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Authors: Wolf, Boris
Title: Die 18 F-Fluorierung verschiedener Aminosäuren als Tracer für die Tumor-Diagnostik mittels Positronen-Emissions-Tomographie
Online publishing date: 16-Aug-2005
Language : german
Abstract: Die Zielsetzung dieser Arbeit war die Synthese und Markierung, sowie die in vitro- und in vivo-Evaluierung zweier markierter Aminosäure. Es wurden die PET-Tumor-Tracer C1-(2-[18F]Fluoreth- ylamino)-asparagin und S-2-Amino-4-[18F]fluor-butansäure synthetisiert. Die Markierung zum C1-(2-[18F]Fluorethylamino)-asparagin wurde mit 2-[18F]Fluorethylamin als Precursor durchgeführt. Ausgehend von N,N-Dibenzyl-(2-bromethyl)-amin wurde zunächst N,N-Dibenzyl-(2-[18F]fluorethyl)-amin in einer nukleophilen Substiution mit [18F]Fluorid in Acetonitril bei 80 °C mit einer Reaktionsdauer von 5 min dargestellt. Zur Abtrennung überschüssigen [18F]Fluorids wurde das Roh-Produkt auf einer Sep-Pak Plus Kartusche ( C18) fixiert und mit Acetonitril eluiert. Die Abspaltung der Benzyl-Schutzgruppen erfolgte durch die Zugabe von Pd/C zu dem eluierten N,N-Dibenzyl-(2-[18F]fluorethyl)-amin und Behandelung der Lösung im leichten Wasserstoffstrom. Im finalen Aufreinigungsschritt wird der Katalysator Pd/C mittels eines Membranfilters abgetrennt. Das 2-[18F]Fluorethylamin wird im Sauren in das Amino-Salz überführt und im Vakuum vom Lösungsmittel befreit. Die Markierung zum C1-(2-[18F]Fluorethylamino)-asparagin wurde in DMF durchgeführt. Die höchsten Ausbeuten werden nach 4 min bei 60 °C erhalten. Die Abspaltung der Schutzgruppe erfolgt durch Trifluoressigsäure bei Raumtemperatur in 8 min. Die Aufreinigung des C1-(2-[18F]Fluorethylamino)-asparagin mittels HPLC und Festphasenextraktion liegt das Produkt in einer isotonischne isotonischen Kochsalzlösung vor. Die in vitro-Versuche wurden mit C1-(2-[18F]Fluorethylamino)-asparagin an 5 verschiedenen Zelllinen durchgeführt, 3 Plattenepitele und 2 Melanome. Hierbei konnte eine erhöhte Akkumulation von C1 -(2-[18F]Fluorethylamino)-asparagin beobachtet werden, die innerhalb von 20 min einen konstanten Wert erreicht. Ein Blockade-Experiment zeigte, dass sich die Aufnahme von C1 -(2-[18F]Fluorethylamino)-asparagin durch gesättinge Asparagin-Lösung bei den Plattenepitelen gar nicht und bei den Melanomen nur leicht vermindern ließ. Da die Aufnahme von C1-(2-[18F]Fluorethylamino)-asparagin in die Zellen höher war als bei FDG bei dem gleichen Versuchsaufbau, wurden in vivo-Versuche angesetzt. Die in vivo-Versuche an Sprague Dawley Ratten mit C1-(2-[18 F]Fluorethylamino)-asparagin zeigten keine messbare Anreicherung von C1-(2-[18F]Fluorethylamino)-asparagin in Tumoren. Fast die komplette Aktivität wurde in der Niere und Blase wiedergefunden. Die Synthese von S-2-Amino-4-[18F]fluor-butansäure wurde über stereodirigierende Auxilliare realisiert. Dazu wurden die geeignetsten Auxillare ausgewählt und auf ihre Eignung verglichen. Der Vergleich der stereodirigierenden Auxilare zeigte, dass das ( 1R,2R,5R)-2-Hydroxy-2,6,6-trimethyl- bicyclo[3.1.1]hept-3-ylidenamino)-essigsäure tert.-butylester (Laue-Auxillar) am geeignetesten ist. Die 18F-Markierung von S-2-Amino-4-[18F]fluor-butansäure wurde so optimiert, dass eine möglichst hohe stereochemische Reinheit des Produktes erzielt wird. Die optische Reinheit von S-2-Amino-4-[18 F]fluor-butansäure wurde mit > 93 % ee berechnet. Die Synthese des Markierungsvorläufers wurde ausgehend vom Laue-Auxilliar aufgebaut. Als Abgangsgruppe hat sich die Tosylgruppe besonders bewährt. Sie lässt sich unter besonders schonenden Bedingungen in den säurelabilen (1R,2R,5R)-4-Hydroxy-2-(2-hydroxy-2,6,6-trimethyl-bi- cyclo[3.1.1]hept-3-ylidenamino) butansäure tert.-butylester einführen. Bei der 18F-Markierung von S-2-Amino-4-[18F]fluor-butansäure mittels n.c.a. [18F]Fluorid hat sich die Wahl des Basensystems als besonders wichtig erwiesen. Die maximale Ausbeuten von 55% wurde mit Oxalat als Basensystem in Acetonitril bei 80 °C und einer Reaktionszeit von 15 min nerzielen. Die Abspaltung der Schutzgruppen und die Abtrennung des Produktes wird in mehreren Schritten durchgeführt einschließlich einer HPLC-Abtrennung. Es wird nach 150 min Synthesedauer das gereinigte S-2-Amino-4-[18F]fluor-butansäure in isotonischer Kochsalzlösung mit einer Ausbeute von > 10 % RCA erhalten. Bei in vivo-Versuchen an Sprague Dawley Ratten reicherte sich der Hauptteil der Aktivität in der Niere an und nur weniger als ein halbes Prozent der applizierten Aktivität fand sich in den Tumoren wieder. Nach 10 min wurde ein maximaler Wert erreicht, der sich bis zum Ende der Messung nicht verändert. Das Verhältnis von Tumoraktivität zu unspezifisch-gebundener Aktivität betrug 2,2. Damit liegt das Verhältnis im Bereich der meisten klinisch eingesetzten PET-Tumor-Tracer wie dem des O-(2-[18F]Fluorethyl)-L-tyrosin mit 1,5.
Two new PET-tumor-tracers, 2-amino-N1 -(2-[18F]fluoro-ethyl)-succinamid and 2-amino-4-[18F]- fluorobutanoic acid, were developed, the synthesis was optimized and in in vitro- and in vivo-tests were carried out. The labelling of 2-amino-N1 -(2-[18F]fluoro-ethyl)-succinamide is realized with the precursor 2-[18F]fluoroethylamine. 2-[18]fluoroethylamine was synthesised from N-dibenzyl-(2-bromoethyl)- amine with n.c.a. 18F-fluorid in acetonitril by 80 °C in 5 min. The benzylgroups of N,N-dibenzyl-2-[18F]fluoroethylamine were removed by hydrogenation. For the removal of acetonitril 2-[18F]fluoro-ethylamine (bp. 63 °C) is transformed into the trifluoroacetic acid salt. After the removal of the solvent, 2-[18 ]fluoroethylamine was treated with triethylamine to destroy the salt. The labelling of 2-amino-N1-(2-[18F]fluoro-ethyl)-succinamide with 2-[18F]fluoroethylamine was carried out in DMF by 60 °C. Optimal yield is optained after 4 min reaction time. The purification is a multistep process including HPLC. 2-amino-N1 -(2-[18F]fluoro-ethyl)-succinamide was finaly available in an isotonic NaCl solution. In vitro- tests with 2-amino-N1 -(2-[18F]fluoro-ethyl)-succinamide was performed on 5 different tumor cell types (3 epitelic and 2 melanomic cell lines). 2-amino-N1 -(2-[18F]fluoro-ethyl)-succinami- de accumulated in the cells. The concentration of 2-amino-N1 -(2-[18F]fluoro-ethyl)-succinamide levelled off after 20 min. In an blocking-experiment the cells were treated with saturated apsparagin solution befor they incubated with 2-amino-N1 -(2-[18F]fluoro-ethyl)-succinamide. 2-amino-N1 -(2- [18F]fluoro-ethyl)-succinamide was still transported into the cells. The melanomic cells shows a little less uptake of 2-amino-N1-(2-[18F]fluoro-ethyl)-succinamide, but the epitelic cells shows no change. Compared to FDG under identical conditiones 2-amino-N1-(2-[18F]fluoro-ethyl)-succinamide sho- wed a higher uptake. In vivo-tests with 2-amino-N1-(2-[18F]fluoro-ethyl)-succinamide in Sprague Dawley rats shows no signifcant uptake of 2-amino-N1-(2-[18F]fluoro-ethyl)-succinamide in the tumors and high uptake in kidneys. The synthesis of 2-amino-4-[18F]-fluorobutanoic acid realized with a stereodirecting helping argent (auxilliary). The auxilliary 1R,2R,5R)-(2-hydroxy-2,6,6-trimethyl-bicyclo[3.1.1]hept-3-yliden- amino) acetic acid tert.-butylester was found to be the best auxilliary for the synthesis of 2-amino-4- [18F]-fluorobutanoic acid.The enantomaric excess of 2-amino-4-[18F]-fluorobutanoic acid out of (1R,2R,5R)-(2-hydroxy- 2,6,6-trimethyl-bicyclo[3.1.1]hept-3-ylidenamino) acetic acid tert.-butylester is calculated as > 93 % ee. The labelling of 1R,2R,5R)-2-(2-hydroxy-2,6,6-trimethyl-bicyclo[3.1.1]hept-3-ylidenamino) 4-(toluol-4-sulfonyloxy)-butanic acid tert.-butylester (MA) was carried out with n.c.a. 18F-fluorid. As MA is pH- and temperature sensitive, 4-toluol-4-sulfonyloxy was chosen as a leaving groupe, because it could be inserted into the molecule under mild conditiones. For the 18F-fluoriation of MA the choice of the base system proved to be crucial. The maximum yield of 55 % rcy was optained with potassium oxalic acid as base at 80 °C after a reactiontime of 15 min. The removal of the protection groupes and the purification of the product required multibe steps including a HPLC-purification. Afer 150 min 2-amino-4-[18F]-fluorobutanoic acid was obtained in isotonic NaCl solution with a yield of > 10 % rcy. In in vivo-tests with 2-amino-4-[18F]-fluorobutanoic acid in Sprague Dawley rats showed that less than 0.5 % of the injected dose of 2-amino-4-[18 F]-fluorobutanoic acid is found in the tumors. The fraction of the activity was found in the kidneys. The upatke of 2-amino-4-[18F]-fluorobutanoic acid in the tumors reached a constant value after 10 min. The relation of tumorbond to unspecifically bound was found to be 2.2. This value is within the range of other clinical used tracer e.g. O-(2-[18F]fluoroethyl)-L-tyrosin with 1.5.
DDC: 540 Chemie
540 Chemistry and allied sciences
Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department: FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place: Mainz
DOI: http://doi.org/10.25358/openscience-1882
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: in Copyright
Information on rights of use: https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
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