18 F-Click-Radiomarkierung polymerer Trägersysteme zur ex vivo- und in vivo-Evaluierung

Abstract

Die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) ist ein leistungsstarkes, nicht-invasives, bildgebendes Verfahren in der Nuklearmedizin und hat darüber hinaus zunehmende Bedeutung in der Arzneistoffentwicklung. Zur Verbesserung des therapeutischen Index von niedermolekularen Pharmaka werden vermehrt Wirkstofftransportsysteme eingesetzt. Eine Klasse dieser Wirkstofftransportsysteme sind Liposomen. Die Weiterentwicklung der klassischen Liposomen sind sogenannte â Stealthâ -Liposomen, die eine Polyethylenglykol (PEG)-Korona zur Herabsetzung der Erkennung und Ausscheidung tragen. Zur (Weiter-)Entwicklung und deren in vivo-Evaluierung bietet die PET die Möglichkeit, die Auswirkungen von strukturellen Anpassungen auf die pharmakokinetischen Eigenschaften solcher Transportsysteme zu untersuchen. Zur Evaluierung neuartiger, cholesterolverankerter, linear-hyperverzweigter Polyglycerole (Ch-PEG-hbPG) als sterisch stabilisierende Polymere in Liposomen wurden diese im Rahmen dieser Arbeit mit der prosthetischen Gruppe 18F-TEG-N3 über kupferkatalysierte Alkin-Azid Cycloaddition (CuAAC) in sehr hohen Ausbeuten radiomarkiert. Zum systematischen Vergleich des in vivo-Verhaltens wurde ebenfalls ein cholesterolbasiertes lineares PEG (Ch-PEG) mit CuAAC nahezu quantitativ radiomarkiert. Als drittes Element wurde die Direktmarkierung von Cholesterol mit [18F]F- entwickelt. Diese drei Verbindungen wurden zuerst separat als Einzelkomponenten und anschließend, in Liposomen formuliert, in Tierstudien an Mäusen hinsichtlich ihrer initialen Pharmakokinetik und Biodistribution untersucht. Dabei zeigte sich ein ähnliches Verhalten der neuartigen Ch-PEG-hbPG-Derivate zu den bekannten Ch-PEG, mit dem Vorteil der Multifunktionalität an den hyperverzweigten Strukturen. Die liposomalen Strukturen mit der neuartigen sterischen Stabilisierung wiesen eine erhöhte Blutzirkulationszeit und vorteilhafte Blut-zu-Leber- und Blut-zu-Lunge-Verhältnisse im Vergleich zu den linear stabilisierten Analoga auf.rnEine weitere Klasse von Wirkstofftransportsystemen sind polymere Trägersysteme wie pHPMA. Alkinfunktionalisierte Polymere konnten in zwei verschiedenen Größen (~12 und 60 kDa) mittels CuAAC in sehr hohen Ausbeuten mit der prosthetischen Gruppe 18F-TEG-N3 radiomarkiert werden. Bicyclononinderivate der gleichen Größen konnten ohne Kupferkatalyse über ringspannungsvermittelte Alkin-Azid-Cycloaddition (SPAAC) mikrowellengestützt markiert werden und stehen somit zur in vivo-Untersuchung hinsichtlich des Einflusses der Markierungsart zur Verfügung.

Positron Emission Tomography (PET) is a powerful and non-invasive tool in nuclear medical imaging with additionally increasing relevance in drug delivery. The often poor therapeutic index of small molecules as therapeutics can be improved by using drug delivery systems (DDS). One class of the various drug delivery systems available are liposomes. An improvement of the classical liposomes was the attachment of linear polyethylene glycol (PEG) to yield in â stealthâ liposomes which show decreased detection and clearance in the body. In terms of development and refinement of such systems, PET can be used to image the pharmacokinetic properties in vivo and it is possible to correlate the impact of structural changes to the biodistribution of the investigated DDS. To evaluate novel, linear-hyperbranched polyglycerols with a cholesterol anchor (Ch-PEG-hbPG) as sterically stabilizing polymers for liposomes, radiolabeling with the prosthetic group 18F-TEG-N3 has been done via the copper-catalyzed alkyne-azide cycloaddition reaction (CuAAC) in nearly quantitative yields and is shown in this thesis. As part of a systematic study, cholesterol anchored linear PEG (Ch-PEG) was also radiolabeled via CuAAC in very high yields. Direct labeling of cholesterol with [18F]F- was also established. Each of these three derivatives was investigated in animal studies itself, focusing on initial pharmacokinetics and biodistribution using mice as the biological environment. The subsequent evaluation of their liposomal formulations was done. The novel Ch-PEG-hbPG showed comparable behavior to the known Ch-PEG while having the advantage of multifunctionality due to the hyperbranched structure. Liposomal formulations containing the linear-hyperbranched polyglycerols showed enhanced retention in blood and advantageous blood-to-liver and blood-to-lung ratios in comparison to the linear shielded liposomes.rnAnother class of drug delivery systems are polymeric carriers like pHPMA. Two different sizes (~12 and 60 kDa) functionalized with alkynes were radiolabeled in very high yields with the prosthetic group 18F-TEG-N3 applying CuAAC. Bicyclononyne derivatives of HPMA-polymers, also having the same two sizes, were radiolabeled via microwave-assisted reactions without copper catalysis utilizing the strain-promoted alkyne-azide cycloaddition (SPAAC). These four differently sized and labeled HPMA-based polymers are available for in vivo animal studies to investigate whether there is an influence on the biodistribution due to the radiolabel or not.