Nanocząstki jako nośniki emiterów alfa w celowanej terapii Edyta Leszczuk Centrum Radiochemii i Chemii Jądrowej Instytut Chemii i Techniki Jądrowej ”- LIFE SCIENCES -” , Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów, UW 9.04.2014 , Warszawa Autorzy ??

Zalety cząstek alfa duża wartość LET (≈ 100 keV/μm) powodują podwójne pęknięcia w nici DNA (energia cząstek α: 4 - 10 MeV) w mniejszym stopniu oddziałują na zdrowe komórki otaczające nowotwór izotopy emitujące cząstki α są idealne do leczenia małych guzków, przerzutów nowotworowych Do zniszczenia komórki nowotworowej potrzeba kilka tysięcy związanych emiterów beta, natomiast w przypadku cząstek alfa wystarczy jedna czastka alfa docierająca do komórki

Wybrane emitery cząstek α dla celowanej terapii Izotop T1/2 Produkcja 225Ac 10 d 229Th/225Ac Produkcja w cyklotronie: 226Ra(p,2n)225Ac 213Bi 45,6 min 225Ac (10 d) / 213Bi generator 212Bi 60 min 228Th (1,9 y) → 212Pb(10,6 h)/212Bi 211At 7,2 h Produkcja w cyklotronie : 209Bi(α,2n)211At Energia < 30 MeV 226Th 30 min 230U/226Th 149Tb 4,1 h Ta (p,spall) 152Gd (p,4n) 223Ra 11,4 d 227Ac/223Ra

Nanocząstki typu core-shell Nanostruktury Kryształy soli Piłka do tenisa Glukoza Peptydy Wirusy Komórki Micele Nanocząstki typu core-shell Liposomy Dendrymery Kropki kwantowe Polimery http://wichlab.com/research

Nanocząstki jako potencjalne radiofarmaceutyki Zastosowanie Bibliografia 18F-CLEO (nanocząstki tlenku żelaza) PET/CT Devaraj et al. 2009 198Au-NP terapia (βmax = 0.96 MeV; t. = 2.7 d) Katti et al. 2006 64Cu-DOTA-SWNT-RGD PET/Raman spectroscopy Liu et al. 2007 64Cu-DOTA-QD-RGD PET/NIRF Cai et al. 2007 198Au-dendrymer Khan et al. 2008 223Ra-liposom Alfa-terapia Henriksen et al. 2003

Zalety zastosowania nanocząstek jako nośników radionuklidów Stosunkowo nieskomplikowana synteza nośnika – nanocząstek Możliwość syntezy nanocząstek o określonych rozmiarach Łatwość znakowania wybranym izotopem Trwałe znakowanie nanocząstek izotopem (znikomy wyciek izotopów pochodnych z nośnika) Możliwość przyłączenia wielu radionuklidów oraz różnego rodzaju radionuklidów do jednej nanocząstki Możliwość pokrycia powierzchni nanocząstek związkami organicznymi np. polietylenoglikolem Wykorzystanie mechanizmu EPR (ang. enhanced permeability and retention) w celu dostarczenia nanocząstek do guza W Instytucie Chemii i Techniki Jądrowej prowadzone są badania nad następującymi rodzajami nanocząstek: Nanozeolity Nanocząstki dwutlenku tytanu Nanocząstki złota

Selektywność jonowymienna różnych zeolitów Nanozeolity Selektywność jonowymienna różnych zeolitów Mg2+ > Ca2+ > Sr2+ > Ba2+ > Ra2+ Ca2+ > Sr2+ > Mg2+ > Ba2+ > Ra2+ Ca2+ > Mg2+ > Sr2+ > Ba2+ > Ra2+ Ra2+ > Ba2+ > Sr2+ > Ca2+ > Mg2+ Mex/n [(AlO2)x(SiO2)y]· zH2O labilne kationy Szkielet zeolitu (ładunek -1) |Na12 (H2O)27|8 [Al12Si12O48]8 Skaningowa mikroskopia elektronowa Transmisyjna mikroskopia elektronowa Metoda dynamicznego rozpraszania światła

Przyłączanie biokoniugatu do powierzchni nanozeolitu NaA + Woda/etanol (4% v/v) t = 1 h NaA NaA-silan-PEG-SP(5-11)

Stabilność nanozeolitu NaA wyznakowanego 223Ra 219Rn 215Po 211Pb 211Bi 207Tl 207Pb α, 11.4 d 5.7 MeV α, 3.96 s 6.8 MeV α, 1.78 ms 7.4 MeV , 36.1 min 0.447 MeV α, 2.17 min 6.6 MeV , 4.77 min 1.42 MeV stabilny Roztwór % wycieku aktywności do roztworu po 24 h po 96 h 0,9% NaCl 0,1 % (223Ra) 0,2 % (211Pb, 211Bi) 0,9 % (211Pb, 211Bi) 0,02 M PBS 0,2 % (223Ra) 1,1 % (211Pb, 211Bi) 0,8 % (211Pb, 211Bi) 10-3 M EDTA 13,4 % (211Pb, 211Bi) 16,3 % (211Pb, 211Bi) Surowica krwi ludzkiej 3,5 % (211Pb, 211Bi) 9,8 % (211Pb, 211Bi)

Nanocząstki dwutlenku tytanu Dwutlenek tytanu wykazuje wysokie właściwości jonowymienne i tworzy silne wiązania koordynacyjne w wielowartościowymi kationami: M+ < M2+ < M3+ < M4+ Synteza nanocząstek o niewielkich rozmiarach ( 5 – 25 nm) jest zazwyczaj prosta do przeprowadzenia. Niektóre rodzaj nanocząstek TiO2 mogą wykazywać duże rozwinięcie powierzchni właściwej (> 200 m2/g). OH TiO2 OM MO OH TiO2 + n M + n H+

Synteza i znakowanie nanocząstek TiO2-Ag i TiO2-Rh OH TiO2 OAg-At At-AgO At -AgO OH TiO2 OH TiO2 OAg AgO 1)Sorpcja Ag+ 2) Redukcja Ag+ Znakowanie At OH TiO2 ORh-At At-RhO At -RhO OH TiO2 OH TiO2 ORh RhO 1)Sorpcja Rh3+ ZnakowanieAt

Badanie stabilności nanocząstek TiO2-Ag i TiO2-Rh wyznakowanych 211At Roztwór Nanocząstki TiO2-Ag ~40 nm ~ 25 nm ~5 nm 0,02M PBS 0,5 1,6 0,9% NaCl 0,6 0,8 10-3 M Cysteina 2,3 1,2 1,4 10-3 M Glutation 3 2,2 3,1 Surowica ludzka 1,9 2,8 5,8 Roztwór Nanocząstki TiO2-Rh ~40 nm ~ 25 nm 0,02M PBS 1,77 2,86 0,9% NaCl 0,12 0,65 10-3 M Cysteina 17,83 19,62 10-3 M Glutation 14,74 14,46 Surowica ludzka 23,21 7,83

Nanocząstki złota znakowane 211At Nanocząstki zsyntezowane metodą Turkiewicza Średnica ~18 nm (DLS) Roztwór % wycieku At-211 Sól fizjologiczna 1,74 PBS 0,65 Glutation 10-3 M 1,1 Cysteina 10-4 M 0,27 Surowica ludzka (osocze) 0,24 DALSZE PLANY Synteza nowego typu nanocząstek core-shell z wbudowanymi izotopami 211At lub 212Pb Badania nad znakowaniem 211At nowych ultra małych nanocząstek złota zbudowanych z 10 atomów złota. Badania nad znakowaniem nanocząstek złota z przyłączonymi przeciwciałami monoklonalnymi

Dziękuję za uwagę