Синтез и исследование свойств новых комплексонов, способных эффективно связывать катионы металлов, является крайне актуальной задачей, имеющей как фундаментальное, так и практическое значение. Комплексоны широко применяются во многих областях науки и техники, начиная от аналитической химии и заканчивая лекарственными препаратами. Так, например, комплексы с лантаноидами используются в качестве контрастных агентов для магнитно-резонансной томографии и флуоресцентных зондов; комплексы с радионуклидами используются для диагностики и терапии онкологических заболеваний; цинковые, медные и лантанидные комплексы имитируют гидролитические и антиоксидантные ферменты; свободные лиганды используются как агенты для хелатотерапии при отравлении тяжелыми металлами; лиганды, содержащие хромофорные фрагменты, выступают в роли хемосенсоров на различные катионы и анионы. Поэтому важной задачей в данной области является получение комплексонов, демонстрирующих высокую селективность комплексообразования, быстрый процесс связывания катиона металла, мягкие условия получения комплексов, высокие константы устойчивости, кинетическую инертность комплексов, особенно в биологической среде.

Наша лаборатория занимается разработкой новых макроциклических и ациклических комплексонов для катионов тяжелых металлов и радионуклидов.
Идея нашей работы заключается в получении таких хелаторов, в структуре которых комбинируются жесткий и гибкий фрагмент, что позволяет объединить их преимущества в одной молекуле, а именно быстрое комплексообразование и устойчивость образуемого комплекса.

В структуре хелаторов варьируются:

• жесткие ароматические фрагменты бензола и пиридина,
• количество и природа гетероатомов азота и кислорода,
• размер макроциклической полости,
• длина полиаминной цепочки,
• количество и тип хелатирующих групп.

В ходе всесторонних исследований мы определяем преимущества и недостатки новых лигандов и выявляем закономерности, оказывающие влияние на способность к связыванию того или иного катиона металла.

Примеры структур новых бензо- и пиридиназакраун-соединений, ациклических лигандов и их комплексов с катионами тяжелых металлов:

В последние десятилетия диагностика и терапия онкологических заболеваний – крайне актуальная область науки и практики, направленная на увеличение терапевтического эффекта или лучшего разрешения при диагностических исследованиях при минимальных побочных эффектах для организма.
Ядерная медицина с использованием радиофармацевтических препаратов (РФП) позволяет решить данную проблему. Одной из современных концепций эффективного РФП является использование сложных трехкомпонентных систем, состоящих из радионуклида, хелатора и векторной биомолекулы, отвечающей за адресную доставку препарата в раковую клетку.

Подходящий для использования в радиофармпрепаратах хелатор должен отвечать целому ряду требований:

• быстрое комплексообразование при комнатной температуре,
• высокая термодинамическая устойчивость комплекса и его инертность in vivo,
• возможность модификации хелатора с получением его бифункционального производного, способного ковалентно связываться с векторной биомолекулой.

Имеющиеся в настоящее время хелаторы имеют ряд существенных недостатков, что значительно ограничивает возможности их практического применения. В связи с этим актуальной задачей является разработка новых хелаторов, обладающих оптимальными характеристиками для их применения в радиофармацевтике.

Наши исследования предполагают комплексный подход к решению поставленной задачи, начиная от дизайна структуры хелатирующих агентов, подходящих для связывания катионов радионуклидов в водной среде, разработки методов их синтеза и заканчивая полным анализом их характеристик.

Для оценки комплексообразующих способностей новых лигандов проводятся различные физико-химические исследования, включающие потенциометрическое титрование, масс-спектрометрию, ЯМР-спектроскопию, рентгеноструктурный анализ и квантово-химические расчеты.
На следующем этапе совместно с сотрудниками кафедры радиохимии химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова проводятся исследования комплексообразования новых хелаторов с катионами радионуклидов, включая исследования in vitro и in vivo.

На основе наиболее перспективных комплексонов нами разрабатываются бифункциональные хелаторы:

Такие бифункциональные хелаторы за счет наличия дополнительной реакционноспособной группы можно пришить к различным молекулам, в том числе пептидам, антителам, а также наночастицам, создавая таким образом сложные многокомпонентные системы. Полученные результаты исследований позволяют расширить круг возможных новых радиофармпрепаратов для диагностики и лечения онкологических заболеваний, что в настоящее время является крайне актуальным.