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 153Sm, 166Ho a 90Y jsou užívány pro přípravu radiofarmak, používaných pro léčbu metastáz1"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 řádů4"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, (SigmaAldrich Praha) a indikátor kyselina 3,6-bis-[(2-arzenofenyl)-azo-]-4,5-dihydroxy-2,7naftalendisulfonová (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 Y3+ a Sm3+ 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 (CH3COONa + CH3COOH) o pH 5,5 roztokem příslušných dusičnanů Y3+ Sm3+ a Ho3+. 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 L8" - HÓL2". Hodnoty celkových protonizačních konstant B, odpovídajících rovnici (2) a stanovené v naší předchozí práci4 jsou uvedeny v tabulce 1. nH+ + L8" < > HnL(8-n)" (1) [H n L (8 - n h B Pn = — 8 [L -]-[HT
V(2)
'
61
Tab. 1 Protonizační konstanty EDTMP 4
Reakcí EDTMP s lanthanoidy vznikají reakcí (3) obecně komplexy typu HnML(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(HnML(5n)" 12 n
1
1
r-
Obr. 1. Titrace roztoku Sm3+ - EDTMP pomocí Obr. 2. Titrace roztoku Y3+ - EDTMP pomocí
(8)
62
kde pHeXp - pHVyp značí naměřené a vypočtené hodnoty pH. Hodnota iontového součinu vody v 0.1M NaCl při 25°C, pKw=13,8 byla převzata z 15. Ze znalosti P(HnML(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 Ho3+ viz. \ Z tabulek je zřejmé, že hodnoty konsekutivních protonizačních konstant základního komplexu ML5" změřené různými autory jsou shodné, rozdíly lze nalézt v konstantě stability tohoto komplexu. Tab. 2 Konstanty stability komplexů Y',+ s EDTMP Komplex logD LogK log □ b MH.!L " 11,67+1,5 3,935 5 ML 21,08±1,5 11,106 HML4" 29,25±1,5 8,17 17,001 3 H2ML " 36,17+1,5 6,92 23,808 H3ML2" 41,52+1,5 5,36 H4ML 47,23±1,5 5,70 Prostředí 0,lMNaCl 0,lMNaC]1 0.15M 25°C 25°C NaCl 25°C Ref. Tato práce Tato práce 6
log K
logD
logK
23,724 5,895 6,807
0.15M NaCl 25°C 6
Tab. 3 Konstanty stability komplexů Sm3+ s EDTMP Komplex logD logK log □ log K b MH.iL 7,56+1,1 4,865 5 ML " 19,08±1,0 19,08 12,018 4 HML 27,75±1,0 8,67 17,892 5,874 H2ML3" 34,76±0,2 7,01 23,437 5,545 H3ML2" 40,16±1,0 5,41 H4ML 45,55±0,9 5,38 Prostředí 0,1M NaCl 0,1M 0.15M 0.15M 25°C NaCl NaCl NaCl 25°C 25°C 25°C r Ref. Tato práce fato práce 5 5
log □
15,06 7,17 5,9
0.1M NH4CI 20°C 10
logK
22,62 29,93 36,18
7,31 6,25
0,15M NaCl 37°C 8
0,15M NaCl 37°C 8
0,1M KNO3 25°C 11
0.1MKC1 20°C 12
logD
logK
22,39 29,68 35,96 41,08 44,94
8,67 7,01 5,4 5,39
9
9
Spektrofotometrické titrační křivky, změřené při pH = 5,5 jsou uvedeny na obraze 3.
63
logD
Obr. 3 Spektrofotometrické titrační křivky v systémech AAIH - M3+ a AAIH - M3+ - 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 M3+ + AAIII (c(M3+) : c(AAin) = 1 : 1 ) roztokem EDTMP spočteny podmíněné konstanty stability komplexů M3+ s EDTMP při stejné hodnotě pH = 5,5, definované jako K/(ML) = r 1 f , r Ť*. (11) [M]{c(L)-[ML]} V obou případech byla minimalizována suma čtverců odchylek vypočtených a experimentálně změřených absorbancí takže U = X (AeXp-Avyp)2 (12) Ze znalosti protonizačních konstant komplexu ML5" byly z podmíněných konstant stability komplexů K'(ML) spočteny konstanty stability základního komplexu ML5" pomocí vztahu log K(ML5") = log K' (ML) + log a(EDTMP) + log a(M.EDTMP), (13) kde a(EDTMP) = l + E((3i[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 ML5", vypočtenou z potenciometrických dat. Výsledky jsou shrnuty v tabulce 4. Tab. 4. Porovnání potenciometrických a spektrofotometrických dat Komplex HoL5 SmL5" YL5"
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 ML5", mohou poskytnout pouze poznatky o jeho protonizaci. Naše spektrofotometrická data jsou v souladu s experimentálně zjištěnou vyšší stabilitou komplexu SmL5" ve srovnání s HoL5".
65
Obr. 4. Závislost podílů komplexů Obr. 5. Závislost podílů komplexů -3+ Snť + s EDTMP na pH. 1-Sm 3+, 2 -lUSmL Y3+ s EDTMP na pH. 1- Y3+, 2- U4YL', 4, 3- H3SmLz", 4- H 2 SmI/\ 5- HSmLr, 63- H3YL2 , 4- H 2 YL 3 , 5- HYL4 , 6- YL 5 \ SmL5", 7- Sm(OH)L67- Y(OH)L6" Na základě znalosti rovnovážných konstant byla vypočtena závislost podílů iontů Sm3+ a Y3+ 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 H2ML3" a HML4". 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 ethylenediamineN,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 153Sm and 90Y 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 Sm3+ - EDTMP complexes Sm(OH)L6", SmL5", HSmL 4 , H2SmL3", H3SmL2 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 Y3+ -EDTMP complexes Y(OH)L6-, YL 5 , HYL4\ H2YLi_, H3YL2 and H4YL" were log B = 10.47, 19.96, 28.13, 35.06, 40.35 and 46.13. The stability constants of the complexes SmL5", HoL5" and SmL5", calculated from spectrophotometric measurements are log K(SmL5")=23.8, log K(HoL5") =22.8 and log K(YL5") =23.5. A diagram of the complexes speciation dependence on pH shows that the complex forms HML4"and H2ML3" (M = Y or Sm) are characteristic of the pH range 6-8, which is suitable for application into the human body.
67
