Проекты

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

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Старт в медицину» в секции «Химия в фармации и медицине»

Направление работы: Органическая химия
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1231
Предметы: Биология, Химия
Классы: 10 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Старт в медицину» 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.

Цель

Синтезировать аналог 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 в работе

• Установка для нагрева и упаривания веществ

• Набор оборудования для синтеза комплекса и его выделения методом ТСХ

• Спектрофотометр Ultrospec 2100 Pro

• Масс-спектрометр Bruker Ultraflex

• ЯМР-спектрометр Bruker Avance 300

• Аналитические весы Ohaus Pioneer

• pH-метр Ohaus ST2100-B

• Химическая посуда

• Химические реагенты

Описание

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

 

1 этап. Синтез металлокомплекса Ga-DOTA.

Синтез металлокомплекса проводился автором в соответствии с методикой, опубликованной в журнале Bioorganic&Medicinal Chemistry // Elsevier, 21.05.2009.

Был приготовлен ацетатный буферный раствор, в котором растворены реактивы – нитрат галлия и DOTA; после чего произведено их перемешивание и нагревание в течение 1 часа при температуре 95 °С. Затем на установке 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 нитрата галлия, хелатора DOTA и полученного соединения и погружали в элюент. Как только фронт элюента поднялся, пластины тщательно просушили и проявили в йодной камере. На хроматографической пластинке наблюдался подъём фронта, что свидетельствовало 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.

1. Для определения эффективности выбранного метода синтеза и примерного строения полученного металлокомплекса автор использовал спектрофотометрический метод анализа. Для детектирования нитрата галлия его поместили в спектрофотометр в чистом виде и зафиксировали диапазон подъёма. Затем поместили синтезированный металлокомплекс и зафиксировали диапазон подъёма.

2. Для установления точной структуры полученного металлокомплекса автор провёл его исследование на масс-спектрометре BrukerUltraflex.

3. Подтверждение точной структуры полученного комплекса проводилось сотрудниками ЦКП РТУ МИРЭА на ЯМР-спектроскопе BuckerAvance 300.

Результаты

1. Синтезирован металлокомплекс Ga-DOTA и выделен хроматографическим методом.

2. При спектрометрии было установлено, что пик поглощения галлия находится на 236 нм.

Для синтезированного металлокомплекса наблюдался примерно такой же подъём в диапазоне 236 нм. Это говорит о том, что в синтезированном веществе галлий существует не как отдельный ион, а окружён хелатором DOTA.

Спектрофотометрия чистого галлия (пик 236 нм)

 

Спектрофотометрия металлокомплекса Gа-DOTA (пик 236 нм)

 

3. На полученных масс-спектрах наблюдались два характерных интенсивных пика, соответствующих расщеплению галлия. Масс-спектрометр подтвердил предположительную структуру металлокомплекса Ga-DOTA.

Масс-спектроскопия металлокомплекса Gа-DOTA

4. Результаты исследования говорят о том, что атомы полученного соединения распределены по уровням энергии, что свидетельствует о связи между ними в металлокомплексе. При исследовании вещества на ЯМР-спектроскопе точная структура металлокомплекса Ga-DOTA подтвердилась.

Выводы

1. 68Ga является весьма перспективным циклотрон-независимым позитронным излучателем для лечения злокачественных опухолей. Применение данного радионуклида открывает широкие перспективы клеточной визуализации и противоопухолевой терапии.

2. 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, точной локализацией поражения и достаточно быстрым выводом из организма.

Перспективы использования результатов работы
1. Полученные результаты можно использовать для разработки оптимизированного метода синтеза металлокомплексов на основе хелатора тетракарбоновой кислоты.

2. Металлокомплекс Ga-DOTA можно рассматривать в качестве замены существующих радиофармпрепаратов.

Сотрудничество с вузом при создании работы

РТУ МИРЭА, технопарк «Альтаир»

Мнение автора
«Обучение в медицинском классе, работа над индивидуальным проектом, а также участие в конференции «Старт в медицину» позволили мне познакомиться с современными физико-химическими методами синтеза и исследования современных фармацевтических веществ и определиться с выбором будущей профессии»