Радиоиммунная терапия. 
Радиохимия в 2 т. Т.2 прикладная радиохимия и радиационная безопасность

Радиотерапия широко использует методы иммунной терапии.

Иммунотерапия — терапия, при которой для лечения рака или уменьшения побочных действий от лечения рака используют защитные механизмы организма с целью укрепления или восстановления естественного иммунитета.

Биологическое лечение — прицельное лечение, так как антироковое лекарство атакует конкретные мишени в раковой клетке.

В иммунотерапии используют моноклональные антитела, ингибиторы ангиогенеза (применяются при лечении, препятствующем возникновению сосудов в опухоли), интерфероны и вакцины. Некоторые антитела имеют прямой повреждающий злокачественные клетки эффект воздействия. Цель вакцин — найти в организме раковые клетки и «разбудить» иммунную систему самого человека, которая уничтожит раковую клетку. Мишенями для фармпрепаратов могут быть отдельные молекулы на поверхности клетки — рецепторы различных сигнальных путей, играющие важную роль в патогенезе злокачественного процесса, или структурные компоненты клетки, внутриклеточные белки — посредники в передаче сигнала, отдельные молекулы РНК или структурные элементы генов.

Радиоиммунотерапия используется для лечения ранних стадий практически всех онкологических и некоторых инфекционных заболеваний (например, менингита), т. е. когда мишенями являются клетки или небольшие кластеры.

В радиоиммунной терапии лечение раковых клеток крови проводится антителами, которые предварительно связываются с радиоактивными веществами. Извлеченные из организма антитела метятся радиоактивным изотопом, а затем инъецируются в кровяное русло. Сцепленные с ними радиоактивные вещества разрушают раковые клетки при непосредственном контакте.

Схема доставки РФII на поверхность злокачественной опухоли представлена на рис. 7.22. Рецептор-специфичный РФП включает в себя изотоп — источник ионизирующего излучения; комплексообразующую молекулу (например, хелатор), осуществляющую прочную связь с радионуклидом, но еще способную образовывать связи с другими молекулами, например, линкером; линкер — промежуточную молекулутранспортер, осуществляющую связь между меченой молекулой и антителом; и молекулы-векторы (белок, пептид или антитело), транспортирующие излучатель к мишени. Достигнув опухоли, РФП прикрепляется к рецепторам, расположенным на поверхности опухоли, после чего начинается ее облучение.

Рис. 7.22. Доставка рецептор-специфичного РФП к опухоли

Помимо борьбы с достаточно крупными опухолями молекулы-векторы используются для поиска и уничтожения отдельных раковых клеток. Такие РФП способны проникать не только в опухоль и в ее клетку, но и внедряться в ядро клетки и даже присоединяться к молекуле ДНК. Воздействуя непосредственно на ДНК, оже-электроны эффективно разрушают двойную спираль, так что восстановление ее становится практически невозможным. Но эффективность борьбы с раком связана не только с радиацией. Молекулавектор (обычно — моноклональное антитело) заимствована из арсенала химиотерапии; она сама, без всякой радиации, способна разрушить злокачественную клетку. Действуя совместно, химиотерапия и РИТ-тсрапия эффективно лечат онкологические заболевания.

При создании препаратов для радиоиммунной терапии важен правильный выбор линкера, соединяющего меченую молекулу с вектором. Например, в качестве линкера может выступать двухцепочечная молекула ДНК, содержащая какойлибо сайт рестрикции. Такая молекула используется в генной инженерии для соединения векторной плазмиды и клонируемой последовательности ДНК, к концам которой по методу сшивания тупых концов присоединены линкеры.

Меченая молекула обычно несет ион металла — радионуклида, испускающего оже-электроны или электроны конверсии. Для прочной фиксации металла используют хелатирующие агенты. Например, хелатор ДОТА активно захватывает ион ⁹⁰Y³⁺ и одновременно легко соединяется с антителами. Подобные препараты имеют названия, заканчивающиеся на тетраксетан: иттрий- [⁹⁰Y] -кливатузумабтетраксетан, иттрий- [⁹⁰У]-такатузумабтетраксетан и др.

Использование высокомолекулярных биомолекул (например, антител) приводит к большим временам пребывания РФП в крови, что приводит к вредным радиационным воздействиям и к разложению препарата за счет иммунных реакций. К тому же РФП с анитигенами приготовить достаточно трудно. Поэтому сейчас большее распространение получили линкеры из сравнительно низкомолекулярных соединений, например из синтетических пептидов.

Одно из перспективных направлений РИТ основано на использовании меченых радионуклидами пептидов (или комбинации различных пептидов, меченных одним или разными радионуклидами). Меченные радионуклидами пептиды позволяют бороться с опухолями, которые обладают пептидными рецепторами и устойчивы к препаратам химиотерапии. Недостатком РФП, в больших количествах поглощаемых опухолями, является не только то, что они поступают в печень и почки, но и то, что они накапливаются и удерживаются в нормальных тканях, увеличивая вредную радиационную нагрузку на них. Для устранения этого недостатка используют маленькие фрагменты антител и пептидных лигандов, так как в отличие от моноклональных антител они короткое время пребывают в крови, что уменьшает гематологическую токсичность.

В радиоиммунной терапии используются различные радионуклиды, являющиеся источниками разных видов излучений, которые могут быть присоединены к векторам для доставки в опухоли (табл. 7.5). К ним относятся: ризлучатели: 1311, ⁹⁰Y, ‘⁶⁶Но, ⁿ⁷Lu и i⁸⁶Re; излучатели низкоэнергетичных оже-электронов и электронов внутренней конверсии: ^ш1п, ^99отТс и ⁶⁷Ga); а-излучатели: ^2bAc/^2,3Bi, ²²⁷Ac/²²³Ra, ²³⁰U/²²⁶Th, ²²⁷Th, ¹⁴⁹Tb, ²¹⁰Po и 3ii At.

Изотопы йода (^Ш1 и ¹²⁵) обладают привлекательными для терапии ядерно-физическими свойствами. Кроме того, йод образует широкий набор химических соединений, и на его основе можно создать большое разнообразие РФП, применимых для решения различных проблем онкологии. Важно, что в препаратах, созданных для йода, йод можно легко заменить на радиоактивный бром или астат, что еще увеличивает диапазон применения препаратов. Современная фармацевтическая промышленность поставляет препараты [⁹⁰У]-ибритумомабтиуксетан и [^{, 31}1]-тоситумомаб для лечения распространенной неходжинской лимфомы, рака печени,.

Таблица 7.5

Радионуклиды, используемые для лечения моноклональных антител и производства РФП для радиотерапии рака

* Имеет место и у-эмиссия.

легкого, мозга, простаты, щитовидной железы, яичников, поджелудочной железы и лейкемии.

Конъюгаты ¹⁶⁶Но (жесткий р-излучатель) с антителами CD49 используются в иммунотерапии злокачественных опухолей толстого кишечника или прямой кишки, а с антителами CD20 — для изучения метаболизма антител. Катион ¹⁶⁶Но⁺ проявляет хорошие хелатирующие свойства с иолиаминополикарбоксильными кислотами, например с DTPA, что позволяет создавать широкий набор радиоиммунноконъюгатов, предназначенных для борьбы с лимфомами.

а-излучающие радионуклиды считаются перспективными в терапии онкологических заболеваний из-за большой энергии (5—8 МэВ) и короткого пробега (десятки микрон) а-частиц в биологических тканях и, следовательно, высокого уровня энерговыделения в области локализации распадающихся нуклидов. Носители а-излучающих радионуклидов (моноклональные антитела, пептиды) с высокой специфичностью способны доставить их точно в опухолевой узел или метастатический очаг. Благодаря малым пробегам а-частиц возможно селективное воздействие излучения на патологические объекты с минимальной лучевой нагрузкой на окружающие здоровые ткани. Высокая биологическая эффективность a-излучения приводит к двунитиевым разрывам ДНК, после чего раковая клетка погибает.

Для альфа-терапии применяют некоторые короткоживущие или быстро выделяющиеся из организма изотопы (радон, дочерние продукты распада актинона и др.), дающие а-, (3- и у-излучение; однако при проведении а-тераневтических процедур основной вклад в облучение вносят а-частицы. Долгоживущие а-излучающие изотопы для терапии не применяются из-за опасности неконтролируемого длительного воздействия при попадании их внутрь организма пациентов и обслуживающего персонала.

Основной мишенью для РФП с а-излучающими радионуклидами являются рассеянные раковые клетки, циркулирующие по организму, и небольшие метастазы. При использовании для таких целей а-излучателей активность РФП может быть в сотни раз меньше, чем при использовании р-излучателей. В целом токсичность а-излучающих РФП существенно меньше токсичности р-излучающих препаратов.

В настоящее время проходят клинические испытания РФП для радионуклидной терапии с использованием а-излучателей. В опытах на животных показано, что такие препараты перспективны для лечения лейкемии.

Использование ²²³Ra (11,4 дн) в радиоиммунной терапии сдерживается отсутствием подходящих комплексообразующих соединений для радия, однако теперь РФП изготавливают капсулированием ²²³Ra в липосомы. Коммерческий продукт иод названием Alpharadin представляет собой водный раствор ²²³RaCl₂, NaCl и цитрата натрия. В настоящее время он нашел применение в таргетной терапии злокачественных опухолей, для снятия болевого симптома при метастазах в костях, для терапии пациентов с метастазами в кости, при раке предстательной железы.

²²⁴Ra (3,63 дн) перспективен для борьбы с метастазами в костях, его так же применяют для синтеза терапевтических препаратов на основе радионуклида ^2,2Bi.

Торий-227 обладает свойствами, ценными для радиоиммунотерапии: его можно прочно прикрепить к антителам с помощью бифункциональной ДОТА; он нарабатывается в любых количествах по простой технологии; его можно перемещать на довольно большие расстояния; средняя энергия а-частиц (5,9 МэВ) хорошо подходит для инактивации опухолевых клеток; хорошо известны механизмы миграции его самого и продуктов его распада по организму и токсические свойства (рис. 7.23). Обычно ²²⁷Th соединяют с моноклональными антителами. При введении в организм РФП с ²²⁷Th.

Рис. 7.23. Закрепление ²²⁷ТЬ-герцептина на клетках ВТ-474.

Треки образованы отдельными а-частицами, испускаемыми ²²³Ra.

и продуктами его распада, накопившимися на поверхности клеток в теле пациента начинает действовать in vivo генератор а-излучающего изотопа ²²³Ra.

В настоящее время по совокупности ядерно-физических, химических и медико-биологических параметров наиболее перспективным в лечении онкологических заболеваний считается ²¹³Bi (45,6 мин). Этот радионуклид может быть использован на ранней стадии лечения практически всех видов рака, а также в качестве дополнения к другим формам терапии (например, химиотерапии). РФН на основе ²¹³Bi и антител, например [²¹³Bi]-M195, можно применять для лечения лейкемии, в том числе форм, невосприимчивых к химиотерапии. Высоко эффективной считается комбинированная стратегия с использованием цепочки ²²⁷Ас —? ²²⁷Th —? ²²³Ra —? (рис. 7.24).

РФП на основе ²¹¹ At возможно найдут применение для лечения глаукомы.

²²⁵Ас (10 дн) — а-излучатель, сочетающий локальность действия с кратким сроком существования в организме. Для него подобраны молекулярные транспортеры, доставляющие препарат через мембрану в клетки-мишени. Не только ²²⁵Ас, но и его продукты распада испускают а-частицы. РФП с ²²⁵Ас синтезируют на базе таких хелатирующих агентов как ДОТА, соединенных с трастузумабом, моноклональным антителом, взаимодействующим с #?7?2/яег/-рецептором. Подобные РФП эффективны в борьбе с лейкемией, лимфомой, нейробластомой, раками молочной железы и простаты.²²⁵Ас применяют для лечения рака простаты, молочной железы, мозга, костей, желудка, поджелудочной железы, яичников и таких онкологических заболеваний, как меланома и мезогелиома. Для этого радионуклиды встраивают в нанотранспортеры полипептидной структуры, обеспечивающие адресную транспортировку радионуклида к клетке или клеточному компоненту,.

Рис. 7.24. Схема комбинированной стратегии с использование цепочки ²²⁷Ас —*• ²²⁷Th —? ²²³Ra —*?

[²²⁷ТЬ]-герцептин поставляет излучатель к метастазам опухолей скелета. Па отдельные злокачественные клетки он действует непосредственно, но в крупные солидные опухоли препарат проникнуть не может. Однако он генерирует ²²³Ra, который легко диффундирует в опухоль и своим излучением разрушает ее например к ядру. В этом случае ²²⁵Ас присоединяют к хелатору 1,4,7,10-тетраазоциклододекан Ы, Ы', Ы", Ы'" -тетрауксусной кислоты (ДОТА).

Короткие периоды полураспада многих а-излучателей, (например,²¹‘At (7,2 ч), ²¹²Bi (60,6 м) и ²¹³Bi (45,6 м)) затрудняют их использование для мочения антител (иммуноглобулинов) — молекул большого размера. Проблемы возникают даже при использовании меченых низкомолекулярных пептидов. Для их устранения предложена концепция in шю-генераторов. В этом случае используется долгоживущий а-излучатель, например ²²⁵Ас (10 дн) или ²²⁷Th (18,72 дн), распадающийся на цепочку короткоживущих а-излучающих дочерних нуклидов, которые уже самим организмом направляются в больной орган. Например, ²²³Ra — дочерний продукт распада ²²⁷Th — накапливается в костях и облучает находящиеся там метастазы. Комбинированная стратегия, основанная на использовании некоторой цепочки генетически связанных радионуклидов (например,²²⁷Ас —? ²²⁷Th —? ²²³Ra —?), применяется для борьбы с солидными опухолями. Дело в том, что солидные опухоли имеют плохопроницаемые для моноклональных антител барьеры, тогда как маленькие катионы радия такой барьер легко преодолевают и проникают в метастазы. В стратегии in стто-генератора иммуноконъюгаты доставляют ²²⁷Th на поверхность скелетных метастаз; образовавшийся ²²³Ra локализуется в гидроксиапатите и своим a-излучением уничтожает находящиеся поблизости злокачественные клетки. Еще одним in шоо-генератором является пара ²¹²РЬ (10,64 4)/²¹²Bi (60,55 мин), для доставки которой к раковой клетке использовали пептид, способный связываться с рецепторами клеток меланоцитов.

Некоторые а-излучатели одновременно испускают как у-излучение, что обеспечивает возможность снятия сцинтиграммы, так и а-частицы, обеспечивающие терапевтический эффект. Примером может служить использование [²¹³В1]-НиМ195 ([^2,3В1|-СНХ-А-диэтилентриаминпента-уксусная кислота, (ДТПА)-НиМ195-анти-СОЗЗ) для диагностики (фармакокинетика и дозиметрия) и лечения больных лейкемией.

Сейчас надежды возлагают на использование в таргетной терапии РФП, меченных изотопами — излучателями ожеэлектронов и электронов конверсии. При использовании таких излучателей радионуклид должен быть доставлен в ядро злокачественной клетки, причем как можно ближе к молекуле ДНК (желательно, чтобы он оказался вблизи центральной оси двойной спирали ДНК). Наиболее перспективными лигандами для целенаправленной доставки оже-электронных излучателей к ДНК считаются аналоги нуклеозидов.

Были проведены оценки необходимых активностей и радиационных доз при прицельной терапии с излучателями оже-электронов. Напомним, что низкоэнергетические ожеэлектроны (35—550 эВ) имеют пробег в единицы нм, причем для электронов с энергией 140 эВ их линейная передача энергии (ЛПЭ) достигает 25 кэВ/мкм, что сопоставимо с ЛПЭ для а-частиц. Поэтому оже-эмитторы могут оказаться альтернативой а-излучателям в таргетной терапии. При этом важно, чтобы молекула-вектор обеспечила доставку РФП точно в ядро клетки.

Оказалось, что в случае циркулирования по телу больного 1 г рассеянных клеток и малых метастазов, 60 распадов ^12э1 в пределах молекулы ДНК уменьшает выживание таких клеток на 50%, а 1000 распадов полностью их разрушает. Для такого эффекта требуется 0,1 МБк радионуклида, что приведет к поглощенной дозе в 5 мЗв, т. е. соответствует ежегодной дозе, получаемой человеком от естественных источников излучения.