Автореферат и диссертация по медицине (14.00.19) на тему:Разработка и экспериментальная апробация парамагнитного контрастного вещества для МР-гомографии на основе комплексов двух- и трехвалентных металлов с этилендиаминтетраацетатом

На правах рукописи

Бородин Олег Юрьевич

РАЗРАБОТКА И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ АПРОБАЦИЯ ПАРАМАГНИТНОГО КОНТРАСТНОГО ВЕЩЕСТВА ДЛЯ МР-ТОМОГРАФИИ НА ОСНОВЕ КОМПЛЕКСОВ ТРЕХ- И ДВУХВАЛЕНТНЫХ МЕТАЛЛОВ С ЭТИЛЕНДИАМИНТЕТРААЦЕТАТОМ

14.00.19 - лучевая диагностика, лучевая терапия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

ТОМСК - 2004

Работа выполнена в ГУ Научно-исследовательском институте кардиологии ТНЦ СО РАМН

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ:

канд. мед. наук, ст.н.с.

Усов Владимир Юрьевич

КОНСУЛЬТАНТ

д-р хим. наук, профессор

Филимонов Виктор Дмитриевич

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

д-р мед.наук д-р мед.наук

Чернов Владимир Иванович Семенов Станислав Евгеньевич

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ:

Центральный научно-исследовательский рентгенорадиологический институт, г. Санкт-Петербург

Защита состоится "14" сентября 2004 г. в 9 часов на заседании диссертационного совета Д 001.036.01 при ГУ НИИ кардиологии ТНЦ СО РАМН (634012 г. Томск, Киевская 111а).

С диссертацией можно ознакомиться в научно-медицинской библиотеке НИИ кардиологии ТНЦ СО РАМН (г.Томск, ул. Киевская, д.111а).

Автореферат разослан "10" августа 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

д-р мед. наук

И. Н. Ворожцова

ВВЕДЕНИЕ

Впервые широкое применение в магнитно-резонансной томографии (МРТ) препаратов с целью контрастирования патологических образований началось с середины 80-х годов, после появления первого коммерческого парамагнитного контрастного препарата (ПМКП) гадопентетата димеглюмина (Магневист, Шеринг, Германия) в 1982 г. [патент US4639365]. Первое сообщение о применении этого ПМКП у добровольца-человека было сделано в ноябре 1983г. на Конгрессе Североамериканского радиологического общества (RSNA). А уже с января 1984 г. стали появляться сообщения о ходе международной клинической программы, проводившейся одновременно в лондонском Hammersmith hospital и берлинском Free University под руководством профессоров Bydder G.M. и Steiner R.E., а также доктора Са1т D.H.

Использование ПМКП в МРТ вызвано проблемой зачастую плохого разграничения от здоровых тканей без усиления сигнала или плохой визуализации некоторых патологических процессов, таких как, например, небольших менингиом или мелких метастатических поражений без перифокального отека [Bydder G.M. et al., 1985; Claussen С., Laniado M., 1985; Mathur-de Vre R, Lemort M., 1995; Shellock F.G. et al., 1999]. Эта проблема может быть решена за счет повышения контрастности МР-изображения нормальной и патологической ткани при введении КП, что повышает чувствительность и специфичность МРТ (Erlemann R, Sciuk J. Et al, 1990, Imakita S, Yamada N.. 1989, Itai Y., 1989, Mio A, Suzuki T, Suzaki K, 1989, Sidman J.D., Carrasco V.N. et al. 1989].

Сейчас в России зарегистрированы Фармкомитетом МЗ РФ и разрешены к широкому клиническому использованию Магневист (Shering, Германия) и Омнискан (Nicomed, Норвегия).

Согласно классическим представлениям [Ринкк П.А., Синицин В.Е., 1998], позитивные контрастные средства для МРТ оказывают контрастирующий эффект за счет центрально расположенного иона металла с неспаренными электронами. Так, высокой способностью изменять время релаксации близлежащих протонов (релаксивность) обладает гадолиний (Gd), имеющий семь неспаренных электронов и относительно длинное время электронной спиновой релаксации [Bellin M.F., Vasile M., Morel-Precetti S., 2003].

Парамагнитные соединения (за исключением комплексов диспрозия) относятся к позитивным контрастным средствам. Они вызывают укорочение времени релаксации как Т1, так и Т2, но поскольку обычное время Т1 гораздо длиннее, чем Т2, то в низких дозах эти препараты оказывают контрастирующий эффект преимущественно за счет изменения Tl [Mathur-de Vre R, Lemort M, 1995, Brash R.B., 1992, Brash R.C., Weinmann H.J. et al., 1984, Van Beers B.E., Gallez B. et al., 1997]. Поэтому области с повышенным накоплением таких препаратов будут выглядеть яркими на Т1-взвешенных изображениях:

Также по данным [Ринкк П.А., Синицин В.Е., 1998] использование высоких доз парамагнитных контрастных средств (обычно рекомендуемая дозировка - 0.1 ммоль/кг) может иметь как благоприятные, так и нежелательные последствия. В некоторых случаях таким образом можно улучшить выявление мелких поражений ЦНС с минимальным повреждением ГЭБ [Yuh W.T.C, Parker J.R., Carvlin M.J., 1997].

Высокие дозы контрастного препарата (0.2-0.3 ммоль/кг) показаны в случае МР-ангиографии, а также для МРТ всего тела [Prince M.R., 1998].

Как указывают [Ринкк П.А., Синицин В.Е., 1998, Bellin M.F., Vasile M., Morel-Precetti S., 2003] металлы, используемые в качестве агентов, воздействующих на релаксацию, достаточно токсичны и, поэтому, должны быть включены в стабильные комплексы и оставаться в их составе до экскреции из организма.

В качестве комплексонов в составе МРКС используются DTPA, DTPA-ВМА, DOTA, HP3-DO3A. Их комплексы с металлами, обладающими парамагнитными свойствами, представляют собой низкомолекулярные водорастворимые, гидрофильные, контрастные средства, полностью выводящиеся из организма почками. Распределение комплекса Gd-ДТПА, имеющего радиоактивный изотоп гадолиния, не отличалось от распределения комплекса с меченым радиоактивным изотопом углерода ДТПА, т.е. в организме комплекс Gd-ДТПА стабилен [Tauber V et al., 1986]. Коэффициенты их распределения значительно ниже, чем у неионных рентгеноконтрастных веществ. Степень гидрофильности оказывает влияние на индивидуальную переносимость, причем независимо от осмотической активности. Поэтому чем выше гидрофильность, тем меньше химикотоксическое действие. Также степень гидрофильности влияет на степень связывания с белками плазмы крови: чем выше гидрофильность, тем меньше препарат связывается с белками [Weinmann H.J., 1994].

Новые разработки в этой области представляют собой соединения металлов с ВОРТА, EOB-DTPA, DPDP и подобными им лигандами, которые обладают несколько большей липофильностью и выделяются не только почками, но и печенью [Engelstad В. et al., 1984].

Выявление изоинтенсивных доброкачественных опухолей является одним из основных показаний для применения парамагнитных контрастных веществ [Colosimo С, Manfredi R., Tartaglione Т., 1997]. Парамагнитные контрастные вещества позволяют лучше дифференцировать границу опухоли и зону отека, чем Т2-взвешенные спин-эхо изображения. В некоторых случаях отсутствие контрастного усиления столь же важно для диагностики, как и его наличие, например, при дифференциации доброкачественных конвекситальных астроцитом от менингиом, или мелких очагов сосудистого генеза в белом веществе - от метастазов.

Практически важно отметить, что рыночная стоимость (цена) парамагнитных комплексных контрактных препаратов для МРТ на основе гадолиния достигает 100$ США. Учитывая, что средний ежемесячный доход на душу населения сравним со стоимостью препаратов гадолиния с ДТПА,

ясно, что использование контрастных препаратов в МРТ в рутинной практике затруднено в большей степени экономическими причинами.

С каждым годом растет объем показаний к применению метода вообще и с контрастированием в частности. Метод МРТ с контрастированием становится рутинным в скринирующей диагностике и при разнообразных сложных случаях при неясной картине заболевания.

Поэтому повышение экономической доступности препарата МРКС может сильно способствовать его широкому применению.

В ряду металлов обладающих парамагнитной активностью следующими после гадолиния идут ионы марганца (II) и железа (П) и (Ш) [Сергеев П.В., Свиридов Н.К., Шимановский Н.Л., 1993]. Эти металлы обладают достаточно длительными временами спин-решетчатой релаксации, сравнимой с таковой у гадолиния (III) [Roels H., Meiers G., Delos M. Et al., 1997]. Учитывая, что стоимость соединений марганца и железа с хлоридами, в оксидной форме и с комплексонами много меньше таковых для гадолиния рационально предложить использовать их в качестве контрастных препаратов в МРТ.

Таким образом, насущной проблемой практической МРТ-диагностики является создание массовых, относительно дешевых контрастных препаратов на основе стойких комплексов хелатов типа ДТПА с парамагнитными ионами

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучить в эксперименте возможность использования парамагнитных комплексных соединений на основе ионов с ЭДТА для

контрастирования при магнитно-резонансных томографических исследованиях.

Для реализации целей исследования решались следующие задачи:

1. Изучить зависимость интенсивности Tj-взвешенного МРТ изображения фантомов, содержащих соединения на основе хелатов и хлоридов Мп"

г, III

и хелатов Fe , от их концентрации в водной среде.

2. Доказать возможность контрастирования хелатными и хлоридным соединениями марганца (II) и хелатами железа (Ш) в эксперименте на животных в взвешенном режиме МРТ.

3. Разработать оптимальную методику контрастирования парамагнитными контрастными препаратами на основе Мпк И Fenl при магнитно-резонансной томографии.

ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

1. Комплексы Мп" и Fe111 с ЭДТА и ДТПА могут быть использованы в качестве неспецифических внеклеточных парамагнитных контрастных препаратов для МРТ.

2. Соединение может быть использовано в качестве специфического внутриклеточного контрастного препарата для перфузионной магнитно-резонансной томографии в Ti-взвешенном режиме.

3. Степень усиления интенсивности изображения фантомов в Тр взвешенном режиме при использовании соединений на основе Мп" и Fe1" в комплексе с ЭДТА и ДТПА сравнима со степенью усиления при использовании официальных МРКС на основе Gd"1 в комплексе с ДТПА (магневист, «Шеринг», Германия).

4. Степень усиления интенсивности изображения фантомов в Тр взвешенном режиме при использовании соединения МпС^ достаточна для получения контрастированной перфузионной МРТ.

5. Наибольшая степень усиления Трвзвешенного изображения при использовании в качестве парамагнитного МРКС соединений марганца достигается при установке относительно коротких времен повторения: TR=400-600 мс.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА:

Впервые практически доказана возможность использования соединений марганца и железа с ЭДТА и ДТПА в качестве неспецифических внеклеточных парамагнитных контрастных препаратов для магнитно-резонансной томографии.

Впервые экспериментально показана возможность проведения перфузионной МРТ на низкопольном MP-томографе со специфическим внутриклеточным контрастным препаратом на основе МпС!г.

Впервые разработаны оптимальные методики визуализации в МРТ с использованием в качестве контрастирующего агента парамагнитных комплексов на основе Мп" и Fe111 с ЭДТА.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ

Соединения марганца и железа с ЭДТА и ДТПА могут быть использованы в производстве новых широкодоступных контрастных препаратов для МРТ, сравнимых по своим характеристикам с существующими МРКС на основе Gd-ДТПА

Соединение может быть использовано в производстве

внутриклеточных контрастных препаратов для проведения перфузионной МРТ.

Апробация работы. Основные результаты диссертации были обсуждены на международной конференции «Современные минимально-инвазивные технологии» (Санкт-Петербург, 2001); региональной конференции «Достижения современной лучевой диагностики в клинической практике» (Томск, 2002); IV международном конгрессе молодых ученых «Науки о человеке» (Томск, 2003); «Невском радиологическом форуме» (Санкт-Петербург, 2003); IV Российском научном форуме «РАДИОЛОГИЯ -2003» (Москва, 2003); международной конференции в честь открытия лаборатории рентгеновской компьютерной томографии НИИ кардиологии ТНЦ СО РАМН «Перспективные методы томографической диагностики. Разработка и клиническое применение» (Томск, 2003); XI Российском

национальном конгрессе «Человек и лекарство» (Москва, 2004), экспертный совет НИИ кардиологии ТНЦ СО РАМН (Томск, май 2004).

Основные результаты диссертации опубликованы в 12 печатных работах и составляют суть патента «Способ контрастированной магнитно-резонансной контрастированной томографической диагностики» (приоритетная справка № 036850 от 25.11.2003 г.).

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 98 страницах машинописного текста. Состоит из введения, обзора литературы, главы «Материалы и методы», результатов и обсуждения, заключения, выводов и списка литературы. Диссертация иллюстрирована 19 рисунками и 4 таблицами. Список литературы содержит 108 источников, из них 24 отечественных, 83 иностранных и 1 ссылка из Интернет.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

На начальном этапе исследования изучалась возможность использования М^Щ-содержащих и Fе(Ш)-содержащих комплексных соединений с этилендиаминтетраацетатом (ЭДТА, ТРИЛОН Б) и диэтилтриаминпентацетатом (ДТПА) с целью усиления (повышения контрастности) Т1-взвешенного МРТ изображения.

Объектом исследования служили растворы, содержащие комплексные соединения марганца(П) с ЭДТА и ДТПА в концентрации 0.5 М/л, 1.0 М/л, соединения железа (III) с ЭДТА в концентрации 0.5 М/л и соединения гадолиния (III) с ЭДТА и ДТПА в концентрации 0.5 М/л. В качестве Gd-ДТПА использовался официнальный препарат, разрешенный для внутривенного введения, фармпрепарат под торговым названием «Магневист» (Шеринг, Германия).

Изучаемые растворы были синтезированы по оригинальной технологии совместно с кафедрой органической химии Томского политехнического университета. Соединения марганца(П) физически представляли собой прозрачную жидкость без осадка при рН=7,4. При концентрации раствора 1.0М цвет раствора по сравнению с таковым при 0.5М был несколько темнее, раствор был более вязкий, хотя по-прежнему прозрачный. Полученные растворы автоклавировались при температуре 140°С и фильтровались через мембранные микрофильтры MШipore с размером пор менее 0.22 ЦМ и диаметре фильтра 30 мм.

Фильтрация через микрофильтр с порами менее 0,2 [Ш как правило (в отсутствие фильтрующихся вирусов) оказывается достаточной для получения стерильного раствора для внутривенного введения. Поэтому возможные патологические реакции со стороны экспериментальных животных относились к действию изучаемого препарата, а не к примесям, содержащимся в растворе.

Протокол исследования МРКС включал в себя оценку степени усиления Т1-сигнала в фантомных исследованиях и изучение кинетики распределения и органного поглощения магнитно-резонансных контрастных средств (МРКС) в организме экспериментальных животных.

Фантомы представляли собой стеклянные емкости объемом 100 мл, содержащие соединения ионов металлов с комплексонами и без в концентрации от 0.5 мМ/л до 64 мМ/л, т.е. от физиологических до патофизиологических, достигаемых в ткани опухолей и других патологических образований при введении обычных доз контраста - 0.2 мл/кг массы тела (0.1 мМ/кг). Эти растворы получались путем добавления исходного раствора в соответствующих дозах к водным фантомам. Для 0.5 М раствора дозы составили: 0.1, 0.2, 0.4, 0.8, 1.6, 3.2, 6.4, 12.8 мл соответственно. Далее полученные растворы доводились до 100 мл физиологическим раствором. Фантомы размещались в немагнитной стойке (пенопластовой коробке - держалке) в порядке возрастания концентраций исследуемого препарата.

Магнитно-резонансная томография фантомов выполнялась на низкопольном МР-томографе «Magnetom Open» 0.2 Тл (Siemens), в Tl-взвешенном режиме. При этом времена повторения варьировались в диапазоне от 400 до 800 мс.

В качестве контрольного препарата сравнения было использовано соединение Gd-ДТПА (оффицинальный препарат «Магневист» производства Шеринг, Германия) по той же методике.

Фантомные исследования с хлоридом марганца (II)

Раствор МпС12 был приготовлен в условиях химико-фармацевтической лаборатории кафедры органической химии Томского политехнического университета из кристаллического МпСЬ (производства «РеаХим», Россия, чистоты ч.д.а.) в первоначальной концентрации 0,25 М/л и стерилизован путем пропускания через микрофильтр с размерами пор менее 0,22 мкм («Milliporc», США), с последующим дополнительным автоклавированием. Спектрометрическое исследование выявило отсутствие в полученном растворе определяемых количеств тяжелых металлов и органических соединений, при сохранявшемся присутствии следовых количеств Na\ К+ и Полученный раствор затем был использован для фантомных экспериментов, а также вводился экспериментальным животным (кроликам).

Фантомные эксперименты проводились на геометрических (неантропоморфных) фантомах, представлявших собой пластмассовую стойку с флаконами из химического стекла емкостью по 100 мл, в которые помещались полученные из исходного раствора 0,25 М/л разведения в

физиологическом растворе в диапазоне концентраций 0,0625 - 2,0 шМ/л. Эти концентрации примерно соответствуют достигаемым в тканях при введении в организм внутривенно 10-20 мл 0,25 М/л раствора МпСЬ и известным из токсикологических исследований как безопасные [Maynard L.S., Cotzias G.C., 1955]. Основной целью нашего исследования было именно изучение визуализационных контрастирующих возможностей на низкопольном

МР-томографе. Поэтому фантомы были визуализированы в наиболее широко используемом при контрастных исследованиях Т1-взвешенном турбо-спин-

эхо режиме, при варьировании времени повторения (TR) в интервале 400 -800 мс, при ТЕ = 15 мс.

Кроме того, визуализация фантомов проводилась и в Т2-взвешенном режиме, при величинах времени повторения 3000 - 5000 мс. В качестве препаратов сравнения использовались растворы Gd-ДТПА и Mn-ЭДТА в аналогичных концентрациях. Технически исследование проходило аналогичным образом, что и предыдущем разделе, только фантомы содержащие Gd-ЭДТА были заменены на аналогичные фантомы с МпСЬ По данным количественной обработки изображений в Т1-взвешенном режиме определялись величины средней интенсивности в емкостях с различным содержанием и препаратов сравнения и строились

зависимости интенсивности от концентрации парамагнетиков. Поскольку основной целью была именно оценка визуализирующих свойств, величины и другие релаксометрические показатели не рассчитывались.

Экспериментальные исследования на лабораторных животных.

Были также исследованы изменения интенсивности Т1-взвешенного изображения внутренних органов при введении изучаемых

препаратов кроликам. Исследование проводилось на беспородных кроликах массой 4.5Ю.5 кг по 7 животных с каждым препаратом (табл.1). Кролик помещался в радиочастотную катушку для МР-томографии шеи и суставов человека, в положении лежа на животе, наиболее комфортным для него образом и практически полностью выполняя ее просвет.

Таблица 1. Протокол экспериментальных исследований in vivo

Кол-во животных MnCl2 (0,25 М) мп(П)-эдаА (0.5 М) Мп(П)-ДТПА (0 5 М) FedID-ЭДТА (0.5 М) Gd(m)-ДТПА (0.5 М)

7 25 цМ/кг 0.1 мМ/кг 0.1 мМ/кг 0.1 мМ/кг 0.1 мМ/кг

В целях обеспечения полной неподвижности на протяжении исследования перед его проведением кролики наркотизировались путем внутривенной инфузии дроперидола 0.25% - 2 мл. Для обеспечения длительной неподвижности и поддержания наркоза вводился раствор дроперидола до 5 мл/ч. ПМКП вводилось в ушную краевую вену в дозе 0.05 ммоль/кг. Во время исследования у животного осуществлялся непрерывный контроль ЭКГ (с помощью немагнитных медных электродов) и частотой дыхания.

В центре области исследования находилась брюшная полость, исходя из того, что контрастные препараты - комплексы металлов с ДТПА и ЭДТА, т.е. сходные по своим характеристикам с вё-ДТПА в первые минуты после внутривенного введения в норме активно фильтруются почками и за счет этого аккумулируются в этой области. Использовался Т1 -взвешенный режим с параметрами: время повторения - ТЯ=400, 600, 800 мс; время эхо -ТЕ= 15.0/1 мс, толщина среза - 8Ь=6.0. Запись велась в матрицу 256x256, с

областью поля зрения поперечником 300 мм. Исследование выполнялось до и спустя 10-15 мин. контрастирования исследуемым препаратом. Спустя 1012 дней выполнялось в том же режиме контрольное исследование с использованием Gd-дитиопентаацетата (Gd-ДТПА, «Магневист», Shering АС).

В эксперименте с МпСЬ областью исследования была грудная клетка, исходя из того, что ионы марганца (II) в свободном состоянии проникают в ткани через кальциевые каналы, то соответственно и накапливаться они будут в тканях богатых этими каналами. Так как кальциевые каналы широко представлены в поперечнополосатой мышечной ткани, то нас интересовало в первую очередь способность накапливать ионы марганца (II) мышечной тканью сердца.

При обработке результатов исследований с помощью стандартных средств выделения зон интереса на изображениях Т1-взвешенных МРТ выделялись регионы, соответствовавшие подкожной клетчатке, мышцам, почечной и печеночной паренхиме, кишечника, легких, селезенки и поджелудочной железы. Для каждого вычислялись изменения Т1-взвешенного сигнала, индуцированного введением контрастного препарата.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Фантомные исследования визуализационных свойств ионов марганца в свободном состоянии

В ходе первоначальных пилотных экспериментов были исследованы изменения интенсивности Трвзвешенного изображения фантомов, содержащих раствор КМ11О4 и смесь КМпО,* и трилона В (NaНЭ/ДTA) в эквимолярных концентрациях. Оказалось, что изменения в интенсивности изображения возникают лишь для фантома, содержащего смесь КМпО4 и трилона Б.

В результате этого эксперимента был сделан очевидный вывод, что ионы Мп2+ в растворе в заметной степени не изменяют времена релаксации окружающих их протонов и в большей степени оказывают свое действие в соединении с комплексоном - ЭДТА. Объяснить данный феномен можно с той точки зрения, что исходный раствор, содержащий был в

концентрации, при которой либо воздействие на Т] спин-решетчатую релаксацию незначительно, либо концентрация ионов марганца превысила порог, при котором оказывается уже значительное укорочение Т2 спин-спиновой релаксации, что визуально проявляется подавлением сигнала. Возможно, на степень визуализации может оказывать влияние наличия примесей. Добавление Трилона Б к раствору вызвало образование комплексного соединения Мп-ЭДТА в концентрации, необходимой и достаточной для значительного укорочения времени окружающих протонов.

Поэтому для исключения влияния примесей на Трвзвешенный сигнал протонов был проведен фантомный эксперимент с содержащего

марганец (II) в ионизированной форме. Данный раствор получался методом разведения МпС^ в воде по точной навеске в концентрации 0.25 М.

При исследованиях в Т|-взвешенном режиме оказалось, что раствор МпСЬ выраженно усиливает интенсивность МРТ-изображения уже в весьма малых концентрациях.

Рис. 1. Изменение интенсивности Т1-взвешенного томографического МРТ-изображения фантомов в зависимости от содержания в них

в сравнении с Gd-ДТПА и Мп-ЭДТА при TR=400 мс

Достоверное усиление интенсивности Т1-взвешенного изображения, происходило уже при содержании МпС1г в концентрации 0,0625 ммоль/л, что превышало более чем вдвое сигнал чистого физиологического раствора. Максимум усиления интенсивности изображения достигался при концентрациях 0,5-1,0 ммоль/л. Затем степень усиления резко снижалась, и, при высоком содержании МпС1г в 4-8 ммоль/л, наблюдалось фактически подавление Т1-взвешенного изображения. Препаратами сравнения служили внеклеточные парамагнетики Мп-ЭДТА (был получен позже) и Сс1-ДТПА (магневист). Они достигали сравнимой с МпСЬ степени усиления Т1-взвешенного изображения МРТ лишь при содержании в фантоме в 1,0 моль/л, максимума усиления - при содержании 2,0 ммоль/л, а в дальнейшем степень усиления Т1-взвешенного изображения несколько снижалась, но не так сильно, как при использовании МпС^. Зависимость интенсивности изображения Т1-взвешенной МРТ от содержания в растворе не

зависела существенно от времени повторения ТЯ.

При исследованиях в Т^-взвешенном режиме фантомов с растворами изменения интенсивности изображений носили противоположный, в сравнении с Т1-взвешенным изображением, характер (рис. 2).

Усиливая Тг-изображения в минимальной степени при малых концентрациях в растворе - до 0,5-1 ммоль/л, все парамагнетики затем с ростом их содержания в растворе заметно подавляли интенсивность изображения. Для МпС12 эта зависимость носила намного более ранний и резкий характер: уже при содержании в 1 ммоль, не говоря о более высоком -это соединение полностью подавляло интенсивность Т2-взвешенного

изображения Для вё-ДТПА и Мп-ЭДТА это тоже происходило, но при в 4 8 раз более высокой концентрации

Рис 2 Изменение интенсивности Тг-взвешенного МРТ-изображения фантомов в зависимости от содержания в них МпСЬ; в сравнении с вё-ДТПА и Мп-ЭДТА, при ТЯ = 4000 мс.

Фантомные исследования визуализацнонных свойств Мп- ЭДТА

На базе кафедры органической химии и синтеза лекарственных веществ ТПУ было получено соединение марганца с ЭДТА в кристаллическом виде без примесей. Исследуемые растворы соответственно получались с известной концентрацией по точным навескам и не содержали примесей

Как видно на рис 3, 4 Мп-ЭДТА значительно контрастирует Т1-взвешенное изображение уже на малых концентрациях от 1 до 4 мМ/л. Во всех сериях максимальный уровень сигнала Т1-взвешенного изображения наблюдался при концентрации исследуемого вещества в 2мМ/л, и превышает сигнал от воды в 7-8 раз

Рис.3. Фантомное исследование раствора Мп-ЭДТА. Фантомы представляли собой флаконы объемом 10 мл в концентрациях от 0 25 мМ/л до 64 мМ/л Наблюдается значительное усиление (7-8 раз по отношению к сигналу от воды) при концентрациях от 1 мМ/л до 4 мМ/л с максимумом при 2 мМ/л.

Фантомные исследования визуализационных свойств Мп- ДТПА

Соединение Мп-ДТПА было получено на базе кафедры органической химии ТПУ в кристаллической форме в чистом виде и конечный раствор содержал Мп-ДТПА в концентрации 0. 5 М/л В фантомных исследованиях Мп-ДТПА показал высокую эффективность уже на малых концентрациях

(рис. 4). Максимальный сигнал от области фантомов в Т1-взвешенном режиме был получен при концентрации Mn-ДТПА в фантоме 2 мМ/л. При сравнении с Mn-ЭДТА достоверных отличий в степени усиления сигнала Т1-взвешенного изображения получено не было. Mn-ДТПА значительно контрастировал Tl-взвешенное изображение в диапазоне от 1 до 4 мМ/л с максимальным сигналом при 2 мМ/л и превышением сигнала от воды в 7-8 раз. В дальнейшем были получены Мп-ДТПА (1.0 М/л). Данный раствор содержал Mn-ДТПА в концентрации 1.0 М/л и был пригоден не только для фантомных исследований, но и для экспериментов in vivo. Была получена также форма раствора Mn-ДТПА, отличавшаяся наличием ионов кальция в свободном и связанном с Mn-ДТПА и ДТПА состояниях. Поскольку патологические эффекты соединений металлов с комплексонами в большей степени обусловлены не присутствием тех или иных ионов в свободном состоянии в крови, а являются следствием гипокальциемии в результате образования комплексов кальция Са(П) и магния Mg(II) с ДТПА и ЭДТА. Поэтому М^Щ-ДТПА-СаЩ) (1.0 М/л) вероятно будет обладать меньшим токсическим эффектом по сравнению с остальными соединениями.

Полученные препараты сравнивались с фантомами содержащими эквимолярные растворы гадолиния (III) с ДТПА (Магневист, Шеринг, Германия). При сравнении уровней максимальных сигналов достоверно различаются между собой сигналы, получаемые от Gd-ДТПА и Mn-ДТПА в пользу Mn-ДТПА при концентрации 2.0 мМ/л. Однако, это различие находится пределах 5% разницы максимальных сигналов, что принципиально на качество контрастирования Т1 -взвешенного изображения не влияет. То же относится и к остальным препаратам - отличия наибольших сигналов не превышают 5%. Достоверных отличий Т1-взвешенного изображения при концентрации 0.5 мМ/л и 1 мМ/л не обнаружено во всех случаях кроме Gd-ЕДТА при концентрации 0.5 мМ/л. В данном случае различия были достаточно заметны и существенны, т.к. концентрация препарата в ткани достаточно мала и способность препарата усиливать сигнал уже на малых концентрациях является основополагающим.

В результате исследования фантомов с концентрацией выше 2 мМ/л, обоснованно заметить, что наиболее эффективным МРКС оказалось соединение Mn-ЭДТА. Это соединение достоверно лучше усиливает Tl-взвешенное изображение на больших концентрациях по сравнению с другими соединениями и контролем.

Т-■-1-■-1-'-1---1---1---1-•-1-•-1---1

О 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Концентрация, ммоль/л

Рис.4. Т1-взвешенное изображение фантомов: а - вё- и Мп-содержащие парамагнитные контрастные средства, б - Бе-ЭДТА, в - график средних интенсивностей изображений фантомов в зависимости от концентрации препаратов

Таким образом, по данным фантомных исследований соединений марганца(П) с ЭДТА и ДТПА можно заключить, что полученные препараты обладают высокой эффективностью контрастирования Т1-взвешенного изображения и их эффект не только сравним, но и в ряде случаев превосходит таковой у широко используемых в МРТ препаратов на основе комплекса Оё(Ш)-ДТПА.

Особенности контрастирования парамагнитными контрастными препаратами (ПМКП) на основе мп(п) с ЭДТА и ДТПА

Были изучены зависимости как абсолютной величины интенсивности Т1-взвешенного сигнала МРТ от концентрации контрастного препарата, так и отношения Т1-взвешенного сигнала от фантомов контрастных препаратов к интенсивности Т1-взвешенного сигнала МРТ воды (рис. 5).

Оказалось, что в диапазоне концентраций Mn-ЭДТА, примерно соответствующих таковым в патологических структурах при внутривенном введении обычных доз препарата, степень усиления относительно воды (и плазмы также) выше при коротких временах повторении, TR=400 мс. При TR=600 мс, а особенно TR=800 мс увеличение интенсивности максимального усиленного сигнала было достоверно, однако уже исходные показатели интенсивности фантомов, без контраста, также росли, так что индекс Т1[Мп-ЭДТА]/Т1[Н20] в итоге был меньше чем при «коротких» временах TR [400 мс] (табл. 2).

Таким образом на практике следует считать предпочтительным для контрастных исследований короткие времена повторения.

• I 4 < • 10

Кояцвнгртм Мп-ДТПА, ммольЛг б

Рис.5. Графики зависимости интенсивности Т1-взвешенного

изображения от концентрации контрастных препаратов содержащихся в фантомах при различных временах повторения (TR) Т1-взвешенного протокола и таблица отношений максимального Т1-взвешенного сигнала фантома к Т1-взвешенному сигналу воды.

Таблица 2. Отношения максимального Т1 -взвешенного сигнала фантома к Т1-взвешенному сигналу воды __

TR Мп-ЭДГА Мп-ДТПА Gd-ДТПА

400 10,27±0.5 9,06±0.45 10,98±0.55

500 9,64±0,48 8,21±0,41 9,95±0,49

600 7,3+0,36 6,08±0,3 7,34±0,37

700 6,24±0,3 5,18±0,26 6,2±0,31

800 4,8±0,24 3,67±0,18 4,54±0,23

Фантомное исследование возможности контрастирования Tj-взвешенного изображения соединениями железа (II) и железа (III) с ЭДТА в кислой и щелочной средах

Эксперименты с комплексами марганца с ЭДТА и ДТПА были повторены также и для других металлов обладающих способностью изменять релаксивность окружающих их протонов. По представленному выше протоколу нами изучались визуализационные свойства соединений на основе железа (II) и (III) с ЭДТА.В частности были получены по сходной с получением Mn-ЭДТА технологии NaFe(II)-ЭДТА и NaFe(Ш)-ЭДТА с рН=7, а также НFе(II)-ЭДТА и НFе(Ш)-ЭДТА со смещенной рН в кислую область. Эти растворы также получались из кристаллической формы по точной навеске в концентрациях используемых для фантомного исследования: 0.5, 1, 2, 4, 8, 16, 32 и 64 мМ/л. Далее фантомы томографировались на МР-томографе с такими же параметрами сканирования (TR=420, TE=15). Результаты представлены на (рис.6).

На представленном графике видно, что наибольшим эффектом обладают соединения железа (III) с ЭДТА с рН смещенной в кислую сторону. Однако на практике эти соединения в медицине не могут быть использованы, т.к. такие соединения вызывают гемолиз эритроцитов. В сравнении с препаратами на основе марганца (II) с ЭДТА или ДТПА и гадолиния (III) с ЭДТА или ДТПА уровень усиления сигнала Т1-взвешенного изображения сравним, но значительно уступает таковым на малых концентрациях до 4 ммоль/л, и это различие превышает 5%. При дальнейшем увеличении концентрации контрастного препарата картина меняется: при 8 ммоль/л по степени усиления MP-сигнала в Т|-взвешенном режиме Реш-ЭДТА превосходит в 1.6 раз, при 16 ммоль/л - втрое. Поэтому,

соединения на основе Fe(III) с ЭДТА являются перспективными и могут занять заметное место в ряду контрастных средств для магнитно-резонансной томографии.

Спектр применения данного соединения может содержать: а) МР-исследования полостных органов с введением per os или per rectum; б) MPT с

внутривенным контрастированием патологических образований в обычных концентрациях (0,1 ммоль/кг) или, учитывая необходимость достижения большей концентрации для достижения сравнимого эффекта с магневистом, в удвоенной дозе; в) МР-бронхография, т.к. разведение препарата в бронхах практически не происходит, то вводить можно сильно разбавленный раствор - 4-8 ммоль/л, что значительно снизит вероятность побочных реакций. Такой концентрации препарата, возможно, окажется достаточно для получения значительного усиления Т)-взвешенного изображения бронхов. Также проведение МР-бронхографии с исключит воздействие

ионизирующего излучения на организм.

Другим немаловажным отличием является его цвет: соединение Fe(Ш)-ЭДТА обладает темно-коричневым цветом и в случае внутривенного введения данный факт затрудняет его применение без установки катетера или иглы с проводником. Также этот препарат отличается сложностью его получения, т.к. реакция комплексообразования протекает в узком диапазоне значений рН в отличие от синтеза комплексных соединений на основе марганца (II) - их синтез протекает в широком спектре значений рН.

Рис.6. Фантомное исследование растворов комплексов железа(П) и железа(Ш) с ЭДТА в кислой и нейтральной среде. Параметры исследования ТЯ 420.0, ТЕ 15.0/1, толщина среза 7 мм. В кислой среде комплексы НFеЭДТА значительно превосходят по степени усиления Т1 взвешенного изображения МРТ по сравнению с NaFeЭДТА в нейтральной среде.

Синтез соединения железа (II) с ЭДТА оказался весьма сложным из-за узости диапазона рН и в дальнейшем данное соединение не исследовалось.

Фантомные эксперименты с такими металлами, как медь (II), цирконий (II) и цинк (II) (рис.7) не дали для этих металлов сравнимых результатов тестирования близких к предыдущим препаратам.

Рис.7. Фантомный эксперимент с комплексным соединением цинка(И) /п-ЭДТА (раствор 10). Наблюдается незначительное усиление сигнала Т1-взвешенного изображения МРТ фантомов. Нарастание концентрации сверху вниз от 1 мМ/л до 16 мМ/л (по 10 мл каждый) вокруг фантома содержащего изотонический раствор №С1 0.9% - 100 мл.

При синтезе комплексного соединения циркония с ЭДТА (0.5 М/л) получился прозрачный бесцветный раствор, однако спустя сутки на стенках и дне емкости стали образовываться кристаллы. В связи с этим раствор был исключен из исследования, т.к. стабильность соединения и хорошая растворимость в водном растворе один из определяющих критериев в выборе соединения для применения с целью внутривенного контрастирования.

Таким образом, из всего спектра препаратов изучавшихся при фантомном тестировании наибольшим эффектом изменения интенсивности МРТ-изображения обладали соединения марганца (II) с ЭДТА или ДТПА, а также соединения железа (III) с ЭДТА и гадолиния (III) с ЭДТА. Их эффект был сравним с таковым у гадолиния (III) ДТПА (Магневист, Шеринг, Германия).

Изучение изменения интенсивности Tl-взвешенного изображения в эксперименте на животных.

Исследования разработанных контрастных препаратов для МРТ на кроликах не сопровождались никакими изменениями состояния животных, и никаких специфических (аллергических, токсических или поведенческих) реакций или неспецифических изменений у них не произошло.

В ходе эксперимента на кроликах мы использовали протокол Т1-взвешенного исследования с величиной TR=400 мс. Качество исходного изображения - до введения контрастного препарата - было при этом вполне высоким, артефактов не отмечалось. Как показано на рис.8, усиление Т1-взвешенного сигнала после введения контрастных препаратов происходило, в первую очередь, в области почек. Происходило также некоторое усиление Т1-взвешенного сигнала в области паренхимы печени. В области мышц, подкожной клетчатки, структур кишечника усиления практически не происходило.

Рис.8. Усиление Т1-взвешенного сигнала от паренхимы почек до и после введения Мп-ЭДТА (а, б), Ре-ЭДТА (в, г) и вё-ДТПА (д, е) кролику в дозе 0.05 ммоль/кг, (ж) - накопление ПМКП только в области коркового и мозгового вещества почек

Перфузионная магнитно-резонансная томография сердца в эксперименте на животных с МпС1г

Исследования in vivo проводились нами на интактных наркотизированных кроликах, в состоянии покоя. При этом в Т1-взвешенном режиме до введения МпСЬ миокард этих некрупных животных был виден нечетко, с невысокой интенсивностью сигнала (рис. 9). Введение МпСЬ в дозировке из расчета 1 мл раствора в концентрации 0,25 тМ (или 250 цМ) на 10 кг веса тела приводило к визуально совершенно очевидному увеличению интенсивности Т1-взвешенного изображения миокарда на всех охватывающих миокард срезах во всех случаях.

Это зрительное впечатление подтверждалось и количественными изменениями индексов - соотношений интенсивности изображений миокарда и соседних анатомических областей (табл. 2). Таким образом, как зрительно-качественные, так и количественные признаки свидетельствовали о контрастировании миокарда кроликов при внутривенном введении

Ни в одном из случаев мы не наблюдали каких либо токсических эффектов в виде изменения поведения животных, подъема температуры тела, патологических или хотя бы достоверных изменений со стороны периферической крови.

Таблица 2.

Изменения индексов соотношения интенсивности Т1-взвешенного изображения МРТ грудной клетки кроликов (п=9) в результате внутривенного введения МпСЬ-

Показатели До введения МпС12 После введения МпС12

{миокард/легкое} 4,54 + 0,32 5,35 ±0,21, р < 0,02

{миокард/мышца} 0,79 ±0,05 1,07 ±0,05 р < 0,01

{миокард/жировая ткань] 0,46 ±0,06 0,65 ±0,05 р < 0,02

{ миокардпослеМпСЬ/ миокарддоМпС,2} - 1,29 ±0,07 р < 0,002

Показатели представлены как (среднее ± стандартное отклонение). Достоверность различия р - по сравнению с исходным значением до введения МпС12, а для индекса {миокардпосле^^]2/миокарддо^п^|2} - по

сравнению с 1.

Таким образом, наши данные позволяют говорить о целесообразности более широкого использования возможностей контрастирования МРТ-изображений с помощью гидрофильных парамагнитных комплексов Мп(П). Вплоть до разработки соответствующего фармпрепарата, в соответствии с требованиями фармкомитета РФ. Поскольку механизм проникновения в патологические новообразования комплексов ЭДТА и ДТПА является неспецифическим и обусловлен повышенной проницаемостью гистогематических барьеров, обоснованно предполагать, что в будущем клинический спектр применимости Mn-ЭДТА вряд ли может быть заметно отличен от круга показаний к использованию Gd-ДТПА и его аналогов. Однако экономическая доступность Mn-ЭДТА, вероятно, позволят реализовать в повседневной практике весь спектр показаний к парамагнитному контрастированию при МРТ в Т1-взвешенном режиме и подходить к назначению контрастированной МРТ с чисто клинических позиций, не принимая во внимание вопросы стоимости контрастного вещества.

Рис. 9. Поперечные МР-томограммы тела кролика на уровне середины (а и в) и верхушки (б и г) левого желудочка в Т1-взвешенном режиме (ТЯ= 420 мс, ТЕ = 15 мс, толщина томографического среза 5 мм). МРТ проводилась до (томосрезы а и б) и спустя 10-15 мин после (томосрезы в, г) внутривенного введения 0,9 мл 0,25М раствора МпС^. Очевидно выраженное усиление изображения миокарда как левого, так и правого желудочка после введения парамагнитного контрастного препарата.

Выводы

1. Комплексные парамагнитные соединения марганца (II) и железа (III) с ЭДТА или ДТПА и соединение хлорида марганца (II) могут быть использованы в магнитно-резонансной томографии в качестве контрастных средств.

2. По данным фантомных исследований парамагнитные комплексные соединения на основе марганца (II) с ЭДТА или ДТПА обеспечивают сходное усиление интенсивности Tj-взвешенного изображения по сравнению с широко применямыми в МРТ контрастными препаратами на основе гадолиния, а при концентрациях выше 0,2 ммоль/л превосходят таковые более чем на 5 % в водной среде.

3. Парамагнитное комплексное соединение железа (III) с ЭДТА на. малых концентрациях (до 0,2 ммоль/л) обладает меньшим контрастирующим эффектом, чем марганец (II) с ЭДТА и ДТПА; на больших концентрациях (выше 0,4 ммоль/л) наблюдается обратная картина с преимуществом в 1,5-2 раза по сравнению с Мп11-ЭДТА.

4. В фантомном эксперименте с хлоридом марганца (П) максимальный сигнал взвешенного изображения фантомов наблюдался при концентрации 1 ммоль/л.

5. Соединение хлорида марганца (II) может быть использовано для проведения перфузионной МРТ миокарда в эксперименте.

6. Степень усиления интенсивности Т1-взвешенного изображения увеличивается с понижением времени повторения (TR), поэтому для получения максимального усиления необходимо использовать TR в диапазоне от 400 до 600 мс.

Практические рекомендации

1. Целесообразно исследование предложенных парамагнитных хелатов марганца (II) - а также хлорида марганца (II) в соответствии с требованиями Фармакологического комитета РФ с последующим проведением клинических испытаний.

2. При проведении контрастированного магнитно-резонансного исследования с препаратами на основе марганца (II) - Мпп-ЭДТА и

целесообразно использовать Т1-взвешенный протокол с временами повторения (TR) в диапазоне от 400 до 600 мс с целью получения максимального отношения «контрастированное исследование/исходное исследование» и высокого качества изображения МРТ.

3. обладает относительно лучшими визуализационными свойствами при низких концентрациях накопления в ткани - до 2 ммоль/л, тогда как при высоких преимуществом обладает ЭДТА.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

1. Оценка возможностей использования парамагнитного комплекса Мп(11)-ЭДТА для контрастирования при магнитно-резонансной томографии. //Медицинская визуализация. - 2002. №4. - С.36-40. (Соавт. Усов В.Ю., Белянин М.Л., Филимонов В.Д.)

2. Экспериментальное исследование комплекса Мп(11)-ЭДТА в качестве парамагнитного контрастного вещества для магнитно-резонансной томографии. //Материалы региональной конференции (29-30 июня 2002 г.) "Достижения современной лучевой диагностики в клинической практике" /Под ред. В.Д.Завадовской, О.Ю.Килиной, Л.С.Екимовой, М.А.Зоркольцева, С.С.Екимова - Томск: СГМУ, 2002. - С.3-4. (Соавт. Усов В.Ю., Белянин М.Л., Филимонов В.Д.)

3. Динамическая МРТ в диагностике и оценке нарушений микроциркуляции при сердечно-сосудистых и неврологических заболеваниях. // там же С.207-211. (Соавт. Величко О.Б., Усов В.Ю., Лукьяненок П.И., Григорьев В.П.)

4. Экспериментальное исследование возможности контрастирования изображения в МРТ комплексными соединениями металлов Fe(III) и Mn(II). //Материалы 4-го Российского научного форума РАДИОЛОГИЯ 2003 - М., «Авиаиздат», 2003. - С37-38. (Соавт. Усов В.Ю., Белянин МЛ., Филимонов В.Д.)

5. Фармакокинетические и визуализационные характеристики парамагнитных соединений ЭДГА с Мп(П) и Fe(III) при исследованиях на низкопольном МР-томографе в эксперименте. //Перспективные методы томографической диагностики. Разработка и клиническое применение. Труды Международной конференции, г.Томск, 26-27 июня 2003 г. - Томск: STT, 2003. - С.41-44. (Соавт. Усов В.Ю., Белянин М.Л., Филимонов В.Д.)

6. Динамическая контрастированная МРТ на низкопольном МР-томографе в диагностике первичных и рецидивных опухолей головного мозга. // там же С.95-97. (Соавт. Величко О.Б., Григорьев В.П., Лукьяненок П.И., Шикунов А.А., Усов В.Ю.)

7. Состояние эндотелиальной проницаемости опухолей мозга по данным динамической МРТ с контрастированием Gd-ДТПА //VI международный симпозиум СОВРЕМЕННЫЕ МИНИМАЛЬНО-ИНВАЗИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ (нейрохирургия, вертебрология, неврология, нейрофизиология). Санкт-Перебург, 19-21 мая 2001 года. Материалы симпозиума. СПб.: Издательство «МГВ», 2001 - С.274-277. (Соавт. Усов В.Ю., Величко О.Б., Шикунов А.А., Григорьев В.П., Боклаг О.Н.)

8. Первый опыт магнитно-резонансной томографии с контрастированием отечественным парамагнитным комплексом Fe(II) -ФЕРРОТЕТРИНОМ при опухолях центральной нервной системы. // там же С.277-279. (Соавт. Усов В.Ю., Белянин М.Л., Рубцов С.А., Филимонов В.Д.)

9. Оценка комплекса Мп(П)-ЭДТА в качестве контрастного препарата для магнитно-резонансной томографии. //Невский радиологический форум «ИЗ БУДУЩЕГО В. НАСТОЯЩЕЕ» Санкт-Петербург, 9-12 апреля 2003 года. Материалы форума. СПб.: Издательство «МГВ», 2001 -С.274-277. (Соавт. Усов В.Ю., Белянин М.Л., Филимонов В.Д.)

Список сокращений HU-Hounsfield Unit

RSNA - Североамериканское радиологическое общество

АД - артериальное давление

ГЭБ - гемато-энцефалический барьер

ДТПА - диэтилентриаминпентаацетат

KB - контрастное вещество

КП - контрастный препарат

МРКС - магнитно-резонансное контрастное средство МРТ - магнитно-резонансная томография ПМКП - парамагнитный контрастный препарат РКТ - рентгеновская компьютерная томография РП - рентгеновская плотность

РСКТ - рентгеновская спиральная компьютерная томография ЧСС - частота сердечных сокращений ЭДТА - этилендиаминтетраацетат

04-14822

Подписано в печать: 10.08.2004 г. Бумага: офсетная Тираж: 120 экз. Заказ: № 606

Печать: трафаретная Формат: 60x84/16

Издательство ООО «Дельтаплан» 634064, г. Томск, ул. Пирогова, 10. Тел. (3822) 56-45-51, 20-47-80

Актуальность проблемы. Впервые широкое применение в магнитно-резонансной томографии (МРТ) препаратов с целью контрастирования патологических образований началось с середины 80-х годов, после появления первого коммерческого парамагнитного контрастного препарата (ГТМКП) - гадопентетата димеглюмина (Магневист, «Шеринг», Германия) в 1982 г. [патент US4639365]. Первое сообщение о применении этого ПМКП у добровольца-человека было сделано в ноябре 1983 г. на Конгрессе Североамериканского радиологического общества (RSNA). А уже с января 1984 г. стали появляться сообщения о ходе международной клинической программы, проводившейся одновременно в Лондонском Hammersmith hospital и Берлинском Free University под руководством профессоров Bydder G.M. и Steiner R.E., а также доктора Carr D.H.

Использование ПМКП в МРТ вызвано проблемой зачастую плохого разграничения здоровых тканей без усиления сигнала или плохой визуализации некоторых патологических процессов, таких как, например, небольших менингиом или мелких метастатических поражений без перифокального отека [Bydder G.M. et al., 1985; Claussen С., Laniado M., 1985; Mathur-de Vre R., Lemort M., 1995; Shellock F.G. et al., 1999]. Эта проблема может быть решена за счет повышения контрастности МР-изображения нормальной и патологической тканей при введении КП, что повышает чувствительность и специфичность МРТ [Imakita S., Yamada N., 1989, Itai Y., 1989; Mio A., Suzuki Т., Suzaki K., 1989; Sidman J.D., Carrasco V.N. et al. 1989; Erlemann R., Sciuk J. et al, 1990].

Развиваясь в последние годы весьма динамично, контрастные препараты для МРТ представляют собой достаточно обширное семейство. К ним относятся магневист (gadopentetate dimeglumine; «Berlex Laboratories», Wayne, NNJ и «Shering AG», Берлин, Германия), дотарем (gadoterate meglumine; «Laboratoire Guerbert, Aulnau-Sous-Bois», Франция), омнискан (gadodiamid; «Sanofi Winthrop», NY, «Nycomed», Осло, Норвегия) и проханс gadoteridol; «Bristol-Myers Squibb», США и «Вгассо», Италия) [Сергеев П.В., Свиридов Н.К., Шимановский H.JL, 1993], гадовист (gadobutrol; «Shering AG», Германия), который недавно принят к использованию в Германии и Швейцарии, мультиханс (gadobenate dimeglumine; «Вгассо», Milan, Italy) -внеклеточный контрастный препарат для исследования печени, оптимарк (gadoversetamide; «Mallinkrodt», St. Louis, Mo.) - доступен только в США [Bellin M.F., Vasile М., Morel-Precetti S., 2003]. В России Фармкомитетом МЗ РФ зарегистрированы и разрешены к широкому клиническому использованию два МРКС: магневист («Shering», Германия) и омнискан («Nicorned», Норвегия).

Практически важно отметить, что рыночная стоимость (цена) парамагнитных комплексных контрактных препаратов для МРТ на основе гадолиния достигает 100$ США. Учитывая, что средний ежемесячный доход на душу населения сравним со стоимостью препаратов с ДТПА, ясно, что использование контрастных препаратов в МРТ в рутинной практике затруднено в большей степени экономическими причинами.

С каждым годом растет объем показаний к применению метода вообще и с контрастированием в частности. Метод МРТ с контрастированием становится рутинным в скринирующей диагностике и при разнообразных сложных случаях при неясной картине заболевания.

Поэтому повышение экономической доступности препарата МРКС может сильно способствовать его широкому применению.

В ряду металлов обладающих парамагнитной активностью следующими после гадолиния идут ионы марганца (II) и железа (II) и (III) [Сергеев П.В., Свиридов Н.К., Шимановский H.JL, 1993]. Эти металлы обладают достаточно длительными временами спин-решетчатой релаксации, сравнимой с таковой у гадолиния (III) [Roels Н., Meiers G., Delos М. Et al., 1997]. Учитывая, что стоимость соединений марганца и железа с хлоридами, в оксидной форме и с комплексонами много меньше таковых для гадолиния рационально предложить использовать их в качестве контрастных препаратов в МРТ.

Цель работы — изучить в эксперименте возможность использования парамагнитных комплексных соединений на основе ионов Мп11 и Fem с ЭДТА для контрастирования при магнитно-резонансных томографических исследованиях.

Для реализации цели исследования решались следующие задачи:

1. Изучить зависимость интенсивности ^-взвешенного МРТ изображения фантомов, содержащих соединения на основе хелатов и хлоридов Мп11 и хелатов Fem, от их концентрации в водной среде.

2. Доказать возможность контрастирования хелатными и хлоридным соединениями марганца (II) и хелатами железа (III) в эксперименте на животных в Т]-взвешенном режиме МРТ.

3. Разработать оптимальную методику контрастирования парамагнитными контрастными препаратами на основе Мп11 и Fe111 при магнитно-резонансной томографии.

Положения, выносимые на защиту:

1. Комплексы Мп и Fe111 с ЭДТА и ДТПА могут быть использованы в качестве неспецифических внеклеточных парамагнитных контрастных препаратов для МРТ.

2. Соединение МпС12 может быть использовано в качестве специфического внутриклеточного контрастного препарата для перфузионной магнитно-резонансной томографии в Tj-взвешенном режиме.

3. Степень усиления интенсивности изображения фантомов в Тг взвешенном режиме при использовании соединений на основе Мп11 и Fe111 в комплексе с ЭДТА и ДТПА сравнима со степенью усиления при использовании официнальных МРКС на основе Gd111 в комплексе с

• ДТПА (магневист, «Шеринг», Германия).

4. Степень усиления интенсивности изображения фантомов в Тг взвешенном режиме при использовании соединения МпСЬ достаточна для получения контрастированной перфузионной МРТ.

5. Наибольшая степень усиления Трвзвешенного изображения при использовании в качестве парамагнитного МРКС соединений марганца достигается при установке относительно коротких времен повторения: TR=400-600 мс.

Научная новизна. Впервые практически доказана возможность использования соединений марганца и железа с ЭДТА и ДТПА в качестве неспецифических внеклеточных парамагнитных контрастных препаратов для магнитно-резонансной томографии.

Впервые экспериментально показана возможность проведения перфузионной МРТ на низкопольном MP-томографе со специфическим внутриклеточным контрастным препаратом на основе МпСЬ.

Впервые разработаны оптимальные методики визуализации в МРТ с использованием в качестве контрастирующего агента парамагнитных комплексов на основе Мп и Fe111 с ЭДТА.

Практическая значимость. Соединения марганца и железа с ЭДТА и ДТПА могут быть использованы в производстве новых широкодоступных контрастных препаратов для МРТ, сравнимых по своим характеристикам с существующими МРКС на основе Gd-ДТПА.

Соединение МпСЬ может быть использовано в производстве внутриклеточных контрастных препаратов для проведения перфузионной МРТ.

Апробация работы. Основные результаты диссертации были обсуждены на международной конференции «Современные минимально-инвазивные технологии» (Санкт-Петербург, 2001); региональной конференции

Достижения современной лучевой диагностики в клинической практике» (Томск, 2002); IV международном конгрессе молодых ученых «Науки о человеке» (Томск, 2003); «Невском радиологическом форуме» (Санкт-Петербург, 2003); IV Российском научном форуме «РАДИОЛОГИЯ - 2003» (Москва, 2003); международной конференции в честь открытия лаборатории рентгеновской компьютерной томографии НИИ кардиологии ТНЦ СО РАМН «Перспективные методы томографической диагностики. Разработка и клиническое применение» (Томск, 2003); XI Российском национальном конгрессе «Человек и лекарство» (Москва, 2004), экспертный совет НИИ кардиологии ТНЦ СО РАМН (Томск, май 2004).

Основные результаты диссертации опубликованы в 12 печатных работах и составляют суть патента «Способ контрастированной магнитно-резонансной контрастированной томографической диагностики» (приоритетная справка № 036850 от 25.11.2003 г.).

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 98 страницах машинописного текста. Состоит из введения, обзора литературы, главы «Материалы и методы», результатов и обсуждения, заключения, выводов и списка литературы. Диссертация иллюстрирована 19 рисунками и 4 таблицами. Список литературы содержит 108 источников, из них 24 отечественных, 83 иностранных и 1 ссылка из Интернет.

ВЫВОДЫ

1. Комплексные парамагнитные соединения марганца (И) и железа (III) с ЭДТА или ДТПА и соединение хлорида марганца (II) могут быть использованы в магнитно-резонансной томографии в качестве контрастных средств.

2. По данным фантомных исследований парамагнитные комплексные соединения на основе марганца (II) с ЭДТА или ДТПА обеспечивают сходное усиление интенсивности Tj-взвешенного изображения по сравнению с широко применямыми в МРТ контрастными препаратами на основе гадолиния, а при концентрациях выше 0}2 ммоль/л превосходят таковые более чем на 5 % в водной среде.

3. Парамагнитное комплексное соединение железа (III) с ЭДТА на малых концентрациях (до 6,2 ммоль/л) обладает меньшим контрастирующим эффектом, чем марганец (II) с ЭДТА и ДТПА; на больших концентрациях (выше 0,4 ммоль/л) наблюдается обратная, картина с преимуществом Реш-ЭДТА в 1,5-2 раза по сравнению с Мп"-ЭДТА.

• 4. В фантомном эксперименте с хлоридом марганца (II) максимальный сигнал Т]-взвешенного изображения фантомов наблюдался при концентрации 1 ммоль/л.

5. Соединение хлорида марганца (II) может быть использовано для проведения перфузионной МРТ миокарда в эксперименте.

6. Степень усиления интенсивности Т1-взвешенного изображения увеличивается с понижением времени повторения (TR), поэтому для получения максимального усиления необходимо использовать TR в диапазоне от 400 до 600 мс.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Целесообразно исследование предложенных парамагнитных хелатов марганца (II) - Мпп-ЭДТА и Мпп-ДТПА, а также хлорида марганца (II) в соответствии с требованиями Фармакологического комитета РФ с последующим проведением клинических испытаний.

2. При проведении контрастированного магнитно-резонансного исследования с препаратами на основе марганца (II) - Мпп-ЭДТА и Мпп-ДТПА, целесообразно использовать Т1-взвешенный протокол с временами повторения (TR) в диапазоне от 400 до 600 мс с целью получения максимального отношения «контрастированное исследование/исходное исследование» и высокого качества изображения МРТ.

3. Мпп-ДТПА обладает относительно лучшими визуализационными свойствами при низких концентрациях накопления в ткани - до 2 ммоль/л, тогда как при высоких преимуществом обладает Fe111-ЭДТА.