ИСТИНА

Фундаментальной научной проблемой, на решение которой направлен данный проект, является установление физико-химических закономерностей процессов сорбции и диффузии перспективных альфа-радионуклидов, применяемых в ядерной медицине для терапии онкологических заболеваний (Ac-225, Bi-213, Pb-211) на нанотекстурированных носителях на основе малорастворимых фосфатов кальция (гидроксиапатит (ГАП), трикальцийфосфат (ТКФ)). Целью работы является создание способов управления и контроля за перераспределением радионуклида в объеме носителя при его сорбции и десорбции за счет изменения физико-химических и текстурных характеристик самого носителя и при использовании внешнего воздействия. Основной задачей проекта является создание нового поколения биорезорбируемых радиофармпрепаратов для ядерной медицины, в частности - брахитерапии.

Establishment of physicochemical regularities in the processes of sorption and diffusion of promising alpha-radionuclides used in nuclear medicine for the therapy of oncological diseases (Ac-225, Bi-213, Pb-211) on nanostructured carriers based on low-soluble calcium phosphates (hydroxyapatite (HAP), tricalcium phosphate (TCP)) is a fundamental scientific problem. Without its solution, further progress in nuclear medicine is impossible, which is associated with the creation and introduction into medical practice of promising diagnostic and therapeutic radiopharmaceuticals and their carriers. Such materials are subject to increased demands both on their ability to retain radionuclides, and on their biocompatibility and ability to be processed by the human body without harmful consequences for it. The most promising in this respect are carriers based on nanoparticles of sparingly soluble calcium salts such as phosphates, since they are an inorganic matrix of bone tissue and have long been used in medical practice. In particular, this applies to HAP and TCP. These materials can be obtained with a different texture organization. To create a new generation of radiopharmaceuticals on their basis (for example, for brachytherapy), information is needed on the processes that occur when the radionuclide and the carrier contact, the diffusion kinetics into the material and the radionuclide or its daughter products exit from the carrier to the surrounding space, the level of doses created, and It is also possible to control the release of the radionuclide to the lesion site by changing the carrier's texture (its sorption properties) or external influence (for example, ultrasound).

По результатам выполненных в рамках настоящего проекта работ предполагается получение экспериментальных данных имеющих как практический, так и теоретический интерес. Термодинамические и кинетические характеристики изучаемых процессов, полученные в работе, позволят построить модель сорбции и диффузии выбранных радионуклидов на фосфатах кальция и выявить связь этих параметров с характеристикой текстурной организации материалов носителя. Для дальнейшего практического применения радиофармпрепаратов (РФП) на их основе будут определены оптимальные условия взаимодействия носитель-радионуклид. Таким образом, предполагается создание нового поколения РФП для доклинических исследований. Будут отработаны и усовершенствованы методики получения носителей с различной текстурной организацией и способы введения в него радионуклида. Кроме основных физико-химических методов характеризации материала будут разработаны способы тестирования образцов на динамику перераспределения радионуклида в объеме носителя с помощью метода трековой авторадиографии. Построена математическая модель диффузии и рассчитаны дозовые нагрузки от препаратов. Для полученных РФП на основе ГАП-α-эмиттер будет проведено предварительное биологическое тестирование образцов на клеточных моделях.

Методика трековой радиографии и математический аппарат для изучения диффузии медицинских радионуклидов, применяемых в брахитерапии. Методика изучения диффузии радионуклидов (не только медицинских)в слоях пористого сорбента в специальной диффузионной ячейке. Отработка методики изучения распределения композитов ГАП с радионуклидом внутри организма на примере мышиной модели. А также методика выявления возможного клеточного ответа на воздействие такими препаратами.

Наиболее значительными результатами, полученными в ходе реализации проекта можно считать следующие: 1. Отработана технология наработки целевых радионуклидов (225-Ac, 213-Bi, 211-Pb) и их аналогов – 207-Bi, 228-Ac. В том числе с применением оригинальных методик по обратному генератору 228-Ra/228-Ac и сублимационному генератору 211-Pb. 2. Отработан методика ферментативного синтеза ГАП и проведена характеризация его структуры и морфологии. 3. На примере 223-Ra создана и отработана методика трековой радиографии для тестирования диффузии радионуклида в объеме текстурированного сорбента в процессе его сорбции или десорбции. Построена математическая модель данного процесса, позволяющая оценить коэффициент диффузии 223-Ra (~3∙10–5 см2/с). С учетом плотности материала пористого сорбента оценены пробеги испускаемых 223Ra и его дочерними продуктами альфа-частиц и ядер отдачи (~ 35 мкм). Продемонстрирована связь между размерами частиц сорбента, временем сорбции радионуклида и создаваемой этой частицей поглощенной дозой в биологической ткани. 4. Отработана технология оценки коэффициента диффузии радионуклидов в среде пористого сорбента при использовании специально созданной (отпечатанной на 3D-принтере) диффузионной ячейки. Определены коэффициенты диффузии пары модельных радионуклидов – Ra/Sr и целевого - Ac/Y. 5. Подробно изучена кинетика и изотерма сорбции и десорбции ионов Ac, Pb и Bi на различных текстурных типах ГАП при выборе оптимальных условий проведения эксперимента (рН раствора, масса сорбента). Для сорбции актиния сделаны оценки термодинамических параметров сорбции. Показано, что в случае свинца возможно образование приоморфита, а для висмута вообще характерно образование собственной фазы фосфата висмута. На основании полученных данных сделано заключение о перспективности сорбционного способа связывания целевых радионуклидов с тем или иным текстурным типом ГАП. Для свинца и висмута проведено сравнительное исследование сокристаллизационного способа связывания данных ионов с ГАП. 6. Оценено воздействие радионуклидов 226- и 223-радия, и 207-висмута, сорбированных на ГАП, на модельные культуры лактобактерий Lactobacillus casei и зеленой водоросли Chlorella vulgaris. Выявлено снижение скорости роста популяции Chlorella vulgaris в присутствии радионуклидов, а также колебания численности клеток данной популяции. Выявлено, что в период снижения численности снижалось количество как крупных фракций, так и мелких. Этот факт можно интерпретировать как преимущественную гибель в результате воздействия радиоактивного вещества молодых клеток или клеток в стадии размножения. Для лактобактерий колебания размеров не установлено, однако обнаружено снижение этой величины, что можно трактовать как преимущественное воздействие радиации на крупные клетки. 7. Выработаны рекомендации для создания на основе целевых радионуклидов и текстурных типов ГАП возможных препаратов как для брахитерапии, так и для радиофармпрепаратов.