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Synthesis of novel PET tracers for the translocator protein
Neydher Berroteran Infante
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:1-13147.98892.850465-3
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die in vivo Bildgebung des Translokator Proteins (TSPO) wird intensiv diskutiert als Anwendung für einige wesentliche Erkrankungen, wie diverse Krebsarten, Herzinsuffizienz, und besonders für neurodegenerative Krankheiten. In dieser Hinsicht wurde die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) zur wesentlichsten Methodik für die in vivo Quantifizierung und Verteilung von TSPO, indem radioaktiv markierte Liganden mit hoher Affinität zu TSPO benutzt. Dessen ungeachtet ist die TSPO PET Bildgebung immer noch eine Herausforderung, da adäquate Radiopharmaka fehlen. Bislang existiert kein einzelner TSPO PET Tracer, der alle gewünschten und nötigen pharmakokinetischen und pharmakodynamischen Eigenschaften aufweist. Hier steht man unter der Herausforderung einer oftmals hohen unspezifischen Bindung und einer heterogene Bindungsaffinität in Abhängigkeit eines Einzelnukleotid-Polymorphismus. Im Detail bewirkt dieser Polymorphismus unterschiedliche Bindungsaffinität der Tracer an TSPO bei Personen mit unterschiedlichem Genotyp, was letztendlich zu einer Genotypklassifizierung in Personen mit hoher Affinität (HAB), mit mittlerer Affinität (MAB) und mit niedriger Affinität (LAB) führt. Obwohl einige TSPO-PET-Tracer scheinbar eine geringe Empfindlichkeit zu diesem Polymorphismus aufweisen (d.h. sie zeigen eine homogene Bindungsaffinität zu TSPO in allen Personen), zeigen diese eine für TSPO-PET-Tracer unzureichend hohe, unspezifische Bindung und langsame Hirnkinetik aufweisen, was ihre Verwendbarkeit einschränkt.
Dementsprechend wurden in dieser Doktorarbeit mehrere neue Verbindungen als TSPO PET Liganden entwickelt, um den einen potentiell „idealen“ TSPO PET Tracer zu erhalten. Daher wurden die Synthesen der Referenzstandards sowie der Vorläuferverbindungen geplant und mit ausreichenden Ausbeuten durchgeführt. Darüber hinaus wurden die Bindungsaffinitäten der neu entwickelten Substanzen zu TSPO in Versuchen unter Verwendung von Thrombozyten von zuvor genotypisierten Personen bestimmt. Aufgrund dieser Ergebnisse wurden zwei Verbindungen als potentielle TSPO PET Substanzen identifiziert, da sie eine hohe Affinität und keine Polymorphismusempfindlichkeit zu TSPO aufwiesen. In der Folge wurden in dieser Dissertation zwei radiomarkierte TSPO PET Tracer entwickelt und getestet: (R)-[11C]Me@NEBIQUINIDE und sein fluoriertes Analogon (R)-[18F]NEBIFQUINIDE. (R)-[11C]Me@NEBIQUINIDE wurde über [11C]Methyltriflat gemäß Standardvorschriften synthetisiert, während die Radiosynthese von (R)-[18F]NEBIFQUINIDE nur über die 18F-Fluorierung mit Mikrowellenunterstützung möglich war. Beide Tracer wurden zuverlässig und reproduzierter synthetisiert. Die präklinische in vitro Evaluierung umfasste Stabilitätsuntersuchungen, die Bestimmung von logP und die Bindung an Plasmaprotein α1-AGP. Für beide Substanzen wurden vielversprechende Ergebnisse erzielt, die eine weitere Analyse des in vivo Verhaltens nahelegten. Aufgrund seiner vorteilhaften physikalischen Halbwertszeit wurde zunächst nur (R)-[18F]NEBIFQUINIDE in Mäusen getestet, was hervorragende Ergebnisse zeigte, die seine Verwendung in Tiermodellen und der in vivo Anwendung beim Menschen nahelegten. Außerdem ermöglichten Radioliganden-Bindungsassays unter Verwendung bereits bekannter TSPO Liganden eine weitere Charakterisierung dieser molekularen Zielstruktur bei Darmkrebs sowie hinsichtlich des genetischen Profils.
Abstract
(Englisch)
The 18 kDa Translocator Protein (TSPO), first described as the peripheral benzodiazepine receptor, is suggested to be dysregulated in a variety of pathologies, such as neurodegenerative disorders, heart failure and several types of cancer, which underlines TSPO as an interesting target for treatment and diagnosis of the aforementioned diseases. In this regard, positron emission tomography (PET) has become the lead strategy for the in vivo quantification and distribution of TSPO, by using radiolabeled ligands (tracers) with high affinity toward this target. Although several TSPO PET tracers have been introduced, a single nucleotide polymorphism in the TSPO gene has hampered the occurrence of the ideal radioligand, so far. In detail, this polymorphism causes a heterogeneous binding affinity of the tracers to the TSPO in subjects with different genotype, ultimately leading in a genotype classification of subjects with high-affinity (HAB), medium-affinity (MAB) and low-affinity (LAB) binding properties. Even though a couple of TSPO PET tracers seem to exhibit low sensitivity towards the polymorphism (i.e. they exhibit a homogeneous binding affinity towards the TSPO), on the other hand, they lack of adequate pharmacokinetic properties, e.g. displaying high non-specific binding and slow brain kinetics, which hinder their use.
Accordingly, in this doctoral thesis several compounds were designed as potentially ideal TSPO PET ligands, overcoming these challenges. Consequently, the syntheses of the reference standards as well as the radiolabelling precursors were planned and carried out with satisfactory yields. Moreover, the binding affinities toward the TSPO of the newly developed substances were determined in competition experiments, using platelets membranes of subjects previously genotyped. On the basis of these results, two compounds were identified as TSPO PET tracers, with potential for further in vivo application, since they exhibit a high affinity and no sensitivity toward the TSPO polymorphism. Therefore, two TSPO PET tracers were developed and evaluated in this dissertation: (R)-[11C]Me@NEBIQUINIDE and its fluorinated analogue (R)-[18F]NEBIFQUINIDE. Briefly, (R)-[11C]Me@NEBIQUINIDE was synthesised via [11C]methyl triflate, whereas the radiosynthesis of [18F]NEBIFQUINIDE was only possible via 18F-fluorination with assisted microwave heating. Both tracers were synthesized in a reliable and feasible manner. Preclinical in vitro evaluation included, stability testing, determination of logP and binding to plasma protein (α1-AGP). In both cases, promising results were achieved, which suggested a further evaluation in vivo. Due to its more advantageous half-life, only (R)-[18F]NEBIFQUINIDE was evaluated in in vivo settings in mice, showing outstanding results which encourage its use in animal models and in vivo application in humans. As a secondary finding of this thesis, radioligand binding assays using already known TSPO ligands allowed a further characterization of this molecular target in colorectal cancer as well as regarding the genetic polymorphism.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Radiosynthesis TSPO Radiopharmaceuticals PET Polymorphism 11C-labeling 18F-labeling
Schlagwörter
(Deutsch)
Radiosynthese TSPO Radiopharmaka PET Polymorphismus 11C-Radiomarkierung 18F-Radiomarkierung
Autor*innen
Neydher Berroteran Infante
Haupttitel (Englisch)
Synthesis of novel PET tracers for the translocator protein
Paralleltitel (Deutsch)
Synthese von neuen PET Radiopharmaka für das Translokator Protein
Publikationsjahr
2019
Umfangsangabe
275 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Tobias Ross ,
Simon Ametamey
Klassifikationen
35 Chemie > 35.15 Radiochemie ,
35 Chemie > 35.50 Organische Chemie: Allgemeines
AC Nummer
AC15338294
Utheses ID
50071
Studienkennzahl
UA | 796 | 605 | 419 |