Speciace farmakologicky významných radionuklidů Y, Sm a Ho s kyselinou ethylendiamin N,N,N ',N '-tetra(methylenfosfonovou) Vaňura Petr, Jedináková-Křížová Věra, Civan Neslihan, Chen Jie, Rekova Marie Vysoká škola chemicko-technologická, Praha Krátkodobé radionuklidy 153 Sm, 166 Ho a 90 Y jsou užívány pro přípravu radiofarmak, používaných pro léčbu metastáz 1 " 3. Základním požadavkem je tu navázání příslušného radionuklidů na molekulu bílkoviny, která je schopna jej dopravit pokud možno pouze do místa nádoru. Radionuklid nelze na tuto molekulu navázat přímo, děje se tak pomocí vhodného komplexotvorného činidla, které váže radionuklid do vhodného komplexu a teprve tento komplex je navázán na bílkovinu. Jako jeden z ligandů, používaných pro vazbu na konjugát je kyselina ethylendiamin-n,n,n',n'-tetra(methylenfosfonová), EDTMP. Základním požadavkem na použité komplexotvorné činidlo je dostatečná stabilita příslušného komplexu. V literatuře existuje řada prací, věnovaná stanovení konstant stability EDTMP s lanthanoidy, publikované hodnoty konstant stability se ale navzájem liší o několik řádů 4 " 14. Na druhé straně jsou publikovány údaje o nápadném rozdílu při praktické aplikaci EDTMP pro přípravu preparátů Sm oproti analogickému komplexu Ho. Cílem této práce je stanovit konstanty stability komplexů Sm, Ho a Y s použitím dvou nezávislých metod a vyjasnit v literatuře existující rozpory. Experimentální část EDTMP, čistota 94%, (TCI, Tokio, Japonsko), dusičnany ytria, samaria a holmia, (Sigma- Aldrich Praha) a indikátor kyselina 3,6-bis-[(2-arzenofenyl)-azo-]-4,5-dihydroxy-2,7- naftalendisulfonová (Arsenazo III; AAIH, 97,1%, šarže: 447130/1, Sigma-Aldrich Praha) byly použity bez dalšího čištění. Ostatní chemikálie byly Lachema Brno, čistoty p.a. Potenciometrická měření byla prováděna v dusíkové atmosféře postupem, popsaným v naší předchozí práci. Koncentrace kyseliny v titrovaném roztoku činila 1x10" a 5x10" mol/l, koncentrace Y 3+ a Sm 3+ byla stejná, jako koncentrace EDTMP nebo poloviční, tj. lxlo" 3, 5xl0" 4 a 2.5xl0" 4 mol/l. Titrace byla prováděna roztokem bezuhličitanového NaOH o koncentraci 0,02 mol/l. Jak titrovaný, tak titrační roztok obsahovaly 0,1 mol/l NaCl. Spektrofotometrické titrace byly prováděny pomocí spektrofotometru Cary 50-Bio UV-VIS (Varian. USA). V křemenné kyvetě tloušťky 1 cm byly titrovány 2 ml roztoku 1,18x10" 5 mol/l Arsenazo Úl v 0,1 mol/l roztoku (CH 3 COONa + CH 3 COOH) o ph 5,5 roztokem příslušných dusičnanů Y 3+ Sm 3+ a Ho 3+. Poté byly za stejných podmínek titrovány roztoky l,18xlo" 5 mol/l AAIII + l,18xl0" 5 mol/l příslušného dusičnanu roztokem EDTMP. Výsledky a diskuse EDTMP je osmisytná kyselina, jejíž protonizace probíhá podle rovnice (1) ale sledovaném rozmezí ph = 2-10 (daném hodnotou ph 0,004 M EDTMP) dochází pouze k tvorbě částic L 8 " - HÓL 2 ". Hodnoty celkových protonizačních konstant B, odpovídajících rovnici (2) a stanovené v naší předchozí práci 4 jsou uvedeny v tabulce 1. nh + + L 8 " < > H n L (8 - n) " (1) [H n L (8 - n h B Pn = (2) [L 8 -]-[HT V ' 61
Tab. 1 Protonizační konstanty EDTMP 4 Reakcí EDTMP s lanthanoidy vznikají reakcí (3) obecně komplexy typu H n ML (5n) ", přičemž hodnota n se v závislosti na hodnotě ph pohybuje v rozmezí n = -1 až n =5. Na základě rovnic (1) - (7) byly z naměřených potenciometrických dat (obr. 1 a obr. 2) pomocí programu LTGW-Etitr, využívajícího algoritmus Letagrop Etitr vypočteny hodnoty rovnovážných konstant B(H n ML (5n) " 12 n 1 1 r- Obr. 1. Titrace roztoku Sm 3+ - EDTMP pomocí Obr. 2. Titrace roztoku Y 3+ - EDTMP pomocí (8) 62
kde ph ex p - ph V yp značí naměřené a vypočtené hodnoty ph. Hodnota iontového součinu vody v 0.1M NaCl při 25 C, pk w =13,8 byla převzata z 15. Ze znalosti P(H n ML (5n) " byly rovněž spočteny konsekutivní protonizační konstanty dané vztahem Výsledky jsou uvedeny v tabulkách 2 a 3 spolu s některými údaji z literatury (výsledky pro Ho 3+ viz. \ Z tabulek je zřejmé, že hodnoty konsekutivních protonizačních konstant základního komplexu ML 5 " změřené různými autory jsou shodné, rozdíly lze nalézt v konstantě stability tohoto komplexu. Tab. 2 Konstanty stability komplexů Y' s EDTMP Komplex MH.!L b " ML 5 HML 4 " H 2 ML 3 " H 3 ML 2 " H4ML 11,67+1,5 21,08±1,5 29,25±1,5 36,17+1,5 41,52+1,5 47,23±1,5 LogK 8,17 6,92 5,36 5,70 log Prostředí 0,lMNaCl 0,lMNaC] 25 C 25 C NaCl Ref. Tato práce Tato práce log K 3,935 11,106 17,001 5,895 23,808 6,807 1 0.15M 0.15M NaCl 25 C 25 C 6 6 23,724 0.1M NH4CI 20 C 10 logk 7,17 5,9 0,1M KNO3 25 C 11 15,06 0.1MKC1 20 C 12 Tab. 3 Konstanty stability komplexů Sm 3+ s EDTMP Komplex logk MH.iL b 7,56+1,1 ML 5 " 19,08±1,0 HML 4 27,75±1,0 H 2 ML 3 " 34,76±0,2 H3ML 2 " 40,16±1,0 H4ML 45,55±0,9 Prostředí 0,1M NaCl 25 C Ref. 19,08 8,67 7,01 5,41 5,38 0,1M NaCl 25 C Tato práce r fato práce log log K log 4,865 12,018 22,62 17,892 5,874 29,93 23,437 5,545 36,18 0.15M 0.15M 0,15M NaCl NaCl NaCl 25 C 25 C 37 C 5 5 8 logk 7,31 6,25 0,15M NaCl 37 C 8 22,39 29,68 35,96 41,08 44,94 9 logk 8,67 7,01 5,4 5,39 9 Spektrofotometrické titrační křivky, změřené při ph = 5,5 jsou uvedeny na obraze 3. 63
Obr. 3 Spektrofotometrické titrační křivky v systémech AAIH - M 3+ a AAIH - M 3+ - EDTMP
Ze spektrofotometrických dat, získaných titrací roztoků AAIII roztoky příslušných dusičnanů při ph = 5,5, byly pomocí programu LTGW Spefo spočteny podmíněné konstanty stability komplexů M(AAIII) a M(AAffl)2, definované vztahem (10). Rf = [M(AAIlfl] 1 [M]{c(AAm) - [M(AAm)] - [M(AAm) 2 f kde i = 1 a 2. Následně byly ze spektrofotometrických dat pro titraci směsi M 3+ + AAIII (c(m 3+ ) : c(aain) = 1:1) roztokem EDTMP spočteny podmíněné konstanty stability komplexů M 3+ s EDTMP při stejné hodnotě ph = 5,5, definované jako K / (ML) = r 1f, r Ť*. (11) [M]{c(L)-[ML]} V obou případech byla minimalizována suma čtverců odchylek vypočtených a experimentálně změřených absorbancí takže U=X (Ae Xp -A vyp ) 2 (12) Ze znalosti protonizačních konstant komplexu ML 5 " byly z podmíněných konstant stability komplexů K'(ML) spočteny konstanty stability základního komplexu ML 5 " pomocí vztahu log K(ML 5 ") = log K' (ML) + log a(edtmp) + log a(m.edtmp), (13) kde a(edtmp) = l + E((3 i [H + ] i ), (14) a(m.edtmp) = l+e((p(h n (ML) (5 - n^/p(ml) (5) ).[H + ] n ). (15) Podfl(P(H n (MLr n wp(mlr 5 0 představuje celkovou protonizační konstantu komplexu ML 5 ", vypočtenou z potenciometrických dat. Výsledky jsou shrnuty v tabulce 4. Tab. 4. Porovnání potenciometrických a spektrofotometrických dat Komplex HoL 5 SmL 5 " YL 5 " K(ML) potenciometricky 20.2 (Ref. 4 ) 19.08 19.96 K(ML) spektrofotometricky 22.8 23.77 23.46 Z tabulky je zřejmé, že konstanty K(ML (5n) ", změřené spektrofotometricky jsou blízké hodnotám, spočteným z našich potenciometrických dat. To znamená, že naše výsledky jsou v souladu s měřeními, které byly získány buďto jiným způsobem, než potenciometrickou titrací, nebo potenciometrickou titrací, změřenou v rozsahu ph < 3. Data, získaná potenciometrickou titrací při ph > 5 nelze tedy samostatně použít pro změření konstanty stability základního komplexu ML 5 ", mohou poskytnout pouze poznatky o jeho protonizaci. Naše spektrofotometrická data jsou v souladu s experimentálně zjištěnou vyšší stabilitou komplexu SmL 5 " ve srovnání s HoL 5 ". 65
Obr. 4. Závislost podílů komplexů Obr. 5. Závislost podílů komplexů -3+ 3+ Snť + s EDTMP na ph. 1-Sm, 2 -lusml Y 3+ s EDTMP na ph. 1- Y 3+, 2- U4YL', 4-, 3- H 3 SmL z ", 4- H 2 SmI/\ 5- HSmLr, 6-3- H 3 YL 2, 4- H 2 YL 3, 5- HYL 4, 6- YL 5 \ SmL 5 ", 7- Sm(OH)L 6-7- Y(OH)L 6 " Na základě znalosti rovnovážných konstant byla vypočtena závislost podílů iontů Sm 3+ a Y 3+ a jejich komplexů s EDTMP v celkové koncentraci Sm resp. Y v systému (Obr. 4 a Obr. 5). Z grafů je zřejmé, že při fyziologické hodnotě ph převládají komplexy typu H2ML 3 " a HML 4 ". Tato práce byla podpořena výzkumným záměrem Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy č. MSM 6046137307 2. 3. 4. 5. 6. 7. 10. 11. 12. 13. 14. 15. Parks N.J., Kawakami T.G., Avila M.J., White R., Cain G. R., Raaka S. D., Hornhoff W., Fisher P.,.Moore P., Seibert J. A., Garlich J., Simon J., Champlin R., Blood 82 (1993) 318. Volkert W.A., Deutsch E.A., Adv. Met. Med., 1 (1993) 115. Louw W. K. A., Dormehl I. C, van Rensburg A. J., Hugo N., Alberts A. S., Forsyth O. E., Beverley G., Sweetlove M. A., Marais J., Lótter M. G., van Aswegen A., Nud. Med. BioL, 23 (1996) 935. Ernestova M., Jedináková-Křížová V., Vaňura P., Croatica Chemica Acta, 11 (2004) 633. Charmaine de Witt G., May P.M., Webb J., Hefter G., Biometals, 9 (1996) 351-361. Charmaine de Witt G., May P.M., Webb J., Hefter G., Inorganica Chimica Acta 275-276 (1998) 37. Jarvis N.V., Wagener J.M., Jackson G.E., J. Chem. Soc Dalton Trans., 32 (1995) 1411. Jiang Shu-bin, Cheng Xiao-jun, Luo Shun-zhong, Bing Wen-zeng, Wang Guan-quan, Xiong Xiao-ling, He Huaxue Yu Fangshe Huaxue, 27 (2005) 47. Kabachnik M.I., Dyatlova I.M., Medvěd T.A., Belugin Y.F., Sidorenko V.V., Proc. Acad. Sci. USSR, 175(1967)621. Kunbazarov A., Sorochan A.M., Senyavin M.M., Russ. J. Inorg. Chem., 16 (1971) 346. Sawada K Kuribayashi M., Suzuki T., Miyamoto H., /. Sol. Chem., 20 (1991) 829. Tikhonova L.I., Soviet. Radiochem., 12 (1970) 483. Zeevart J.R., Jarvis N.V., Cukrowski I., Jackson G.E., S. Afr. J. Chem., 50 (1997) 189. Tananaev I.V., Beresnev E.N., Tereshin, G. S., Kuznetsova O., Goeva L. V., Žurnál Něorg. Chim., 26 (1981)278. Nordin J., Persson P., Nordin A., Sjoberg S., Langmuir, 14 (1998) 3655. 66
Complexes of pharmaceutical^ important radionuclides of Y, Sm and Ho with ethylenediamine- N,N,N',N'-tetra(methylenephosphonate) Vaňura Petr, Jedináková-Křížová Věra, Civan Neslihan, Chen Jie, Rekova Marie Institute of Chemical Technology, Prague, Technická 5, 166 28 Prague 6, Czech Republic In connection with a study of 153 Sm and 90 Y complexes as potential radiopharmaceutical agents, the stability constants of those formed with EDTMP (ethylenediamine-n,n,n',n'-tetra(methylenephosphonate)) were calculated using data from potentiometric and spectrophometric titrations measured at 25 C in 0.1 M NaCl. The following values were obtained for the stability constants of the Sm 3+ - EDTMP complexes Sm(OH)L 6 ", SmL 5 ", HSmL 4, H 2 SmL 3 ", H 3 SmL 2 and H 4 SmL: log B = 7.56, 19.08, 27.75, 34.76,40.16 and 45.55 respectively. The corresponding stability constants of the Y 3+ -EDTMP complexes Y(OH)L 6 -, YL 5, HYL 4 \ H 2 YL i_, H 3 YL 2 and H 4 YL" were log B = 10.47, 19.96, 28.13, 35.06, 40.35 and 46.13. The stability constants of the complexes SmL 5 ", HoL 5 " and SmL 5 ", calculated from spectrophotometric measurements are log K(SmL 5 ")=23.8, log K(HoL 5 ") =22.8 and log K(YL 5 ") =23.5. A diagram of the complexes speciation dependence on ph shows that the complex forms HML 4 "and H 2 ML 3 " (M = Y or Sm) are characteristic of the ph range 6-8, which is suitable for application into the human body. 67