Entwicklung und Evaluierung neuer Methoden zur Radiomarkierung peptidischer Tracer mit <sup>18</sup>F und <sup>99m</sup>Tc für die nuklearmedizinische Diagnostik

Bruus-Jensen, Kjerstin

Kjerstin Bruus-Jensen

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Original title:: Entwicklung und Evaluierung neuer Methoden zur Radiomarkierung peptidischer Tracer mit ¹⁸F und ^99mTc für die nuklearmedizinische Diagnostik
Translated title:: Development and evaluation of new methods for radiolabeling of peptide tracers with ¹⁸F and ^99mTc for nuclear medicinal diagnosis
Author:: Bruus-Jensen, Kjerstin
Year:: 2006
Document type:: Dissertation
Faculty/School:: Fakultät für Chemie
Advisor:: Wester, Hans-Jürgen P. (Prof. Dr.)
Referee:: Wester, Hans-Jürgen P. (Prof. Dr.); Senekowitsch-Schmidtke, Reingard (Prof. Dr.)
Format:: Text
Language:: de
Subject group:: CHE Chemie; MED Medizin; NUC Kerntechnik, Kernenergie
Keywords:: Radiomarkierung; Fluor-18; Technetium-99m; Peptid; Tumordiagnose; Octreotid; Somatostatin
Translated keywords:: radiolabeling; Fluor-18; Technetium-99m; peptide; tumor diagnosis; octreotide; somatostatin
Controlled terms:: Peptide; Tracer; Fluor-18; Markierung ; Technetium-19
TUM classification:: NUC 922d; MED 540d; CHE 400d
Abstract:: Für die Untersuchung der Radiofluorierung von Peptiden durch chemoselektive Hydrazonbildung mit 4-[¹⁸F]Fluorbenzaldehyd ([¹⁸F]FB-CHO) wurden HYNIC-funktionalisierte Somatostatinrezeptorliganden, HYNIC-TOCA und HYNIC-TOCam, sowie HYNIC-Substance P synthetisiert. Die Evaluierungen zeigten, dass die ¹⁸F-Markierung der ungeschützten, HYNIC-funktionalisierten Peptide mittels Hydrazonbildung schnell (< 15 min) und chemoselektiv ist und nach Optimierung Ausbeuten von 89 % nach 15 min bei 70 °C ermöglicht. Die Hydrazonbildung ist vorteilhafterweise in wässrigem, gepuffertem Medium im milden pH-Bereich zwischen 4 und 5 zu nutzen. In Stabilitätsstudien wurde für [¹⁸F]FB-CH=N-HYNIC-TOCA bzw. [¹⁸F]FB CH=N-HYNIC-TOCam keine Zersetzung in neutralen Puffern, in Serum oder in vivo (Blut) beobachtet. Bei pH < 5.5 zeigte sich eine Spaltung der ¹⁸F-Hydrazone in 4-[¹⁸F]Fluorbenzaldehyd und HYNIC-Peptid. Diese Instabilität könnte nach Internalisierung der Radiopeptide in Tumorzellen eine intrazelluläre Retention nach Spaltung unter den sauren, endosomalen Bedingungen (pH 4 – 5) bewirken. Insgesamt stellt die ¹⁸F-Markierung von Peptiden mittels Hydrazonbildung eine effiziente, chemoselektive zwei-Stufen-Radiofluorierungsmethode dar und erlaubt den Einsatz ungeschützter Markierungsvorläufer. Ferner konnte gezeigt werden, dass sich die mit HYNIC-funktionalisierten Peptide als Vorläufer sowohl für die ¹⁸F- als auch die ^99mTc-Markierung einsetzen lassen.
Ziel des zweiten Teils dieser Arbeit war die Evaluierung der Radiomarkierung von sst-Liganden sowie glykosylierten sst-Liganden mittels der ^99mTc(CO)₃-Methode. Ziel war außerdem die Optimierung des in vivo-Verhaltens der glykosylierten ^99mTc-Tracer. Für diese Zwecke wurden His^τ-TOC und His^τ-TOCA sowie Gluc-Lys⁰(His)TOC, Gluc-Lys⁰(His)TOCA und Gluc-Lys⁰(Pic)TOCA synthetisiert und evaluiert. Die mit dem neuen tridentaten Chelator (His(N^τ-CM)-OH) funktionalisierten Peptide, His^τ-TOC und His^τ-TOCA, zeigten ähnliche Markierungsausbeuten in Abhängigkeit von der Vorläuferkonzentration (z.B. ~ 95 % Ausbeute bei 10^-4 M Peptidkonzentration, 30 min 75 °C) wie Gluc-Lys⁰(His)TOCA. Unter sonst identischen Bedingungen war die Ausbeute an Gluc-Lys⁰([^99mTc]Pic)TOCA deutlich niedriger (~ 67 %). Die Histidine erscheinen daher den 2-Picolylamindiessigsäurederivaten hinsichtlich Markierungseffizienz generell überlegen zu sein. Anschließend wurde die Biodistribution von Gluc-Lys⁰([^99mTc]His)TOC, Gluc-Lys⁰([^99mTc]His)TOCA und Gluc-Lys⁰([^99mTc]Pic)TOCA im Mausmodell untersucht. Gluc-Lys⁰([^99mTc]Pic)TOCA mit dem tridentaten Picolylamindiessigsäure-Chelator zeigte 120 min p.i. in allen Exkretionsorganen die niedrigste Aktivitätsanreicherung (0.8 - 7.1 % iD/g) im Tumor dagegen die höchste Aufnahme (19.2 ± 2.5 % iD/g). Tracer mit dem bidentaten Histidin-Chelator zeigten dagegen aufgrund der ungesättigten Koordinationssphäre des Technetiums eine verlängerte Retention im Blut und in den Exkretionsorganen. Diese Ergebnisse verdeutlichen die Notwendigkeit einer gesättigten Koordinationssphäre der ^99m-Tricarbonyl-Komplexe. Aufgrund der vielversprechenden Biodistributionsergebnisse wurde Gluc-Lys⁰([^99mTc]Pic)TOCA in ersten Gammakamerastudien an zwei Patienten bewertet. In beiden Fällen wurde ein niedriger Hintergrund und geringe Traceraufnahme in den Ausscheidungsorganen detektiert. Gluc-Lys⁰([^99mTc]Pic)TOCA wurde in den Tumoren stark angereichert und erlaubte eine klare Abgrenzung der Läsionen von umliegenden Gewebe. Aufgrund der schnellen Blutclearance, der schnellen renalen Ausscheidung und der schnellen Tumoraufnahme erscheint eine frühe Bildgebung bereits 15 min p.i. möglich. Das untersuchte Gesamtkonzept zur Herstellung ^99mTc-markierter Peptide, bestehend aus ^99mTc-Tricarbonyl-Markierungsmethodik, Glycosylierung und Verwendung tridentater Chelatoren lieferte mit Gluc-Lys⁰([^99mTc]Pic)TOCA einen vielversprechenden Tracer für die Somatostatinrezeptorszintigraphie.
Translated abstract:: To evaluate radiofluorination of peptides via hydrazone formation with 4-[¹⁸F]fluorbenzaldehyde, ([¹⁸F]FB-CHO) HYNIC-functionalized somatostatin receptor ligands, HYNIC-TOCA and HYNIC-TOCam, as well as HYNIC-Substance P were synthesized. We found that ¹⁸F-labeling of unprotected HYNIC-functionalized peptides via hydrazone formation is fast (< 15 min), chemoselectiv and affords yields of 89% after 15 min at 70 °C post-optimization. Another advantage of radiofluorination via hydrazone formation is that it can be performed in an aqueous, buffered solution at a mild pH of 4 to 5. Stability studies in neutral buffer, serum or in vivo (blood) have shown no degradation of [¹⁸F]FB-CH=N-HYNIC-TOCA or [¹⁸F]FB-CH=N-HYNIC-TOCam, respectively. At pH < 5.5, the cleavage of the ¹⁸F-hydrazone to form 4-[¹⁸F]fluorbenzaldehyde and HYNIC-peptide was observed. After internalization of the radiopeptides into tumor cells, this instability could lead to intracellular retention after hydrazone cleavage under acidic endosomal conditions (pH 4 – 5). In conclusion, chemoselective hydrazone formation between unprotected HYNIC-functionalized peptides and [¹⁸F]FB-CHO is a fast and straightforward two-step radiolabeling method leading to high yields under mild acidic conditions. In addition, it represents a powerful and versatile radiolabeling strategy. Further we showed, that ^99mTc-labeling using the same peptide precursors can be performed.
In the second part of this dissertation radiolabeling of sst-ligands as well as glycosylated sst-ligands using the ^99mTc(CO)₃-method was evaluated. Another aim of this work was the optimization of the in vivo behavior of glycosylated ^99mTc-tracers. For these purposes, His^τ-TOC and His^τ-TOCA as well as Gluc-Lys⁰(His)TOC, Gluc-Lys⁰(His)TOCA and Gluc-Lys⁰(Pic)TOCA were synthesized and evaluated. The peptides functionalized with the new tridentate chelator (His(N^τ-CM)-OH), His^τ-TOC and His^τ-TOCA, showed comparable labeling yields to Gluc-Lys⁰(His)TOCA depending on the precusor concentration (e. g. ~ 95 % yield at 10^-4 M peptide concentration, 30 min 75 °C). Under similar conditions, the labeling yield of Gluc-Lys⁰([^99mTc]Pic)TOCA was distinctly lower (~ 67 %). We observed that, with respect to labeling efficiency, histidine chelators generally seem to be superior to 2-picolylaminediacetic acid derivatives. Furthermore, the biodistribution of Gluc-Lys⁰([^99mTc]His)TOC, Gluc-Lys⁰([^99mTc]His)TOCA and Gluc-Lys⁰([^99mTc]Pic)TOCA was studied in tumor bearing mice. Gluc-Lys⁰([^99mTc]Pic)TOCA carrying the tridentate 2-picolylaminediacetic acid chelator showed the lowest activity accumulation in all excretion organs at 120 min p.i. (0.8 - 7.1 % iD/g) with the highest tumor uptake (19.2 ± 2.5 % iD/g). Due to the unsaturated coordination sphere of the metal atom, the tracers with the bidentate histidine chelator showed a longer retention in blood and the excretion organs. These results demonstrate the necessity of a saturated coordination sphere in the ^99mTc-tricarbonyl complexes. Due to these promising bioditribution results, Gluc-Lys⁰([^99mTc]Pic)TOCA was also evaluated in a first gamma-camera study with two patients. In both cases, low background as well as low tracer uptake in the excretion organs was detected. Gluc-Lys⁰([^99mTc]Pic)TOCA was highly accumulated in the tumors allowing clear delineation of the lesions from the surrounding tissue. Due to fast blood clearance, fast renal excretion and fast tumor uptake, imaging as early as 15 min p.i. seems to be possible. These strategies using ^99mTc-tricarbonyl labeling strategy, glycosylation and tridentate chelators to produce ^99mTc-labeled peptides provided with Gluc-Lys⁰([^99mTc]Pic)TOCA a promising tracer for sst-scintigraphy.
Publication :: Universitätsbibliothek der Technischen Universität München
WWW:: https://mediatum.ub.tum.de/?id=601461
Date of submission:: 18.01.2006
Oral examination:: 20.02.2006
File size:: 3776281 bytes
Pages:: 166
Urn (citeable URL):: https://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:91-diss20060406-1405204195
Last change:: 18.06.2007
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