Desenvolvimento de novos compostos de coordenação

a base de Tc(I) para aplicações radiofarmacêuticas em

exames de diagnóstico por imagem.

Aluno: GUILHERME CAMELIER ALMEIDA

Nível: Doutorado

DRE: 110192923 Proposta de Projeto para o Exame Geral de Conhecimentos

Universidade Federal do Rio de Janeiro Instituto de Química

Programa de Pós-Graduação em Química

I) Introdução

As técnicas não invasivas de diagnóstico por imagem constituem-se em uma das áreas mais

importantes da medicina diagnóstica. Somente nos Estados Unidos são feitos anualmente mais de

dez mil procedimentos baseados em medicina nuclear, dos quais 85% envolvem procedimentos

de imagem que utilizam radiofármacos a base de tecnécio (Tc). Suas propriedades nucleares

únicas, bem como a praticidade dos radiofármacos poderem ser preparados no local de uso, por

meio de uma simples reação de complexação entre um agente complexante (fármaco) e o

tecnécio-99m[1-2] fazem deste elemento sintético, uma matéria prima de alto valor para o

desenvolvimento da medicina nuclear. O tecnécio é produzido a partir do decaimento do Mo99

produzido nos reatores de fissão nuclear conforme o esquema mostrado na Figura 1:

Figura 1: Decaimento radioativo do Mo99

[3]

O Tc99m sofre decaimento ϒ de primeira ordem para Tc99, com meia vida de apenas seis

horas. Os raios gama emitidos neste decaimento estão numa faixa de energia que não é

facilmente absorvida pelos tecidos vivos, o que evita danos às células humanas, mas é ótima

para detecção via cintilação[4]. Isto faz do Tc99m o isótopo radioativo ideal para a formação de

imagens dos tecidos e órgãos internos. Outra grande vantagem do uso do Tc99m é o seu tempo

de meia vida reduzido, o que minimiza o tempo de exposição do paciente a radioatividade que

neste caso torna-se equivalente a exposição de um simples exame de raios-X.

Para se sintetizar compostos de Tc99m para o uso em exames de imagem, é necessário que

os hospitais e clínicas, onde são feitos tais procedimentos possuam um gerador de Tc99m. Este

gerador, mostrado na Figura 2, consiste basicamente de uma coluna cromatográfica recoberta

com alumina (fase estacionária), onde o Mo99 na forma aniônica de molibdato (Mo99O4)-2,

produzido em um reator nuclear, é carregado no topo da coluna. Quando se necessita de

Tc99m para um exame de imagem, faz-se uma eluição na coluna com uma solução salina de

NaCl, conseguindo-se assim uma separação eficiente das frações de [Tc99mO4]- e [Tc99O4]

- da

fração de [Mo99O4]-2 que ainda não decaiu, isto é possível porque os ânions molibdato

duplamente carregados possuem uma mobilidade mais lenta na coluna que os ânions

monecarregados de pertecnetato [TcO4]-. As frações de [Tc99mO4]

- e [Tc99O4]- são coletadas

em frascos estéreis, contendo um agente redutor, normalmente SnCl2 ou BH4-, e os agentes

complexantes, a solução resultante é então levemente aquecida para garantir a completa

redução e coordenação do tecnécio e, após o resfriamento e adição da solução tampão, o

radiofármaco está pronto para ser administrado no paciente, servindo como contraste em

exames de diagnóstico por imagem. Quando a maior parte do Mo99 encontra-se decaído, o

gerador deve retornar a instalação nuclear de origem para ser recarregado com (Mo99O4)-2.

Comunmente, os hospitais e clínicas que dispõem do gerador de Tc99m realizam este

procedimento de recarga semanalmente [4].

Figura 2: Gerador de Tc99m

para uso comercial.

Os radiofármacos utilizados em diagnóstico são classificados em radiofármacos de perfusão

e radiofármacos específicos. Os radiofármacos de perfusão são transportados no sangue e

atingem o órgão alvo na proporção do fluxo sanguíneo, não possuindo locais específicos de

ligação, são distribuídos de acordo com tamanho, carga, hidrofilicidade e lipofilicidade do

composto. Os radiofármacos específicos são direcionados por moléculas ativas biologicamente,

como por exemplo, anticorpos e peptídeos que se ligam a receptores celulares ou são

transportados para o interior de determinadas células[5]. Para um radiofármaco ser realmente

efetivo em um exame de diagnóstico por imagem, sua formulação deve obedecer aos seguintes

critérios[3].

(I) Deve ter baixo teor de radioatividade e de toxicidade química.

(II) Deve ser de fácil preparação em um ambiente clínico a partir de um radionuclídeo

fornecido com pureza adequada.

(III) O tempo de preparação deve ser aceitável com relação ao tempo de meia vida do

radionuclídeo.

(IV) Deve ser suficientemente estável para alcançar o tecido alvo intacto.

(V) Deve apresentar seletividade pelo tecido alvo.

(VI) Deve permanecer por tempo suficiente no tecido alvo para a conclusão do exame de

imagem, não apresentando redistribuição significativa pelo organismo durante este

tempo.

(VII) Os produtos do decaimento e os mecanismos de excreção e degradação do

radiofármaco não devem apresentar riscos à saúde do paciente.

Uma abordagem que vêm sendo utilizada com algum sucesso por alguns grupos de pesquisa

em química de coordenação, visando atender aos requisitos acima descritos, é sintetizar o

complexo precursor fac-[Tc(CO)3(H2O)3]+, este complexo de geometria octaédrica, obtido a partir

da redução do [TcO4]- por borohidreto de sódio (BH4

-) em meio aquoso e atmosfera de monóxido

de carbono, torna o tecnécio em estado de oxidação (+1) estável no meio aquoso, fazendo dele

um precursor extremamente versátil na síntese de complexos a base de Tc(+1). A estabilização

do Tecnécio em baixos estados de oxidação é importante para a sua aplicação biológica, pois os

baixos estados de oxidação conseguem formar complexos mais estáveis com grupamentos

ligantes à base de átomos macios como enxofre, fósforo e nitrogênio amplamente presentes nas

moléculas biológicas que compõem os organismos vivos.

Devido a sua elevada labilidade, os ligantes H2O no fac-[Tc(CO)3(H2O)3]+ podem ser facilmente

trocados em solução por ligantes macrocíclicos a base de nitrogênio ou ainda ligantes cíclicos ou

alifáticos, a base de fósforo e/ou enxofre [3-6]. Estudos preliminares in vitro, indicam que os

ligantes mais indicados para coordenar com o caroço fac-[Tc(CO)3]+, com respeito as potenciais

aplicações radiofarmacêuticas, devem conter ao menos um ou mais grupamentos funcionais

amina (NH2) em combinação com um ou mais grupamento funcional carboxila (COOH)[7]. A

natureza das cadeias destes ligantes tem papel primordial na biodistribuição do radiofármaco ao

longo dos tecidos e órgãos internos do organismo, um ligante iônico e hidrofílico, favorece a

manutenção do radiofármaco na corrente sanguínea e sua absorção pelos rins. Um ligante

lipofílico (hidrofóbico) favorece a absorção do radiofármaco pelo fígado, vesícula biliar e intestinos.

Um ligante neutro de baixo peso molecular e com caráter hidrofílico e lipofílico equilibrado pode

favorecer a absorção do radiofármaco pelo cérebro [3].

II) Objetivos e metas a serem alcançadas

O presente projeto tem como objetivos principais a síntese e caracterização de novos

complexos à base de Tc+1, tendo como ponto de partida o complexo precursor fac-

[Tc(CO)3(H2O)3]+, visando o desenvolvimento de novos radiofármacos de perfusão com

especificidade para a formação de imagens do tecido hepático e do tecido renal. Na tentativa de

maximizar a especificidade dos compostos propostos para cada um dos tecidos, serão conduzidos

ensaios físico-químicos de lipofilicidade e de estabilidade em condições fisiológicas, utilizando-se

de metodologias descritas na literatura[8-15]. Os resultados obtidos serão comparados com os

principais radiofármacos disponíveis comercialmente para a formação de imagem de cada um

destes órgãos.

III ) Justificativa

Os radiofármacos a base de Tc99m para exames de imagem do tecido hepático e do tecido renal

disponíveis no mercado atualmente, são feitos respectivamente com tecnécio em estado de

oxidação (+3), [Tc(III)], e estado de oxidação (+5), [(TcO+3)] e [(TcN+2)]. Do ponto de vista químico,

o tecnécio em estado de oxidação (+1), [Tc(CO)3]+, tem potencial para conferir maior estabilidade

aos radiofármacos produzidos, o que pode contribuir significativamente para a melhora da

qualidade da imagem produzida.

IV) Metodologia a ser empregada

Primeiramente serão sintetizados derivados do ácido N-(2-nitrofenil)etilenodiamina-N’,N’-

diacético (o-NO2Ph-EDDA), Figura 3, com radicais hidrofílicos (nitro e amino) e radicais

hidrofóbicos (t-butil, benzil e isooctil). Estes novos derivados serão caracterizados por

espectroscopia vibracional na região do infravermelho resolvida por transformada de Fourier (IV-

TF), ressonância magnética nuclear (RMN), espectrometria de massas, análise elementar do tipo

CHN e pela determinação do ponto de fusão.

NHN

O

OH

O OH

NO2

Figura 3: Estrutura Química do ligante o-NO2Ph-EDDA

Os derivados do ligante o-NO2Ph-EDDA sintetizados e corretamente caracterizados, serão

complexados com Tc(I), através de uma reação de troca com o complexo fac-[Tc(CO)3(H2O)2Cl],

esquematizada na Figura 4[6,7]. Os complexos resultantes (Radiofármacos) serão caracterizados

por, IV-TF, análise elementar do tipo CHN, determinação ponto de fusão e RMN.

NHN

O

OH

O OH

NO2

R1

R2

R3

R4

+ Tc

CO

CO

H2O

OC

Cl

OH2

2) Et3N (3M) , MeOH, 4h

Tc

OC

OC

OC

N

O

O

O

ONH

NO2

R1

R2

R3

R4

HNEt3

1) HCl (1M)

+

-

Figura 4: Reação de troca entre os derivados do ligante o-NO2Ph-EDDA com o complexo fac-

[Tc(CO)3(H2O)2Cl].

Em uma segunda etapa do projeto, serão realizados os estudos de lipofilicidade e

estabilidade (in-vitro) dos complexos obtidos. A lipofilicidade dos complexos obtidos será estimada

através do cálculo dos parâmetros de retenção (Rm) e das constantes de Hansch (π) (Equações 1

e 2), que podem ser obtidas com o auxílio da técnica de cromatografia em camada delgada (CCD)

com fase reversa[9], também conhecida como (RP TLC)[16]. Para fins de comparação, também

serão obtidos os parâmetros de retenção para os principais radiofármacos para a formação de

imagens do tecido renal e do tecido hepático disponíveis comercialmente.

Rm = log(1/Rf -1)

Equação 1: cálculo do parâmetro de retenção (Rm), onde (Rf) é o índice de retenção na fase estacionária

do composto.

πx = Rmx - RmH

Equação 2: Cálculo da constante de Hansch, onde Rmx é o parâmetro de retenção do ligante com um ou

mais substituintes e RmH é o parâmetro de retenção do ligante padrão, sem os substituintes.

Os estudos in vitro de estabilidade em meio biológico serão realizados em duas etapas:

1a etapa (Estabilidade às condições de pH e isotonicidade): Os complexos obtidos serão

dissolvidos em uma solução EtOH/Salina (NaCl) (9:1) e diluídos a um volume equivalente de

tampão fosfato (0,1M, pH= 7.4) acrescido de uma solução aquosa 25% de propilenoglicol.

2ª etapa (Estabilidade de perfusão): 100μL de uma solução 0,9% NaCl, 12% propileno glicol de

cada complexo obtido será incubada em um amostra de plasma sanguíneo de roedores à 370C

por 24h. O objetivo principal deste ensaio será verificar eventuais perdas de estabilidade dos

complexos obtidos por transquelação frente aos componentes do plasma sanguíneo.

Em ambas as etapas, alíquotas das soluções resultantes serão analisadas por cromatografia

líquida de alta eficiência (HPLC) em um intervalo de tempo pré-estabelecido.

Referências Bibliográficas:

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Impacto de elétrons e fótons em moléculas orgânicas

Nitrogenadas e Oxigenadas condensadas e em fase gasosa:

Relevância para a Astroquímica.

Aluno: GUILHERME CAMELIER ALMEIDA

DRE: 110192923

Projeto de pesquisa de tese de doutorado

Orientadoras:

Profa. MARIA LUIZA ROCCO DUARTE PEREIRA (DSc.)

Profa. CÁSSIA CURAN TURCI (DSc.)

A busca por moléculas pré-bióticas no meio interestelar é um dos maiores desafios da

astroquímica, da astrobiologia e do estudo da origem da vida. Em diversos objetos astrofísicos,

como cometas e nebulosas, já foram encontradas moléculas precursoras da vida como amônia

(NH3), acetonitrila (CH3CN), ácido fórmico (HCOOH), ácido acético (CH3COOH), metanol (CH3OH)

e etanol (CH3CH2OH). Compostos orgânicos nitrogenados e oxigenados são abundantes no meio

interestelar, podendo ser encontrados tanto em fase gasosa como em fase sólida. No entanto, a

razão por trás desta abundância relativa ainda não é completamente esclarecida.

O presente projeto tem como objetivo simular em laboratório as condições do meio

interestelar, visando estudar os processos de dissociação molecular e de fragmentação iônica,

quando submetemos moléculas precursoras da vida ao impacto de elétrons, fótons e íons. O

presente projeto dará continuidade aos estudos de dessorção iônica induzida pela interação de

elétrons e fótons das regiões do ultravioleta de vácuo (UVV) e de raios-X moles com superfícies

sólidas, iniciados no Laboratório de Química de Superfícies (LAQUIS), do Instituto de Química da

UFRJ e no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), em Campinas-SP, com a implantação

das técnicas de ESD (“Electron Stimulated Desorption”) e PSD (“Photon Stimulated Desorption”).

O conhecimento destes processos é de importância fundamental para a compreensão da química

do meio interestelar, uma vez que a fragmentação e a dissociação de moléculas orgânicas em

regiões de formação estelar, em cometas e em outros ambientes astrofísicos podem levar à

formação de moléculas cada vez mais complexas.