Authors:	Nagel, Verena
Title:	Synthese und Evaluierung makrozyklischer 68 Ga-MPI-Tracer auf Pyridaben-Basis
Online publication date:	10-Jan-2014
Year of first publication:	2014
Language:	german
Abstract:	Herz-Kreislauf-Erkrankungen zählen weltweit zu den Hauptursachen, die zu frühzeitigem Tod führen. Pathophysiologisch liegt eine Gefäßwandverdickung durch Ablagerung arteriosklerotischer Plaques (Arteriosklerose) vor. Die molekulare Bildgebung mit den nuklearmedizinischen Verfahren SPECT und PET zielt darauf ab, minderperfundierte Myokardareale zu visualisieren, um den Krankheitsverlauf durch frühzeitige Therapie abschwächen zu können. Routinemäßig eingesetzt werden die SPECT-Perfusionstracer [99mTc]Sestamibi und [99mTc]Tetrofosmin. Zum Goldstandard für die Quantifizierung der Myokardperfusion werden allerdings die PET-Tracer [13N]NH3 und [15O]H2O, da eine absolute Bestimmung des Blutflusses in mL/min/g sowohl in der Ruhe als auch bei Belastung möglich ist. 2007 wurde [18F]Flurpiridaz als neuer Myokardtracer vorgestellt, dessen Bindung an den MC I sowohl in Ratten, Hasen, Primaten als auch in ersten klinischen Humanstudien eine selektive Myokardaufnahme zeigte. Um eine Verfügbarkeit des Radionuklids über einen Radionuklidgenerator gewährleisten zu können, sollten makrozyklische 68Ga-Myokard-Perfusionstracer auf Pyridaben-Basis synthetisiert und evaluiert werden. Die neue Tracer-Klasse setzte sich aus dem makrozyklischen Chelator, einem Linker und dem Insektizid Pyridaben als Targeting-Vektor zusammen. Struktur-Affinitätsbeziehungen konnten auf Grund von Variation des Linkers (Länge und Polarität), der Komplexladung (neutral und einfach positiv geladen), des Chelators (DOTA, NODAGA, DO2A) sowie durch einen Multivalenzansatz (Monomer und Dimer) aufgestellt werden. Insgesamt wurden 16 neue Verbindungen synthetisiert. Ihre 68Ga-Markierung wurde hinsichtlich pH-Wert, Temperatur, Vorläufermenge und Reaktionszeit optimiert. Die DOTA/NODAGA-Pyridaben-Derivate ließen sich mit niedrigen Substanzmengen (6 - 25 nmol) in 0,1 M HEPES-Puffer (pH 3,4) bei 95°C innerhalb 15 min mit Ausbeuten > 95 % markieren. Für die DO2A-basierenden Verbindungen bedurfte es einer mikrowellengestützen Markierung (300 W, 1 min, 150°C), um vergleichbare Ausbeuten zu erzielen. Die in vitro-Stabilitätstests aller Verbindungen erfolgten in EtOH, NaCl und humanem Serum. Es konnten keine Instabilitäten innerhalb 80 min bei 37°C festgestellt werden. Unter Verwendung der â shake flaskâ -Methode wurden die Lipophilien (log D = -1,90 â 1,91) anhand des Verteilungs-quotienten in Octanol/PBS-Puffer ermittelt. Die kalten Referenzsubstanzen wurden mit GaCl3 hergestellt und zur Bestimmung der IC50-Werte (34,1 µM â 1 µM) in vitro auf ihre Affinität zum MC I getestet. In vivo-Evaluierungen erfolgten mit den zwei potentesten Verbindungen [68Ga]VN160.MZ und [68Ga]VN167.MZ durch µ-PET-Aufnahmen (n=3) in gesunden Ratten über 60 min. Um die Organverteilung ermitteln zu können, wurden ex vivo-Biodistributionsstudien (n=3) vorgenommen. Sowohl die µ-PET-Untersuchungen als auch die Biodistributionsstudien zeigten, dass es bei [68Ga]VN167.MZ zwar zu einer Herzaufnahme kam, die jedoch eher perfusionsabhängig ist. Eine Retention des Tracers im Myokard konnte in geringem Umfang festgestellt werden. Cardiovascular diseases are the main causes world wide for sudden death. Arteriosclerosis is characterised by a thickening of vascular walls due to settlement of arteriosclerotic plaques in the vessels. Molecular Imaging using the SPECT- and PET-techniques aims to visualize low perfusion areas in the myocardium for early diagnosis and treatment. Routinely used SPECT-tracers are [99mTc]sestamibi and [99mTc]tetrofosmin. The gold-standard for myocardial perfusion quantification is the use of PET-tracers [13N]NH3 and [15O]H2O due to the possibility of measuring the blood flow during rest and exercise in mL/min/g. [18F]Flurpiridaz, a MC I-inhibitor, was introduced as new myocardial perfusion agent in 2007. Biological evaluations in rats, rabbits, primates and also first clinical human studies proofed selective accumulation the heart. The synthesis and evaluation of macrocyclic 68Ga-MPI-tracers using the insecticide pyridaben as TV is the aim of this work. Easier availability of the radionuclide by using a radionuclide-generator is achieved. The new class of MPI-tracer consists of a macrocyclic chelator, a linker and of pyridaben as TV. Structure-affinity studies could be performed by varying the linker (length and polarity), the charge of the complex (neutral vs. positively charged), the chelator (DOTA, DO2A and NODAGA) and by applying multivalent structures (monomer vs. dimer). In total 16 new tracers have been synthesised. 68Ga-labelling was optimized regarding pH, temperature, amount of precursor and reaction time. DOTA/NODAGA-derivatives could be labelled using a low amount of precursor (6 - 25 nmol) in 0.1 M hepes-buffer (pH 3.4) at 95°C for 15 min in yields > 95 %. The DO2A-based tracer needed a microwave-assisted labelling procedure (300 W, 1 min, 150°C) to give the same results. In vitro stability tests have been performed in EtOH, human serum, 0.9 % NaCl-solution. No instabilities have occurred during 80 min at 37°C. Using the â shake flask-methodâ the log D (log D = -1.90 â 1.91) values have been determined by analysing the distribution in octanol/PBS-buffer. The cold reference compounds have been made using GaCl3 and used for IC50-values (34.1 µM â 1 µM) determination. SMPs have been applied for measuring the enzyme activity for MC I. In vivo evaluations have been performed in healthy sprague dawley rats with the most promising tracers [68Ga]VN160.MZ and [68Ga]VN167.MZ by µ-PET-studies (n=3) for 60 min. Ex vivo biodistributions (n=3) have also been done. Both the µ-PET-studies and the biodistributions showed a moderate heart uptake for [68Ga]VN167.MZ. The high background uptake implies that the accumulation in the heart is likely caused by perfusion. Further in vitro assays in living mitochondria might be helpful for understanding the uptake mechanism.
DDC:	540 Chemie 540 Chemistry and allied sciences
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-3666
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-36247
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	157 S.
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