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Synthesis of novel PET-tracers for the norepinephrine transporter
Christina Rami-Mark
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Chemie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doktoratsstudium NAWI aus dem Bereich Naturwissenschaften (Dissertationsgebiet: Chemie)
Betreuer*in
Wolfgang Wadsak
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29234.09191.989865-7
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Das noradrenerge System, und insbesondere der Norepinephrin Transporters (NET), hat einen sehr starken Einfluss bei einer Vielzahl von psychiatrischen, neurodegenerativen und kardialen Erkrankungen. Um ein besseres Verständnis der Krankheitsbilder und deren Ursachen auf molekularer Ebene zu erhalten, kann man mittels nicht-invasiver Bildgebung diese Stoffwechselvorgänge darstellen. Eine dieser Bildgebungsarten ist die Positronen-Emissions-Tomographie (PET), bei der Substanzen, die radioaktive, kurzlebige Nuklide enthalten, injiziert werden.Diese sogenannten PET-Tracer werden in subnanomolarer Menge eingesetzt und ermöglichen eine in vivo Visualisierung der jeweiligen Zielregion.
Um eine Bildgebung des NET mittels PET zu ermöglichen, bedarf es geeigneter, selektiver und spezifischer Moleküle, die anschließend mit Positronen-emittierenden Radionukliden markiert werden.
Ziel dieser Arbeit, war die Entwicklung, Radiosynthese sowie präklinische Evaluierung neuartiger NET-PET-Tracer, sowie die Weiterentwicklung und Optimierung von bereits bestehenden, auf der Reboxetin-Grundstruktur basierend NET-Radioliganden. Es wurde eine Vielzahl neuer Substanzen entwickelt, welche auf Affinität und Selektivität, Lipophilie, Bluthirnschranken-Penetration sowie Stabilität getestet wurden. Daraus wurde eine Struktur-Aktivitäts-Beziehung abgeleitet.
Für jene Substanzen mit geeigneten pharmakokinetischen Eigenschaften, wurde eine Radiomarkierung mit den PET-Nukliden Kohlenstoff-11 und Fluor-18 durchgeführt. Die Synthese wurde zuerst in kleinem Maßstab optimiert und daraufhin wurden die optimierten Bedingungen auf ein voll-automatisiertes Synthesemodul übertragen. Mittels dieser automatisierten Radiomarkierungsmethode kann man größtmögliche Reproduzierbarkeit, hohe Ausbeuten und konstante Produktqualität erhalten, bei gleichzeitig minimaler Strahlenbelastung für die durchführende Person. Zusätzlich wurde für jede radiomarkierte Substanz eine geeignete radiopharmazeutische Qualitätskontrolle aufgesetzt, die dem europäischen Arzneibuch entspricht.
Die vielversprechendsten NET-PET-Tracer wurden in vitro auf ihr Bindungsverhalten mittels Autoradiographie auf humanem und murinem Gewebe getestet und in Kompetitionsexperimenten die Spezifität und Selektivität der Bindung bestimmt. Um die autoradiographischen Ergebnisse mit Zellexperimenten zu korrelieren, wurden weitere Bindungsstudien auf humanen NET exprimierenden Membranen durchgeführt. Weiters wurde die metabolische Stabilität in Untersuchungen mit humanen und murinen Enzymen und Plasma bestimmt.
Alle bisher erhaltenen Daten verdeutlichen die Eignung von sowohl [11C]Me@HAPTHI als auch [11C]Me@APPI als potentielle NET-PET-Tracer, da sie herausragende Affinität, Selektivität und Stabilität zeigen. Da auch die logD und Permeabilitätswerte auf eine sehr wahrscheinliche passive Diffusion über die Bluthirnschranke hindeuten, werden in Zukunft beide Radioliganden in vivo angewendet werden und könnten Aufschluss über den Einfluss des NET bei den verschiedensten Krankheitsbildern beim Menschen liefern.
Die gesamte Dissertation umfasst 6 publizierte Arbeiten in internationalen Journalen, sowie 4 Kapitel zu noch nicht veröffentlichten Daten.
Abstract
(Englisch)
A vast number of psychiatric, neurodegenerative and cardiac diseases are characterized by a perturbation of the norepinephrine transporter (NET) indicating its substantial relevance in medical research.
Thus, non-invasive imaging techniques, as for instance positron emission tomography (PET), are the method of choice in order to gain thorough insight into the molecular changes of the NET involved in these pathologies. By intravenous injection of radiolabeled compounds in sub-nanomolar quantities, PET imaging allows the visualization of molecular information revealing transporter or receptor densities within a living subject. These substances are widely known as PET tracers.
The objectives of this thesis were the development, radiolabelling and evaluation of novel PET-tracers for the NET which are not based on the Reboxetine scaffold. Additionally, already existing Reboxetine-derived NET-PET tracers were further improved. Concomitantly, several new lead structures were identified, as well as tested for their NET-affinity, selectivity and pharmacokinetic suitability. Subsequently a structure-activity relationship database was introduced.
Upon a successful accomplishment of the prerequisites, a radiolabelling with the positron emitting radionuclides carbon-11 and fluorine-18 was performed and optimized. The optimum parameters were transferred to an automated synthesizer and a feasible, remotely controlled, automated radiosynthesis presented a constant product quality, while reducing the radiation exposure to a minimum. To ensure highest quality and safety of the radiotracers, a radiopharmaceutical quality control following European guidelines was established.
The binding behavior of the three most promising compounds – [11C]Me@APPI, [11C]Me@HAPTHI and [18F]FMeNER-D2 - was evaluated in human and murine tissue samples using in vitro autoradiography. Furthermore, their specificity and selectivity was proven in competition experiments with known NET-ligands. To reinforce the outcomes from the ex vivo tissue autoradiography, binding behavior was tested on a cellular level using hNET expressing membranes in competition experiments. Moreover, metabolic stability of the NET-PET tracers was tested in vitro using human and rat enzymes and plasma.
All trialed parameters indicated that both newly developed NET-PET tracers [11C]Me@APPI and [11C]Me@HAPTHI show highly favorable properties. Their excellent affinity, selectivity as well as enhanced metabolic stability were elucidated within this thesis. Hence, both novel carbon-11 labelled tracers will soon be tested in vivo in small animal PET studies. As a future prospective, both radiotracers, [11C]Me@APPI and [11C]Me@HAPTHI, might facilitate a more precise quantification of the NET in humans and show high potential to enhance the comprehension of the NET for clinical issues.
Overall, this manuscript comprises 6 peer reviewed publications and 4 chapters of, so far, unpublished material.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
radiosynthesis norepinephrine transporter preclinical evaluation radioligands PET tracers
Schlagwörter
(Deutsch)
Radiosynthese Norepinephrin Transporter Preklinische Evaluierung Radioliganden PET Tracer
Autor*innen
Christina Rami-Mark
Haupttitel (Englisch)
Synthesis of novel PET-tracers for the norepinephrine transporter
Publikationsjahr
2015
Umfangsangabe
205 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Klaus Kopka ,
Johannes Ermert
AC Nummer
AC12312032
Utheses ID
33638
Studienkennzahl
UA | 796 | 605 | 419 |