Please use this identifier to cite or link to this item: http://doi.org/10.25358/openscience-2741
Authors: Radchenko, Valery
Title: 90 Nb: potential radionuclide for application in immuno-PET : development of appropriate production strategy and first in vivo evaluation of 90 Nb-labeled monoclonal antibody
Online publication date: 11-Jul-2013
Language: english
Abstract: Die Nuklearmedizin ist ein modernes und effektives Werkzeug zur Erkennung und Behandlung von onkologischen Erkrankungen. Molekulare Bildgebung, die auf dem Einsatz von Radiopharmaka basiert, beinhaltet die Einzel-Photonen-Emissions-Tomographie (SPECT) und Positronenemissions¬tomographie (PET) und ermöglicht die nicht-invasive Visualisierung von Tumoren auf nano-und picomolarer Ebene.rnDerzeit werden viele neue Tracer für die genauere Lokalisierung von kleinen Tumoren und Metastasen eingeführt und hinsichtlich ihrer Eignung untersucht. Die meisten von ihnen sind Protein-basierte Biomoleküle, die die Natur selbst als Antigene für die Tumorzellen produziert. Dabei spielen Antikörper und Antikörper-Fragmente eine wichtige Rolle in der Tumor-Diagnostik und Behandlung. Die PET-Bildgebung mit Antikörpern und Antikörperfragmenten bezeichnet man als immuno-PET. Ein wichtiger Aspekt hierbei ist, dass entsprechende Radiopharmaka benötigt werden, deren Halbwertszeit mit der Halbwertszeit der Biomoleküle korreliert ist.rnIn neueren Arbeiten wird 90Nb als potenzieller Kandidat für die Anwendung in der immuno-PET vorgeschlagen. Seine Halbwertszeit von 14,6 Stunden ist geeignet für die Anwendung mit Antikörperfragmenten und einige intakten Antikörpern. 90Nb hat eine relativ hohen Anteil an Positronenemission von 53% und eine optimale Energie für die β+-Emission von 0,35 MeV, die sowohl eine hohe Qualität der Bildgebung als auch eine niedrige Aktivitätsmenge des Radionuklids ermöglicht.rnErsten grundlegende Untersuchungen zeigten: i) dass 90Nb in ausreichender Menge und Reinheit durch Protonen-Bombardierung des natürlichen Zirkonium Targets produziert, ii) aus dem Targetmaterial in entsprechender radiochemischer Reinheit isoliert und iii) zur Markierung des monoklonalen Antikörpers (Rituximab) verwendet werden kann und iv) dieser 90Nb-markierte mAb eine hohe in vitro Stabilität besitzt. Desweiteren wurde eine alternative und schnelle Abtrennungsmethode entwickelt, die es erlaubt 90Nb, mit einer geeigneten radiochemischen und radionuklidischen Reinheit für eine anschließende Markierung von Biomolekülen in einer Stunde zu aufzureinigen. Schließlich wurden erstmals 90Nb-markierte Biomolekülen in vivo untersucht. Desweiteren wurden auch Experimente durchgeführt, um den optimalen bifunktionellen Chelatbildner (BFC) für 90Niob zu finden. Mehrere BFC wurden hinsichtlich Komplexbildung mit NbV untersucht. Desferrioxamin (Df) erwies sich als geeignetster Chelator für 90Nb. Der monoklonale Antikörper Bevacizumab (Avastin®) wurde mit 90Nb markiert und eine Biodistributionsstudie und eine PET-Untersuchung durchgeführt. Alle diese Ergebnisse zeigten, dass 90Nb ein vielversprechendes Radionuklid für die Immuno-PET ist, welches sogar für weitere kommerzielle Anwendungen in der klinischen Routine geeignet zu sein scheint.rn
Nuclear medicine is a modern and highly effective tool for the detection and treatment of oncological disease. Molecular imaging based on radiotracers includes single photon emission tomography (SPECT) and positron emission tomography (PET), which provide non-invasive tumor visualization on nano- and picomolar level, respectively. rnCurrently, many novel tracers for more precise discovery of small tumors and metastases have been introduced and are under investigation. Many of them are protein-based biomolecules which nature herself produces as antigens for the eradication of tumor cells. Antibodies and antibody fragments play an important role in tumor diagnostis and treatment. PET imaging with antibodies and antibody fragments is called immuno-PET. The main issue that needs to be addressed is that appropriate radiotracers with half-lives related to the half-lives of biomolecules are needed.rnThe development of novel radiotracers is a multistep, complicated task. This task includes the evaluation of production, separation and labeling strategy for chosen radionuclide. Finally, the biomolecule-radionuclide complex should be stable in time. An equally important factor is the economic suitability of the production strategy, which will lead to a key decision for future application of the developed radionuclide. rnIn recent work, 90Nb has been proposed as a potential candidate for application in immuno-PET. Its half-life of 14.6 hours is suitable for application with antibody fragments and some intact antibodies. 90Nb has a relatively high positron branching of 53% and an optimal energy of β+ emission of 0.35 MeV that can provide high quality of imaging with low dose of used radionuclide.rnFirst proof-of-principle studies have shown that 90Nb: i) can be produced in sufficient amount and purity by proton bombardment of natural zirconium target ii) can be isolated from target material with appropriate radiochemical purity iii) may be used for labeling of monoclonal antibody (Rituximab) iv) provides high in vitro stability. An alternative rapid separation strategy was developed, which provided a source of 90Nb within one hour, with appropriated radiochemical and radionuclidic purity for subsequent labeling of biomolecules. Finally, for the first time 90Nb labeled biomolecules were investigated in vivo. Further, experiments on searching of optimal bifunctional chelating (BFC) agents were conducted. Several common BFC were examined on complex formation with NbV. Desferrioxamine (Df) was found to be the most appropriate chelator for 90Nb. The monoclonal antibody bevacizumab (Avastin®) was labeled with 90Nb and biodistribution study and PET imaging was conducted. All these results proved that 90Nb is a potential radionuclide for immuno-PET, and may even be further commercially applied for clinical usage.rn
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-2741
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: in Copyright
Information on rights of use: https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent: 159 S.
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