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Titelaufnahme

Titel
A Novel Siderophore-based Chelator to Develop Targeted 68Ga and 89Zr Labelled RGD Peptides for Positron Emission Tomography (PET)
VerfasserZhai, Chuangyan
GutachterClemens, Decristoforo
Erschienen2015
HochschulschriftInnsbruck, Med. Univ., Diss., 2015
Anmerkung
Arbeit an der Bibliothek noch nicht eingelangt - Daten nicht geprüft
Datum der AbgabeNovember 2015
SpracheEnglisch
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Siderophore / Fusarinine C / Bifunktioneller Chelator / Integrine / RGD-Peptid / Gallium-68 / Zirconium-89 / Positronen-Emission-Tomography (PET)
Schlagwörter (EN)Siderophore / Fusarinine C / Bifunctional Chelator / Integrins / RGD Peptide / Gallium-68 / Zirconium-89 / Positron Emission Tomography (PET)
URNurn:nbn:at:at-ubi:1-4193 Persistent Identifier (URN)
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 Das Werk ist frei verfügbar
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A Novel Siderophore-based Chelator to Develop Targeted 68Ga and 89Zr Labelled RGD Peptides for Positron Emission Tomography (PET) [5.32 mb]
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

In den letzten Jahren haben 68Ga und 89Zr große Bedeutung für die Markierung von Radiopharmaka für die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) bekommen. Für die Markierung von Biomolekülen werden sogenannte bifunktionelle Liganden benötigt, die diese metallischen Radionuklide thermodynamisch und kinetisch stabil in Komplexen binden. Fusarinine C (FSC), ein natürlich vorkommendes, zyklisches Siderophor, bestehend aus drei Hydroxamat-Gruppen zur Koordinierung von Eisen und drei freien Aminen zur Kopplung an Biomoleküle, wurde als möglicher bifunktioneller Chelator für 68Ga und 89Zr mit Integrin v3-bindenden RGD-Peptiden als Modell für einen zielgerichteten Radiotracer derivatisiert. In dieser Arbeit wurden zyklische RGD-Peptide unter Anwendung verschiedener Kopplungsstrategien synthetisiert, nämlich via direkter Amidierungs-Strategie [FSC(RGDfE)3], via eines Succinat-Linkers [FSC(succ-RGD)3], und mittels Thiol-Maleimid-Kopplung [FSC(Mal-RGD)3]. Radiomarkierungen mit 68Ga und 89Zr wurden optimiert, Stabilitätsuntersuchungen durchgeführt und Bindungseigenschaften in vitro und in vivo inklusive Bildgebung untersucht. Weiters wurden FSC-Derivate mit zusätzlichen Carboxylat-Funktionalitäten [FSC(succ)2, FSC(succ)2AA, FSC(succ)3] für 89Zr-Markierungen hergestellt und untersucht.

Verschiedene FSC-RGD-Konjugate, unter Verwendung unterschiedlicher Kopplungsmethoden, sowie neue 89Zr-Liganden wurden in hoher Ausbeute und Reinheit hergestellt. Die Radiomarkierungen mit 68Ga and 89Zr zeigten exzellente Markierungseigenschaften mit hohen spezifische Aktivitäten und hervorragenden in vitro Stabilitäten. [68Ga/89Zr]FSC-RGD Konjugate wiesen eine hohe, gesteigerte Integrin v3 Bindungsaffinität auf, sowie in vivo eine gute diagnostische Darstellung mit hoher Tumoranreicherung und rascher renaler Elimination. Im Vergleich von [68Ga]NODAGA-RGD und [68Ga]FSC(succ-RGD)3 mittels Mikro-PET/CT wurde eine verbesserte Bildgebung des FSC-Konjugats im Tumormaus-Modell gezeigt. Die in vitro Stabilität modifizierter 89Zr-Chelatoren war variabel, jedoch besser als für den Chelator Desferrioxamin.

Zusammenfassend zeigte diese Arbeit das Potential von FSC als bifunktioneller Ligand für 68Ga und 89Zr. [68Ga]FSC(succ-RGD)3 resultierte in verbesserten bildgebenden Eigenschaften im Vergleich mit dem Standard RGD-Peptid [68Ga]NODAGA-RGD, und ist daher ein vielversprechender Kandidat für die Integrin v3 Rezeptor-Bildgebung. Die Synthese modifizierter FSC Liganden eröffnet neue Möglichkeiten zur Markierung von Antikörpern mit 89Zr. Die Erkenntnisse bilden die Basis für weitere Anwendungen dieser Methode für alternative Targeting-Vektoren, neuen chemischen Modifikationen des FSC-Chelators und alternativer Kopplungsmethoden für neuartige Anwendung in der molekularen Bildgebung.

Zusammenfassung (Englisch)

Recent years have seen a rapid development of 68Ga- and 89Zr-radiopharmaceuticals due to their readily availability from commercial generators or medical cyclotrons and excellent nuclear and physical properties suitable for positron emission tomography (PET) imaging. The application of both radionuclides for in vivo imaging requires bifunctional chelators to form thermodynamically and kinetically stable complexes. Fusarinine C (FSC), a natural cyclic siderophore, consisting of three hydroxamic acid moieties to coordinate with radiometals and three amine functionalities in the backbone for conjugation to biomolecules, was postulated to be a good bifunctional chelator for 68Ga and 89Zr. As proof of principle, integrin v3-specific RGD peptides were chosen as model targeting molecules.

Within this thesis RGD peptides were conjugated to FSC using a direct amidation strategy (FSC(RGDfE)3), via a succinic acid linker (FSC(succ-RGD)3), or using a thiol-maleimide strategy (FSC(Mal-RGD)3). The labelling procedures of FSC-RGD conjugates with 68Ga and 89Zr were optimized and the stability properties in different media were studied. In vitro and in vivo targeting as well as imaging properties were evaluated. Modified FSC constructs with additional carboxylic coordination functionalities for 89Zr labelling (FSC(succ)2, FSC(succ)2AA, FSC(succ)3) were synthesized and their in vitro and in vivo properties were compared.

Different FSC-RGD conjugates with variable conjugation strategies between FSC and the RGD peptides and 89Zr chelators were successfully synthesized. The labelling of FSC-RGD conjugates with 68Ga and 89Zr revealed excellent complexation properties resulting in high specific activities. [68Ga/89Zr]FSC-RGD conjugates exhibited high stability in examined media. In vitro and in vivo studies as well as PET/CT imaging showed enhanced integrin v3 binding affinity, receptor-selective tumor uptake, rapid predominantly renal excretion and excellent imaging properties. From a series of FSC-RGD conjugates [68Ga]FSC(succ-RGD)3 showed superior in vivo imaging properties compared to [68Ga]NODAGA-RGD. Modified 89Zr chelators exhibited variable in vitro stabilities without clear superiority to desferrioxamine.

In conclusion, this thesis demonstrates the feasibility of FSC as 68Ga and 89Zr bifunctional chelator. Compared to [68Ga]NODAGA-RGD [68Ga]FSC(succ-RGD)3 exhibits better imaging properties, therefore it is a promising agent for integrin v3 receptor imaging. The synthesis of FSC(succ)2AA opens an access to employ modified FSC as monovalent 89Zr chelator for conjugation to monoclonal antibodies. These findings provide the basis for further investigations of this promising chelating system including exploration of alternative targeting vectors, chemical modifications of FSC, and different conjugation strategies for novel applications in molecular imaging.