Autoren:	Betzel, Thomas
Titel:	Synthese, Evaluierung und 18 F-Markierung von neuen Liganden zur Visualisierung der Strychnin-insensitiven Bindungsstelle des NMDA-Rezeptors
Online-Publikationsdatum:	7-Jul-2010
Erscheinungsdatum:	2010
Sprache des Dokuments:	Deutsch
Zusammenfassung/Abstract:	Glutamat ist der wichtigste exzitatorische Neurotransmitter im Gehirn. Folglich spielen Glutamat-kontrollierte Rezeptorsysteme eine entscheidende Rolle in neurologischen Vorgängen, wie beispielsweise in Lern- und Gedächtnisprozessen. Gerade der NMDA-Rezeptor ist in eine Vielzahl solcher Vorgänge involviert und wird vor allem mit neurodegenerativen Erkrankungen wie Chorea Huntington, Morbus Alzheimer, Morbus Parkinson und zerebraler Ischämie in Verbindung gebracht. Folglich stellt die Visualisierung des NMDA-Rezeptorstatus eine Möglichkeit dar, den Verlauf solcher Prozesse zu untersuchen.rnDie Positronen- Emissions-Tomographie (PET) ist eine leistungsstarke Anwendung in der molekularen Bildgebung und erlaubt die in vivo-Visualisierung sowie Quantifizierung biochemischer Prozesse. Durch die Verwendung geeigneter Tracer können bestimmte pathologische und neurologische Abläufe beurteilt werden. rnZurzeit sind keine geeigneten PET-Tracer zur Untersuchung des NMDA-Rezeptors verfügbar. Bisher dargestellte PET-Liganden zeichneten sich durch nicht zufriedenstellende Affinitäten und Selektivitäten aus und führten meist auf Grund der hohen Lipophilie zu einem hohen Maß an unspezifischer Bindung. rnDie Strychnin-insensitive Glycinbindungsstelle des NMDA-Rezeptors stellt ein vielversprechendes Target dar, spezifische Liganden für diese Bindungsstelle zu synthetisieren. Hier zeichnen sich einige Verbindungsklassen durch exzellente Affinitäten und Selektivitäten sowie durch vielversprechende in vivo-Eigenschaften aus. rnAuf Grundlage dieser biologischen Daten wurden zwei Substanzen der 2-Indolcarbonsäure, nämlich die 4,6- Dichlor-3-(2-oxo-3-phenylimidazolidin-1-ylmethyl)-1H-indol-2-carbonsäure (MDJ-114) und die (E)-4,6-Dichlor-3-(2-phenylcarbamoylvinyl)-1H-indol-2-carbonsäure (GV150526), als Leitstruktur gewählt. Ferner wurde das 7-Chlor-4-hydroxy-3-(3-phenoxyphenyl)-1H-chinolin-2-on (L-701,324) aus der Substanzklasse der 4-Hydroxy-1H-chinolin-2-one als dritte Leitstruktur gewählt.rnFür diese Substanzen wurden 19F-markierte Analogverbindungen synthetisiert, um als inaktive Referenzverbindungen auf ihre Eignung überprüft zu werden. Hierzu wurde eine Fluorethoxygruppierung im terminalen Phenylring der entsprechenden Leitstruktur eingeführt. Durch Variation der Fluorethoxysubstitution in ortho-, meta- und para-Stellung, konnten die besten Affinitäten in einem kompetitiven Rezeptorbindungsassay durch Verdrängung von [3H]MDL-105,519 bestimmt werden. Als Maß für die Lipophilie wurden die entsprechenden log D-Werte über die HPLC-Methode bestimmt. Basierend auf den Ergebnissen der Evaluierung wurden zwei Derivate identifiziert, welche zur 18F-Markierung genutzt werden sollten (GV150526-Derivat 34: log D = 0,23 ± 0,03, IC50 = 0,20 ± 0,25 µM, Ki = 0,13 ± 0,16 µM; L701,324-Derivat 55: log D = - 0,25 ± 0,01, IC50 = 78 ± 37 µM, Ki = 51 ± 24 µM). Die 18F-Markierung erfolgte durch die Reaktion des entsprechenden Markierungsvorläufers mit dem Markierungssynthon 2-[18F]Fluorethyltosylat, welches durch die Umsetzung von Ethylenditosylat mit [18F]Fluorid hergestellt wurde. Die Radiosynthesen der beiden 18F-markierten Verbindungen [18F]34 (4,6-Dichlor-3-{2-[4-(2-[18F]fluorethoxy)-phenylcarbamoyl]-vinyl}-1H-indol-2-carbonsäure) und [18F]55 (7-Chlor-3-{3-[4-(2-[18F]fluorethoxy)-phenoxy]-phenyl}-4-hydroxy-1H-chinolin-2-on) wurden optimiert sowie semipräparative Abtrennverfahren entwickelt. Beide Tracer wurden auf ihre in vivo-Eignung im µPET-Experiment untersucht. Die Zeitaktivitätskurven lassen erkennen, dass beide Tracer entgegen der Erwartung nicht die Blut-Hirn-Schranke überwinden können. Für das GV150526-Derivat ([18F]34) wurden zusätzlich Autoradiographiestudien durchgeführt. Die erhaltenen Aufnahmen zeigten ein heterogenes Verteilungsmuster der Aktivitätsanreicherung. Ebenso wurde ein hohes Maß an unspezifischer Bindung beobachtet. Möglicherweise sind Cross-Affinitäten zu anderen Rezeptorsystemen oder der recht hohe lipophile Rest des Moleküls hierfür verantwortlich. Ein Grund für die unzureichende Hirngängigkeit der Radioliganden kann sich in der Carboxylatfunktion des GV150526-Derivats bzw. in der 4-Hydroxy-1H-chinolin-2-on-Einheit des L-701,324-Derivats wiederspiegeln. rnAuf Grundlage dieser Resultate können Versuche unternommen werden, für die Verbindungsklasse der 2-Indolcarbonsäuren entsprechende Ester als Prodrugs mit einer verbesserten Bioverfügbarkeit darzustellen. Ebenso können neue Strukturen als Grundlage für neue PET-Tracer untersucht werden.rnrn Glutamate controlled receptors play a central role in neuroexcitatory effects such as neuronal development and plasticity. Especially the NMDA receptor is involved in these neuronal functions. But also in case of neurodegenerative disorders like Parkinson’s disease, Alzheimers’s disease, cerebral ischemia and morbus Huntington, the NMDA receptor is of high interest. Therefore, the visualization of the NMDA receptor state is the option to study these processes.rnThe positron emission tomography (PET) is a powerful tool in molecular imaging sciences. Due to its high sensitivity it allows the in vivo visualization and quantification of biochemical processes and affords the investigation of pathological actions in neurosciences by the use of radiolabelled tracers. rnTo date, there are no suitable PET tracers, which can be used to study the NMDA receptor state. The loss of affinity and selectivity of synthesized PET ligands so far correlate with a high amount of unspecific binding. The glycin-binding site of the NMDA receptor is an appropriate target, to design novel tracers for the visualization of the receptor state. For this subtype, highly affine structures are known which show an excellent selectivity and in vivo activity.rnDue to these promising biological data, 4,6-dichloro-3-(2-oxo-3-phenylimidazolidin-1-ylmethyl)-1H-indole-2-carboxylic acid (MDJ-114) and (E)-4,6-dichloro-3-(2-phenylcarbamoylvinyl)-1H-indole-2-carboxylic acid (GV150526), both derivatives of the 3-imidazolidine-substitued 4,6-dichloro-indolecarboxylic acid, were dedicated for the design of PET analogues. In addition the 7-chloro-4-hydroxy-3-(3-phenoxyphenyl)-1H-quinolin-2-one (L-701,324) was chosen as an alternative compound with a different basic structure. rnBased on their promising biological data, these ligands were used to design novel derivatives for PET imaging. To determine their in vitro properties, the 19F-labelled analogues were synthesized by the introduction of a fluoroethoxy group in the terminal phenylring of the corresponding molecule. A variation of the fluoroethoxy position in ortho-, meta- and para-substitution allowed to determine the best affinity in a competitive receptor binding assay of [3H]MDL-105,519. To estimate the lipophily, log D-values were determined using the HPLC-method. Due to these data, the precursors of the GV150526- and L-701,324-derivatives were synthesized (34: log D = 0,23 ± 0,03, IC50 = 0,20 ± 0,25 µM, Ki = 0,13 ± 0,16 µM; 55: log D = - 0,25 ± 0,01, IC50 = 78 ± 37 µM, Ki = 51 ± 24 µM). These molecules were 18F-labelled by the use of the labelling agent 2-[18F]fluoro-ethyltosylate, which was generated by the reaction of ethylene ditosylate and [18F]fluoride to give the desired radiotracer [18F]34 (4,6-dichloro-3-{2-[4-(2-[18F]fluoroethoxy)-phenylcarbamoyl]-vinyl}-1H-indole-2-carboxylic acid) and [18F]55 (7-chloro-3-{3-[4-(2-[18F]fluoroethoxy)-phenoxy]-phenyl}-4-hydroxy-1H-quinolin-2-one). In both cases, the radiosynthesis was optimized to obtain the corresponding tracers in high radiochemical yields up to 86 %. For purification and quality control, HPLC methods were established.rnAdditionally for the indole derivative [18F]34, autoradiographic studies were performed. In Mg2+ and glutamate activated slices of the rat brain, [18F]34 showed a heterogeneous binding with no correspondence with the known distribution of NMDA-receptor rich areas. In addition, a high amount of unspecific binding was observed.rnBoth compounds were evaluated in µPET studies and showed low radioactivity levels in the rat brain. In contradiction with the findings of the unsubstituted derivatives both PET tracers are not suitable to penetrate the blood-brain-barrier and therefore cannot be used to image the NMDA receptor state in vivo. The carboxylate of the indole derivative and the 4-hydroxy-quinolin-2-one structure of thernL-701,324 derivative may be the main reason for this negative influence on blood-brain-barrier penetration. Due to these findings, new approaches can be started to synthesize prodrugs with improved bioavailability to investigate the NMDA receptor state. Additionally, new structures establish the possibility of the new design of novel potential PET tracers.rn
DDC-Sachgruppe:	540 Chemie 540 Chemistry and allied sciences
Veröffentlichende Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Organisationseinheit:	FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Veröffentlichungsort:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-4632
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-23162
Version:	Original work
Publikationstyp:	Dissertation
Nutzungsrechte:	Urheberrechtsschutz
Informationen zu den Nutzungsrechten:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Umfang:	165 S.
Enthalten in den Sammlungen:	JGU-Publikationen