Квантово-хімічні розрахунки радіофармпрепаратів технецію
Анотація
Синтез радіофармпрепаратів є головним завданням ядерної медицини, причому Технецій-99m (99mTc) має ідеальні ядерні властивості для неінвазивної ядерної медичної діагностики методом однофотонної емісійної комп'ютерної томографії (SPECT) – дешевшим методом, ніж КТ, МРТ і ПЕТ, що підходить для країн, які розвиваються. Особливо актуальним у наш час є дизайн різноманітних ковалентно мічених радіофармпрепаратів 99mTc для діагностики і тераностики онкологічних захворювань. Однак для правильного підбору лігандів і розробки якісних візуалізуючих агентів на основі 99mTc, що не будуть порушувати функції біологічно активних молекул, науковці повинні добре розбиратися у координаційній хімії перехідних металів групи 7. У даній роботі методами ab initio (комбінований базис: SBKJC на атомі Tc та 6-31G (d,p)/DFT – на інших атомах, Gamess) та напівемпіричними (РМ6, MOPAC) розраховано квантово-хімічні характеристики десяти радіофармпрепаратів 99mTc. Негативне (Tc-Exametazime, Tc-ECD) і позитивне (всі інші) значення параметра ЕLUMO зумовлюють електрофільні та нуклеофільні властивості радіофармпрепаратів, відповідно. Аналізуючи значення абсолютної жорсткості комплексів виявлено, що досліджені радіофармпрепарати – це м’які реагенти, причому пертехнетат має найнижчу реактивну здатність, що узгоджується з літературними даними. Для більшості радіофармпрепаратів 99mTc дипольні моменти були подібними або до 10 разів вищими у порівнянні з дипольним моментом молекули води. Нарешті, виявлено сильну кореляцію між значеннями дипольних моментів основного стану, ліпофільністю п’яти радіофармпрепаратів (Tc-Exametazime, Tc-MAG3, Tc-MDP, Tc(III)-DMSA, Tc-DTPA) та відсотком їх неспецифічного зв'язування з білками плазми крові (коефіцієнти кореляції Пірсона складали -0.719 та 0.611, відповідно). Отриманні результати є корисними для дизайну нових тераностичних протиракових агентів на основі 99mTc, що мають високий ступінь зв'язування з білками плазми крові.
Завантаження
Посилання
M.U. Akbar, M.R. Ahmad, A. Shaheen, and S. Mushtaq, J. Radioanal. Nucl. Chem. 310, 477 (2016). https://doi.org/10.1007/s10967-016-5019-7
S. Upadhrasta, and R.C. Hendel, “SPECT Radiopharmaceuticals,” in: Handbook of Nuclear Cardiology: Cardiac SPECT and Cardiac PET, edited by R.C. Hendel, and G.V. Heller (Springer Cham, 2024), pp. 39–47.
M.R.A. Pillai, A. Dash, and F.R. Knapp, J. Nucl. Med. 54, 313 (2013). https://doi.org/10.2967/jnumed.112.110338
I. Amato, Chem. Eng. News 87, 58 (2009). https://doi.org/10.1021/cen-v087n036.p058
A. Signore, A. Annovazzi, R. Barone, E. Bonanno, C. D’Alessandria, M. Chianelli, S.J. Mather, et al., J. Nucl. Med. 45, 1647 1652 (2004).
S.M. Rathmann, Z. Ahmad, S. Slikboer, H.A. Bilton, D.P. Snider, and J.F. Valliant, Radiopharm. Chem. 1, 311 (2019). https://doi.org/10.1007/978-3-319-98947-1_18
A. Boschi, L. Uccelli, P. Martini, Appl. Sci. 9, 2526 (2019). https://doi.org/10.3390/app9122526
M.T. Hays, and F.A. Green, J. Nucl. Med. 14, 149 (1973).
R. J. Kowalsky, Technetium radiopharmaceutical chemistry. The University of New Mexico Health Sciences Center College of Pharmacy, Albuquerque, New Mexico.
N. Ahmed, M. Zia, Chin. J. Acad. Radiol. 6, 143–159 (2023). https://doi.org/10.1007/s42058-023-00128-7
J. Chen, S. Tang, and P. Lü, J. Radioanal. Nucl. Chem. 334, 4419 (2025). https://doi.org/10.1007/s10967-025-10237-5
A. Khalaji, M. Rostampour, F. Riahi, D. Rafieezadeh, S.A.D. Tabatabaei, S. Fesharaki, and S.H. Tooyserkani, Int. J. Physiol. Pathophysiol. Pharmacol. 17, 37 (2025). https://doi.org/10.62347/LQYR3145
A. Boschi, L. Urso, L. Uccelli, P. Martini, and L. Filippi, EJNMMI Radiopharm. Chem. 9, 36 (2024). https://doi.org/10.1186/s41181-024-00264-0
B.J. Nelson, V. Krol, A. Bansal, J.D. Andersson, F. Wuest, and M.K. Pandey, Theranostics, 14, 6446 (2024). https://doi.org/10.7150/thno.100339
E. Gharepapagh, L. Namvar, and S. Rezaei, World J. Nucl. Med. 1, 1 (2025).
N. Urbano, M. Scimeca, V. Tancredi, E. Bonanno, and O. Schillaci, Semin. Cancer Biol. 84, 302 (2022). https://doi.org/10.1016/j.semcancer.2020.01.007
D. Hernández-Valdés, R. Alberto, and U. Jáuregui-Haza, RSC Adv. 6, 107127 (2016). https://doi.org/10.1039/C6RA23142J
T.F. De Andrade, H.F. Dos Santos, C. Fonseca Guerra, and D.F. Paschoal, J. Phys. Chem. A 126, 5434 (2022). https://doi.org/10.1021/acs.jpca.2c01617
S.T. Guo, J. Liu, W. Qian, W.H. Zhu, and C.Y. Zhang, Energ. Mater. Front. 2, 292 (2021). https://doi.org/10.1016/j.enmf.2021.10.004
N. Vanlić-Razumenić, J. Joksimović, B. Ristić, M. Tomić, S. Beatovć, and B. Ajdinović, Nucl. Med. Biol. 20, 363 (1993). https://doi.org/10.1016/0969-8051(93)90060-8
Curium Pharma, Nucl. Pharm. Kit (2015). https://pharmacyce.unm.edu/nuclear_program/neolibrary/libraryfiles/package_inserts/technescan%20mag3.pdf
Y. Huh, J. Yang, O.U. Dim, Y. Cui, W. Tao, Q. Huang, and Y. Seo, Med. Phys. 48, 2301 (2021). https://doi.org/10.1002/mp.14836
J.G. McAfee, G. Gagne, H.L. Atkins, P.T. Kirchner, R.C. Reba, M.D. Blaufox, and E.M. Smith, J. Nucl. Med. 20, 1273 (1979).
M.K. Kim, J. Seidel, N. Le, I.S. Kim, T.M. Yoo, C. Barker, and C.H. Paik, Nucl. Med. Biol. 26, 43 (1999). https://doi.org/10.1016/s0969-8051(98)00077-8
S. Marie, I. Hernández-Lozano, O. Langer, N. Tournier, J. Nucl. Med. 62, 1043 (2021). https://doi.org/10.2967/jnumed.120.261321
A.D. Nunn, M. D. Loberg, R. A. Conley, J. Nucl. Med. 24, 423 (1983).
F. Morandi, N. Frank, J. Avenell, and G.B. Daniel, J. Vet. Intern. Med. 19, 751 (2005). https://doi.org/10.1892/0891-6640(2005)19[751:qaohfb]2.0.co;2
L. Maffioli, J. Steens, E. Pauwels, and E. Bombardieri, Tumori J. 82, 12 (1996). https://doi.org/10.1177/030089169608200103
V.V. Rao, J.L. Dahlheimer, M.E. Bardgett, A.Z. Snyder, R.A. Finch, A.C. Sartorelli, and D. Piwnica-Worms, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 96, 3900 (1999). https://doi.org/10.1073/pnas.96.7.3900
W.S. Chen, K.E. Luker, J.L. Dahlheimer, C.M. Pica, G.D. Luker, D. Piwnica-Worms, Biochem. Pharmacol. 60, 413 (2000). https://doi.org/10.1016/s0006-2952(00)00341-5
L. Coover, Hosp. Phys. 35, 16 (1999).
R. Yaes, U.S. Food Drug Adm. 19, 785 (2008). https://www.fda.gov/downloads/Drugs/.../DevelopmentResources/ucm072825.pdf
Int. At. Energy Agency Tech. Rep. Ser. 466, 1 (2008). Technical Reports Series No. 466. Technetium-99m radiopharmaceuticals: manufacture of kits.
P. Csizmadia, J. Chem. Inf. Comput. Sci. (1999). https://doi.org/10.3390/ecsoc-3-01775
S. James, K.P. Maresca, D.G. Allis, J.F. Valliant, W. Eckelman, J.W. Babich, and J. Zubieta, Bioconjug. Chem. 17, 579 (2006). https://doi.org/10.1021/bc050297w
O.C. Adekoya, G.J. Adekoya, E.R. Sadiku, Y. Hamam, and S.S. Ray, Pharmaceutics, 14, 1972 (2022). https://doi.org/10.3390/pharmaceutics14091972
S. Shahabi, S. Riahia, R. Kianib, S. Soleymanib, M.R. Ganjalib, and P. Norouzi, “A novel approach to modeling the selectivity coefficients of metallic cations using quantum mechanical calculations and chemometrics,” Proc. Int. Conf. Chem. Chem. Eng. 2011, 1 (2011).
N.E. Binbay, Russ. J. Phys. Chem. A, 96, 3161 (2022). https://doi.org/10.1134/S0036024423020188
Periodic Table Database, https://periodictable.com/Properties/A/CovalentRadius.v.log.html
Y. Minenkov, D.I. Sharapa, and L. Cavallo, J. Chem. Theory Comput. 14, 3428 (2018). https://doi.org/10.1021/acs.jctc.8b00018
B.M. Bode, and M.S. Gordon, J. Mol. Graph. Model. 16, 133 (1998). https://doi.org/10.1016/S1093-3263(99)00002-9
M.J. Hoque, A. Ahsan, and M.B. Hossain, Biomed. J. Sci. Tech. Res. 9, 7360 (2018). https://doi.org/10.26717/BJSTR.2018.9.001852
I.S. Chekman, G.O. Syrova, O.O. Kazakova, N.O. Gorchakova, I.F. Belenichev, M.I. Zagorodny, and O.O. Nagorna, Quantum chemistry: medical and pharmaceutical aspect, (2017). (in Ukrainian)
Drugbank. https://go.drugbank.com/drugs/DB14082
Drugbank. https://go.drugbank.com/drugs/DB09161
Health Canada, Drug Prod. Database. https://pdf.hres.ca/dpd_pm/00050839.PDF
L. Kabasakal, S. Atay, V.A. Vural, K. Özker, K. Sönmezoglu, M. Demir, and A.T. Işitman, J. Nucl. Med. 36, 1398 (1995).
L. Kabasakal, Eur. J. Nucl. Med. 27, 351–357 (2000). https://doi.org/10.1007/s002590050045
P. Liu, Z. Zhu, C. Zeng, and G. Nie, J. Biomed. Opt. 17, 125002 (2012). https://doi.org/10.1117/1.JBO.17.12.125002
M.K. Kim, J. Seidel, N. Le, I.S. Kim, T.M. Yoo, C. Barker, and C.H. Paik, Nucl. Med. Biol. 26, 43 (1999). https://doi.org/10.1016/s0969-8051(98)00077-8
TutorChase, Heat Form. Thermodyn. (2024). https://www.tutorchase.com/answers/a-level/chemistry/what-is-the-heat-of-formation-and-how-does-it-relate-to-thermodynamics
S. Nhlapho, M.H.L. Nyathi, B.L. Ngwenya, T. Dube, A. Telukdarie, I. Munien, and U.A. Chude-Okonkwo, Sci. Pharm. 3, 177 (2024). https://doi.org/10.58920/sciphar0304264
G.B. Saha, Fundamentals of nuclear pharmacy, (Springer, New York. (2004).
M. Rehling, Scand. J. Clin. Lab. Invest. 48, 603 (1988). https://doi.org/10.1080/00365518809085779
B. F. Lee, J. L. Yeh, N. T. Chiu, G. C. Liu, H. S. Yu, M. H. Wang, L. H. Shen, Kaohsiung J. Med. Sci. 24, 1 (2008). https://doi.org/10.1016/S1607-551X(08)70066-4
D. R. Silva, J. K. Daré, M. P. Freitas, Beilstein J. Org. Chem. 16, 2469 (2020). https://doi.org/10.3762/bjoc.16.200
Авторське право (c) 2026 К. Вус, В. Трусова, В. Ромашина, У. Маловиця, О. Житняківська, Г. Горбенко
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
