Лаборатория изотопно-меченных физиологически активных веществ | Институт молекулярной генетики РАН

   
   

Основные направления исследований

Разработка общих принципов синтеза меченных тритием биологически важных органических соединений, основанная на детальном изучении каталитических реакций дегалогенирования, восстановления, изотопного обмена с использованием газообразного трития и изотопного обмена с высокообогащенной тритиевой водой, создание технологических схем синтеза и организации производства меченных тритием соединений.

- Разработка биохимических методов синтеза радиоактивно меченых физиологически активных веществ.
- Исследование путей биодеградации физиологически активных пептидов in vivo и  in vitro с применением радиоактивно меченых аналогов.
- Проведение биологических исследований, направленных на изучение процессов, связанных с функционированием иммунной, нервной и др. систем организма.
- Проведение экспериментов, необходимых для поиска и внедрения лекарственных средств в медицинскую практику.
- Исследование изотопных эффектов в электронных спектрах органических соединений.

Лаборатория создана в 1970 г. на основе группы обмена водорода на тритий, которой с 1962 г. руководил К.С. Михайлов. Основоположником направления является создатель Радиобиологического отдела Института атомной энергии В.Ю. Гаврилов, который предложил в 1962 г. создать установку по работе с большими количествами трития для получения меченных тритием физиологически активных веществ. С 1964 г. разработку методологии получения меченных тритием органических соединений и использования их в биологических экспериментах возглавил Н.Ф. Мясоедов. В 1965 г. была введена в строй установка ОВТ (обмен водорода на тритий). Одновременно была принята в эксплуатацию и радиохимическая лаборатория II класса, позволяющая проводить практически любые химические операции с десятками кюри меченных тритием препаратов (О.В. Лавров, Г.В. Сидоров).

Пять сотрудников лаборатории удостоены Государственной премии 1983 г., 10 человек награждены медалями ВДНХ, дважды лаборатория получала дипломы ВДНХ.
 

   
   

Основные достижения

- Разработана технология получения более 380 меченных тритием физиологически активных веществ. Для серийного получения препаратов в лаборатории создан комплекс специальной аппаратуры, включающий металлическую вакуумную установку для работы с тысячами Кюри газообразного трития, разработаны методы радиохимической очистки и стандартизации препаратов.
- Открыт и исследован новый тип реакций органических соединений с водородом, которые осуществляются без растворителя. Предложен механизм этих реакций, разработана диффузионная модель, экспериментально и теоретически определенны кинетические изотопные эффекты и величины энергии активации обмена водорода на дейтерий и тритий. Это явилось основой разработки оригинальных методов синтеза меченных тритием компонентов нуклеиновых кислот, аминокислот, пептидов, белков, стероидов, липидов, феромонов, фитогормонов и других препаратов. Исследовано явление изотопного уравновешивания, при котором степень замещения водорода в твердом органическом соединении на его изотоп, определяется только соотношением изотопов водорода взятых в каталитическую реакцию. С использованием меченных тритием и дейтерием препаратов триптофана впервые найдены и теоретически исследованы изотопные эффекты в электронной спектроскопии органических соединений.
- Разработан синтез меченного тритием тритерпенового гликозида из голотурии Cucumaria japonica – кукумариозида А2-2. Тритерпеновые гликозиды являются активными субстанциями ряда лекарственных средств и многочисленных биологически активных добавок к пище. На основе кукумариозида А2-2 разрабатывается новый отечественный иммуностимулирующий препарат «кумазид». Разработан синтез меченного тритием пентапептида (МП-5), с использованием этого препарата проведены биологические исследования, связанные с более детальным изучением механизма его влияния на пролиферацию Т-лимфоцитов человека.
- Проведены структурно-функциональное исследование глицин- и пролин- содержащих пептидов как потенциальных нейропротекторов, а также разработан биотехнологический способ получения метаболитов семакса и их меченных тритием аналогов. При использовании меченого миелопептид-5 исследовано влияние этого пептида на регенерацию функции Т-лимфоцитов. С использованием ультрафиолетовой спектрометрии и масс-спектрометрических данных показано, что в растворе и в адсорбированном состоянии на рецепторе при изучении вытеснения оланзапина из мест его специфического связывания на фронтальной коре и стриатуме крыс оланзапин существует в различных изомерных формах.
- Разработаны методы получения арилазидных и арилдиазириновых фотоактивируемых производных пептидов семакса и PGP, включая радиоактивно меченные тритием. Определены спектральные и фотохимические характеристики синтезированных соединений (константа скорости реакции фотолиза и квантовый выход), а также цитотоксичность в отношении культивируемых клеток феохромоцитомы крысы РС12. Установлено, что биологической активностью (цитопротективное действие в условиях окислительного стресса), свойственной исходным пептидам, обладают только арилазидные производные.
- Изучены характеристики герпесной тимидинкиназы (ГТК) по субстратной специфичности фермента и отработке превращения меченного тритием тимидина в ТМФ и дезоксицитидина в dЦМФ. Показана возможность и отработаны условия получения ТТФ, dЦМФ и dЦТФ, меченных тритием по нуклеозидному фрагменту. Используя дезоксинуклеотидкиназу бактериофага Т5 (второе фосфорилирование) и пируваткиназу (третье фосфорилирование) отработаны условия получения нуклеотидов, меченных тритием по нуклеозидному фрагменту. Впервые показана возможность использования герпесной тимидинкиназы для разработки универсального способа синтеза меченных тритием нуклеотидов, меченных тритием по нуклеозидному фрагменту, из соответствующих меченых нуклеозидов.
- Получены меченные тритием МК-801 (210 Ки/ммоль), спиперон (110 Ки/ммоль), (-)никотин (140 Ки/ммоль), мелатонин (140 Ки/ммоль), NAN-190 (150 Ки/ммоль), SR 95531 (120 Ки/ммоль) и ряд других препаратов. Параметры препаратов превышают мировой уровень.
- Установлено, что важной особенностью изотопного обмена в твердой фазе является то, что реакция в пептидах и белках происходит с сохранением физиологической активности, это позволило использовать меченные тритием пептиды для радиолигандного анализа. С использованием этой реакции получены меченные дейтерием пептиды даларгин и брадикинин, содержащие соответственно 14 и 7 атомов дейтерия. Изотопная метка в белках и пептидах распределена по всей молекуле, что открывает возможность количественного масс-спектрометического анализа путей биотрансформации пептидов в тканях in vivo и in vitro.
 
Прикладные работы и коммерческая реализация продуктов:
 
Для более 200 наименований меченных тритием препаратов разработана нормативная документация, они выпускаются серийно и поставляются многим научным организациям. С 1992 года меченные тритием препараты регулярно поставляются на экспорт фирме IICH. Всего наработано и поставлено меченных тритием препаратов на сумму свыше 1 миллиона американских долларов. Проводится заказной синтез меченных тритием селективных лигандов для нейрорецепторной системы головного мозга. Полученные в ИМГ РАН меченные тритием соединения по своим основным параметрам превышают аналогичные соединения ведущих мировых поставщиков. В лаборатории выполняются исследования фармакокинетики физиологически активных пептидов с использованием равномерно меченных тритием производных этих пептидов.
    
    

Основные публикации

  1. Н.Ф. Мясоедов, В.П. Шевченко, И.Ю. Нагаев, К.В. Шевченко, Г.А. Бадун, М.Г. Чернышева, В.М. Федосеев «Равномерно меченный дейтерием или тритием 4-(2-аминоэтил)пирокатехол с использованием наноалмазного порошка» Патент № 2422436 (27.06.2011 Бюл. № 18) на изобретение № 2010115058.
  2. Н.Ф. Мясоедов, В.П. Шевченко, И.Ю. Нагаев «Равномерномеченный тритием 4-[2-(4-бензилпиперидин-1-ил)-гидроксипропил]фенол» Патент № 2469023 (10.12.2012 Бюл. № 34) на изобретение № 2011125587.
  3. В.П. Шевченко, И.Ю. Нагаев, К.В. Шевченко, М.Г. Чернышева, Г.А. Бадун, В.М.Федосеев, Н.Ф.Мясоедов «Синтез меченного дейтерием и тритием допамина твердофазным методом с использованием углеродных наноматериалов» // Радиохимия. 2011. Т. 53. № 3. С. 285-288.
  4. В.П. Шевченко, Г.А. Бадун, И.Ю. Нагаев, М.Г. Чернышева, К.В. Шевченко «Селективность процессов дегалоидирования и гидрирования тритием соединений, нанесенных на катализатор» //Вестн.моск.ун-та, Сер. 2, Химия, 2011. Т. 52. № 3. С. 220-223.
  5. В.П. Шевченко, И.Ю. Нагаев, Г.А. Бадун, М.Г. Чернышева, К.В. Шевченко, Н.Ф. Мясоедов «Использование наноразмерных материалов для введения дейтерия или трития в органические соединения гетерогенным каталитическим обменом» ДАН. 2012. Т. 442. № 5. С. 636-641.
  6. Г.В. Сидоров, А.А. Баитов, Н.Ф. Мясоедов. Исследование твердофазных каталитических реакций трития с углеводами. 5. Изучение механизма изомеризации эпимерных дисахаридов в реакции твердофазной каталитической гидрогенизации тритием. Радиохимия. 2011. т.53, №3, с.282-284.
  7. Г.В. Сидоров,  Н.Ф. Мясоедов. Синтез меченных тритием 5-фторурацила и 5-фторцитозина. Радиохимия. 2011, т. 53, № 6, c. 547–548.
  8. Г.В. Сидоров,  Н.Ф. Мясоедов. Синтез меченного тритием ганцикловира. Радиохимия. 2011, т. 53, № 6, c. 545–546.
  9. Yu.A. Zolotarev, A.K. Dadayan, Yu.A. Borisov, V.S. Kozik. Solid State Isotope Exchange with Spillover Hydrogen in Organic Compounds. Chemical Reviews, 2010, 110, 5425–5446
  10. А.А. Каменский, Г.И. Ковалев, Ю.А. Золотарев, Г.Н. Авакян, С. Тертеров Гематоэнцефалический барьер открыт, Биохимия, 2012, 77, (5), 525 – 532.
  11. Nekrasova Yu.N., Zolotarev Yu.A., Navolotskaya E.V. Detection of nonopioid β-endorphin receptor in the rat myocardium Journal of Peptide Science, 2012, 18(2), P. 83-87.
  12. Nekrasova Yu.N., Zolotarev Yu.A., Navolotskaya E.V. Synthetic peptide TPLVTLFK (octarphin) reduces the corticosterone production by rat adrenal cortex through nonopioid β-endorphin receptor Journal of Peptide Science, 2012, 18(8), pp. 495-499.
  13. Zolotarev Yu.A., Dadayan A.K., Borisov Yu.A., Kozik V.S.,  Nazimov I.V., Ziganshin R.H., Bocharov E.V., Chizhov A.O., Myasoedov N.F. New Development in the Solid State Isotope Exchange with Spillover Hydrogen in Organic Compounds. J. Phys. Chem. C, 2013, 117 (33), pp 16878–16884.
  14. Ю.А. Золотарев, А.К. Дадаян, В.С. Козик, Е.В. Гасанов, И.В. Назимов, Р.Х. Зиганшин, Б.В. Васьковский, А. Н. Мурашов, А.Л. Ксенофонтов, О.Н. Харыбин, Е.Н. Николаев, Н.Ф. Мясоедов. Твердофазный изотопный обмен водорода на дейтерий и тритий в генно-инженерном инсулине человека. Биоорган химия 2014 40, (1), 26-35.
  15. O. Sokolov, N. Kost, O. Andreeva,  E. Korneeva, V. Meshavkin,Y. Tarakanova, A. Dadayan, Y. Zolotarevc, S. Grachev, I. Mikheeva, O. Varlamov, A. Zozuly. Autistic children display elevated urine levels of bovine casomorphin-7 immunoreactivity. Peptides, 2014 56, 68 - 71
  16. Nekrasova YN, Zolotarev YA, Navolotskaya EV. Synthetic peptide octarphin (TPLVTLFK) inhibits the activity of the hypothalamus–pituitary–adrenal axis through nonopioid β-endorphin receptor Regul Pept. 2013 183, рр:23-26.
  17. Ю. А. Золотарев, Г.И. Ковалёв, А.К. Дадаян, В.С. Козик, Е.А. Кондрахин, Е.В. Васильева, В.М. Липкин. Исследование фармакокинетики и фармакодинамики амидной формы нейропротекторного пептида HLDF-6 с использованием равномерно меченных изотопами водорода соединений. Статья в монографии: Нейродегенеративные заболевания: от генома до целостного организма / под ред. М.В. Угрюмова. – М. : в 2-х томах - М. : Научный мир, 2014. C 763-777.
  18. Богачук АП, Сторожева ЗИ, Золотарев ЮА, Ковалев ГИ, Азев ВН, Липкин ВМ. «Пептид, обладающий нейропротекторной и ноотропной активностью, и фармацевтическая композиция на его основе», Патент Российской Федерации № 2557003 дата регистрации 22 июня 2015 г.
  19. Золотарев Ю.А., Дадаян А.К., Кост Н.В., Воеводина М.Э., Соколов О.Ю., Козик В.С., Шрам С.И., Азев В.Н., Бочаров Э.В., Богачук А.П., Липкин В.М., Мясоедов Н.Ф. Количественный анализ пептида HLDF-6-амида и его метаболитов в тканях лабораторных животных с использованием меченных тритием и дейтерием производных Биоорган химия (2015) 41, (6), 644-656
  20. Золотарев Ю.А., Ковалёв Г.И., Дадаян А.К., Кост Н.В., Соколов О.Ю., Богачук А.П., Липкин В.М. Анксиолитическое средство и фармацевтическая композиция анксиолитического действия. Заявка на патент Российской Федерации № 2014153202 дата регистрации 26.12.3014. Положительное решение от 12.01.16.
  21. Bogachouk А.P., Storozheva Z.I., Solovjeva O.A., Sherstnev V.V., Zolotarev Yu.A., Azev V.N., Rodionov I.L., Surina E.A. and Lipkin V.M. Comparative study of the neuroprotective and nootropic activities of the carboxylate and amide forms of the HLDF-6 peptide in animal models of Alzheimer’s disease. J. Psychopharmacol., 2016, 30 (1), 78–92).