTA;
  • выделен полученный комплекс хроматографическим методом;
  • проведены идентификация и анализ полученного комплекса Ga-DOTA методами спектрофотометрии, масс-спектрометрии, спектроскопии ядерно-магнитного резонанса;
  • обоснована возможность применения металлокомплекса Ga-DOTA в качестве замены уже существующих радиофармпрепаратов.

Выводы:

  • 68Ga является весьма перспективным циклотрон-независимым позитронным излучателем для лечения злокачественных опухолей, которые открывают широкие перспективы клеточной визуализации и противоопухолевой терапии;
  • применение металлокомплекса Ga-DOTA в таргетной терапии позволит сделать существенный скачок в обнаружении и противоопухолевой терапии нейроэндокринных злокачественных образований в связи с лучшим разрешением, высокой чувствительностью, в точной локализации поражения и достаточно быстром выходе из организма.

Перспективы использования результатов работы

1. Разработка оптимизированного метода синтеза металлокомплексов на основе хелатора тетракарбоновой кислоты.

2. Синтез аналогов радиофармпрепаратов в количестве, достаточном для проведения анализа их физико-химических свойств и для проведения клинических испытаний.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

РТУ МИРЭА

Награды/достижения

Открытая городская научно-практическая конференция «Старт в медицину» – призёр.

Мнение автора

«Работа над индивидуальным проектом на кафедре тонких химических технологий имени М. В. Ломоносова РТУ МИРЭА, участие в конференции «Инженеры будущего» позволили мне познакомиться с современными физико-химическими методами синтеза и исследования современных металлорганических веществ и определиться с выбором будущей профессии»