способ получения актиния-225 и его дочерних элементов

Формула изобретения

1. Способ получения изотопа, включающий направление электронов на конвертирующее вещество, имеющее покрытие из вещества с массовым числом атомов, равным n, образование фотонов в результате взаимодействия электронов с конвертирующим веществом и образование изотопа с массовым числом атомов, равным n-1 при взаимодействии фотонов с веществом покрытия.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что n равно 226, а покрытием с массовым числом атомов, равным n, является радий-226.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что n-1 равно 225, а изотопом с массовым числом атомов, равным n-1, является радий-225.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что конвертирующее вещество включает, по меньшей мере, одно из следующих: медь, вольфрам, платина и тантал.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что покрытие наносят на конвертирующее вещество путем электролитического осаждения.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что конвертирующее вещество перед нанесением на него гальванического покрытия из радия-226 электролитически покрывают никелем.

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что электролитическим осаждением на конвертирующее вещество одновременно наносят никель и радий-226.

8. Способ по п.5, отличающийся тем, что радий-226 наносят на конвертирующее вещество в концентрации примерно от 80 до 160 мг/см².

9. Способ по п.4, отличающийся тем, что для направления электронов на конвертирующее вещество, покрытое покрытием, используют электронный ускоритель, а электроны находятся в виде пучка.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что толщина конвертирующего вещества составляет от примерно 0,5 до примерно 1,7 мм, а ток электронного пучка составляет от примерно 100 до примерно 1000 микроампер.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что энергия электронов составляет от примерно 20 до примерно 25 МэВ.

12. Способ по п.10, отличающийся тем, что энергия фотонов составляет от примерно 10 до примерно 25 МэВ.

13. Способ по п.4, отличающийся тем, что он дополнительно включает отделение актиния-225 от радия-226 с помощью химического разделения.

14. Способ получения изотопа, включающий направление электронов на вольфрамовую пластину, покрытую электролитически осажденным радием-226, посредством чего при взаимодействии электронов с вольфрамом образуются фотоны и посредством чего при взаимодействии образовавшихся фотонов с радием-226 образуется радий-225.

15. Мишень для электронного пучка электронного ускорителя, включающая металлическую пластину, покрытую электролитически осажденным радием-226.

16. Мишень по п.15, отличающаяся тем, что вещество металлической пластины имеет атомный номер, равный 30 или больше.

17. Мишень по п.16, отличающаяся тем, что металл пластины выбран из вольфрама, тантала, платины и меди.

18. Мишень по п.17, отличающаяся тем, что металл является вольфрамом.

19. Металлическая пластина, покрытая смесью радия-226, радия-225 и актиния-225.

20. Металлическая пластина по п.19, отличающаяся тем, что металл выбран из вольфрама, тантала, платины и меди.

21. Способ получения актиния-225, включающий направление электронов на конвертирующее вещество, посредством чего при взаимодействии электронов с конвертирующим веществом образуются фотоны, направляемые на жидкую мишень из радия-226, и при взаимодействии которых с жидкой мишенью образуется радий-225, и радий-225 распадается в актиний-225.

22. Способ по п.21, отличающийся тем, что жидкая мишень пространственно отделена от конвертирующего вещества.

23. Способ по п.22, отличающийся тем, что жидкая мишень находится в ограниченном объеме.

24. Способ по п.21, отличающийся тем, что жидкая мишень находится в контакте с конвертирующим веществом.

Описание изобретения к патенту

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к способам получения, выделения и применения радиоактивных химических веществ (радиохимикалий). В частности, способ согласно настоящему изобретению направлен на получение актиния-225 и его дочерних элементов, обладающих высокой радиохимической и радионуклидной чистотой, которые могут использоваться для получения альфа-излучающих (альфа-эмиттирующих) радиофармацевтических препаратов, в частности, для соединения с терапевтическими лекарственными препаратами, содержащими антитела, протеины (белки), пептиды, антизины, статин, природные вещества и гормоны. Альфа-излучающий радионуклид актиний-225 и его дочерние элементы могут использоваться как для терапевтических, так и для диагностических целей.

Данные о конвенционном приоритете

Предварительная заявка США № 60/167, 910, поданная 30 ноября 1999 г.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Рак стоит на втором месте после сердечно-сосудистых заболеваний среди причин смертности в США, составляя одну четвертую общей смертности. Мужчины чаще всего страдают раком легких, простаты, толстой и прямой кишки, а женщины - раком груди, легких, толстой и прямой кишки.

Способ лечения в таких случаях часто состоит в хирургическом удалении опухоли, являющимся, безусловно, инвазивным. Химиотерапия и радиотерапия имеют преимущество: они неинвазивны; но у них есть потенциальный недостаток: они слишком неселективны. То есть, с их помощью достигается высокая степень уничтожения раковых клеток, но при этом они могут давать очень серьезные побочные эффекты. Фактически, побочные эффекты являются основным недостатком этих способов лечения, из-за которого пациент часто выбирает хирургический метод лечения, а не химиотерапию или радиотерапию.

Эти системные способы используют различия между раковыми и здоровыми клетками. Например, используется различие в скорости пролиферации раковых и нормальных клеток. Чем больше скорость пролиферации, тем больше поглощается токсичных веществ, а в нормальных клетках это поглощение меньше. Таким образом, при системном поступлении клеточных токсинов раковые клетки поглощают их быстрее, чем нормальные и, благодаря этому, уничтожаются в большей степени. Однако противораковые терапевтические препараты дают значительный побочный эффект: они убивают здоровые клетки, и это, как указывалось выше, является основной причиной отказа пациентов от такой терапии.

Для повышения селективности поражения раковых клеток успешно применяется ряд способов. Эти способы часто используют то или иное отличие раковых и нормальных клеток. С наибольшим успехом используются структурные различия клеток, такие как антигены на поверхности клеток, рецепторы или другие поверхностные белки, или молекулы, которые по-разному экспрессируются для разных типов клеток.

Например, по сравнению с нормальными клетками многие опухолевые клетки имеют повышенное количество определенных клеточно-поверхностных антигенов.

Нацеливающие (адресующие) вещества, такие как моноклональные антитела, могут направляться специфично на раковые клетки и связываться с их поверхностными антигенами, что позволяет достичь хорошей локализации и высокого поглощения терапевтического агента клетками. В частности, для локализации раковых клеток используются такие моноклональные антитела, как anti-gp160 против рака легкого человека (см. Sugiyama и др., "Selective Growth Inhibition of Human Lung Cancer Cell Lines Bearing a Surface Gtycoprotein gp160 by ¹²⁵I-Labeled Anti-gp160 Monoclonal Antibody" ("Селективное ингибирование роста раковых клеток легких с поверхностным гликопротеином gp160 с помощью ¹²⁵I-меченных anti-gp160 моноклональных антител"), Cancer Res. 48, 2768-2773 (1988)), моноклональные антитела «ФНТ-1» (FNT-1) к цервикальной карциноме человека (см. Chen и др., "Tumor Necrosis Treatment of ME-180 Human Cervical Carcinoma Model with ¹³¹I-Labeled TNT-1 Monoclonal Antibody ("Лечение некроза опухоли модели ME-180 цервикальной карциномы человека с помощью ¹³¹I-меченных TNT-1 моноклональных антител"), Cancer Res., 49 (16), 4578-85, 1989) и антитела к рецепторам эпидермального фактора роста при KB карциноме (см. Aboud-Pirak и др., "Efficacy of Antibodies to Epidermal Growth Factor Receptor Against KB Carcinoma In Vitro and in Nude Mice" ("Эффективность антител к рецепторам эпидермального фактора роста против KB карциномы in vitro и мышах"), J. National Cancer Institute, 80(20), 1605-1611 (1988)).

Для борьбы с раковыми клетками также используются различные радиотерапевтические препараты, например бета-излучатели йод-131, медь-67, рений-186 и иттрий-90. Однако недостатками бета-излучателей являются их малая удельная активность, низкая передача энергии, малые дозы (что позволяет клетке залечить радиационное повреждение), они повреждают окружающие здоровые ткани и некоторые из них не имеют детектируемых фотонов, дающих возможность получать изображение (например, иттрий-90).

Альфа-излучатели являются менее токсичными веществами и более эффективны для терапии. В противоположность обычной общей радиационной терапии, использующей гамма-излучатели, в клеточной радиационной терапии адресные препараты ищут раковые клетки и прикрепляют к ним радиоизотопы. Селективная цитотоксичность радионуклидов, излучающих альфа-частицы, - это результат передачи большей энергии, по меньшей мере в 100 раз превосходящей бета-излучающие радионуклиды, а также более короткого пробега (50-80 микрометров) и ограниченной возможности клеток восстанавливать поврежденную ДНК.

Так как излучение альфа-излучающих радионуклидов проникает только на глубину нескольких клеток, то достигается меньшее повреждение здоровых тканей и клеток чем при химиотерапии и радионуклидной терапии бета- и гамма-излучающими радионуклидами. Короткий пробег альфа-частиц позволяет вести точное «прицеливание» по раковым клеткам. Альфа-излучающие радионуклиды являются одними из самых эффективных цитотоксинов, известных сегодня, и оказываются безопасными для лечения людей.

Например, для лечения Неходжкинской лимфомы, карциномы щитовидной железы и других видов рака применяется бета-излучающий йод-131 (период полураспада - 8,02 дня). Несмотря на то, что йод в основном локализуется в ткани щитовидной железы, это лечение остается проблематичным, так как радионуклид проникает в ткань на глубину 10 мм и может повреждать здоровые ткани. При введении в дозах, достаточных для уничтожения раковых клеток (до 600 милликюри), йод-131 может разрушать костный мозг, и в таком случае пациентам необходимо делать трансплантацию костного мозга - процедуру болезненную и опасную. Другим радиоизотопом, излучающим бета-частицы и используемым в радионуклидной медицине, является иттрий-90, который, обладая высокой энергией, также глубоко проникает в ткани человека и может повреждать здоровые ткани и органы.

Для радионуклидной терапии также предлагаются актиний-225, висмут-212, свинец-212, фермий-255, тербий-149, радий-223, висмут-213 и астат-211, которые все являются альфа-излучающими радионуклидами. Из всех этих радионуклидов самыми эффективными, вероятно, являются актиний-225 (альфа-излучатель с энергией 5,8 МэВ и периодом полураспада 10 дней) и его дочерний элемент висмут-213 (период полураспада - 46 минут). Альфа-излучающий астат-211 также предложен в качестве медицинского радионуклида, но он менее пригоден из-за его короткого периода полураспада (7,21 часа), который затрудняет его доставку.

У висмута-213 период полураспада короче, чем у актиния-225, но его физические и биохимические характеристики, его производство, а также его фармакологические свойства делают этот радионуклид вероятным кандидатом для лечения людей. Доктор Отто Гэнсоу (Otto Gansow) первым разрабатывал способы альфа-радиоиммунной терапии, создавая линкеры для связи моноклональных антител с радиоактивным висмутом (см. Патенты США №№ 4923985, 5286850, 5124471, 5428154 и 5434287, выданные О.Гэнсоу и др.). Альфа-излучающий радиоизотоп висмут-213 в соединении с нацеливающими молекулами показывают хорошие результаты в клинических испытаниях для альфа-радиоиммунной терапии.

В настоящее время висмут-213 проходит клинические испытания для лечения острого миелоидного лейкоза (ОМЛ) и потенциально может использоваться для лечения ряда других заболеваний, в том числе Т-клеточного лейкоза, Неходжкинской лимфомы, микрометастазов, связанных с раком простаты и другими заболеваниями. Установлено, что висмут-213 может применяться для остановки роста артериол, питающих плотные опухоли, и рака легких. Эта терапия применяется сейчас для лечения новообразований жидких фаз, таких как лейкозы. Она также может быть полезной для лечения плотных опухолей и некоторых других болезней, в том числе иммунных расстройств, ревматоидного артрита, болезни дегенерации суставов, а также других болезней, включая саркому Калоши и инфекционных болезней, связанных со СПИДом. Клеточная радиационная терапия, использующая мощные альфа-излучатели для точного попадания в раковые клетки, может свести к минимуму побочные эффекты, свойственные традиционной химиотерапии и стандартному радиационному облучению (тошнота, потеря волос, запор, сухость во рту бессонница и рвота), и стать предпочтительным способом лечения. Пациенты могут проходить лечение амбулаторно, а необходимые дозы будут намного меньше доз бета-излучателей.

Некоторые способы получения актиния-225 чрезвычайно опасны и имеют низкий выход годного продукта. Согласно одному из способов, экстракцией из долгоживущего тория-229 (период полураспада-7300 лет) актиний-225 получают в Министерстве Энергетики США. Торий-229 экстрагируют в ничтожно малых количествах с соблюдением необходимых мер предосторожности из делящегося урана-233, оружейного урана, полученного из природного тория 20-30 лет назад во время холодной войны. Так, из 5 кг урана-233 (количества, достаточного для изготовления одной ядерной бомбы) получают всего лишь 0,5 г или 0,1 Ки тория-229. Этого количества хватает для лечения только примерно 10 пациентов. Эта высокозатратная технология, когда торий-229, «корова», служит генератором актиния-225, дает малый выход актиния-225, так как наличие старого тория-229 и урана-233, содержащего торий-229, который можно экстрагировать, ограничено.

Даже если извлечь весь торий-229 из существующих запасов урана-233 в США, то получится только незначительное количество актиния-225, по расчетам составляющее не более 3 кюри в месяц. Такого количества радионуклида недостаточно даже для нескольких небольших клинических испытаний, и его бы хватило только для тех нескольких пациентов, которые смогли бы позволить себе купить этот радиоизотоп по той высокой цене, по которой Министерство Энергетики предлагает его сейчас. Стоимость необходимого количества радиоизотопа составляла бы десятки тысяч долларов.

В Патенте США № 5355394 описывается способ получения полезных количеств актиния-225 и висмута-213 с помощью очень высокого потока тепловых нейтронов в ядерном реакторе. Однако, согласно патенту, для получения полезных количеств исходного тория-229 потребуются годы непрерывного облучения радия-226 в большом ядерном реакторе. Таким образом, этот процесс будет очень медленным. Другим недостатком этого способа производства является то, что будет также нарабатываться большое количество неотделяемого тория-228.

Этот нежелательный радиоизотоп, торий-228, хотя и имеет более короткий период полураспада, является мощным глубоко проникающим гамма-излучателем, который может повреждать здоровые ткани и потребует установки дорогой «горячей камеры» для изоляции пациентов и значительной защиты в медицинском учреждении. Радиоизотопы тория-228 и тория-229 будут тесно смешаны друг с другом и потребуется приблизительно 20 лет хранения для распада тория-228. Для этого также была бы необходима значительная свинцовая защита, и при этом образовалось бы много радиоактивных отходов и газ радон.

В Патенте США № 5457323 описывается еще один способ получения актиния-225. Этот способ приводит к образованию газа радона, от которого трудно и дорого избавиться.

В патенте WO 99/63550 предлагается способ получения актиния-225 путем облучения радия-226 протонами. Основным недостатком этого способа является то, что для ускорения протонов необходим циклотрон.

Таким образом, основная проблема, стоящая перед врачами и исследователями всего мира, желающими применять для лечения рака и других заболеваний мощный короткоживущий радионуклид актиний-225 и его дочерний элемент висмут-213, является ограниченное количество актиния-225, недостаточное для использования в клиниках и проведения научных исследований. Кроме того, из-за высокой стоимости этого радионуклида его широкое использование в настоящее врем не представляется возможным.

Именно по указанным выше причинам существует необходимость в новых способах получения актиния-225.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предлагается способ получения актиния-225 в достаточных количествах. Вещества, получаемые с помощью данного изобретения, особенно полезны в радиоиммунотерапии для лечения рака, метастазов и микрометастазов, расположенных отдельно от первичной локализации.

Предлагается способ получения актиния-225 в количествах, достаточных для коммерческой продажи в виде исходного вещества, меченого радиофармацевтического препарата или в виде покрытия.

Предлагается безопасный, надежный и эффективный способ получения больших количеств актиния-225, не дающий существенных количеств радиоактивных отходов. Данный способ также обеспечивает получение актиния-225, имеющего постоянную (воспроизводимую) радиохимическую и радионуклидную чистоту.

Данное изобретение дает надежный способ получения облучением радия-226 количеств актиния-225/висмута-213, превышающих 1000 милликюри, с радионуклидной чистотой <5 мкКи радия-225 на 100 мкКи актиния-225. Актиний-225/висмут-213 обладают физическими свойствами, необходимыми для диагностических и терапевтических радиофармацевтических препаратов, особенно при использовании в радиоиммунотерапии.

Отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения предусматриваются его частными вариантами осуществления. Такими вариантами являются способы получения изотопов, включающие направление электронов на конвертирующее (преобразующее) вещество, покрытое слоем другого вещества, при этом покрывающее вещество (покрытие) имеет массовое число атома, равное n. При взаимодействии электронов с конвертирующим веществом образуются фотоны, взаимодействие которых с веществом покрытия приводит к образованию изотопов с массовым числом атома, равным n-1.

В одном варианте изобретения массовое число n атома покрывающего вещества из радия-226 равно 226. В этом варианте n-1 равно 225, а изотоп с массовым числом 225 - это радий-225. Конвертирующее вещество может содержать, по меньшей мере, одно из следующих: медь, вольфрам, платину и тантал. Покрывающее вещество (покрытие) наносится на конвертирующее методом электролитического осаждения (гальваностегии). На конвертирующее вещество, до электролитического осаждения на него радия-226, также может электролитическим путем наноситься никель. В альтернативном варианте конвертирующее вещество покрывается одновременно никелем и радием-226 способом электролитического осаждения. Концентрация радия-226 на конвертирующем веществе составляет примерно от 80 мг/см² до 160 мг/см ².

В соответствии со способом по настоящему изобретению, электроны направляются на конвертирующее вещество, покрытое слоем покрывающего вещества, с помощью электронного ускорителя, в котором электроны находятся в форме пучка (луча). Конвертирующее вещество имеет толщину примерно от 0,5 мм до примерно 1,7 мм, а ток электронного пучка от примерно 100 микроампер до примерно 1000 микроампер. Энергия электронов равна от примерно 20 МэВ до примерно 25 МэВ, а фотонов - от примерно 10 МэВ до примерно 25 МэВ.

Способ по настоящему изобретению может дополнительно включать отделение актиния-225 от радия-225 и радия-226 посредством процесса химического разделения.

Способ согласно настоящему изобретению касается получения изотопов и включает в себя направление электронов на вольфрамовую пластину, покрытую электролитически осажденным радием-226; при взаимодействии электронов с вольфрамом образуются фотоны, при взаимодействии которых с радием-226 получается радий-225.

Другим объектом настоящего изобретения является мишень для электронного пучка электронного ускорителя, включающая металлическую пластину, покрытую электролитически осажденным радием-226. Атомный номер вещества (материала) металлической пластины может быть равен 30 или больше, а сама пластина может быть выполнена из вольфрама, тантала, платины и/или меди.

Настоящее изобретение предусматривает также металлическую пластину, покрытую смесью радия-226, радия-225 и актиния-225. Металлическая пластина может быть выполнена из металла, выбранного из вольфрама, тантала, платины и меди.

Другие отличительные признаки и преимущества предлагаемого изобретения станут очевидны для специалистов после следующего ниже технического описания и дополнительных примеров осуществления предлагаемого изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Фигура 1. Получаемые активности радия-225 и актиния-225 в зависимости от времени облучения для мишени из радия-226 весом 1,0 г и электронного пучка энергией 25 МэВ.

Фигура 2. Поток/спектр гамма-излучения, вызываемый электронами 20 МэВ и 25 МэВ, в зависимости от энергии (МэВ). Кривая рассчитана исходя из данных Таблицы.

Фигура 3. Профиль радия-226 (гамма, n) в зависимости от энергии (МэВ).

Фигура 4. Радиоактивный распад урана-233 в актиний-225 и висмут-213.

СВЕДЕНИЯ. ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей предлагаемого изобретения является получение радиохимикалий (радиоактивных химических веществ), в частности актиния-225, с использованием радия-226 в качестве исходного вещества. Изобретение заключается в облучении радия-226 для получения радия-225, который затем по бета-распаду превращается в актиний-225. Актиний-225 можно использовать для получения его дочернего элемента, висмута-213. Количество получаемого актиния-225, продукта предлагаемого изобретения, может составлять 100 мКи актиния-225 на примерно 5 мКи радия-225.

Необходимо отметить, что в настоящем изобретении используется радий-226, природный изотоп радия с периодом полураспада 1600 лет. Таким образом, используемый в описании термин радий-226 соответствует радию с природным изотопным составом, и ссылка на радий-226 как исходное вещество не подразумевает изотопно-чистую форму радия-226.

А. Получение радионуклидов

1. Актиний-225

Предлагаемое изобретение заключается в превращении (конверсии) радия-226, с помощью фотонов высокой энергии, в радий-225. Эту реакцию можно охарактеризовать как реакция фотораспада. Радий-225 распадается в актиний-225, который затем отделяется в процессе химического разделения.

а. Теоретическая часть

Реакция преобразования радия-226 в радий-225 является реакцией фотораспада, в которой поглощение высокоэнергетического электромагнитного излучения в форме фотонов гамма-излучения приводит к испусканию нейтрона ядром атома радия-226, вызывающему образование радия-225. Далее эта реакция будет обозначаться как «гамма, n» или «у,n»-реакция, где «n» обозначает испускаемый нейтрон.

Высокоэнергетические фотоны образуются при облучении (бомбардировке) конвертирующего вещества электронами большой энергии (высокоэнергетическими электронами). Конвертирующее вещество - это вещество, которое при облучении его электронами испускает высокоэнергетические фотоны, и оно должно быть тугоплавким, способным выдерживать электронное облучение (бомбардировку). Такими веществами, например, являются вольфрам, тантал, платина и медь.

Высокоэнергетические электроны, бомбардирующие конвертирующее вещество, должны обладать достаточной энергией для того, чтобы образующиеся фотоны имели энергию, достаточную для реакции фотораспада. Энергия, необходимая для реакции фотораспада, соответствует энергетическому уровню, который по меньшей мере должен быть равен пороговому (минимальному) энергетическому уровню области гигантского резонанса на кривой зависимости профиля от энергии для реакции изотопного преобразования. (Гигантские резонансы - это средняя энергия резонансов сложных ядер сложной системы. Ширина этих резонансов составляет порядка 1 МэВ, и их рассчитывают по теории Капура-Перлза рассеяния единичного нейтрона потенциалом.) Это энергия необходима для протекания реакции между фотоном и радием-226.

Интенсивность высокоэнергетических фотонов, генерируемых конвертирующим веществом, пропорциональна плотности мощности (PD) электронного пучка в конвертирующем веществе. Плотность мощности рассчитывается по следующей формуле:

PD=E·I/V

где Е - энергия электронного пучка, i - ток электронного пучка и V - объем конвертера, через который проходит электронный луч.

Хотя минимальная энергия зависит от уровня пороговой энергии области гигантского резонанса, максимальная энергия зависит от конвертирующего вещества. То есть, конвертирующее вещество ограничивает энергию, вводимую в систему. Например, при расчете энергии высокоэнергетических электронов необходимо учитывать способность конвертирующего вещества поглощать энергию. Энергия пучка должна быть достаточна для генерации фотонов с энергией, необходимой для конверсии изотопов, и в тоже время не настолько большой, чтобы большой процент энергии электронного пучка проходил бы через конвертирующее вещество.

Также, если толщина конвертирующего слоя слишком велика, то фотоны будут деградировать при прохождении через вещество. Таким образом, оптимальная толщина конвертирующего вещества зависит от энергии электронного пучка, состава конвертирующего вещества и пороговой энергии области гигантского резонанса радия-226.

б. Изготовление твердотельной мишени

В одном из вариантов осуществления изобретения радий-226 наносится на конвертирующее вещество. При облучении конвертирующего вещества высокоэнергетическими электронами образуются высокоэнергетические фотоны. Затем высокоэнергетические фотоны сталкиваются с радием-226, покрывающим конвертирующее вещество.

1) Конвертирующее вещество

В предлагаемом способе конвертирующее вещество преобразует (конвертирует) высокоэнергетические электроны в высокоэнергетические фотоны. Таким образом, любое вещество с такой способностью может использоваться для этой цели при условии, если на него можно нанести покрытие из радия-226. В Патенте США № 5949836, выданном Lidsky и др., эти вещества называются вещества-«конвертеры».

Конвертирующим веществом может быть любое вещество, обладающее необходимыми конвертирующими свойствами, имеющее относительную устойчивость к используемому процессу (относительно тугоплавкое) и на которое можно наносить покрытия электролитическим способом (гальваностегией). Атомный номер конвертирующего вещества должен быть больше примерно 30. Примерами конвертирующих веществ являются, наряду с другими, медь, вольфрам, платина и тантал. Конвертирующее вещество в форме пластины фрезеруется, полируется, шлифуется, промывается дистиллированной водой и высушивается. Толщина слоя конвертирующего вещества составляет от примерно 0,5 мм до примерно 1,7 мм или от примерно 0,8 мм до примерно 1,2 мм, или примерно 1 мм.

2) Нанесение радия-226 на конвертирующее вещество

Как указывалось выше, для получения необходимой реакции конвертирующее вещество покрывается радиоизотопом, радием-226. Покрытие может быть осуществлено электролитическим осаждением радиоизотопа на конвертирующее вещество. Радиоизотопом, наносимым на конвертирующее вещество, является радий-226, который при контакте с воздухом образует диоксид радия-226.

При электролитическом осаждении радия-226 на конвертирующее вещество используется платиновый электрод, хотя могут использоваться и другие типы электродов. Таким образом, электролитическое осаждение может быть осуществлено с использованием платинового электрода в растворе радия-226, приготавливаемом растворением радия-226 в основном растворе гидроксида щелочного металла. Некоторыми примерами гидроксидов щелочных металлов являются гидроксид натрия и гидроксид калия.

В альтернативном варианте осуществления изобретения металлическая подложка (конвертирующее вещество) в виде пластины из таких металлов, как медь, вольфрам или тантал, помещается в электролитический раствор для осаждения никеля и покрывается им. Никелирование может осуществляется по процессу никелевой ванны Уаттса. Процесс осаждения может осуществляться при температуре примерно 30-60°С, с перемешиванием раствора, рН которого составляет примерно от 3,5 до 5,0. Плотность тока составляет примерно от 2 до 7 А/дм². Состав ванны: хлорид никеля (40-60 г/л), сульфат никеля (240-300 г/л) и борная кислота (25-40 г/л). В альтернативном варианте никель осаждается способом, описанным Yoda и др., Патент США №5985124.

Затем покрытая никелем подложка помещается в электролитический раствор диоксида радия-226 и покрывается радием-226. Этот процесс состоит в следующем.

Для получения 0,1 М раствора радия-226 необходимое количество радия-226 растворяется в 8-молярной HNO₃ . Ячейки для электролитического осаждения изготавливались согласно Krishnaswami и Sarin, (см. Krishnaswami S. and M.M. Sarin (1976), Anal. Chim. Acta, 83, 143-156). В устройство для электролитического осаждения помещается тефлоновый стержень для размешивания. Предельные значения параметров источника электропитания устанавливаются на 6 В и 0,8 А. Устройство, установленное на размешивающем поддоне, помещают в вытяжной шкаф. Начинается перемешивание при токе источника питания 0,8 А. При достижении необходимого покрытия осаждение прекращают, отключая источник питания и добавляя концентрированный аммиак. Полученная мишень промывается дистиллированной водой и высушивается.

В альтернативном варианте конвертирующее вещество помещают в электролитический раствор, содержащий и никель, и радий-226. Затем проводят осаждение никеля и радия-226 на конвертирующее вещество.

В другом примере осуществления бромид радия или оксид радия смешивают в состав (лак), которым покрывают пластину конвертирующего вещества, используя процесс, разработанный для изготовления радиевых циферблатов часов. Еще в одном примере радий наносится на конвертирующее вещество по способу, описанному Chan и др. в Патенте США № 6103295, "Method of affixing radioisotopes onto a surface a device" («Способ нанесения радиоизотопов на поверхность приборов»).

Независимо от способа нанесения радий-226 осаждается на подложку до тех пор, пока его концентрация не достигнет по меньшей мере 80 мг/см ². На практике концентрация радия-226 может быть в диапазоне от примерно 80 мг/см² до примерно 160 мг/см² . Концентрация может быть ниже или выше и зависит от разных факторов, включая энергию электронного пучка.

Покрытие может наноситься таким образом, чтобы часть конвертирующего вещества оставалась непокрытой и контактировала с электронным пучком. Это может быть достигнуто следующим образом. На поверхность небольшого участка пластины наливается расплавленная пластмасса, имеющая высокую температуру плавления, и после ее застывания пластина погружается в ванну. В этом случае электролитическое осаждение происходит только на поверхности вокруг участка, залитого пластмассой. Затем пластмасса удаляется, а участок пластины остается непокрытым.

Независимо от способа изготовления мишени из радия-226, конвертирующее вещество, покрытое радием-226, готово к облучению в соответствии с предлагаемым изобретением.

в. Изготовление жидкой мишени

В другом примере осуществления изобретения, используя предлагаемый способ, можно достигнуть конверсии радия-226, находящегося в растворе. Раствор радия-226 состоит из хлорида радия-226, и его концентрация составляет от примерно 0,5 М до примерно 1,5 М или от примерно 0,75 М до примерно 1,25 М, или примерно 1 М. В данном примере осуществления изобретения раствор радия-226 может находится в ограниченном или в неограниченном объеме.

Например, в варианте неограниченного объема раствор радия-226 протекает над конвертирующим веществом. При этом регулярно берутся пробы раствора, отходящего от конвертирующего вещества, и раствор рециркулирует до тех пор, пока не получится необходимый продукт.

Мишенный раствор радия-226 также может использоваться в виде ограниченного объема. Например, раствор радия-226 помещают в кварцевый флакон. Раствор может быть подвергнут перемешиванию или не перемешиваться. Затем на конвертирующее вещество направляется электронный пучок, и образовавшиеся в результате этого фотоны направляются на кварцевый флакон с раствором радия-226, где и происходит реакция фотораспада.

Жидкая мишень дает несколько преимуществ. В частности преимуществом является то, что конечный продукт получается уже в растворе, то есть отпадает необходимость в дополнительной операции по отделению твердого продукта от твердых реагентов. В этом примере осуществления конечный продукт легко выделяется хроматографическим разделением. Процесс такого разделения более подробно описывается ниже.

г. Электронная бомбардировка

Бомбардировка мишени осуществляется электронным пучком электронного ускорителя, в частности линейного ускорителя.

Для слоя конвертирующего вещества толщиной примерно 1 мм ток электронного пучка должен быть от примерно 100 до примерно 1000 микроампер. Или же примерно от 250 до примерно 750 микроампер и может составлять примерно 500 микроампер. Используется электронный пучок постоянного или импульсного возбуждения.

Обычно энергия электронного пучка примерно в 2-3 раза больше энергии пика гигантского резонанса облучаемого изотопа. Например, при изотопном превращении (гамма, n) радия-226 в радий-225 значительная часть высокоэнергетических фотонов будет иметь энергетические уровни, попадающие в зону гигантского резонанса для этой реакции, в частности от примерно 10 МэВ до примерно 25 МэВ или примерно на 15 МэВ. Таким образом, энергия электронов, сталкивающихся с конвертирующим веществом, составляет от примерно 20 МэВ до примерно 25 МэВ.

Облучение высокоэнергетическими электронами ведется в течение времени, достаточного для получения необходимых количеств конечного продукта, и составляет примерно от 10 до 30 дней или примерно от 18 до 23 дней. В одном примере осуществления изобретения время облучения составляло примерно 20 дней. Однако время облучения зависит от многих факторов, в том числе от энергии электронного пучка (больше энергия - меньше времени; меньше энергия - больше времени), от конвертирующего вещества (больше образуется фотонов - меньше времени; меньше фотонов - больше времени), от толщины слоя конвертирующего вещества (слишком маленькая - электроны проскакивают - неэффективное преобразование - больше времени;

слишком большая - неэффективное образование фотонов - больше времени) и от концентрации покрывающего вещества (меньше вещества участвует в фоторасщеплении - меньше времени; больше вещества - больше времени).

В идеальном варианте время облучения должно быть не слишком большим. Поэтому для уменьшения времени реакции ее эффективность должна быть доведена до максимальной. По общему правилу, применимому к получению других изотопов, реакция должна протекать в течение времени, примерно в 3 раза превышающего период полураспада конечного продукта или приблизительно 80-90% от времени, необходимого для получения максимального количества продукта.

Необходимо также учитывать, что при конверсии высокоэнергетических электронов в высокоэнергетические фотоны в конвертирующем веществе выделяется большое количество теплоты, способное ограничить скорость протекания реакции. Поэтому желательно предусмотреть какой-либо механизм охлаждения мишени, то есть конвертирующего вещества с покрытием, во время протекания реакции.

В устройстве охлаждения может использоваться принцип излучательного, теплопроводного или конвекционного рассеяния тепла, и оно должно позволять охлаждать мишень внутри, вокруг или через мишень. Так, например, мишень может быть сделана с внутренними каналами для пропускания хладагента через мишень; она может быть цельной - с хладагентом вокруг нее или пористой - с хладагентом, поступающим внутрь мишени. Подходящими хладагентами являются жидкости, такие как вода или жидкий галлий, или же газы, такие как гелий.

Жидкие мишени замораживаются перед облучением или же охлаждаются с помощью охлаждающего змеевика, погружаемого в жидкую мишень или рядом с ней. В другом варианте жидкая мишень циркулирует через охлаждающий аппарат, теплообменник. Еще в одном примере осуществления изобретения жидкая мишень стекает на охлаждаемое конвертирующее вещество, облучаемое электронами.

д. Отделение конечных продуктов от реагентов

Излучая бета-частицу, радий-225 превращается в актиний-225. Когда за счет распада образуется достаточное количество актиния-225, он отделяется способами химического разделения от остальных веществ.

В одном примере осуществления изобретения облученный радий-226 и радий-225 растворяется из мишени с помощью раствора гидроксида щелочного металла, такого как раствор гидроксида натрия (5 М), содержащего равные объемы 30% Н₂O₂ и деионизированной воды, при этом воды должно быть достаточно для того, чтобы она покрывала мишень. После растворения раствор с растворенными веществами перемещают в сосуд с алюминиевым порошком и, факультативно, продувают воздух. Затем из мишени химически выделяется и отделяется актиний-225. Например, после доведения последнего объема до необходимых параметров актиний-225 пропускают через стеклянный фильтр тонкой очистки. Осажденный радий-225 остается в фильтре.

В некоторых примерах осуществления изобретения весь радий и актиний, связанные с конвертирующим веществом, растворяются сразу. В этом случае в растворе находятся и радий, и актиний, которые необходимо разделять. Жидкая мишень будет находится в такой же форме, т.е. в комбинации актиния и радия в растворе.

Процесс разделения актиния и радия включает растворение (просушенного) образца, содержащего актиний-225 и радий-225 в 0,03 М HNO₃. Растворенный образец пропускается через ионообменную колонку, предназначенную для разделения радиохимикалий, например, колонку со смолой LN^® (фирмы Eichrom Industries, Inc., Дариен, Иллинойс, США). При этом радий-225 и радий-226 проходят с эффлюентом, а остающийся в колонке радий дополнительно вымывается с помощью 0,03 М HNO₃. Связанный актиний-225 элюируется из колонки с помощью 0,35 М HNO₃ . Естественно, описанный выше колоночный способ применим и к серийному производству, и к другим видам производства.

В другом варианте способа отделение актиния-225 от радия-226 и радия-225 достигается кристаллизацией нитрата радия, когда растворимый актиний содержится в остающейся жидкости (супернатанте). Например, у актиния такое же строение 2s- и 1d- орбиталей, как у лантана и иттрия. По сравнению с лантаном у актиния чуть больше ионный радиус, а в остальном их химизм очень похож. В основе отделения актиния-225 от радия лежит анионное разделение, когда концентрация HNO₃ в радиевой загрузке поддерживается на 5 М и радий загружается в колонку с ионообменной смолой. Трехвалентное железо, хром и все двухвалентные и одновалентные ионы проходят колонку. Актиний-225 следует с небольшой задержкой и снимается отдельно от примесей. Радий-225 и радий-226 вымывают из колонки с помощью 0,35 М HNO₃ и оставляются для повторного использования для изготовления мишеней.

Выделенный актиний-225 затем очищается оксалатной преципитацией с последующим катионитным ионным обменом. Кратко процесс заключается в следующем. При добавлении щавелевой кислоты к актинию-225 он осаждается в виде оксалата, который затем отфильтровывают и разрушают кипящей концентрированной HNO₃ и HClO₄ с испарением HClO₄ . Затем актиний-225 растворяют в 2 М HCl и загружают в катионитную ионообменную колонку. Колонка промывается одним объемом HCl. Любые остающиеся двухвалентные ионы элюируются тремя объемами 3 М HNO₃. Актиний элюируется пятью объемами 6 М HNO ₃.

Отделение радия-225 от актиния-225 описано в Патенте США № 5809394, выданном Брейу и др.

2. Висмут-213

а. Теоретическая часть

Так как висмут-213 считается «дочерним» элементом актиния-225, то он тоже может быть получен с помощью предлагаемого изобретения. Цепь радиоактивных распадов, в которых участвует висмут-213, хорошо известна:

уран-233 (период полураспада 1,62×10⁵ лет) торий-229 (период полураспада 7300 лет) радий-225 (период полураспада 14,8 дней) актиний-225 (период полураспада 10 дней) висмут-213 (период полураспада 46 минут). На Фигуре 4 показана полная цепь распада урана-233 в актиний-225 и далее в висмут-213.

б. Элюирование, разделение и очистка

Висмут-213 можно получать через радиоактивный распад актиния, используя актиний как «корову». Полученный висмут-213 отделяют от других веществ с помощью органической анионообменной смолы, которая адсорбирует висмут-213. Возможность процесса экстракции висмута как аниона в зависимости от концентрации HCI хорошо известна и описана К.А. Kraus и F. Nelson в статье Adsorption of the elements from hydrochloric acid" ("Поглощение элементов из хлористоводородной кислоты"), Proceedings of the International Conference on the Peaceful Uses of Atomic Energy, Nuclear Chemistry and the Effect of Irradiation (Труды Международной конференции по мирному использованию атомной энергии, ядерной химии и влияние радиации), Vol. VII, р. 837, Женева, 8-20 августа, 1955 г.

Распределение анионного комплекса хлорида висмута в HCI увеличивается с уменьшением концентрации кислоты. Другие представляющие интерес ионы сопутствующих комплексообразователей, т.е. редкоземельных металлов, радия и актиния, не экстрагируются как хлоридные анионы с помощью анионообменной смолы. Поэтому аниониты позволяют эффективно отделять висмут-213 от этих и других ионов, не экстрагирующихся как анионы хлоридов анионитами.

Отделение висмута-213 от других веществ описано, например, в Патенте США № 5749042, выданном Bray и др, в статье Wu и др. "An improved Generator for the Production of Bi-213" ("Усовершенствованный генератор для получения Bi-213"), Конференция Американского Химического Общества (1996) и в статье Ramirez и др. "Generator System Development of Ra-223, Bi-212 and Bi-214 Therapeutic Alpha-Emitting Radionuclides" ("Разработка генераторной системы для получения терапевтических альфа-эмиттирующих радионуклидов Ra 223, Bi 212 и Bi 214"), Конференция Американского Химического Общества (1996).

В. Применение радионуклидов, полученных в соответствии с настоящим изобретением

Актиний, производимый в соответствии с предлагаемым изобретением, получается в достаточном количестве и с хорошей радиохимической и радионуклидной чистотой, что особенно важно для ряда применений. Например, такое вещество особенно необходимо в медицине, включая радиоиммунотерапию, радиационную терапию, и для обнаружения метастазов, в частности для обнаружения скрытого рака при операционном зондировании. Медицинское применение радионуклидов, получаемых по настоящему изобретению, включает их использование в радиофармацевтических препаратах и/или радиохимикалиях; значения этих терминов специалистам известны. Немедицинские применения включают использование в качестве стандартов или меток (радиоактивных индикаторов).

1. Изолированное использование (в «чистом» виде)

В медицине радионуклиды могут использоваться отдельно (изолированно) или в соединении с другим веществом. Примерами отдельного использования радионуклидов являются получение изображений в медицинских целях, радиационная (лучевая) синовэктомия и др.

Например, актиний-225, висмут-213 или их смесь встраиваются в гидрогель. Такой альфа-излучающий радиоактивный гель можно использовать для внутреннего введения при лечении сарком, карцином и болезней простаты;

или же при наружном его применении - для лечения саркомы Капоши или других болезней. Актиний-225, висмут-213 или их смесь также можно комбинировать с соединениями, которые не нацелены на специфические клетки, такими как стирены или стиреновые полимеры, акриловые полимеры, биоразрушаемые или биоэродируемые вещества, гидрогели или другие вещества, способные существовать в виде коллоидных дисперсий или частиц, и использовать для лучевой синовэктомии.

При соединении самовыделяющихся лекарств с радиоактивными полимерами или гелями предлагаемое изобретение также способно оптимизировать уход за пациентами после процедуры и повысить эффективность и безопасность их лечения.

а. Изготовление фармпрепаратов

Приготовление радионуклидных фармацевтических препаратов зависит от способа назначения и характера болезни. Однако общие рекомендации будут даны ниже. Эти рекомендации действительны и для сложных соединений радионуклида с нацеливающими молекулами, описываемых далее.

Примерами фармацевтических композиций являются радионуклид, хелатный комплекс радионуклида и хелатный комплекс радионуклида, присоединенный к нацеливающей молекуле, в некоторых вариантах изобретения, линкером или любое другое соединение, включающее радионуклид, полученный с помощью предлагаемого изобретения, вместе с фармацевтически приемлемым носителем, растворителем, наполнителем или транспортирующим веществом. К фармацевтически приемлемым носителям, растворителям, наполнителям и транспортирующим веществам относится, наряду с другими, нейтральный буферный физиологический раствор или физиологический раствор. Кроме того, фармацевтическая композиция может содержать другие компоненты, например буферы, углеводы, такие как глюкоза, сахароза или декстроза, консерванты, а также другие стабилизаторы или наполнители.

Способы приготовления таких лекарственных средств хорошо известны. Препарат (композиция) может быть в виде суспензии, инъекционного раствора или другой удобной форме. Может использоваться физиологически приемлемая суспензия с адъювантами или без них. Состав препаратов, получаемых согласно предлагаемому изобретению, представляет собой твердую или жидкую форму, содержащую активный радионуклид и, при необходимости, комплексен/линкер/нацеливающий агент. Такие препараты могут поставляться в виде набора двух компонентов (например, комплексен, радионуклид, линкер и нацеливающий агент), которые смешиваются в соответствующее время перед использованием. Независимо от того, поставляется ли препарат в предварительно смешанном виде или как набор, он может содержать фармацевтически приемлемый носитель.

Другими примерами наборов являются наборы, в которых актиний-225, висмут-213 или их смесь встраивается в стероидную группу, в арильную группу, в замещенную арильную группу, в винильную группу, в изотиоцианатную или изоционатную группы, способные связываться с антителами. Актиний-225, висмут-213 или их смесь также могут встраиваться в ароматический амин, ароматический изоцианат, ароматическую карбоновую кислоту, ароматический изоцианат, бензойную кислоту, замещенную группу бензойной кислоты или в винилэстрадиоловую группу. Таким набором может пользоваться любой человек, в том числе исследователь, фармацевт, врач и даже конечный пользователь - пациент.

Для инъекционных композиций продукты предлагаемого изобретения могут поставляться в виде суспензии или раствора. При поставке в форме раствора комплекс (или, по желанию, отдельные компоненты) растворяется в физиологически приемлемом носителе. Такие носители обычно содержат подходящий растворитель, консерванты (при необходимости), такие как бензиловый спирт и буферы. Подходящими растворителями являются, например, вода, водные растворы спиртов, гликоли, фосфонатные или карбонатные сложные эфиры. Содержание органических растворителей в таких водных растворах обычно не превышает 50 процентов по объему.

Инъекционные суспензии представляют собой композиции согласно настоящему изобретению, включающие жидкую суспензионную среду, с адъювантами или без них, в качестве носителя. Суспензионной средой могут служить, например, водный поливинилпирролидон, инертные масла, такие как растительные масла, или хорошо рафинированные минеральные масла, или водная карбоксиметилцеллюлоза. При необходимости сохранять комплекс в виде суспензии можно выбрать подходящий физиологически приемлемый адъювант среди загустителей, таких как карбоксиметилцеллюлоза, поливинилпирролидон, желатин или альгинаты. Многие поверхностно-активные вещества также могут быть использованы в качестве суспендирующих агентов, например лецитин, алкилфенол, полиэтиленоксидные аддукты, нафталинсульфонат, алкилбензолсульфонаты и сложные эфиры полиоксиэтиленсорбитана. В отдельных случаях в инъекционных суспензиях могут использоваться различные вещества, влияющие на гидрофобность, плотность и поверхностное натяжение жидкой суспензионной среды. Например, силиконовые антипенообразователи, сорбит и сахара являются хорошими суспендирующими агентами.

Радионуклиды можно соединять с транспортирующими веществами для местного применения. К таким веществам относятся растворы, а также могут использоваться гели, лосьоны, кремы или мази. При необходимости радионуклиды можно вводить в пероральной дозированной форме, разновидностей которых слишком много, чтобы их перечислять. По существу, способам назначения нет предела, если радионуклид можно эффективно доставить в необходимый участок организма.

Актиний-225, висмут-213 или их смесь можно встраивать в гидрогель. Такой альфа-эмиттирующий радиоактивный гель можно использовать для внутреннего введения при лечении сарком, карцином и болезней простаты или же при наружном его применении - для лечения саркомы Капоши или других болезней. Актиний-225, висмут-213 или их смесь также можно комбинировать с соединениями, которые не нацелены на специфические клетки, такими как стирены или стиреновые полимеры, акриловые полимеры, биоразрушаемые или биоэродируемые вещества, такие как гидрогели, или с другими веществами, которые могут быть преобразованы в коллоидные дисперсии или частицы, и использовать их для лучевой синовэктомии. При объединении самовыделяющихся лекарств в радиоактивные полимеры или гели предлагаемое изобретение также может применяться для оптимизирования ухода за пациентами после процедуры и повысить эффективность и безопасность их лечения.

б. Введение препарата

Для терапии используется "эффективное количество" препарата. Доза зависит от болезни. Хотя диагностика с препаратами, получаемыми согласно предлагаемому изобретению, осуществляется в искусственных (in vitro) условиях, предполагается также использовать их для диагностики на живом организме (in vivo).

Хотя необходимая доза определяется по экспериментальным испытаниям, человеку можно вводить примерно от 5×10 ¹⁰ до 5×10¹¹ сложных комплексов на 70 кг веса взрослого человека, полагая что соотношение нацеливающего агента и альфа-эмиттера составляет примерно 1:1. Тем не менее, количество и частота введения препарата будет конечно зависеть от многих факторов, таких как состояние пациента, характер и острота заболевания, а также состояние самой болезни. Кроме того, сначала желательно сделать маскирующее предварительное введение нацеливающего агента без радионуклида, чтобы минимизировать неспецифичное связывание радионуклида и повреждение нормальных здоровых тканей.

2. Использование радионуклида, связанного с нацеливающим агентом

Обычно желательно соединить радионуклид с другим веществом для того, чтобы можно было его доставить (нацелить) в конкретную область тела человека или животного. Например, чтобы нацелить радионуклид в раковое образование, его связывают с веществом, которое специфично взаимодействует только с этим раковым образованием, а не с другими частями тела. Примерами, когда используется радионуклид, соединенный с другим веществом, являются лечение и диагностирование всех видов рака и многих других болезней.

При синтезе меченых органических молекул актиний-225 сначала пропускают через катионитную ионообменную колонку для удаления солей и следов металлов. Для мечения органических соединений, таких как белки, моноклональные антитела и природные вещества, растворы радионуклидов должны быть как можно более химически чистыми.

Нацеливающий агент может служить только для доставки радионуклида в необходимое место, или он может сам обладать фармакологической активностью. Например, получаемые с помощью предлагаемого изобретения актиний-225 и висмут-213 могут использоваться для лечения острого миелоидного лейкоза (ОМЛ). В данном примере осуществления изобретения актиний-225 или висмут-213 соединяют с анти-ангиогенным агентом для адъювантной терапии. Такими агентами являются, наряду с другими, эндостатин, ангиостатин и комбрестатин.

Другие специфические нацеливающие агенты, с фармакологической активностью и без нее, описываются ниже.

а. Нацеливающие агенты

Радионуклиды, получаемые с помощью предлагаемого изобретения, можно доставлять в место назначения, если их соединить с нацеливающим агентом. Нацеливающими агентами являются вещества, имеющие специфическое сродство, например, с молекулой или субклеточной структурой, такой как рецептор. Такие нацеливающие агенты переносят радионуклид в определенное место. В альтернативном варианте сначала вводится нацеливающий агент, а затем радионуклид, при этом агент захватывает и удерживает радионуклид. Обычно нацеливающий агент удерживает радионуклид до тех пор, пока последний не распадется. Поэтому взаимодействие нацеливающего агента с мишенью обычно длится дольше времени периода полураспада радионуклида.

Существует ряд веществ, которые могут использоваться как нацеливающие агенты. Наряду с другими нацеливающими молекулами, таковыми являются белки и ферменты, включая моноклональные антитела, секреторные белки простаты, а также статины, таксол, тамоксифен, таксин и модификаторы эстрогенного рецептора. Подобных веществ очень много, и для краткости только некоторые из них будут описаны более подробно.

1) Антитела

К радионуклидам, получаемым с помощью настоящего изобретения, можно присоединять как моноклональные, так и поликлональные антитела. В отличие от поликлональных антител, являющихся гетерогенными смесями иммуноглобулинов, моноклональные антитела представляют собой иммуноглобулины с четкой химической структурой. Характерной чертой моноклональных антител является функциональная воспроизводимость и специфичность, и такие антитела могут быть созданы и уже созданы для широкого ряда антигенов, в том числе и для раковых клеток. Химерные моноклональные антитела создаются рекомбинантным способом (см. Morrison S.L, Hospital Practice (Office Edition) (Больничная практика (Служебное издание)), стр.65-80, 1989).

Способы получения моноклональных антител и их фрагментов широко обсуждаются и хорошо известны специалистам. Такие способы подробно описаны в работе "Monoclonal Antibodies" ("Моноклональные антитела") (R.H.Kenneth, Т.J.МсКеагп & К.В.Bechtol eds., 1980); см. также Koprowski и др. (Патент США № 4196265). Для практического использования предлагаемого изобретения выбор моноклонального антитела будет зависеть от конечной цели, для которой радионуклид соединяют с антителом. Выбор этот известен специалистам.

Частным примером являются антитела против рака. Антитела, созданные против известного ракового маркера, могут использоваться для борьбы с этим раком. Простат-специфичный антиген является одним из примеров антигена, который может поражаться антителами, созданными для него. Таким способом радионуклид направляется специфично к раковому образованию и удерживается там, не распределяясь по всему телу. Таким же образом могут поражаться и другие антигены, экспрессируемые специфичными раковыми клетками.

Получаемые предлагаемым способом радионуклиды также можно использовать против поражающих организм грибков, бактерий и даже вирусов. Специалистам хорошо известны антитела, специфичные к этим патогенам. Радионуклид, связанный с таким антителом, может уничтожить этот чужеродный патоген, с которым это антитело связывается.

Специалистам хорошо известны способы получения антител. К таким способам, например, относится забор антител у человека, пораженного раком или имеющего чужеродный патоген. После выделения и очистки антитела связывают с радионуклидом и вводят обратно в организм пациента. В альтернативном варианте антитела к антигенам создают в искусственных условиях (in vitro) и после выделения и очистки соединяют с радионуклидом и вводят пациенту, нуждающемуся в лечении.

Радионуклиды, получаемые с помощью предлагаемого изобретения, также можно использовать с "очеловеченными" антителами. Такие антитела обычно животного происхождения, но они модифицированы заменой части их структуры на эквивалентную структуру человеческих антител. При этом антигенная специфичность сохраняется, а иммуногенность к самому антителу снижается.

2) Использование с другими лигандами

Другое использование радионуклидов, получаемых с помощью предлагаемого изобретения, связано с мишенью-объектом, уже присутствующим в теле, т.е. с рецепторами. Как известно специалистам, у животных очень много различных видов рецепторов, для которых известны природные и синтетические лиганды. Их слишком много, чтобы быть перечисленными здесь, но приведем в качестве примера стероидные рецепторы и опоидные рецепторы. Для рецепторов известны как природные, так и синтетические лиганды, и, связывая радионуклид с этими лигандами, можно специфично направлять его на рецепторы. Это особенно важно для случаев, когда эти рецепторы необходимо поражать при заболевании.

В одном примере осуществления изобретения висмут-213, актиний-225 или их смесь присоединяют к секреторному белку простаты PSP94 и его иммуногенным пептидам и направляют на рак простаты.

В другом примере в ряде различных типов раковых клеток были идентифицированы рецепторы к регуляторным пептидам. Некоторыми примерами таких пептидов являются соматостатин, вазоактивный кишечный пептид, и холецистокинин. Радионуклид, связанный с регуляторным пептидом, направляется преимущественно к раковым клеткам.

Радионуклиды, получаемые с помощью предлагаемого изобретения, также можно связать с соединениями, известными как факторы роста. Как и другие нацеливающие молекулы, описанные выше, факторы роста выбираются из-за их способности специфически связываться с выявленной популяцией раковых клеток. Предлагаемые радионуклиды можно использовать со многими известными факторами роста, в том числе с тромбоцитарными факторами роста, трансформирующимся бета-фактором роста, интерлейкинами (например, ИЛ-1,ИЛ-2, ИЛ-3, ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-6, ИЛ-7, ИЛ-8 или ИЛ-9), гранулоцитным фактором стимулирования образования колоний макрофагами (granulocyte macrophage colony stimulating factor - GMCSF), эритропоэтином, фактором некроза опухоли, фактором роста эндотелиальных клеток, основными белками тромбоцитов, фактором роста эндотелиальных клеток капилляров, хрящевым фактором роста, хондросаркомным фактором роста, фактором роста сетчатки, фактором роста гепатомы, бомбезином и гормоном паращитовидной железы, а также эпидермальным фактором роста, трансформирующимся альфа-фактором роста, фактором роста фибробластов, инсулиноподобным фактором роста I и II и фактором роста нервных клеток.

Факторы роста обычно выбираются из-за их способности специфично связываться с выявленными раковыми клетками, такими как, например, клетками в состоянии злокачественного перерождения, клетками в состоянии метастатического перерождения и опухолевыми клетками (как доброкачественными, так и злокачественными). Как известно специалистам, выявленные раковые клетки отличаются от нормальных наличием большего числа рецепторов фактора роста на поверхности клетки.

В альтернативном варианте радионуклид можно связать с лигандом к гормональным рецепторам, чтобы поразить раковые клетки, экспрессирующие такие гормональные рецепторы. Лигандами, которые особенно пригодны для связи, являются гормоны, такие как эстрогены или производные эстрогенов, андрогены и стероиды. Для этого также могут использоваться холестерин и диэтилстилбестрол. Другими лигандами, которые можно присоединять, являются лекарства, поражающие такие рецепторы. В частности, тамоксифен и таксин являются примерами таких лигандов.

Таксол и талидомид являются особыми лигандами, представляющими интерес, но не входящими в указанную выше группу.

б. Присоединение препарата к нацеливающему агенту

Присоединение радионуклида к необходимым молекулам относительно легко достигается известными специалистам способами. Примеры таких способов рассматриваются в Патенте США № 5364613 (Sieving и др.) и в Патенте США № 5958374 (Meares и др).

Так как радионуклид обычно находится в молекулярном состоянии, т.е. он не связан ковалентно с другой молекулой, то необходимо его присоединять как-либо другим способом. Поскольку радионуклид чаще всего представляет собой заряженный металл, то хорошим выбором является хелатообразование, когда радионуклид встраивают в большую по размеру молекулу комплексона.

Комплексон может быть ковалентно связан с другой функциональной частью, например нацеливающим агентом. Так, фактор роста может быть ковалентно связан с комплексоном, в который включен актиний-225 или висмут-213. Затем радионуклид переносится с фактором роста в специфичное место в теле пациента.

Нацеливающий агент можно присоединить к комплексону различными способами, включая и использование линкера. Обычно линкер ковалентно присоединяется к комплексону одним "концом", а другим "концом" линкер ковалентно соединяется с нацеливающим агентом. Таким образом комплексон и линкер можно представить одной молекулой, одна половина которой является хелатообразующей, а другая - реакционноспособной.

Из изложенного выше следует, что соединение, содержащее радионуклид, может включать: 1) комплексон, 2) линкер и/или 3) нацеливающий агент. В некоторых вариантах предлагаемого изобретения комплексон будет играть роль нацеливающего агента, и тогда не будет необходимости в отдельном нацеливающем агенте и линкере. В альтернативном варианте комплексон можно ковалентно связывать непосредственно с нацеливающей молекулой, устраняя необходимость в отдельном линкере. Термины "комплексон", "линкер" и "нацеливающий агент" являются концептуальными и предназначены для облегчения понимания описываемого комплексного соединения и не должны считаться ограничивающими. Таким образом, также предполагаются комбинации, в которых рассматриваемые радионуклиды встраиваются в нацеливающий агент, комбинации, содержащие несколько комплексонов, линкеров или нацеливающих агентов или комбинации, в которых отсутствуют любые комплексоны, линкеры или нацеливающие агенты. Единственное, что требуется - это чтобы был встроен радионуклид, получаемый с помощью предлагаемого изобретения.

Радионуклид можно присоединять к нацеливающей молекуле, используя два общих способа. По первому способу комплексон присоединяется к нацеливающему агенту обычно с помощью линкера. Затем получившееся соединение захватывает радионуклид. В альтернативном варианте сначала линкер присоединяется к комплексону, а потом происходит предварительное хелатообразование присоединением радионуклида. Затем комплекс радионуклид/комплексон/линкер присоединяется к нацеливающей молекуле.

1) Комплексоны

Существует много различных органических макроциклических комплексообразователей для связывания предлагаемых альфа-излучаюших радионуклидов, включая следующие группы: (1) сферанды, (2) криптасферанды, (3) криптанды, (4) полусферанды, (5) корранды (модифицированные краун-эфиры) и (6) поданды (ациклические матрицы) (см. Cram, Science 240, 760-67 (1988). Эти макроциклические кольцевые соединения представляют собой большие сфероподобные органические соединения, напоминающие клеточные структуры и способные удерживать тяжелые радионкулиды подобно тому, как лиганды удерживают ионы метала.

Комплексон должен выбираться таким, чтобы он обладал высоким сродством и специфичностью к альфа-излучающему радионуклиду, а также низкой токсичностью для млекопитающих. Высокая специфичность препятствует замещению другими двухвалентными катионами (Mg⁺² и Са⁺²), доминирующими в физиологических жидкостях. Кроме того, такое соединение должно или содержать функциональную группу, или иметь химизм, позволяющий вводить необходимую функциональную группу, позволяющую присоединить линкер.

Аффиность (сродство) комплексона к альфа-эмиттирующему радионуклиду определяется энергетикой системы, см. Cram (выше). Более конкретно, по данным рентгеновской кристаллографии комплексных и некомлексных краун-эфиров (макроциклических эфиров) считается, что в конформациях растворов некомплексных эфиров не выделяются четкие полости в сопутствующих конвергентно расположенных связях. При комплексообразовании происходит десольватация и реструктуризация краун-эфира, процесс, требующий энергии. Если ион встречается с комплексоном, имеющим жестко-структурированную и десольватированную полость (что имеет место для сферандов), то энергия, обычно поглощаемая процессом десольватации и преобразования, проявляется в большей константе связывания для этого иона.

Основываясь на этом фундаментальном принципе реорганизации, Cram приводит список аффиности "хозяев" к их наиболее комплиментарным "гостям":

сферанды > криптасферанды > криптанды > полусферанды > корранды > поданды. Разница в аффиности связи у сферандов и подандов очень большая, например, установлено, что константа связи у литиевого хелатообразующего сферанда на 10¹² выше, чем у соответствующего поданда с открытой цепью (см. Cram, выше). Таким образом, хотя и многие комплексоны могут использоваться в контексте данного изобретения, предпочтительнее использовать сферанды, предназначенные и синтезированные специально для связывания актиния-225 или висмута-213.

Особенно подходят такие комплексоны, как 18-краун-6 или 21-краун-7 эфиры, включая модифицированные краун-эфиры, как, например, дициклогексано-21-краун-7 эфир (Case и McDowell, Radioact. Radiochem. (Радиоактивность и радиохимия) 1,58(1990); McDowell и др. Solvent Extr. Ion Exch. (Ионнообменная экстракция в растворе) 7.377 (1989); по другим краун-эфирам или макроциклическим полиэфирам см. Pedersen, Science 241, 536-540 (1988); Патент США № 4943375, Eia и др.; Heterocicles (Гетероциклы) 32(4), 711-722 (1991); Wai и Du, Anal. Chem. (Аналитическая Химия), 62(21 ), 2412-14 (1990); Tang и Wai, Analyst (Аналитик) (Лондон) 114(4), 451-453 (1989)). Вкратце, Ас²⁺ связывают эфират-кислородной сетью, состоящей из внутренних полостей сферических молекул краун-эфира. Считается, что эта связь рН зависима: Ас ²⁺ образует комплекс с комбинацией протона и меньшими ионами группы IA в месте связи в полости краун-эфира. Эти краун-эфиры могут дополнительно модифицироваться поляризующимися функциональными группами (подобно модификации клозо- и нидо-карбоамила, используемого в терапии бор-нейтронного захвата), приобретая большую растворимость в водных средах (см. Mizusawa и др., Inorg. Chem. (Неорганическая Химия), 24, 1911 (1985). Такая модификация повышает сохранение биологической специфичности после конъюгации (слияния) и увеличивает нагрузочную способность коньюгата для биологического агента. Эти модификации можно делать в тандеме с синтезом указанных выше краун-эфиров при необходимых условиях для мягкой конъюгации с системой биологической доставки.

Другие краун-эфиры, пригодные для использования в рамках данного изобретения, можно синтезировать или купить, в том числе у фирмы Aldrich Chemical Co. (Милуоки, штат Висконсин, США), Fluka Chemical Corp. (Ронкокома, штат Нью-Йорк, США) и Nisso Research Chemicals (Ivai Co. Ltd., Токио, Япония). Хелацию альфа-излучающего радионуклида можно осуществить, смешивая комплексон с солью альфа-излучающего радионуклида, растворенной в растворителе. Выбор конкретного растворителя, конечно, зависит от растворимости комплексона и альфа-излучающего радионуклида. Например, Cram с сотрудниками приготовили натриевый комплекс сферанда, просто добавляя перенасыщенный солевой раствор ацетонитрила к раствору сферанда в метилен хлориде (см. Cram и Lein, J. Am. Chem. Soc. (Журнал Американского Химического Общества), 107, 3657-3668 (1985).

Способность краун-эфира связывать или образовывать комплекс с альфа-излучающим радионуклидом легко определяется (см. Сох и др., "Rates and Equilibria of Alkaline-Earth-Metal Complexes with Diaza Crown Ethers in Methanol" ("Скорость и равновесное состояние образования комплексов щелочноземельных металлов с диаза краун-эфирами в метаноле"), Inorg. Chem., 27, 4018-4021 (1988); см.также Mohite и Khopkar, "Separation of Barium from Alkaline Earths and Associated Elements by Extraction with Dibenzo-18-crown-6 from a Picrate Medium" ("Экстракционное отделение бария от щелочноземельных металлов и связанных с ними элементов с помощью дибензо-18-краун-6 из пикрата"), Analytica Chimica Acta (Аналитическая химия), 206, 363-367 (1988). Излагая кратко, разделить радионуклид в комплексе и свободный радионуклид можно с помощью органического растворителя (такого как хлороформ) и воды. Радионуклид в комплексе отойдет в органическую фазу, а свободный радионуклид будет оставаться исключительно в водной фазе. Также это можно сделать с помощью разнообразных хроматографических способов, таких как высокопроизводительная жидкостная хроматография (ВПЖХ) или обратно-фазная высокопроизводительная жидкостная хроматография (ОФ-ВПЖХ).

После разделения можно провести верификацию строения молекулы. Излагая кратко, катион может иметь связь двух видов: (1) через внешнюю ассоциацию (т.е., образуя пару анион-катион, без формирования связи) или (2) через координационную связь катиона с сетью кислорода краун-эфира. Специфичность и сила связи, необходимые в данных применениях, зависят от последнего вида связи. С помощью способа однокристальной рентгеновской дифракции можно однозначно установить вид взаимодействия для твердых веществ, а ¹⁷ О-, ¹³С- и ¹-ЯМР можно использовать для определения структуры исследуемого вещества в растворе.

Другими комплексонами, способными образовывать хелаты с радионуклидами, являются полиаза- и полиоксамакроциклы. Некоторыми примерами полиазамакроциклических структур являются структуры, полученные из таких соединений, как 1,4,7,0-тетраазацикпододекан-N,N',N'',N'''-тетрауксусная кислота (далее DOTA); 1,4,7,10-тетраазациклотридекан-N,N',N'',N'''-тетрауксусная кислота (далее TRITA); 1,4,8,11-тетраазациклотетрадекан- N,N',N'',N'''-тетрауксусная кислота (далее ТЕТА) и 1,5,9,13-тетраазациклогексадекан- N,N',N'',N'''-тетрауксусная кислота (далее НЕТА). К другим комплексонам, имеющим линейные или разветвленные клешнеобразные части, относятся, помимо других, те, что получены из таких соединений, как этилендиаминтетрауксусная кислота (далее EDTA) и диэтилентриаминпентауксусная кислота (далее DTPA).

В других вариантах изобретения комплексон может иметь фармакологическое применение только благодаря образованию хелата с радионуклидом. Например, хелатный комплекс радионуклида может давать большее специфическое поглощение в некоторых частях тела, чем если бы это был один радионуклид без комплексона.

2) Линкеры

Однако обычно хелатный радионуклид (т.е. хелатный комплекс радионуклида) присоединяют к нацеливающему агенту. Присоединение хелатного радионуклида к нацеливающим агентам обычно сводится к простым химическим реакциям между реагирующими группами. Линкер обеспечивает ковалентный мост между комплексоном и нацеливающим агентом. В идеальном случае линкер не влияет на способность комплексона связывать радионуклид и на способность нацеливающего агента правильно взаимодействовать со своей целью. Это достигается различными путями.

Если хелатообразующая часть является макроциклической, то линкер можно присоединять к любому кольцевому атому. Например, если хелатообразующая часть полиазамакроцикл, то линкер можно присоединять к кольцевому атому углерода или кольцевому атому азота. Когда линкер присоединяется к кольцевому атому азота, то такое соединение называют N-замещенным полиазамакроциклом. В хелатообразующих частях с карбоксильными группами, таких как DOTA, TRITA, НЕТА, НЕХА, EDTA и DTPA, можно заместить одну или несколько карбоксильных групп на амидные группы и тем самым обеспечить место для присоединения комплексона.

На другом конце линкера, т.е. конце для присоединения нацеливающего агента, имеется функциональная группа, которая облегчает это присоединение. Примерами функциональных групп, способных ковалентно связываться с нацеливающими молекулами, являются группы, которые можно активировать известными способами для придания им такой способности. Например, формировать активные сложные эфиры (-C(=O)OR, где R, например, сукцинимидил) из карбоновых кислот, формировать кислые галиды (-С(=O)Х, где Х обычно Cl или Br) из карбоновых кислот.

Функциональная группа (функциональные группы) линкера, способная (способные) ковалентно связываться с нацеливающим агентом, можно подобрать в соответствии с нацеливающим агентом, к которому в конечном итоге будет присоединен комплексон. Реакционноспособные пары функциональных групп позволяют соединять хелатообразующую часть с нацеливающей молекулой через линкер, когда одна группа пары находится на комплексоне, а другая - на нацеливающей молекуле. Например, когда нацеливающая молекула представляет собой белок со свободной аминогруппой (-NH₂), то функциональная группа на линкере такая, как изотиоцианат (-NCS), позволяет сформировать соединение (в данном случае тиомочевинное соединение), что приводит к образованию комплекса комплексон-линкер-нацеливающая молекула. Другими примерами соответствующих реакционноспособных функциональных групп являются, например, -NH₂ с -C(=O)OR (активный сложный эфир) или с -C(=O)OC(=O)R (ангидрид), или с -С(=O)Х (кислый галид), которые дают амидную связь; или -NH₂ с -NCO (изоцианат), дающие мочевинную связь. Другие реакционноспособные пары с -NH₂ включают -NH₂ и

-S(=O) ₂X (сульфонил галид), -NH₂ и -C(=NR)OR (имидат эфир) и -NH₂ и -ОС(=O)Х (галоформат). Примерами реакционноспособных пар функциональных групп являются -SH и -C(=O)CH ₂X (галоацетил), дающие -SCH₂ С(=O)-связь; -SH и -алкил-Х (алкил галид) или -SH и -S(=O)O-алкил (алкил сульфонат), дающие тиоэфир; и -SH и -SH (сульфидрил), дающие -SS- (дисульфидную) связь.

Задача "линкера" - присоединить комплексон к нацеливающему агенту. Если же у комплексона уже есть реакционноспособная группа, к которой можно присоединить нацеливающий агент, то необходимости в отдельном "линкере" нет. Например, если у комплексона есть изотиоцианат (-NCS), а у нацеливающего агента имеется аминогруппа (-NH₂), то комплексон можно присоединять непосредственно к нацеливающему агенту. Можно использовать любую такую комбинацию и не прибегать к использованию отдельного линкера. Однако такая близость комплексона к нацеливающему агенту не должна ставить под угрозу способность каждой из частей выполнять свою функцию. Например, у комплексона должна сохраняться способность эффективно связывать радионуклид, а нацеливающий агент должен взаимодействовать со своей биологической целью. Если этого не удается достичь, то можно использовать более длинную молекулу линкера.

Так, в одном из вариантов настоящего изобретения, в котором нацеливающим агентом является полимер аминокислот (например, пептид, полипептид, белок и т.д.), альфа-излучающий радионуклид располагается в комплексоне, который в свою очередь связывается линкером с амино- (N) карбокси- (С) группой нацеливающего агента. Линкер может играть роль инертной "прокладки" между биологически активным нацеливающим агентом и комплексом, содержащим альфа-излучающий радионуклид. Такая прокладка минимизирует пространственные взаимодействия, нарушающие аффиность нацеливающего агента к его цели. Оптимальная длина прокладки зависит прежде всего от аффиности нацеливающего агента к его цели. Чем выше эта аффиность, тем меньше имеет значение пространственное отталкивание между комплексоном и рецепторами цели. Практически бесконечное количество линкеров можно выбрать для использования в рамках данного изобретения, включая дисульфиды, дикарбоновые кислоты, полиуглеродные цепи и модифицированные полиуглеродные цепи. Линкеры могут содержать углеводородные цепи длиной от 4 до 18 атомов углерода, а также шесть и более метиленовых единиц, таких как гексаметилендиамин.

Линкер можно присоединять к любому из ряда внекольцевых функциональных групп на комплексоне, включая карбокси- и аминогруппы. В одном из аспектов настоящего изобретения, если внекольцевой функциональной группой является карбоксильная группа, то первым шагом синтеза является реакция комплексона с гексаметилендиамином. Последующая реакция с С-концами нацеливающего агента завершит синтез соединения.

В альтернативном варианте, как упоминалось выше, линкер можно соединять с другими составляющими фактора роста, например с N-концом. В рамках этого варианта изобретения после реакции с гексаметилендиамином может быть осуществлена реакция комплексона с янтарным ангидридом. Последующее соединение линкера с нацеливающим агентом осуществляется через N-конец нацеливающего агента.

В другом аспекте настоящего изобретения комплексен может содержать аминогруппу. В таких случаях для присоединения комплексона к N-концу нацеливающего агента может быть использован дикарбоновокислотный линкер (например, двуоктановая кислота). С другой стороны, если комплексон реагирует с этилендиамином после конденсации с дикарбоновой кислотой, то привязку к нацеливающему агенту необходимо осуществить через С-конец.

Частными примерами подходящих соединений являются СНХ DTPA-A и СНХ DTPA-B. Способы получения этих соединений приводятся в Патентах США № 5286850; 5124471 и 5434287. Здесь DTPA СНХ-А и DTPA-CHX-B являются синонимами СНХ DTPA-A и СНХ DTPA-B.

Дополнительные способы присоединения радионуклида к нацеливающим молекулам даны в WO 93/09816. Другие способы описаны в Патентах США № 4923985; 5286850; 5124471; 5428154 и 5434287, выданных Gansow и др.

в. Получение фармацевтических композиций

Описанное выше получение радионуклидных фармацевтических препаратов в виде "чистых" соединений также пригодно и для соединений, в которых радионуклид используется с нацеливающим агентом, и не будет описываться повторно.

г. Введение препарата

Для терапии используется "эффективное количество" препарата. Доза зависит от болезни. Хотя диагностика с препаратами, получаемыми согласно предлагаемому изобретению, осуществляется в искусственных (in vitro) условиях, предполагается также использовать их для диагностики на живом организме (in vivo).

Хотя необходимая доза определяется по экспериментальным испытаниям, человеку можно вводить примерно от 5×10¹⁰ до 5×10¹¹ сложных комплексов на 70 кг веса взрослого человека, полагая что соотношение нацеливающего агента и альфа-эмиттера составляет примерно 1:1. Тем не менее количество и частота введения препарата будет, конечно, зависеть от многих факторов, таких как состояние пациента, характер и острота заболевания, а также состояние самой болезни. Кроме того, сначала желательно сделать маскирующее предварительное введение нацеливающего агента без радионуклида, чтобы минимизировать неспецифичное связывание и повреждение нормальных здоровых тканей.

3. Использование вместе с ненацеливающим агентом

Помимо связывания радионуклида с агентом, который служит для нацеливания (адресования) на определенную часть тела, его также можно связать с другим клеточным токсином для увеличения эффективности уничтожения клеток. Например, радионуклид можно связать с противоопухолевым средством, повышая его эффективность.

Противоопухолевые средства действуют по общему механизму, оказывая токсическое действие на клетки. Однако быстрее растущие раковые клетки больше поглощают эти средства. Противоопухолевый эффект можно усилить еще больше, присоединив противоопухолевое средство к радионуклиду. Некоторыми примерами таких противоопухолевых средств являются викристин, винбластин, метотрексат, цисплатин, флуороурацил, оксиуридин и адриамицин.

4. Другие способы доставки

Кроме вышеуказанных способов доставки, препараты, получаемые с помощью предлагаемого изобретения, могут доставляться различными приборами и/или имплантантами. Например, эти препараты могут поступать с необходимой скоростью из насоса, работающего от батареек, и доставляться в необходимое место. В альтернативном варианте с помощью полимерных материалов этим препаратам можно придавать свойства пролонгированного, замедленного действия.

Такие препараты можно изготовить в виде гранул или имплантантов, которые вводятся в необходимое место. В альтернативном варианте такие полимерные композиции с полученными по предлагаемому способу радионуклидами могут наносится на такие устройства, как стенты или катетеры, для доставки в необходимое место. Преимущество такого применения особенно проявляется при лечении болезней или патологических изменений, связанных с неконтролируемой васкулярной пролиферацией, например рестеноза.

Способы создания таких полимерных соединений, имплантантов и устройств доставки лекарственных средств хорошо известны специалистам и не будут излагаться здесь.

С. Примеры

Приводимые ниже примеры даны для иллюстрации одного варианта настоящего изобретения и не должны истолковываться как ограничивающие каким-либо образом объем заявленного изобретения.

Пример 1. Конвертирующее вещество

Фрезеруется пластина из вольфрама размером 3 мм (ширина) × 3 мм (высота) × 1 мм (толщина). Пластина хорошо шлифуется, промывается в дистиллированной воде и хорошо высушивается.

Пример 2. Нанесение радионуклида на конвертирующее вещество

Электролитический раствор для осаждения никеля приготавливается смешиванием хлорида никеля (40-60 г/л), сульфата никеля (240-300 г/л) и борной кислоты (25-40 г/л). Показатель рН раствора доводится примерно от 3,5 до 5,0.

Затем вольфрамовая пластина, изготовленная как указано выше, помещается в раствор для осаждения никеля в аппарат для электролитического осаждения с платиновым электродом, и проводится электролитическое осаждение никеля на вольфрамовую пластину. Условия осаждения: температура 30-60°С; плотность тока 2-7 А/дм²; перемешивание осуществляют воздухом.

Затем получившуюся никелированную подложку помещают в электролитический раствор диоксида радия-226 и проводят электролитическое осаждение радия-226. Излагая кратко, достаточное количество радия-226 растворяют в 8-молярной HNO₃ для получения 0,1 М раствора радия-226. Используются электролитические ячейки конструкции Krishnaswami и Sarin (см. Krishnaswami S. and M.M. Sarin (1976), Anal. Chim. Acta (Аналитическая Химия), 83, 145-156). В аппарат для электролитического осаждения помещается тефлоновая лопатка для размешивания. Предельные значения параметров источника питания составляют 6 В и 0,8 А.

Аппарат устанавливается на плиту мешалки в вытяжной шкаф. Включается перемешивание, при этом ток источника питания ограничивают до 0,8 А. После получения необходимого покрытия процесс осаждения прекращают, отсоединяя источник питания и добавляя концентрированный аммиак. Затем мишень промывается в дистиллированной воде и высушивается. Концентрация радия-226 в покрытии на вольфрамовой пластине должна составлять 120 мг/см².

Пример 3. Облучение мишени

Полученная указанным выше способом мишень готова для облучения высокоэнергетическим электронным пучком.

Мишень устанавливается на пути электронного пучка электронного ускорителя, работающего при 10 кВт, и облучается высокоэнергетическими электронами. Ток электронного пучка составляет примерно 500 микроампер. Энергия электронного пучка, падающего на мишень, должна составлять примерно 25 МэВ. Мишень облучается примерно 20 дней с расстояния 50 см от источника пучка.

Результаты расчета теоретического выхода продукта приведены на Фигуре 1, где получающиеся активности радия-225 и актиния-225 даны в зависимости от времени облучения мишени из 1,0 грамма радия-226 электронным пучком 25 МэВ. Значения, показанные на Фигуре 1, были получены с использованием результатов, приведенных в Таблице, на Фигуре 2 и Фигуре 3. В Таблице и на Фигуре 2 приведены гамма-поток/спектр, производимый электронами с энергией (Е) 20 МэВ и 25 МэВ. На Фигуре 3 приведена кривая зависимости профиля радия-226 (гамма, n) от энергии.

Таблица
	ГАММА-ПОТОК	ГАММА-ПОТОК
	20 МэВ е-	25 МэВ е-
Энергия (МэВ)	Поток	Поток
гамма	гамма/см^/МэВ/е-	гамма/см^2/МэВ/e-
(верхняя камера)	20 МэВ е-	25 МэВ е-
	фи	фи
1	6,92Е-01	6,64Е-01
2	2,18Е-01	2,12Е-01
3	1,13Е-01	1,15Е-01
4	7,64Е-02	7,64Е-02
5	5,30Е-02	5,48Е-02
6	3,87Е-02	4,26Е-02
7	3,01Е-02	3,38Е-02
8	2,51Е-02	2,75Е-02
9	2,17Е-02	2,28Е-02
10	1,67Е-02	1,96Е-02
11	1,52Е-02	1,64Е-02
12	1,39Е-02	1,48Е-02
13	1,10Е-02	1,28Е-02
14	8,25Е-03	1,12Е-02
15	6,20Е-03	9,81Е-03
16	5,10Е-03	8,84Е-03
17	3,05Е-03	7,91Е-03
18	2,30Е-03	6,86Е-03
19	1,30Е-03	5,86Е-03
20	3,50Е-04	5,02Е-03
21		3,63Е-03
22		2,58Е-03
23		1,93Е-03
24		1,21Е-03
25		3,40Е-04

Более высокую удельную активность можно получить, если приблизить мишень к конвертеру, а использование мишени, выполненной в форме толстого клина, дает более высокую общую активность.

Обычно профили распада электронов примерно в 100 раз меньше профилей фотораспада. Поскольку при энергиях в 20 МэВ и более эффективность преобразования электронов в фотоэлектроны составляет >50%, то желательно работать с тормозным излучением. При использовании оптимальной мишени мощность дозы тормозного излучения в прямом направлении зависит от энергии электронов. Необходимо отметить, что производительность в электронном ускорителе для энергий выше 25 МэВ увеличивается не намного, так как пик "гигантского резонанса" для используемой мишени находится вблизи 15 МэВ (см. Фигура 3).

Пример 4. Выделение и очистка актиния-225

Вещества на мишени, включая радий-226, радий-225 и актиний-225, растворяют с вольфрамовой пластины раствором, содержащим равные части 5М NaOH и 30% H₂O₂. После растворения указанных веществ с мишени раствор нейтрализуется добавлением достаточного количества HCl с доведением рН до примерно 7.

Затем весь раствор высушивается и остаток вторично растворяется в растворе 0,03 М HNO₃. Раствор пропускается через колонку с LN^® смолой (Eichrom Industries, Inc., Дариен, Иллинойс, США), при этом радий-225 и радий-226 проходит через колонку с эффлюэнтом, а оставшийся радий вымывают из колонки раствором 0,03 М HNO₃. Связанный актиний-225 элюируется из колонки с помощью 0,35 М HNO₃.

Пример 5. Получение состава с актинием-225 для назначения (создание комплекса с нацеливающей молекулой)

До создания комплекса для удаления любых нежелательных солей и очистки актиний-225 в 0,35 М HNO ₃ пропускают через катионообменную колонку.

а. Получение ВОС-р-нитро фенилаланин трансциклогексилдиамин моноамида

Растворяют ВОС кислоту, N гидроксисукцинамид и EDC (48 ммоль) в этилацетате (400 мл). Смесь размешивают в течение 12 часов. Реакционный раствор фильтруют и фильтрат промывают последовательно насыщенным раствором соли, 1 М HCl, 5% NaHCO₃ и снова насыщенным раствором соли (каждого по 200 мл). Органический слой отделяют и осушают над MgSO₄. После фильтрации раствор ротационно выпаривают до твердого остатка. Затем твердый остаток растворяют в DMF (200 мл) и раствор по каплям добавляют в транс-1,2-диаминоцикпогексан в течение 18 часов. Осажденный диамид отфильтровывается и раствор ротационно выпаривается до густого масла. Остаток растворяется в хлороформе и промывается, как указывалось выше, для удаления любых исходных веществ. Затем хлороформный раствор осушают указанным выше способом, фильтруют и концентрируют до гелеобразной консистенции. Этот гель выливают в воронку Бюхнера и растирают с петролейным эфиром до получения продукта в виде твердого вещества со светло-желто-коричневым цветом.

б. Получение р-нитробензил-"СНХ"-диэтилентриамина

ВОС-группа расщепляется при перемешивании в течение ночи амида (4,6 г) в диоксане (300 мл), насыщенном HCl. Добавление диэтилового эфира (200 мл) и последующее охлаждение до 4°С приводит к выпадению значительного осадка. Дигидрохлорид собирают в воронке Бюхнера с аргоном и вакуумно осушают.

Амид дигидрохлорид суспендируют в THF (50 мл) в трехгорлой круглодонной колбе, находящейся в ледяной ванне. Колба снабжена конденсором, термометром и мембраной. В колбу вводится диборан/THF (6 эквивалентов) и температуру повышают до 50°С и поддерживают ее до полного восстановления. За ходом реакции следят по ВПЖХ, используя десятиминутный градиент 100% 0,1 М НОАс в воде к 100% 0,1 М НОАс в метаноле. Применяется колонка Waters DeltaPack C18.

После завершения реакции раствор охлаждают до комнатной температуры и для разложения избыточного гидрида добавляется метанол. Раствор выпаривается на роторном испарителе и остаток растворяется в 100% этаноле (100 мл). Этот раствор высушивается (выпаривается) с помощью высоковакуумного роторного испарителя. К твердому остатку добавляется диоксан (150 мл), предварительно насыщенный HCl, и полученная суспензия нагревается с вертикальным холодильником в течение четырех часов. Окончательно полученная суспензия оставляется при температуре 4°С в течение 18 часов. Затем продукт собирается в воронке Бюхнера с аргоном и подвергается вакуумному высушиванию.

в. Получение р-нитробензил СНХ DTPA

Триамин (1,0 г, 2,49 ммоль) растворяют в DMF (25 мл) с карбонатом натрия (1,992 г) и добавляют трет-бутил бромацетат (2,915 г, 14,95 ммоль). Получившийся раствор нагревают в течение ночи до 80°С в атмосфере аргона, после чего реакционную смесь вливают в Н₂O (100 мл) и экстрагируют с помощью CH₂Cl₂ (100 мл). Органический слой промывают водой (3×100 мл), отделяют, высушивают над MgSO₄, фильтруют и выпаривают в роторном испарителе до консистенции масла. Затем это масло еще больше концентрируют в высоковакуумном роторном испарителе до образования густого масла.

В масло добавляют TFA (25 мл) и оставляют на ночь. Затем в роторном испарителе удаляют избыточный реагент. Для разделения и сбора двух основных пиков проводят предварительную ВПЖХ. После завершения предварительной ВПЖХ с помощью ионообменной хроматографии (AG50 W × 8 200/400 меш Н+ форма) удаляют ВПЖХ буфер. Полученные две фракции помечают как СНХ-А или СНХ-В.

г. Получение р-аминобензил СНХ DTPA-A. -В

Атмосферное гидрирование каждой фракции осуществляют, используя по 100 мг каждого нитросоединения с 10% Pd/C (100 мг) при рН, равном 8,5. Реакцию проводят до тех пор, пока не прекратится поглощение Н ₂. Реакционная смесь фильтруется на мелкой фритте с Целитом 577. Фильтрат лиофилизируют, при этом остается не совсем белый остаток.

д. Получение р-изотиоционатобензил СНХ DTPA-A

Каждая фракция растворяется в H₂O (5 мл) и обрабатывается тиофосгеном (20 мкл) в CHCl₃ (10 мл) в течение двух часов в атмосфере аргона при максимальном перемешивании. Органический слой удаляется при комнатной температуре во вращающемся испарителе, а водный слой лиофилизируют, при этом остается не совсем белый твердый остаток.

ж. Окончательное комплексообразование

СНХ DTPA-A (можно также использовать -В) растворяют в фосфатном буферном физиологическом растворе. Актиний-225 в равных молярных соотношениях растворяют в буферном растворе. Затем в равном молярном соотношении добавляются моноклональные антитела к простатному сывороточному антигену. Смесь перемешивают в течение 4 часов при температуре 4°С, а затем подвергают анионообменному разделению для удаления несвязанного актиния-225.

Пример 6. Назначение актиния-225, связанного с нацеливающей молекулой

Примерно 5×10¹⁰ радионуклидных комплексов растворяют в одном миллилитре стерильного физиологического раствора. Затем этот раствор смешивают с одним литром стерильного лактатного раствора Ринджерса и полученный препарат вводят внутривенно в течение получаса.

Пример 7. Получение висмута-213

а. Экстракция

Актиний-225, полученный в Примерах 4 и 5, помещают в сосуд емкостью 20 мл и высушивают. Этот актиний называется "корова".

3 М анионообменный диск предварительно обрабатывается 0,5 М HCl следующим образом. В шприц набирается 0,5 М HCl, к шприцу присоединяют диск и, вдавливая поршень шприца, пропускают кислоту через мембрану (диск). Кислоту после предварительной обработки выливают. В пипетку набирают 10 мл 0,5 М HCl и вливают их в сосуд с "коровой", и ждут, когда актиний-225 растворится. Предварительно обработанный 3 М фильтр с присоединенной к его выходной стороне концом подходящей пластмассовой микропипетки фиксируется на выходном отверстии шприца. Через пластмассовый наконечник пипетки растворенную "корову", содержащую актиний-225 и его дочерние элементы (включая висмут-213), забирают в цилиндр шприца через 3 М анионный обменный фильтр.

Пластмассовый наконечник и 3 М анионообменный диск с висмутом-213 в нем снимаются. Раствор актиния-225 в 0,5 М HCl выливается из шприца обратно в исходный сосуд для повторного использования.

б. Промывка

Висмут-213, абсорбированный на 3 М анионообменном диске, содержит незначительные следы актиния-225 и HCl (которые прилипают к внутренним поверхностям смолы). К анионообменному диску, содержащему висмут-213, присоединяют новый шприц и промывают диск, набирая через него в шприц 0.005 М промывочный раствор. Затем диск отсоединяется и кислотная промывка, содержащая следы "коровьего" раствора, выливается в сосуд для отходов. "Использованная" HCl удаляется.

в. Элюирование висмута-213

Раствор 0,05 М NaOAc (pH 5,5) набирается в новый шприц. Промытый 3 М диск с висмутом-213 присоединяется к шприцу и раствор 0,05 М NaOAc (pH 5,5) пропускается через диск с висмутом в накопительную колбу.

Пример 8. Получение препарата висмута-213 для назначения (соединение с нацеливающей молекулой)

СНХ DTPA-A (приготовленный как описано выше в Примере 5) растворяют в ацетатном буфере, pH 6,0. Висмут-213 в равном молярном отношении растворяют в буферном растворе. Затем в равном молярном отношении добавляются моноклональные антитела к простатному сывороточному антигену. Смесь перемешивают при температуре 4°С в течение 4 часов и проводят катионный обмен для удаления несвязанного висмута-213.

Пример 9. Назначение висмута-213, связанного с нацеливающей молекулой

Примерно 5×10¹⁰ радионуклидных комплексов растворяют в одном миллилитре стерильного физиологического раствора. Затем этот раствор смешивают с одним литром стерильного лактатного раствора Ринджерса и полученный препарат вводят внутривенно в течение получаса.

Резюмируя, настоящее изобретение представляет собой надежный способ получения актиния-225/ висмута-213 в количествах, превышающих 1000 милликюри, и с радионуклидной чистотой менее 5 мкКи радия-225/100 мкКи актиния-225 путем облучения радия-226. Получаемый актиний-225/висмут-213 обладает физическими свойствами, необходимыми для диагностических и терапевтических радиофармацевтических препаратов, особенно при использовании в радиационной иммунотерапии.

Все содержание всех документов, приведенных в данном описании, является частью настоящего описания, и все приведенные документы включены в настоящее описание ссылками на них.

Вышеприведенное подробное описание дано только с пояснительной (иллюстративной) целью. Многие изменения и усовершенствования могут быть внесены в описанные выше предпочтительные варианты изобретения. Поэтому должно подразумеваться, что нижеследующие пункты формулы, включая все эквиваленты, определяют объем настоящего изобретения.