Разработка новых радиофармацевтических препаратов для диагностики опухолей предстательной железы

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 проекта 22-15-00098

НазваниеРазработка новых радиофармацевтических препаратов для диагностики опухолей предстательной железы

Руководитель Мачулкин Алексей Эдуардович, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени M.В.Ломоносова» , г Москва

Конкурс №68 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-603 - Рентгенология, радиационная медицина, медицинская визуализация

Ключевые слова Рак предстательной железы, простатический специфический мембранный антиген, радиофармацевтические препараты, направленная доставка лекарств

Код ГРНТИ31.23.27

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Диагностика и лечение рака предстательной железы является одной из наиболее актуальных проблем современной онкологии. Данное заболевание занимает вторую позицию по числу вновь диагностированных случаев онкологических патологий у мужчин. В настоящее время диагностика рака простаты осуществляется такими методами как: ректальная диагностика, анализа уровня простатического специфического антигена (ПСА) в крови, а также биопсия простаты. Однако, данные методы имеют ряд недостатков и не всегда позволяют установить наличие/отсутствие онкологической патологии с высокой точностью. В связи с этим актуальной задачей является разработка более специфичных методов диагностики. В современной онкологии в качестве такого метода, все чаще применяют радиофармацевтические препараты на основе тканеспецифических лигандов, позволяющих эффективно производить визуализацию опухолевых тканей, а также проводить направленную терапию опухолей. В связи с этим актуальной задачей является разработка новых радиофармацевтических препаратов (РФП), которые могли бы быть использованы для диагностики и/или терапии рака предстательной железы. В качестве перспективной белковой мишени для адресной доставки, в случае рака предстательной железы, может выступать простатический специфический мембранный антиген (ПСМА), который обладает высокой экспрессией в опухолевых тканях предстательной железы по сравнению со здоровыми тканями. В настоящее время FDA уже одобрены ряд РФП для диагностики рака предстательной железы, например, конъюгат на основе меченного 111In моноклонального антитела 7Е11-С5.3, тропного к ПСМА, является препарат CYT-356 (Capromab Pendetide (Prosta Scint®). Его применение при рецидиве и метастатических формах мягких тканей рака предстательной железы продемонстрировало высокие показатели чувствительности и специфичности (60-80 и 70-90% соответственно), превышающие по своей чувствительности данные компьютерной и магнитно-резонансной томографии. Основным недостатком данной методики является связывание моноклонального антитела с внутриклеточным доменом ПСМА, возможного только у поврежденных и мертвых клеток, в то время как, взаимодействия с жизнеспособными клетками не происходит. Данный факт обуславливает необходимость создания антител или низкомолекулярных конъюгатов, нацеленных на внеклеточную часть ПСМА, что позволило бы существенно повысить чувствительность и диагностическую точность проводимых исследований. Среди низкомолекулярных конъюгатов, прошедших полный цикл клинических испытаний, и уже вышедших на фармацевтический рынок стоит отметить такие конъюгаты как: 68Ga-PSMA-11 (конец 2020 года); Pylarify, для ПЭТ-диагностики рака простаты на основе изотопа 18F (май 2021). Особо стоит отметить одобрение конъюгата 177Lu-PSMA-617 для радиолигандной терапия для пациентов с метастатическим кастрационно-резистентным раком предстательной железы (mCRPC). В настоящее время на стадии клинических испытаний находятся диагностические радиохимические соединения на основе низкомолекулярных лигандов (MIP-1404, MIP-1405), тропных к ПСМА, меченных 99mТс, 68Ga, 18F, 64Cu. Также опубликованы данные о пробном применении у пациентов препарата 225Ac-PSMA-617, не прошедшего клинических исследований, в качестве «терапии спасения» (Journal of Nuclear Medicine, 2017, 10.2967/jnumed.117.191395). Помимо этого в настоящее время на территории Российской Федерации отсутствуют зарегистрированные радиофармацевтические препараты для диагностики и лечения рака предстательной железы, в связи с чем имеется неудовлетворенная потребность в них. В связи с вышеизложенным, данный проект направлен на создание высокоспецифических конъюгатов лигандов ПСМА с хелатирующими агентами и получения диагностических РФП с изотопами 68Ga для диагностики рака предстательной железы. Полученные в результате работ диагностические РФП должны составить конкуренцию радиофармацевтическим препаратам, находящимся на различных стадиях исследований. Впоследствии разрабатываемые молекулы могли бы обеспечить как российский так и мировой рынок, новыми перспективными средствами радиофармацевтической диагностики.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Мачулкин А.Е., Нименко Е.А., Зык Н.У., Успенская А.А., Смирнова Г.Б., Хан И.И., Покровский В.С., Ванеев А.Н., Тимошенко Р.В., Мамед-Набизаде В.В., Заверткина М.В., Ерофеев А., Горелкин П., Мажуга А.Г., Зык Н.В., Хазанова Е.С., Белоглазкина Е.К. Synthesis and preclinical evaluation of small-molecule prostate-specific membrane antigen targeted abiraterone conjugate Molecules (год публикации - 2022)

2. Успенская А.А., Нименко Е.А., Зык Н.Ю., Шафиков Р.Р., Евтеев С.А., Дашкова Н.С., Петров С.А., Иваненков Ю.А., Скворцов Д.А., Гаранина А.С., Белоглазкина Е.К., Мажуга А.Г., Мачулкин А.Э. Optimization of the dipeptide motifs in the PSMA ligands linker structure: synthesis and in vitro evaluation. Medicinal Chemistry Research (год публикации - 2022)

3. Мачулкин А.Э., Успенская А.А., Шафиков Р.Р., Скворцов Д.А., Петров С.А., Зык Н.Ю., Польшаков В.И., Плотникова Е.А., Колмогоров В.С., Ванеев А.Н., Покровский В.С., Ларенков А.А., Ерофеев А.С., Горелкин П.В., Белоглазкина Е.К., Хазанова Е.С., Мажуга А.Г. Терапевтические и диагностические конъюгаты на основе лигандов ПСМА: синтез и биологическое исследование. СБОРНИК ТЕЗИСОВ Всероссийской научной конференции МАРКОВНИКОВСКИЕ ЧТЕНИЯ: ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ ОТ МАРКОВНИКОВА ДО НАШИХ ДНЕЙ, Стр. 73 (год публикации - 2022)

4. Успенская А.А., Нименко Е.А., Шафиков Р.Р., Зык Н.Ю., Евтеев С.А., Дашкова Н.С., Иваненков Я.А., Скворцов Д.А., Гаранина А.С., Белоглазкина Е.К., Мажуга А.Г., Мачулкин А.Э. Синтез и оптимизация структуры линкеров лигандов ПСМА и получение диагностических и терапевтических конъюгатов Всероссийской научной конференции МАРКОВНИКОВСКИЕ ЧТЕНИЯ: ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ ОТ МАРКОВНИКОВА ДО НАШИХ ДНЕЙ, Стр. 94 (год публикации - 2022)

5. Зык Н.Ю., Гаранина А.С., Плотникова Е.А., Бер А.П., Нименко Е.А., Дашкова Н.С., Успенская А.А., Шафиков Р.Р., Скворцов Д.А., Петров С.А., Панкратов А.А., Зык Н.В., Мажуга А.Г., Белоглазкина Е.К., Мачулкин А.Э. Synthesis of Prostate-Specific Membrane Antigen-Targeted Bimodal Conjugates of Cytotoxic Agents and Antiandrogens and Their Comparative Assessment with Monoconjugates International Journal of Molecular Sciences, Int. J. Mol. Sci. 2023, 24(14), 11327 (год публикации - 2023)
10.3390/ijms241411327

6. Хасново Л.А., Ларькина М.С., Плотников Е., Боденко В., Юлдашева Ф., Стасюк Е., Петров С.А., Зык Н.Ю., Мачулкин А.Э., Ворожцов Н.И., Белоглазкина Е.К., Ненайденко В.Г., Толмачев В., Орлова А., Мажуга А.Г., Юсубов М.С. Synthesis, 123I-Radiolabeling Optimization, and Initial Preclinical Evaluation of Novel Urea-Based PSMA Inhibitors with a Tributylstannyl Prosthetic Group in Their Structures International Journal of Molecular Sciences, Int. J. Mol. Sci. 2023, 24(15), 12206 (год публикации - 2023)
10.3390/ijms241512206

7. Н.Ю. Зык, С.А. Петров, М.В. Заверткина, А.А. Успенская, П.А. Красников, Н.С. Дашкова, Е.К. Белоглазкина, А.Г. Мажуга, Н.В. Зык, А.Е. Мачулкин Choice of the optimal synthetic approach for the polypeptide ligands of prostatic specific membrane antigen preparation Mendeleev Communications, 33 (44), 472-475, 2023. (год публикации - 2023)
10.1016/j.mencom.2023.06.010

8. Петров С.А., Мачулкин А.Э., Ларенков А.А., Успенская А.А., Нименко Е.А., Зык Н.Ю., Скворцов Д.А., Шафиков Р.Р., Белоглазкина Е.К., Мажуга А.Г. СОЕДИНЕНИЕ ПЕПТИДНОЙ ПРИРОДЫ, ОБЛАДАЮЩЕЕ СПОСОБНОСТЬЮ СВЯЗЫВАТЬСЯ С ПСМА, СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ Изобретения. Полезные модели - Официальный бюллетень № 20–2024, 11.07.2024-20.07.2024, Изобретения. Полезные модели - Официальный бюллетень № 20–2024, 11.07.2024-20.07.2024 Номер: RU2823164C2 Опубликовано: 18.07.2024 Бюл. № 20 Заявка: 2021137932 Дата подачи заявки: 21.12.2021 (год публикации - 2024)

9. Мачулкин А.Э., Успенская А.А., Петров С.А., Зык Н.Ю., Ларькина М.С., Лунёва К.А., Лунёв А.С., Ларенков А.А., Юсубов М.С., Белоглазкина Е.К., Мажуга А.Г. Разработка и исследование терапевтических и диагностические конъюгатов на основе лигандов ПСМА ООО «Буки Веди», ХХII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии, 7-12 октя- бря, 2024, Федеральная территория «Сириус», Россия. Сборник тези- сов докладов в 7 томах. Том 5. — М.: ООО «Буки Веди», 2024. – 372 c. – ISBN 978-5-00202-669-2 (т. 5) (год публикации - 2024)

10. A. Е. Мачулкин, С. А. Петров, В. Боденко, М. С. Ларькина, Е. Плотников, Ф. Юлдашева, М. Третьякова, Е. Безверхняя, Н.Ю. Зык, Е. Стасюк, Р. Зельчан, А. Г. Мажуга, В. Толмачев, А. Орлова, Е. К. Белоглазкина, М. С. Юсубов. Synthesis and Preclinical Evaluation of Urea-Based Prostate-Specific Membrane Antigen-Targeted Conjugates Labeled with 177Lu The American Chemical Society (ACS), ACS Pharmacology & Translational Science, ACS Pharmacology and Translational Science, 7(5):1457–1473, 2024 (год публикации - 2024)
10.1021/acsptsci.4c00070

11. Мачулкин А.Э., Успенская А.А., Петров С.А., Зык Н.Ю., Ларькина М.С., Лунёва К.А., Лунёв А.С., Ларенков А.А., Юсубов М.С., Белоглазкина Е.К., Мажуга А.Г. Терапевтические и диагностические конъюгаты на основе лигандов ПСМА: синтез и биологическое исследование Новосибирский институт органической химии им. Н.Н. Ворожцова СО РАН, Новосибирск, Всероссийская молодежная научная школа-конференция «Актуальные проблемы органической химии», 15-21 Марта, 2024, Шерегеш, Кемеровская обл. (год публикации - 2024)

12. Алексей Э. Мачулкин, Станислав А. Петров, Мария Д. Крайнова, Анастасия С. Гаранина, Байирта В. Егорова, Роман В. Тимошенко, Александр Н. Ванеев, Александр С. Ерофеев, Анна Б. Приселкова, Михаил А. Калинин, Алексей В. Медведько, Степан Н. Калмыков, Елена К. Белоглазкина, Сергей З. Вацадзе Synthesis of bispidine based PSMA targeted conjugate and initial investigations Organics, MDPI (год публикации - 2025)

13. Preclinical evaluation of 68Ga-labeled folic acid conjugates for visualization of inflammatory foci (год публикации - )

14. Фуркина Е.Б., Успенская А.А., Петров С.А., Зык Н.Ю., Красников П.А., Шпунтов Д.В., Моисеева А.Н., Белоглазкина Е.К., Мачулкин А.Э. Получение комплексов 161Tb на основе конъюгатов лигандов ПСМА с хелатирующим агентом DOTA и их стабильность Известия Академии наук. Серия химическая. ФГБУ "Издательство "Наука". Москва, Получение комплексов 161tb на основе конъюгатов лигандов ПСМА с хелатирующим агентом dota и их стабильность / Е. Б. Фуркина, А. А. Успенская, С. А. Петров и др. // Известия Академии наук. Серия химическая. — 2025. (год публикации - 2025)

15. Толмачев В.М., Орлова А.М., Зельчан Р.В., Боденко В.В., Юсубов М.С., Ларькина М.С., Плотников Е.В., Юлдашева Ф.Ш., Стасюк Е.С., Янович Г.Е., Сейтова К., Фоминых А.С., Третьякова М.С., Прач А.А., Безверхняя Е.А., Мачулкин А.Э., Петров С.А., Белоглазкина Е.К., Мажуга А.Г., Чернов В.И. Способ получения комплекса ПСМА-таргетного соединения на основе мочевины 177lu-PS-161 и комплекс Изобретения. Полезные модели - Официальный бюллетень № 18–2023, 21.06.2023-27.06.2023, Изобретения. Полезные модели - Официальный бюллетень № 34–2023, 28.11.2023-10.12.2023 Номер: RU2808636C1 Опубликовано: 30.11.2023 Бюл. № 34 Заявка: 2023108436 Дата подачи заявки: 05.04.2023 (год публикации - 2023)

16. Мачулкин А.Э., Успенская А.А., Петров С.А., Зык Н.Ю., Ларькина М.С., Лунёва К.А., Лунёв А.С., Ларенков А.А., Юсубов М.С., Белоглазкина Е.К., Мажуга А.Г. ТЕРАПЕВТИЧЕСКИЕ И ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ КОНЪЮГАТЫ НА ОСНОВЕ ЛИГАНДОВ ПСМА: СИНТЕЗ И БИОЛОГИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ООО «АДМИРАЛ ПРИНТ», Москва, ул. Барклая, д. 13 стр. 1 , 6-Я РОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ПО МЕДИЦИНСКОЙ ХИМИИ, 1-4 июля 2024, г. Нижний Новгород, Издательство: ООО «АДМИРАЛ ПРИНТ», Москва, ул. Барклая, д. 13 стр. 1 (год публикации - 2024)

Публикации

13. Preclinical evaluation of 68Ga-labeled folic acid conjugates for visualization of inflammatory foci (год публикации - )

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Наработка лигандов и конъюгатов производилась по методикам, разработанным на предыдущем этапе. Сборку пептидной последовательности проводили методом твердофазного пептидного синтеза (SPPS) на смоле 2-CTC по следующей стратегии. Данная стратегия предполагает добавление аминокислотных остатков нестандартным способом: в этом синтетическом маршруте N-концевой фрагмент использовался в качестве первого звена полипептидной цепи через промежуточный фрагмент 1,3 - диаминопропана, который необходим для создания свободной аминогруппы для дальнейшей конъюгации с хелатирующим агентом (doi:10.1016/j.mencom.2023.06.010). Таким образом, были получены иммобилизованные на твердофазном носителе дипептидные фрагменты (a-e), которые затем были модифицированы производными янтарной кислоты. Эти производные были использованы в качестве векторных фрагментов для дальнейшей модификации на смоле 2-CTC. Далее была проведена реакция с дипептидами a-e (схес использованием активаторов пептидного синтеза HOBt/HBTU/DIPEA. Выбор смолы 2-CTC был обусловлен возможностью полного удаления полученных структурных фрагментов с твердой фазы без затрагивания защитных групп боковых цепей аминокислот, таких как t-Bu - эфиры. Для этого модифицированный пептид удаляли с полимерной подложки раствором с низким содержанием TFA: DCM-TFA, 99,25%-0,75% v/v, получая серию аминолигандов 1a - 1m. Для получения мономодальных PSMA-нацеленных конъюгатов 3a-3m коммерчески доступный хелатирующий агент DOTA-(tBu)3-OH был присоединен к терминальной аминогруппе соединений 11a-11m с помощью активаторов HOBt/HBTU/DIPEA. Для удаления трет-бутильных защитных групп на последней стадии использовали смесь TFA/TIPS/H2O (95%/2,5%/2,5%/ v/v). Таким образом, были получены целевые соединения 3a-3m. Наработана серия конъюгатов для in vivo испытаний PKA-30, PKA-32, PKA-41, PKA-49, PSMA-617, PKA-66, PKA-70, PKA-71. На основании структуры предшественника 2h лидирующей последовательности (DCL-(p-COOt-Bu)-L-Phe-L-Tyr(3-NO2)-NH2 была синтезирована серия из двух конъюгатов (4a – 4b) с хелатирующими агентами DTPA, NODA-GA, CHX-DTPA и DOTA-GA которые имеют одинаковые векторный и дипептидный фрагменты для дальнейшего изучения На примере одного из азидо- лигандов осуществлен синтез конъюгата, с производным биспидина, результате был получен конъюгат PSMA-Bisp. Также на примере амино-лиганда ПСМА, содержащего м-Cl бензильный фрагмент и дипептидный фрагментй L-Phe-L-Phe был опробован подход введения радиоизотопов иода. Для этого вместо хелатирующего фрагмента для модификации лиганда были использованы производные бензойной кислоты, содержащие фрагмент трибутил-олова (SnBu3) в пара или мета положении бензойной кислоты. В дальнейшем группа SnBu3 замещалась с помощью радиоактивного иодида натрия [123I]NaI. При выполнении работы мы столкнулись со сложностями, связанными с привитием клеточной линии 22Rv1, поэтому в качестве ПСМА-экспрессирующей линии были получены ксенографты LNCaP. Для ряда конъюгатов, меченных 177Lu исследование проводилось на ксенографтных моделях PC-3-pip и PC-3. Чтобы подтвердить, что поглощение [177Lu]Lu-13B, [177Lu]Lu-13A и [177Lu]Lu-13F в ксенотрансплантатах PC-3pip специфично для PSMA, биораспределение этого соединения было измерено у мышей, несущих PSMA-негативные ксенотрансплантаты PC-3. Тест на специфичность in vivo показал значительно более высокую активность поглощения опухоли в PSMA-позитивных ксенотрансплантатах по сравнению с PSMA-негативными ксенотрансплантатами для вариантов, меченных [177Lu]Lu, через 4 ч после введения. Вариант [177Lu]Lu-13B имел наименьшее поглощение опухолью (2,03 ± 0,06 % ID/г через 4 ч после введения. Однако опухолевое поглощение всех тестируемых вариантов [177Lu]Lu-13B, [177Lu]Lu-13A и [177Lu]Lu-13F существенно не отличалось. В рамках проекта была получена клеточная линия CT-26-PSMA с индуцированной ПСМА экспрессией. Для предварительной оценки возможности применения новых лигандов для терапии онкологических заболеваний был выполнен сравнительных эксперимент на иммунодефицитных мышах с перевитыми опухолями предстательной железы. Критериями оценки терапевтического действия исследуемых радиофармпрепаратов на привитые опухоли линии CT-26-PSMA являлись: динамика изменения их объема, торможение роста (ТРО, %) по отношению к контролю и регрессия (%). Для оценки фармакокинетических параметров конъюгатов с 68Ga была подобрана дозировка вводимой активности для исследования = 1 МБк/мышь. В случае оценки терапевтического эффекта 177Lu была использована активность вводимых конъюгатов ~25-27 МБк/мышь. Осуществлен анализ биораспределения и фармакокинетики комплексов 68Ga PKA-30, PKA-32, PKA-41, PKA-49, PSMA-617, PKA-66, PKA-70, PKA-71. Были выявлены наиболее перспективные радиофармацевтические конъюгаты с точки зрения исследования фармакокинетических параметров , среди которых оказались молекулы PKA-49-DOTA) и PKA-66-DTPA. Для серии 13A-13F была успешно проведено комплексообразование с 177Lu. Радиохимические выходы для всех вариантов были близки к 100 %. Дополнительная очистка не требовалась, так как радиохимическая чистота составляла более 95 %. Удельная активность находилась в диапазоне 8,9-9,02 МБк/нмоль. Анализ методом радио-ВЭЖХ подтвердил идентичность молекул радиомеченого лиганда PSMA и радиохимическую чистоту. Предварительное насыщение клеток PSMA немеченым таргетным агентом привело к значительному снижению связывания вариантов [177Lu]Lu-13B, [177Lu]Lu-13E, [177Lu]Lu-13C, [177Lu]Lu-13A и [177Lu]Lu-13F с клетками PC-3pip (PSMA+). В тоже время все соединения не связывались с PSMA-негативными клетками PC-3. Вариант [177Lu]Lu-13D показал низкий уровень связывания с PSMA по сравнению с блокированной группой и был исключен из последующих исследований in vitro и in vivo. Для исследования in vivo биораспределения металлокомплексов на мышах были получены радиоконъюгаты лютеция-177 с новыми лигандами — [177Lu]Lu-PKA-32, [177Lu]Lu-PKA-49 в сравнении с [177Lu]Lu-PSMA-617. Для всех образцов РХЧ составляла более 95%. Оценка ТРО проводилась на иммунодефицитных мышах с перевитыми опухолями линии CT-26-PSMA. Совместно с Лабораторией Радионуклидов и Радиофармпрепаратов НИЦ "Курчатовский Институт" было проведено мечение изотопом тербия 161Tb 4 конъюгатов с хелатирующим агентом DOTA, в качестве образца сравнения был использован стандартный конъюгат PSMA-617-DOTA. В результате синтеза и исследования новых радифоармацевтических конъюгатов было показано, что наиболее перспективными для дальнейшей разработки и оптимизации структуры наиболее перспективны диагностичекие конъюгаты 68Ga-PKA-49-DOTA и 68Ga-PKA-66-DTPA. В качестве потенциальных терапевтических конъюгатов 177Lu-PKA-49-DOTA и 161Tb-m-Cl-DCL-L-Phe-L-Tyr-DOTA.

Публикации

13. Preclinical evaluation of 68Ga-labeled folic acid conjugates for visualization of inflammatory foci (год публикации - )

Возможность практического использования результатов
Реализованный проект 22-15-00098 был направлен на разработку инновационных радиофармацевтических конъюгатов для диагностики и терапии опухолей предстательной железы. В результате работ были найдены новые перспективные молекулы, превосходящие или сопоставимые по своим биологическим свойствам существующие зарегистрированные аналоги. В дальнейшем возможна дополнительная структурная модификация соединений-лидеров, а также целесообразно проведение расширенных доклинических исследований, а при их успешном завершении переход к клиническим испытаниям. При условии успешного проведения всех тестирований конъюгатов-потенциальных лекарственных средств, возможно их внедрение в клиническую практику.