Федеральные научно-технические программы

В рамках Федеральной научно-технической программы нейтронных и синхротронных исследований НИЦ «Курчатовский институт» — ПИЯФ является организацией, реализующей проект «Разработка отечественного инновационного тераностического препарата на основе изотопов тербия для проведения радиоиммунной терапии злокачественных новообразований различного гистологического типа» (Соглашение № 075-15-2021-1360).

Сведения о ходе выполнения исследований по соглашению № 075-15-2021-1360

Организации-соисполнители: НИЦ «Курчатовский институт», СПбПУ Петра Великого, МГУ им. М.В.Ломоносова. Комплексный проект включает работы, направленные на создание технологий для производства радиоизотопов для ядерной медицины на отечественной производственной базе, разработку оригинальных биомолекулярных таргетных молекул для адресной доставки радионуклидов в опухоль, создание на их основе радиофармацевтического препарата, проведение доклинических исследований, а также интенсивную подготовку молодых кадров для ядерной медицины.

Важной составной частью проекта является разработка и реализация образовательных программ по подготовке специалистов в области разработки, проектирования и строительства источников синхротронного и нейтронного излучения, а также научных кадров для проведения синхротронных и нейтронных исследований (разработок) в целях получения результатов мирового уровня, в том числе: разработка и реализация образовательных программ высшего образования и дополнительных профессиональных программ, направленных на создание прорывных технологических решений с применением синхротронных и нейтронных источников. Образовательные программы реализовывались организациями-соисполнителями: ФГАОУ «Санкт-Петербургский Политехнический Университет Петра Великого» и ФГОУВО «Московский Государственный Университет им. М.В. Ломоносова».

Одной из ключевых задач проекта является создание в Российской Федерации научного коллектива мирового уровня, способного решать научные и научно-практические задачи в области биомедицины, биотехнологии и радиохимии.

Коллективом проекта, состоящим из специалистов в области радиохимии, ядерной физики, экспериментальной медицины, молекулярной биологии и биотехнологии, биомоделирования и фармакологии, а так же специалистов, помогающих в осуществлении проекта (технический персонал, инженеры, вспомогательный персонал), накоплен большой опыт разработки радиофармацевтических препаратов различных групп, создания, описания и внедрения в клиническую практику различных моделей (тест-систем) in vivo и in vitro патологических процессов, в том числе, онкологических заболеваний.

Коллектив проекта обладает большим опытом в организации, планировании и проведении доклинических и клинических исследований лекарственных препаратов различных фармакологических групп. Апробированы и внедрены в работу структурных подразделений организаций-участников проекта международные принципы разработки лекарственных препаратов, биомоделирования и оценки моделей онкологических заболеваний человека и животных, созданы оригинальные методики онкологического, патоморфологического, биохимического и иммунологического обследования лабораторных животных, позволяющие с большой точностью экстраполировать полученные результаты исследований в практическую медицину.

Основные результаты

2022 год

Разработка технологии получения изотопов тербия

Оптимизированы условия наработки и выделения радиоизотопов 152Tb и 161Tb.

Разработана оригинальная методика экстракционно-хроматографического выделения этих изотопов на коммерчески доступных сорбентах.

Реализована новая схема получения 152Tb облучением тандемной мишени 151Eu на изохронном циклотроне У-150, позволяющая повысить эффективность использования пучка α-частиц,

На моделях животных была показана противоопухолевая активность препарата на основе моноклонального антитела против рецептора 1 типа сосудистого эндотелиального фактора — антиVEGFR1 и радиоактивного изотопа ¹⁶¹Tb, создан значительный задел для производства и испытаний таргетирующих биоконьюгатов.

Разработка технологии получения изотопа ¹²⁴I

На изохронном циклотроне МГЦ-20, расположенном в НИЛ “Ядерная физика” СПбПУ. После отработки технологии были получены опытные партии йода-124, которые применялись для функциональной диагностики таргетных белковых препаратов, разрабатываемых в рамках проекта.

Запущено опытное производство изотопа ¹²⁴I.

Препараты, полученные путем галогенирования антител йодом-124 продемонстрировали противоопухолевую эффективность при внутривенном введении мышам с перевитым опухолевым узлом.

Подготовка кадров и развитие кадрового потенциала

В Политехническом университете в Высшей школе биомедицинских систем и технологий модернизация осуществляется для образовательной программы магистерской подготовки 16.04.01_13 «Медицинская физика», целью которой является подготовка кадров высокой квалификации в области прикладных аспектов, теоретических основ и экспериментальных методов медицинской физики, радиохимии, биофизики и биоинженерии для работы в ведущих мировых научно-практических медицинских центрах, фармацевтических компаниях и предприятиях в области современных диагностических и терапевтических технологий и средств ядерной медицины.

С 2022 года в учебный план образовательной программы 16.04.01_13 «Медицинская физика» введен специализированный модуль «Технологии создания радиофармпрепаратов». Реализация этого модуля позволит готовить на современном уровне специалистов-радиохимиков и специалистов- радиофармацевтов, владеющих основами ядерной химии.

Решением Высшей школы биомедицинских систем и технологий с декабря 2021 года проводится апробация курса «Дизайн радиофармацевтических лекарственных препаратов» путем включения отдельных глав в существующую рабочую программу дисциплины «Применение радионулидов и радиофармацевтических препаратов в диагностике и терапии».

В Московском государственном университете разработаны и внедрены программы по повышению квалификации персонала: «Методы ядерной медицины» и «Основы радиофармацевтической химии». Целями этих программ являются: совершенствование и приобретение дополнительных теоретических знаний и умений в области физики взаимодействия ионизирующих излучений с веществом, медицинской физики, радиобиологии и ядерной медицине

2023 год

Разработка таргетных белковых молекул.

По итогам 2022 года создан набор оригинальных нацеливающих молекул — моноклональных антител к мишеням. Проведена селекция наиболее эффективных нацеливающих молекул. Отобраны 14 клонов, продуцирующие молекулы моноклональных антител, специфично связывающие CTLA4, Stabilin1, VEGFR-1.

С целью разработки оригинальной таргетной иммунобиологической молекулы, имеющей два вектора нацеливания (биспецифической), — против двух типов рецепторов элементов опухоль-ассоциированной стромы сконструированы 17 вариантов экспрессионных систем для получения антиген-связывающих фрагментов.

Получены таргетные молекулы, обладающие высоким сродством к антигену и связывающиеся с клетками in vitro. Наработанные таргетные антитела могут быть использованы в качестве носителей для радионуклидов.

Впервые апробирована методика тестирования рекомбинантных антиген-связывающих фрагментов с помощью методов компьютерного моделирования – молекулярной динамики. Её применение позволяет произвести быструю и эффективную оценку конформационной стабильности разрабатываемых антиген-связывающих фрагментов в растворе и при взаимодействии с антигеном.

Полученные результаты также открывают возможности по доработке белковых молекул с целью оптимизации аминокислотных последовательностей и тонкой настройки требуемых свойств таргетных носителей, таких, как специфичность узнавания, селективность, стабильность в хранении, термостабильность и др.

Для наиболее перспективных (по итогам изучения in vitro) соединений проведены исследования их общетоксического действия, генотоксичности, фармакокинетики и специфической фармакологической активности (функциональной пригодности) на моделях клеточных культур и с использованием лабораторных животных.

Налажена и успешно апробирована методика прижизненного наблюдения накопления таргетных носителей в организме модельных животных с перевитой опухолью с использованием флуоресцентной метки. Показано избирательное накопление таргетных носителей в организме модельных животных с перевитой опухолью.

Полученные результаты показали удовлетворительный профиль безопасности всех протестированных разрабатываемых молекул носителя радиофармацевтического лекарственного препарата, способность их селективно связываться с целевыми мишенями и накапливаться в тканях опухоли и/или перитуморальной области и ингибировать их рост и развитие.

Разработка методов радиоактивного мечения.

Разработана технология галогенирования антител, обеспечивающая высокую радиохимическую чистоту галогенированных антител (> 98%) и сохранение аффинности полученного препарата к исходному антигену.

Разработана и апробирована технология получения изотопа тербий-160 на реакторе ИР-8. Данный изотоп может применяться для расширенного исследования биораспределения и кинетических особенностей как разрабатываемого радиофармацевтического лекарственного препарата, так и в других биофармацевтических разработках.

Отработаны процедуры конъюгирования белковых молекул носителей с бифункциональными агентами хелатора DOTA и хелатирования изотопов тербия-161. Полученные прототипы радиофармацевтических препаратов проверены на радиохимическую чистоту и стабильность к трансхелатированию в буферных растворах и физиологических жидкостях.

Совместно с РНЦРХТ им. Гранова разработан проект документации готовой лекарственной формы РФЛП «Тербимаб-ХХХ-161» с терапевтическим изотопом тербия-161: разработан состав ФЛП; разработан проект Регламента изготовления ГЛФ РФЛП «Тербимаб-ХХХ-161»; определены параметры качества для выходного контроля качества РФЛП, нормативные значения параметров качества, выбраны методы их определения. Составлен проект Спецификации ГЛФ РФЛП «Тербимаб-ХХХ-161»; разработан проект Методов контроля качества РФЛП; создан автоматический модуль синтеза кассетного типа для проведения последних стадий получения готовой лекарственной формы Тербимаб-ХХХ-161 в автоматическом режиме в горячей камере с дистанционным управлением.

В дальнейшем эти разработки могут быть адаптированы для использования различных модификаций нацеливающих антител к белкам опухоль-ассоциированной стромы, а также других таргетных молекул.

Подготовка кадров и развитие кадрового потенциала

В 2023 году в СПбПУ была открыта и реализована программа повышения квалификации «Технологии создания современных радиофармпрепаратов» по теме: «Разработка отечественного инновационного тераностического препарата на основе изотопов тербия для проведения радиоиммунной терапии злокачественных новообразований различного гистологического типа».

Всего было обучено 33 специалиста. Обучающимся была проведена аттестация и выданы удостоверения.

Слушатели, освоившие программу, смогут участвовать в производственном процессе уже известных препаратов, участвовать в синтезе новых соединений, организовать контроль качества радиофармацевтических препаратов и создать правильную техническую документацию, что является важным элементом фармацевтической системы качества.

В Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова» были проведены и актуализированы курсы дополнительного образования повышения квалификации по физическим и радиохимическим основам ядерной медицины. В рамках данных курсов были освещены вопросы теоретических и экспериментальных методов, используемых при получении и наработке радионуклидов, разработке, синтезе и контроле качества радиофармацевтических препаратов, рассмотрены моменты радиационной безопасности и надлежащей производственной практики при получении и использовании радиофармпрепаратов, а кроме того — современное состояние ядерной медицины в РФ с точки зрения клинических применений новых радиофармпрепаратов.

За 2022 — 2023 годы обучен 41 специалист.

В 2022 году в ходе реализации второго этапа проекта в учебный план была внесена дополнительная профессиональная программа повышения квалификации «Методы ядерной медицины».

В результате обучения были сформированы следующие компетенции:

• Умение контролировать качество физических и технических аспектов проведения радионуклидной диагностики, радионуклидной терапии и контактной лучевой терапии;

• готовность к практической работе с облученными мишенями и изотопными генераторами;

• владение навыками выделения радионуклидов и методами их анализа;

• способность и готовность проводить синтез РФП;

• владение методами контроля качества РФП.

В 2023 году по программе «Методы ядерной медицины» было обучено 26 специалистов. Все обучившиеся прошли аттестацию по программе и получили соответствующие удостоверения.

 

2024 год

Рзработаны уникальные моноклональные антитела к элементам опухоль-ассоциированной стромы, которые могут быть использованы для получения таргетных молекул для адресной доставки тераностического радиофармацевтического препарата или цитотоксических веществ к опухоли (Патент RU 2 823 309 C1).

Созданы уникальные генетические конструкции, на основе которых в эукариотической системе получены препараты гуманизированных антител. Для наработки рекомбинантных фрагментов антител в прокариотической системе создана генетическая конструкция в виде экспрессионного плазмидного вектора. Использование холодовой системы экспрессии дает возможность управлять моментом начала экспрессии, повышает эффективность фолдинга нарабатываемого продукта, а периплазматическая локализация продукта приводит к замыканию дисульфидных связей, необходимых структурно-функциональных компонентов гипервариабельных доменов антител. Осуществлен подбор условий выращивания микроорганизма-продуцента. Получен протокол, позволяющий получать биомассу с высоким содержанием целевого продукта.

В современной медицине радиоактивный изотоп Tb-161 рассматривается как возможная альтернатива широко используемому терапевтическому нуклиду Lu-177, благодаря схожим физическим и химическим свойствам. Tb-161 испытывает β- распад до стабильного изотопа Dy-160, испуская при этом электроны с энергией 154 кэВ, подходящие для терапии, и γ-излучение с энергиями 49 кэВ и 75 кэВ, которое можно применять для однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (ОФЭКТ).

Важной особенностью распада Tb-161 является дополнительное испускание значительного числа конверсионных и Оже-электронов с энергиями ≤ 40 кэВ (∼ 36.1 кэВ на распад), что позволит увеличить терапевтическую эффективность данного нуклида по сравнению с Lu-177, который испускает небольшое количество электронов в том же энергетическом диапазоне (∼ 1 кэВ на распад). Высокая линейная передача энергии и небольшое среднее значение пробега конверсионных и Оже-электронов для Tb-161 указывают на его преимущество по сравнению с Lu-177, особенно при лечении небольших опухолей.

В 2024 году разработана модифицированная методика выделения и контроля качества Tb-161, применимая для регулярной наработки реакторного радионуклида в количестве и качестве пригодном для доклинических исследований.

По сравнению с ранее разработанной методикой получения реакторного тербия-161, модифицированная методика дает возможность вдвое увеличить удельную активность Tb-161 и позволяет получить продукт фармакопейного качества. Методика может быть масштабирована для производства Tb-161 для медицинского применения.

Разработана экспрессная методика контроля качества образцов Tb-161 с помощью атомно-эмиссионной спектрометрии и масс-спектрометрии, которая может быть применена в производстве радионуклида для медицинского применения.

Апробирована гамма-спектрометрическая методика определения примесного Tb-160 в высокоактивных растворах Tb-161.

На реакторе ИР-8 проведены три цикла наработки изотопа Tb-161, которые были использованы для синтеза прототипа РФЛП для доклинических исследований. Кроме того, были наработаны две партии тербия-160, который использовался в процессе оптимизации процедуры получения целевого РФЛП.

В результате работ по проекту разработана и апробирована процедура получения целевого РФЛП с высоким радиохимическим выходом. Наработаны экспериментальные серии прототипа РФЛП на основе Tb-161 для доклинических исследований. Проведен контроль качества полученного препарата, продемонстрирована его стабильность в течение всего срока хранения.

Проведены доклинические исследования in vivo и in vitro общетоксического действия, фармакокинетики, биораспределения, специфической фармакологической активности/функциональной пригодности прототипа препарата Тербимаб-161.

Продемонстрировано стабильное накопление препарата в опухолевом узле на моделях аденокарциномы кишечника мыши СТ-26 и карциномы молочной железы мыши ЕМТ-6.

На клеточных моделях продемонстрирован значительный цитотоксический эффект препарата на клетки, экспрессирующие целевой антиген, и отсутствие такого эффекта на клеточных линиях, где целевой антиген отсутствует.

На животных моделях получены данные, указывающие на фармакологическую активность препарата. Показано статистически значимое снижение объема опухоли при внутривенном введении препарата.

Разработан проект инструкции по медицинскому применению лекарственного препарата «Тербимаб, [Tb-161]».

В ходе разработки РФЛП создан научный задел для дальнейших исследований и разработок как в части производства медицинских изотопов, так и создания новых систем таргетной доставки изотопа в опухоль.

Предложен активационный метод измерения сечений фотоядерных реакций для использования на современных монохроматических пучках гамма-квантов. Показано, что этот метод может быть использован для измерения сечений фотоядерных реакций на источниках гамма-квантов. В перспективе развитие фотоядерных методов может найти применение для наработки таких изотопов как 99Mo/99mTc, 47Sc, 67Cu, 177Lu, 225Aс, 167Tm.

Выполнены научные исследования комплексов тербия и других лантаноидов с азакраун-эфиром как возможных компонентов радиофармпрепаратов. Определены их константы комплексообразования и описаны структурные особенности, а также получены меченные соединения и исследована их стабильность в средах биологического значения. Комплексы лантаноидов с тетраацетатным бензоазакраун-эфиром демонстрируют высокие показатели констант комплексообразования и стабильности.

Успешно разработаны и протестированы протоколы синтеза различных типов носителей на основе неорганических и органических материалов, таких как SiO₂, CaCO₃ и полилактид. Проведена детальная физико-химическая характеристика этих носителей, что позволило выбрать наиболее подходящие параметры для их дальнейшего применения. Оптимизация процесса инкапсуляции диагностических и терапевтических агентов позволяет повысить стабильность и эффективность доставки действующих веществ к целевым клеткам, а также обеспечить необходимую биосовместимость. Были разработаны и усовершенствованы протоколы функционализации поверхности носителей, что обеспечивает возможность селективного взаимодействия с опухолевыми клетками и улучшенное биораспределение в организме.

Оптимизация синтеза и функционализации поверхности носителей закладывает основу для создания более селективных и биосовместимых препаратов, что способствует развитию персонализированной медицины и критически важно для повышения безопасности и результативности лечения. Результаты данной работы обеспечивают основу для дальнейших исследований и инноваций в области целенаправленной доставки лекарственных средств и улучшения качества жизни пациентов с онкологическими заболеваниями.

Подготовка кадров и развитие кадрового потенциала

В ходе выполнения проекта был сформирован устойчивый научный коллектив мирового уровня, способный решать научные и научно-практические задачи в области биомедицины, биотехнологии и радиохимии. Более половины научного коллектива составляют молодые сотрудники до 39 лет.

За отчетный период коллектив пополнили 4 студента и аспиранта. Пятеро молодых специалистов приступили к обучению в аспирантуре, восемь сотрудников прошли программу повышения квалификации в области методов ядерной медицины и технологии разработки РФЛП.

Для приобретения и совершенствования профессиональных компетенций, необходимых при организации и осуществления разработок в области РФП, в Высшей школе биомедицинских систем и технологий СПбПУ Петра Великого реализована программа повышения квалификации «Технологии создания современных радиофармпрепаратов». Освоение программы дает молодым специалистам знания и навыки, позволяющие участвовать в производственном процессе уже известных препаратов и разработке новых соединений, организовать контроль качества радиофармацевтических препаратов и полготовку технической документации.

В МГУ им М. В. Ломоносова актуализированы и проведены курсы дополнительного образования повышения квалификации по физическим и радиохимическим основам ядерной медицины. В рамках данных курсов освещены вопросы теоретических и экспериментальных методов, используемых при получении и наработке радионуклидов, разработке, синтезе и контроле качества радиофармацевтических препаратов, рассмотрены моменты радиационной безопасности и надлежащей производственной практики при получении и использовании радиофармпрепаратов, а кроме того, современное состояние ядерной медицины в РФ с точки зрения клинических применений новых радиофармпрепаратов.

Заключение

Проведенные научно-исследовательские работы охватывают все стадии технологической цепочки от наработки изотопа и молекул-носителей до синтеза и применения РФЛП. Основными бенефициарами полученных в ходе реализации результатов являются научные и медицинские центры России и стран ЕАЭС, фармацевтические компании. Полученные результаты закладывают основу для производства и внедрения семейства новых терапевтических и диагностических РФЛП на основе изотопов тербия, что в среднесрочной перспективе будет способствовать повышению доступности и снижению стоимости радиофармпрепаратов, и, как следствие, повышению доступности терапии и диагностики онкологических заболеваний.

В 2024 году по результатам Проекта опубликованы 19 научных статей, подана заявка на патентную защиту способа получения медицинских радиоизотопов 155Tb, 152Tb, 149Tb и 82Sr. Обучено 92 специалиста.