Authors:	Bauman, Andreas
Title:	Synthese, 18 F-Markierung, 11 C-Markierung und Evaluierung Hydantoin-substituierter Indolcarbonsäuren zur Visualisierung des NMDA-Rezeptorstatus mittels der Positronen-Emissions-Tomographie (PET)
Online publication date:	12-Jan-2007
Year of first publication:	2007
Language:	german
Abstract:	Der N-methyl-D-aspartat-Rezeptor (NMDA), als Vertreter ionotroper Glutamat-Rezeptoren, ist essentiell für physiologische Lern- und Gedächtnisvorgänge und eine krankhafte Überaktivierung wird als potentielle Ursache für eine Reihe von akuten und chronischen neurodegenerativen Erkrankungen angesehen. Hierbei sind für die akuten Erkrankungen vor allem der Schlaganfall und für die chronischen Erkrankungen Morbus Parkinson sowie die Alzheimer´sche Demenz zu nennen. Durch seine einzigartige spannungsabhängige Mg2+-Blockade und der Notwendigkeit der gleichzeitigen Anwesenheit der endogenen Liganden Glutamat und Glycin zur Rezeptoraktivierung, stellt dieser Rezeptorkomplex daher ein sehr interessantes molekulares Target dar. NMDA-Rezeptor-Antagonisten der Glycin-Bindungsstelle und der verschiedenen allosterischen Bindungsstellen könnten als Neuroprotektiva bei den verschiedenen Krankheiten eine symptomatische Verbesserung bewirken und zur Therapie eingesetzt werden. Eine visuelle Darstellung des Rezeptors im Rahmen von Vorsorgeuntersuchungen ist jedoch derzeit nicht möglich. Zur Visualisierung dieser Prozesse mittels der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) wurden basierend auf einer Hydantoin-substituierten Indol-2-carbonsäure als Leitstruktur, im Rahmen dieser Arbeit Fluorethoxy- und Methoxy-substituierte Derivate dargestellt und in pharmazeutischen und radiopharmazeutischen Studien evaluiert. Dazu wurde die Affinität und Spezifität zum Rezeptor in einem [3H]MDL-105,519 Rezeptorbindungsassay und die Lipophilie als Parameter für die Hirngängigkeit ermittelt. Anhand dieser Resultate wurden geeignete Markierungsvorläufer synthetisiert, welche eine phenolische Hydroxylfunktion besitzen und eine radioaktive Markierung mit den sekundären Markierungsvorläufern 2-[18F]Fluorethyltosylat ([18F]FETos) und [11C]Methyliodid ([11C]CH3I) ermöglichen. Unter Verwendung von 4,6-Dichlor-3-((3-(4-hydroxyphenyl)-2,4-dioxoimidazolidin-1-yl)methyl)-indol-2-carbonsäure wurde in einer Einstufenreaktion mit [18F]FETos die Zielverbindung 4,6-Dichlor-3-((3-(4-(2-[18F]fluorethoxy)phenyl)-2,4-dioxoimidazolidin-1-yl)methyl)-indol-2-carbonsäure in radiochemischen Ausbeuten von 6 % erhalten. Daher wurde eine alternative Markierung des Ethylester-geschützten Derivates 4,6-Dichlor-3-((3-(4-hydroxyphenyl)-2,4-dioxoimidazolidin-1-yl)methyl)-indol-2-carbonsäureethylester in einer Zweistufensynthese mit [18F]FETos und [11C]CH3I untersucht. Unter Verwendung dieser Strategie wurden unter optimierten Bedingungen 4,6-Dichlor-3-((3-4-(2-[18F]fluorethoxy)phenyl)-2,4-dioxoimidazolidin-1-yl)methyl)-indol-2-carbonsäureethylester und 4,6-Dichlor-3-((3-(4-[11C]methoxy-phenyl)-2,4-dioxoimidazolidin-1-yl)-methyl)-indol-2-carbonsäureethylester in radiochemischen Ausbeuten von 27 – 38 % erhalten. Die anschließende Entfernung der Schutzgruppe führte unter Bildung von Neben- und Zersetzungsreaktionen zu 4,6-Dichlor-3-((3-(4-(2-[18F]fluorethoxy)-phenyl)-2,4-dioxoimidazolidin-1-yl)methyl)-indol-2-carbonsäure und 4,6-Dichlor-3-((3-(4-[11C]methoxyphenyl)-2,4-dioxoimidazolidin-1-yl)methyl)-indol-2-carbonsäure in radiochemischen Gesamtausbeuten von 5 – 7 %. Die Überprüfung des biochemischen Konzepts in vivo durch µ-PET-Studien und durch autoradiographische Experimente an Rattenhirnschnitten, deuten auf eine niedrige in vivo-Aktivität hin, welche sich auf eine nicht ausreichende Passage der Blut-Hirn-Schranke zurückführen lässt. The N-methyl-D-aspartate receptor (NMDA) as part of ionotropic glutamergic receptors is essential for physiological processes, such as learning, memory and synaptic plasticity. A glutamate induced overactivation of these receptors, accompanied by increased intracellular calcium concentration, causes cell injury and leads to a large number of acute or chronic neurological disorders, such as stroke and trauma or Parkinson´s and Alzheimer´s disease. This kind of glutamate-type receptor is unique due to a voltage dependent Mg2+-ion block and the corequisite presence of the endogenous amino acids glutamate and glycine for receptor activation. In addition to this the receptor offers the possibility of modulation by allosteric binding sites, which makes this receptor complex an interesting molecular target to get an insight in these complex processes. Ligands, acting at the glycine-binding site of the receptor show promising properties for a succesful interaction. In this work novel fluoroethoxy-substituted and methoxy-substituted reference compounds based on the lead structure of a hydantoin-substituted indole-2-carboxylic acid were synthesised for visualising these neurological disorders with positronemissiontomography (PET). These compounds were used for the determination of the affinity towards the NMDA-receptor by using a [3H]MDL-105,519 assay and to determine the lipophilicity as a parameter for penetration of the blood-brain barrier. Based on these results precursor compounds were synthesized, containing a phenolic hydroxy moiety for labelling with the secondary labelling agents 2-[18F]fluoroethyl tosylate ([18F]FETos) and [11C]methyl iodide ([11C]CH3I). Using 4,6-dichloro-3-((3-(4- hydroxyphenyl)-2,4-dioxoimidazolidin-1-yl)methyl)-indole-2-carboxylic acid for one-step labelling with [18F]FETos resulted in radiochemicals yields of 6 % for 4,6-dichloro-3-((3-(4-(2-[18F]fluoroethoxy)phenyl)-2,4-dioxo-imidazolidin-1-yl)methyl)-indole-2-carboxylic acid. Therefore the radiolabeling with [18F]FETos and [11C]CH3I was optimised for labelling the ethylester protected derivative ethyl 4,6-dichloro-3-((3-(4-hydroxyphenyl)-2,4-dioxoimidazolidin-1-yl)methyl)-indole-2-carboxylate in two steps. Using this strategy ethyl 4,6-dichloro-3-((3-4-(2-[18F]fluoroethoxy)phenyl)-2,4-dioxoimidazolidin-1-yl)methyl)-indole-2-carboxylate and ethyl 4,6-dichloro-3-((3-(4-[11C]methoxyphenyl)-2,4-dioxoimidazolidin-1-yl)methyl)-indole-2-carboxylate were obtained in a RCY of 27 – 38 % under optimised conditions. The following cleavage of the protecting group was not sufficient and could not be performed without decomposition of the radiolabelled product, resulting in all overall RCY of 5 - 7 % for 4,6-dichloro-3-(( 3-(4-(2-[18F]fluoroethoxy)phenyl)-2,4-dioxoimidazolidin-1-yl)methyl)-indole-2-carboxylic acid and 4,6-dichloro-3-((3-(4-[11C]methoxyphenyl)-2,4-dioxoimidazolidin-1-yl)methyl)-indole-2-carboxylic acid . Subsequent in vivo-studies of these radiolabelled compounds with µ-PET and autoradiographic experiments with rat brain slices indicated no sufficient in vivoactivity due to bad blood-brain barrier penetration.
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-906
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-12316
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Appears in collections:	JGU-Publikationen