КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер 21-73-00279

НазваниеПолучение и изучение свойств модифицированных краун-эфирами наноалмазов для их дальнейшего применения в качестве носителей радия для целей ядерной медицины

РуководительКазаков Андрей Геннадьевич, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Ленина и Ордена Октябрьской Революции Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук, г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ 07.2021 - 06.2023 

Конкурс№60 - Конкурс 2021 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-204 - Радиохимия

Ключевые словаЯдерная медицина, радионуклиды, наноматериалы, наноалмаз, краун-эфиры, сорбция, 18-краун-6, Ra

Код ГРНТИ31.15.23

СтатусУспешно завершен

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В настоящее время ядерная медицина активно развивается как в области производства радионуклидов, так и в области синтеза новых радиофармпрепаратов для терапии и диагностики. Развитие требует проведения фундаментальных и прикладных исследований в различных науках и объединения специалистов в областях ядерной физики (выбор ядерных реакций и условий облучения для наработки необходимых радионуклидов), радиохимии (выделение радионуклидов из облученных мишеней и дальнейший синтез радиофармпрепаратов), биологии (доклинические исследования) и медицины (клинические испытания радиофармпрепаратов). Одной из задач учёных-радиохимиков также является создание новых соединений для адресной доставки изотопов к заражённым органам и тканям. Одним из способов доставки является применение наноматериалов в качестве носителей радионуклидов. Исследовано применение углеродных наноматериалов, гидроксиапатита, наночастиц золота, оксида железа, наноточек, квантовых точек, липосомальных частиц и многих других. Среди широкого спектра возможных носителей выделяют углеродные наночастицы, в частности, наноалмазы, обладающие рядом преимуществ: химической и радиационной стойкостью, высоким значением удельной поверхности, потенциальной биосовместимостью отдельных форм, доступностью в промышленных масштабах, и, самое главное – возможностью направленной модификации поверхности с целью изменения его физико-химических свойств. Для модификации поверхности наноалмаза с целью создания платформы для адресной доставки перспективными выглядят краун-эфиры – циклические соединения, состоящие из нескольких фрагментов (CH2-CH2-O-). Такие соединения могут прочно удерживать катионы металлов, ионный диаметр которых близок к диаметру внутренней полости краун-эфира. Таким образом, в зависимости от размера цикла, различные краун-эфиры селективно связывают и прочно удерживают конкретные подходящие катионы, в том числе - не склонные к комплексообразованию. Подобрав для выбранного изотопа соответствующий краун-эфир и связав его с наноалмазом, возможно создание прочного конъюгата радионуклида с наночастицами, который будет устойчив в организме и может быть использован для терапии или диагностики – в зависимости от ядерно-физических свойств нуклида. Для синтеза модифицированных краун-эфирами наноалмазов будет использована реакция образования пептидной связи (карбоксильные группы наноалмаза взаимодействуют с аминогруппами производных краун-эфиров), а также "классические" способы покрытия частиц веществами, например, суспендирование частиц в растворе краун-эфиров с дальнейшим удалением растворителя. Таким образом, целью настоящего проекта является определение условий применения модифицированных краун-эфирами наноалмазов как носителей радионуклидов для ядерной медицины. В задачи проекта входит синтез модифицированных краун-эфирами различного строения наноалмазов (планируется использование производных 18-краун-6); исследование связывания радионуклидов радия (имеющего медицинский изотоп 223Ra) на полученных образцах наноматериалов; тестирование устойчивости полученных конъюгатов наночастиц с радионуклидами в различных модельных биологических средах, исследование цитотоксичности полученных конъюгатов. Полученные данные позволят подобрать оптимальные условия для применения модифицированных краун-эфирами наномалмазов как носителей радия для ядерной медицины. Таким образом, актуальность работы заключается в возможности создания наноконъюгатов, прочно удерживающих радий, для дальнейшего расширения круга радиофармпрепаратов в ядерной медицине.

Ожидаемые результаты
В результате реализации проекта будут синтезированы новые функциональные наноматериалы - модифицированные различными производными краун-эфира 18-краун-6 наноалмазы; определены физико-химические параметры синтезированных образцов. Будет исследованы параметры связывания Ra(II) с полученными наноматериалами и определена устойчивость полученных конъюгатов в модельных биологических средах. Будут найдены условия оптимального синтеза устойчивых конъюгатов (структура краун-эфиров; среда и время для полного связывания нуклидов с полученными наноматериалами, соотношения твёрдой и жидкой фаз, рН, температура и др), определена сорбционная ёмкость полученных материалов. Будет определена цитотоксичность наиболее перспективных полученных наноматериалов. В результате реализации проекта ожидается получение важных теоретических и практических знаний. Будут определены фундаментальные основы процессов взаимодействия различных катионов с новыми функциональными наноматериалами; влияние различных факторов (ионная сила, температура, белковый фон, рН и др) на устойчивость полученных конъюгатов в растворах. Результаты исследований позволят выбрать среди полученных образцов наилучшие, которые в дальнейшем могут быть использованы на практике в радиофармпрепаратах нового дизайна для терапии или диагностики в ядерной медицине. Кроме того, впервые будет создан носитель для 223Ra, имеющего трудности с комплексообразованием и применяемого исключительно в форме 223RaCl2.

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Отчётный период был посвящён разработке способа связывания различных производных циклического эфира 18-краун-6 с наноалмазами (НА). Для этого было проведено мечение изучаемых краун-эфиров тритием и разработана система их очистки от примесей. С помощью тритиевой метки, по которой детектировали присутствие краун-эфиров в образцах, в дальнейшем был найден способ ковалентного связывания их молекул с НА, путём взаимодействия карбоксильной группы поверхности НА с аминогруппой краун-эфира. Характеризация полученного материала также показала изменение свойств по сравнению с исходным НА. Таким образом, в дальнейшем в проекте будут определены условия сорбции радия полученными образцами с целью создания основы радиофармпрепарата.

 

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Нами разработан способ ковалентного связывания амино- и гидроксилсодержащих производных КЭ с поверхностью НА. Показано, что с помощью разработанного способа связывается от 5,9 до 21 мкмоль КЭ на 1 г НА, при этом образующиеся наноматериалы отличаются по физико-химическим свойствам от исходных НА, но мало отличаются по способности связывать радий и другие элементы. Сорбция радия наблюдается только в щелочной среде с рН 11, но при контакте с модельными биологическими средами наблюдается количественная десорбция. Вероятно, отсутствие селективности образцов к радию обусловлено поверхностными явлениями на границе фаз или стерическими затруднениями, что не позволяет КЭ на поверхности НА эффективно захватывать и удерживать катионы. Для получения селективного сорбента для радия на основе НА необходимо дальнейшее детальное изучение свойств НА, связанных с различными производными КЭ, в том числе не только с производными 18-краун-6.

 

Публикации

1. Казаков А.Г., Екатова Т.Ю., Бабеня Ю.С., Бадун Г.А. Ковалентное связывание с наноалмазами меченных тритием производных 18-краун-6 Радиохимия, - (год публикации - 2023)

2. Казаков А.Г., Екатова Т.Ю., Бабеня Ю.С., Винокуров С.Е., Бадун Г.А. Tritium Labeling and Phase Distribution of 18-Crown-6 and Its Derivatives for Further Reprocessing of Radium Waste Energies, V.15(19), № 6867 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.3390/en15196867

3. Екатова Т.Ю., Бабеня Ю.С., Казаков А.Г., Бадун Г.А. Разработка способов нанесения краун-эфиров на поверхность наноалмазов для дальнейшего связывания радия X Российская конференция с международным участием «Радиохимия-2022» Сборник тезисов, с. 479 (год публикации - 2022)

Возможность практического использования результатов
не указано