Радиофармацевтическая химия

1.

Радиофармацевтическая
химия 99mTc
Антон Алексеевич Ларенков
к.х.н., Зав. Лабораторией Технологии и Методов Контроля
Радиофармпрепаратов
Москва -2017

2.

2

3.

Технеций
Искусственный радиоактивный элемент, не имеющий
стабильных изотопов (известно более 20 радиоактивных
изотопов с Т1/2 > 1 мин)
Массовое число
92
93m
93
94m
94
95m
95
96m
96
97m
97
98
99m
99
101
102m
104
105
Период полураспада
4,3 мин
43,5 мин
2,75 ч
52,5 мин
4,9 ч
61 сут
20 час
52 мин
4,3 сут
90,5 сут
2,6×106 лет
1,5×106 лет
6,04 ч
2,12×105 лет
14,2 мин
4,5 мин
18,3 мин
7,6 мин
Тип распада
β+, электронный захват
Электронный захват (18%), изомерный переход (82%)
Электронный захват (85%), β+ (15%)
Электронный захват (21%), изомерный переход (24%), β+ (55%)
β+ (7%), электронный захват (93%)
Электронный захват, изомерный переход (4%), β+
Электронный захват
Изомерный переход
Электронный захват
Электронный захват
Электронный захват
β−
Изомерный переход
β−
β−
β− / γ/β−
β−
β−

4.

Правило Маттауха−Щукарева
В природе не могут существовать два
стабильных изобара, заряды ядра которых
отличаются на единицу. Другими словами,
если у какого-либо химического элемента
есть устойчивый изотоп, то его ближайшие
соседи по таблице не могут иметь
устойчивых изотопов с тем же массовым
числом.
4

5. История открытия

5

6. История открытия

6

7. Химия технеция

• Tc: 1s22s22p63s23p63d104s24p64d65s1
• Возможные степени окисления: от +7 до -1
• Склонность к диспропорционированию,
образованию кластерных соединений и
комплексообразованию (к.ч. от 4 до 9)
• Наиболее устойчивая степень окисления
+7
7

8.

Радионуклидные генераторы:
99Mo/99mTc
Большинство коммерческих генераторов используют хроматографическую
колонку, в которой 99Mo адсорбирован на оксиде алюминия
Количество сорбента зависит от удельной активности 99Mo.
Обычно 99Mo фиксируют на оксидном носителе в форме
молибдат - (MoO42–) или фосформолибдат-ионов
(H4[P(Mo2O7)6]3–). В слабокислом растворе молибдат-анионы
полимеризуются, образуя МоxОyn– – гомополимеры. В
присутствии катионов Al3+ образуется устойчивый
гетерополимер. ПОЕ сорбента при сорбции из раствора
молибдата с рН = 2,5 - 3,5 составляет 15 - 20 мг Мо/г, из раствора
с рН = 6,0 - 0,8 мг Мо/г, из раствора Na2MoO4 Na3PO4 – 70-80 мг
Мо/г.

9. Химия технеция. Tc(VII)

• Tc2O7 + H2O = 2 HTcO4
• Tc2S7, ТсХ6 (X = Cl, F)
• ТсО3Х (X = Cl, F)
O
OH
O
Tc
O
HO
O
O
• HTcO4 – сильная кислота
• TcO4- абсолютно устойчив
в отсутствие
восстановителей
O
Tc
O
n
9

10. РФП c 99mTc

Химия РФП на основе 99mTc начинается с водного раствора Na99mTcO4, в форме
которого 99mTc элюируется из генератора. Ион 99mTcO4- заряжен отрицательно,
и эффективных методов присоединения его к органическим молекулам не
существует. Таким образом, необходимо восстановить семивалентный 99mTc
до более низкой степени окисления, чтобы создать стабильный комплекс с
пептидом.
Как правило, для получения РФП с 99mTc используют два методических подхода.
Первый – это одностадийная реакция, в которой полученный из генератора
элюат добавляют во флакон с соответствующим лигандом/ами и
восстанавливающим агентом. После этого сосуд выдерживают при комнатной
или повышенной температуре необходимое количество времени. Другой
подход состоит в первоначальном восстанавлениии 99mTcO4- в присутствии
слабого лиганда, который только стабилизирует технеций в необходимой
степени окисления, а затем этот промежуточный комплекс вводят во
взаимодйствие с «сильными» лигандами. В результате образуется
термодинамачески стабильный комплекс Тс в заданной степени окисления.
Такой процесс называют «трансхелатированием» или «обменным мечением».
Этот вариант получения РФП менее удобен для использования в клинических
условиях, но иногда является единственно возможным, например, в случае
мечения с помощью трикарбонилтехнеция.
TcO4- + Sn2+ TcX+ + SnO2, X = 4, 5.
TcO4- + Sn2+ TcO2*nH2O + SnO2

11. Химия технеция. ОВР

• 3 Tc(V)
3 Tc(VI)
Tc(VII) + 2 Tc(IV)
2 Tc(VII) + Tc(IV)
• TcO4- + [H]
Tc(IV)
TcO4- + Sn2+
TcX+ + SnO2,
X = 4, 5.
TcO4- + Sn2+
TcO2*nH2O + SnO2
11

12. Восстановление пертехнетата, 99mTc

• восстановление пертехнетата, 99mTc в присутствии лиганда, при этом,
как правило, природа лиганда определяет получаемое валентное
состояние 99mTc, а процесс восстановления может протекать
ступенчато;
• лиганд одновременно выполняет функции восстановителя и
комплексующего агента (например, сульфгидрильные соединения);
• стадии восстановления и комплексообразования разделены во
времени, благодаря чему пертехнетат в присутствии
вспомогательного лиганда сначала превращается в устойчивое, но
легко вступающее в реакцию обмена лигандов соединение; на
второй стадии происходит обменная реакция комплекса с целевым
лигандом.
12

13. Приготовление РФП c 99mTc

SnCl2
HCl
Раствор
комплексообразующего
агента
NaOH, Na2HPO4, NaHCO3
Растворение
хлористого олова
Получение
комплекса
Sn(II)
Корректировка рН
Фасование
Фильтрация
Лиофилизация и
герметизация
Стерилизация
Готовый продукт
Упаковка,
маркирование
13

14. Химия технеция. Tc(IV)

H+
[Tc(OH)6]2-
TcO2
Cl6, HCl
2[TcCl6]
H2O
TcO4*2H2O
[TcO3
2+
]
TcCl4
14

15. РФП с Tc-99m

РФП
первого
поколения
Ионные
соединения
РФП
второго
поколения
Комплексные
соединения
РФП
третьего
поколения
Комплексные
соединения
с биомолекулами
NaTcO4
H3C
H3C
CH3
N
N
H2HN 99mTc NH H
N
C
S N
N S
H
H
H3C
HN
NH2
O
H3C
CH3
N
N
NH
99mTc
N
H
S
S
N
H
NH2
15

16.

Alberto, R. // Technetium, Compr. Coord. Chem. 2004, vol. 2, N 5, pp. 127–270.
Liu, S. // Chem. Soc. Rev., 2004, vol. 33, pp. 445–461.
Abram U., Alberto R. // J. Braz. Chem. Soc., 2006, vol. 17, N. 8, pp. 1486–1500.
16

17. Присоединение 99mTc к биомолекулам

(III, IV)
(V)
(V)
(VI)
(V)
(I)
(V)
17

18. Бифункциональные хелатирующие агенты

способны как связывать Тс-99m, так и присоединяться к биомолекулам
18

19. Бифункциональные хелатирующие агенты

ДАДТПА
HYNIC
MAG3
19

20. Химия технеция. Tc(I)

5[Tc(CN)6]
[Tc(RCN)6]+
Tc2(CO)10
[Tc (CO)4I]2
Tc(CO)5Cl
[Tc3(μ-OH)3(μ3-OH)(CO)9][Tc4(μ3-OH)4(CO)12][TcCl3(CO)3]+
[Tc(H2O)3(CO)3]+
20

21.

21

22. Карбонилы технеция

22

23.

23

24.

24

25.

26.

[99mTcVIIO3]+
[H. Braband, M. Benz, Y. Tooyama, R. Alberto. Nuclear Medicine and Biology,
2014 41(7):613. ]
26

27.

27

28.

28

29.

29

30.

30

31.

Индикаторы перфузии и органотропные препараты 99mTc
Теоксим
Пертехнетат
Макротех
Макроагрегаты
АЧС
Технефор
Пирфотех
Технетрил
Технефит
Бромезида
Технемек
Пентатех
Технемаг
31

32. Пертехнетат, 99mTc

TcO4
-
32

33. Основные подходы

Органические
лиганды
Коллоиды
99mTc
Пептидные
молекулы
33

34. Препараты для сцинтиграфии скелета (остеосцинтиграфии)

Гидроксиапатит
Хелатирующие агенты для визуализации скелета
O
R
O
O
1
O P O
O
.X
пирофосфат (х = 2)
триполифосфат (х = 3)
полифосфат (х = n)
O P
C P O
O R2 O
MDP (метилендифосфонат) (R1 = H, R2 = H)
EHDP (этилидендифосфонат) (R1 = СH3, R2 =
ОH)
HMDP (гидроксиметилидендифосфонат) (R1 = H,
R2 = ОH)
34

35. Препараты для сцинтиграфии скелета (остеосцинтиграфии)

Комплексы Tc с ОЭДФ:
Tc (IV)-ОЭДФ; Tc(IV)-ОЭДФ2 ; Tc(IV)-НОЭДФ; Tc(IV)-НОЭДФ2; Tc(IV)-Н2ОЭДФ2
Накопление в костях обратно пропорционально длине цепи полифосфата!
35

36. 99mTc-MDP vs. 18F-

37.

37

38. Пирофосфат, 99mТс – альтернативное применение

Вентрикулография:
эритроциты,
меченные
99mTc -пирофосфатом
in vivo.
38

39. Пентатех – фукнция почек

Диэтилентриаминпентауксусная кислота = ДТПА
39

40. Теоксим - Ceretec

Гексаметиленпропиленаминоксим = ГМПАО = HMPAO
40

41. Тс(VII) в коллоидах.

TcO2
TcO4- + Sn2+
TcO2*nH2O + SnO2
Tc2S7
Микросферы альбумина
41

42.

42

43.

43

44.

44

45. Вторая часть Марлезонского балета

45

46.

Радиофармацевтическая
химия 68Ga
Антон Алексеевич Ларенков
к.х.н., Зав. Лабораторией Технологии и Методов Контроля
Радиофармпрепаратов
Москва -2017

47. 68Gа В ЯДЕРНОЙ МЕДИЦИНЕ

68Ga
был одним из первых радионуклидов, использованных для
визуализации методом позитронно-эмиссионной томографии
(ПЭТ), в то время, когда сам по себе термин «ПЭТ» был очень
малоизвестен… задолго до первых предположений об
использовании в данном методе 18F… (!)
47

48. 68Gа В ЯДЕРНОЙ МЕДИЦИНЕ

Одним из первых исследований по диагностическому применению 68Ga,
является работа [1], где на биологической модели было изучено накопление
68Ga-цитрата в костях и других тканях организма, а также влияние изотопного
носителя на биораспределение. А в ещё более ранних исследованиях [2] было
уже отмечено, что в отличии от 67Ga-цитрата, 68Ga-цитрат не имеет чёткого
накопления, а распределяется по всему организму в виду низкого выведения
из кровяного русла и мягких тканей.
Сцинтиграмма пациента с глиобластомой,
полученная в позитронно-сцинтилляционной камере
после введения 68Ga-ЭДТА [3]
Скенограмма CFN крысы через 1
час после введения 300 μКи 68Gaцитрата, содержащего 5 мг Ga на 1
кг
массы
тела.
Молярное
соотношение цитрат/ Ga – 3:1 [1]
[1] Hayes R. L., Canton J. E. and Byrd B. L. Bone Scanning with Gallium-68: A Carrier Effect // J.
Nucl. Med. 1965. Vol. 6. pp. 605-610.
[2] Bruner H. D., Hayes R. L. and Perkinson J. D. A study of gallium-72-X. Preliminary data on
gallium-67. // Radiology. 1953. Vol. 61. pp. 602-603.
[3] Schaer L.R., Anger H.O., Gottschalk A. Gallium Edetate 68Ga Experiences in Brain-Lesion
Detection With the Positron Camera // JAMA. 1966. Vol. 198. No. 8. pp. 811-813.
48

49.

Радионуклидные генераторы:
68Ge/68Ga
Первый генератор 68Ge/68Ga медицинского
назначения, созданный Юкио Яно и Хэлом
Энджером

50.

Коммерчески доступные генераторы
68Gе/ 68Ga
ЗАО «Циклотрон (г. Обнинск, Россия)
Eckert & Ziegler (Германия)
itG – itm Group (Германия)
50

51. БХА для 68Ga

52. БХА для 68Ga

53. 68Ga-DOTA

54. Биоконьюгаты, меченные 68Ga

По сравнению с широко
используемой ОФЭКТдиагностикой с препаратом 111Inоктреотид, ПЭТ с 68Ga обладает
лучшим пространственным
разрешением, что позволяет
визуализировать мелкие опухоли и
метастазы, а также получать
количественные данные о
биокинетике препарата
Применение в онкологии:
диагностика
нейроэндокринных опухолей
(инсулинома, гастринома,
карциноиды,
мелкоклеточный рак легкого,
опухоли гипофиза,
медуллярный рак
щитовидной железы, рак
молочной железы, меланома
и др.) методом ПЭТ,
мониторинг эффективности
химио- и радионуклидной
терапии онкологических
заболеваний
ПЭТ с 68Ga-октреотид
ОФЭКТ с 111In-октреотид

55. 68Ga-РФП

56. Соматостатин

57. Биоконъюгаты DOTA-ssr

58.

Преимущество ПЭТ с 68Ga-DOTATATE
в диагностике нейроэндокринных
опухолей
68Ga-DOTATATE
18F-FDG

59. Преимущества мечения 68Ga

60. Требования к элюату 68Ga

Низкая кислотность
Высокая объёмная активность
Низкое относительное содержание примесей
Влияние примесей на выход реакции мечения:
(68Ga-DOTATATE)
• Ag+ ; Hf4+; Hg2+; Sr2+; Zr4+ - практически не
влияют, в присутствии данных катионов в
количествах до 10 µM, сумма
радиохимических примесей (РХП) в
препарате не превышает 10%;
Ga3+; Y3+ - влияют в количестве 1-10 µM,
сумма РХП 10 %, что неприемлемо для
получения качественного препарата;
Cd2+; Co2+; Cu2+; In3+; Fe2+; Fe3+; Lu3+; Ni2+;
100
Sr
Fe
Lu
Hf
Lu
Cd
Выход, %
Zn
50
Zn2+ - присутствие данных примесей в
количестве 1 µM неприемлемо для
получения качественного препарата
0
0
60
Концентрация, мкмоль/л
120

61.

Использование генератора 68Ge/68Ga для синтеза
68Ga-РФП в повседневной медицинской практике
Наличие конкурирующих (примесных) металлических катионов
в элюате препятствуют образованию комплексов 68Ga3+. Проскок
материнского изотопа 68Ge через колонку с сорбентом имеет порядок
10-3 % от общей активности 68Ge в генераторе на момент
элюирования. Также элюат сам по себе содержит критические
примеси, такие как Fe(III), Mn(II), Zn(II). Кроме того Ti(IV) и Sn(IV), в
зависимости от типа генератора, также могут элюироваться из
генератора в относительно высоких концентрациях. Таким образом,
очистка и концентрирование элюата генератора 68Ga являются
обязательными процедурами перед собственно реакцией мечения
биоконьюгатов.

62.

Автоматизированные модули синтеза
68Ga-РФП

63.

Автоматизация процедуры очистки и концентрирования
элюата генератора 68Gе/68Ga
Модифицированная одноразовая
кассета для синтеза РФП
Автоматизированный модуль
ModularLab PharmTracer производства
Eckert&Ziegler Eurotope GmbH (Германия)
Рабочие растворы, готовые к
использованию в синтезе
63

64.

Автоматизированная система
Изделие медицинского назначения:
ФСР 2012/13966
Система 68Ge/68Ga генераторная вспомогательная для диагностики
методом ПЭТ по ТУ 9452-001-07545903-2011
64

65. Химия галлия

66. Metods of purification: fractionation

Generator
68Ge/68Ga
A
ml
1-2 ml
Breeman W.A.P., de Jong M., Blois E.
Radiolabelling DOTA-peptides with
68Ga.// Eur. J. Nucl. Med. Mol.
Imaging. – 2005. – Vol. 33. – P. 478485
Labeling
reation

67. Metods of purification: anion exchange

Conc.
HCl
Generator
68Ge/68Ga
Water
(5,5-8 М)
Anion exchanger
Waste
Labeling
reation
Meyer, G. J., H. Macke, J.
Schuhmacher, W. H. Knapp and M.
Hofmann. 68Ga-labelled DOTAderivatised peptide ligands, Eur. J.
Nucl. Med. Mol. Imaging (2004)

68. Formation of chloride complexes

69. Metods of purification: cation exchange

HCl
0,05 M
98%
Generator
68Ge/68Ga
acetone
Cation exchanger
Labeling
reaction
Waste
Solid phase
extraction
Zhernosekov K.P., Filosofov D.V., F.
Rosch et al. Processing of generatorproduced 68Ga for medical application.
J. Nucl. Med. – 2007. – Vol. 10. – P.
1741-1748.

70.

M.K. Schultz et al. / Applied
Radiation and Isotopes 76
(2013) 46–54
70

71. Metods of purification: cation and anion exchange

Generator
HCl
4M
68Ge/68Ga
HCl
0,1 M
Cation exchanger
Anion exchanger
Waste
Labeling
reaction
McAlister D. R., Horwitz E.P.
Automated two column
generator systems for medical
radionuclides. Applied
Radiation and Isotopes 67
(2009) 1985–1991.

72. Очистка и концентрирование 68Ga:

Наилучшие результаты могут быть достигнуты
при комбинировании анионного и катионного
обменов!

73. Purification via combination of cation and anion exchange processes

Generator
68Ge/68Ga
HCl
0,5 M
HCl
2M
50%
44%
acetone
acetone
Cation exchanger
Anion exchanger
Waste
Labeling
reaction
Finished RPs!
process time
20 min
HCl
0,02-0,1 M

74. Purification via combination of cation and anion exchange processes: Results

75. Purification via combination of cation and anion exchange processes: Results

Production of purified and
concentrated solution of 68Ga chloride
complexes in 0,01 - 0,1 M hydrochloric
acid significantly simplifies the
process of synthesis of the RPs, as it
becomes possible to use freeze-dried
forms of precursor, without any
subsequent purification such as solid
phase extraction and others.
1 ml concentrated and purified solution of 68Ga
(293 MBq) obtained by the presented method
was added to the freeze-dried composition
consisting 10 mg sodium acetate and 20 μg of the
DOTA-TATE peptide. The vial was thermostated
at 95°C for 10 min. The labeling reaction yield
(i.e. RCP) was more than 99% (radio-TLC and
HPLC data).

76. Purification via combination of cation and anion exchange processes: Results

100
90
reaction yield, %
80
70
60
50
Purified solution
40
Original eluate
30
20
10
0
20
15
10
Amount of peptidу (μg)
5

77.

77

78. Генератор 68Ge/68Ga фармацевтического качества

“Eckert & Ziegler receives
approval
for
gallium-68
generator for cost-effective
diagnosis of cancer
Berlin, December 4, 2014.
Eckert
&
Ziegler
Radiopharma GmbH has
received approval from the
Federal Institute for Drugs
and
Medical
Devices
(BfArM)
for
its
pharmaceutical 68Ge/68Ga
generator for the German
market.
Germanium
penetration, an essential
factor for patient safety, is
< 0.001% over its entire
one-year shelf life…”
*http://www.ezag.com/home/press/press-releases
78

79. Генератор 68Ge/68Ga фармацевтического качества

*http://www.ezag.com/home/press/press-releases
79

80. DOTA-конъюгированные производные октреотида

все могут связывать sst2 и ss5, только DOTA-NOC демонстрирует
хорошее сродство к sst3
80

81.

68Ga-DOTA-TATE,
-TOC, -NOC
Чувствительность 90 – 98 %
Специфичность 92 – 98 %
Накопление коррелирует с количеством соматостатиновых рецепторов
стадирование/рестадирование опухолевого процесса
отбор пациентов для рецепторной радионуклидной терапии
контроль эффективности тирапии
Преимущества перед РФП метаболического типа:
более высокий уровень обнаружения (хорошо дифференцированные опухоли)
информация по экспрессии соматостатиновых рецепторов
простой и экономичный метод синтеза
Преимущества перед сцинтиграфией соматостатиновых рецепторов:
высокое разрешение
низкое физиологическое накопление в печени и кишечнике
дружественна к пациенту (2 часа против 4-24 часов)
хорошая дозиметрия
низкая цена
Подготовка пациента – не требуется!
Вводимая активность 110 МБк (75-250)
Время накопления – 60 мин (45-90)
81

82.

68Ga-DOTA-пептиды
не участвуют в метаболизме клеток (по
сравнению, например, с 18F-DOPA), могут быть легко
синтезированы и предоставляют значимую информацию об
экспрессии sst, имеющую непосредственное значение для
выбора терапии.
Было обнаружено, что применение в ПЭТ 68Ga-DOTA-TATE гораздо
более информативно для оценки хорошо дифференцированных
НЭО, чем 18F-FDG
68Ga-DOTA-TATE
характеризуется очень высоким сродством к
sst2, значительно большим, чем у 111In-DTPA-октреотида
68Ga-DOTA-TATE
также сравнивали с 18F-DOPA и получили схожие
результаты: у 25 исследованных пациентов с хорошо
дифференцированными НЭО при исследовании с обоими
агентами полученная чувствительность для 68Ga-DOTA-TATE была
выше (96 % против 56 %).
Ларенков А.А., Брускин А.Б., Кодина Г.Е. Радионуклиды галлия
в ядерной медицине: радиофармацевтические препараты на
основе изотопа 68Ga // Медицинская радиология и
радиационная безопасность. 2011. Т. 56-73. № 5.
82

83. 68Ga-DOTA-TATE и 18F-DOPA

68Ga-DOTA-TATE
18F-DOPA
SUVmax = 3,9
и 18F-DOPA
68Ga-DOTA-TATE
SUVmax = 7,2
ПЭТ 56-летнего мужчины с первичной НЭО поджелудочной железы и
метастазами в печени
83

84.

Бифункциональные хелатирующие агенты
84

85.

DOTA
Подходит для комплексобразования с различными радионуклидами
Т реакции ~ 95°C
*Vojtech Kubı´cek et al. Inorg. Chem. 2010, 49, 10960–10969
85

86.

Бифункциональные хелатирующие агенты
log KML(Ga-NOTA) = 31
log KML(Ga-DOTA) = 21,3
86

87.

Бифункциональные хелатирующие агенты
*Šimeček J. et al.. How is 68Ga Labeling of Macrocyclic Chelators Influenced by Metal
Ion Contaminants in 68Ge/68Ga Generator Eluates? // ChemMedChem. 2013. Vol. 8.
pp. 95-103
87

88.

Тераностика
• Первичная диагностика с
68Ga-DOTA-(TOC, TATE,
BOC)
• Пептидная рецепторная
радионуклидная терапия
с 90Y/177Lu-(TOC, TATE,
BOC)
• Мониторинг
эффективности и
корректировка
дальнейшего лечения с
68Ga-DOTA-(TOC, TATE,
BOC)
*Courtesy: Dr Richard P. Baum
(Sangeeta Ray Banerjee Applied Radiation
and Isotopes 76 (2013) 2–13)
68Ga vs 177Lu
Тераностика???
88

89.

Влияние природы металла на сродство производных октреотида к
различным типам соматостатиновых рецепторов
*P. Antunes et al. Eur J Nucl Med Mol Imaging (2007) 34:982–993
89

90.

Применение препаратов 68Ga с предварительным/одновременным
введением комплексов natFe(III):
68Ga-Citr
+ natFe(III)-Citr
ПЭТ-сцинтиграмма мыши с моделью
остеомиелита, полученная через 60
минут после введения 68Ga-цитрата без
раствора блокады
ПЭТ-сцинтиграмма мыши с моделью
остеомиелита (с опорожненным мочевым
пузырем), полученная после введения
68Ga-цитрата с трехвалентным железом в
составе препарата
90

91.

Модификация вектора
91

92.

PSMA

93.

PSMA

94.

Влияние хелатора
94

95.

95

96.

Влияние хелатора
96

97.

Влияние хелатора
97

98.

Влияние линкера
98

99.

Влияние линкера
99

100.

PSMA

101.

PSMA – 99mTc?

102.

PSMA – 68Ga-177Lu!

103.

Ну, вот и всё…на сегодня