Synthese, 68Ga-Markierung, Aufreinigung und Evaluierung von divalenten DO2A-basierenden Radiopharmaka

Die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) bietet die Möglichkeit, nicht invasiv Stoffwechselprozesse in vivo zu visualisieren und quantifizieren. Mit dem 68Ge/68Ga-Radionuklidgenerator wurde das PET-Nuklid 68Ga überall, auch abseits von Zyklotronstandorten, verfügbar gemacht. Neben der Verfügbarkeit besitzt 68Ga auch gute Umwandlungseigentschaften für die PET, muss aber koordinativ über einen Chelator in das Radiopharmakon eingebracht werden. Es wurde gezeigt, dass divalente Radiopharmaka eine höhere Affinität zu einem bestimmten biologischen Target aufweisen als monovalente. In einem neuen Ansatz wurden zwei bioaktive Gruppen direkt an einen bifunktionellen Chelator für die Radiomarkierung von 68Ga gekoppelt. Dieser Ansatz ist synthetisch deutlich leichter zugänglich als die bisher verwendeten dendrimeren Strukturen, um mehrere Targeting Vektoren (TV) an einen Chelator zu koppeln. In dieser Arbeit wurden die beiden freien Ringstickstoffe von 1,7-Diessigsäure-1,4,7,10-Tetraazacyclododecan (DO2A) verwendet, um zwei TV einzuführen. Als TV wurden zum einen Substanzen mit hohen Affinitäten zum Sulfonylharnstoffrezeptor SUR1 synthetisiert. Da SUR1 auf den ß-Zellen der Langerhans´schen Inseln im Pankreas exprimiert wird, könnten diese Verbindungen zur Quantifizierung der ß-Zell Masse dienen. Solch ein Tracer wäre eine entscheidende Weiterentwicklung in der Frühdiagnostik und Therapiekontrolle von Diabetes Mellitus Typ 1. Desweiteren wurde die Aminosäure Tyrosin divalent an DO2A gekoppelt und mit 68Ga markiert. Diese Derivate wurden in vitro und in vivo evaluiert und zeigten vielversprechende Ergebnisse. Eine 68Ga-markierte Aminosäure könnte aufgrund der hervorragenden Verfügbarkeit des Radionukids über den 68Ge/68Ga-Radionuklidgenerator ein sehr großes Potential für die Tumordiagnostik besitzen. Mit O-2-Fluorethyltyrosin (FET), einem bereits angewendeten, mit [18F]-markierten PET-Tracer, wurde die Eignung von auf Oocyten exprimierten Aminosäuretransportern zur Bestimmung des Aufnahmemechanismus von Aminosäuretracern untersucht. Dabei konnte gezeigt werden, dass dieses Modell sehr gut geeignet ist und neue Erkenntnisse über die Aufnahme von FET gewonnen werden. DO2A wurde außerdem noch mit verschiedenen kopplungsfähigen Gruppen, wie Isothiocyanaten oder Maleimid, funktionalisiert, um eine leichte Konjugation mit interessanten Biomolekülen zu erlauben. Nach den organischen Synthesen wurden die 68Ga-Markierungen optimiert. Hierbei wurde der Einfluss aller Parameter untersucht und neben dem klassischen Heizen eine Markierungsmethode mit Hilfe einer Labormikrowelle etabliert. Dabei konnte gezeigt werden, dass sich DO2Abasierende Radiopharmaka durchaus für 68Markierung eignen und auch für die Dauer einer PET-Untersuchung stabil sind. In weiteren Markierungsarbeiten wurde der Einfluss des Puffers 2-[4-(2-hydroxyethyl)piperazin-1-yl]ethanesulfonic acid (HEPES) untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass HEPES einen Komplex mit 68Ga bildet und bei sehr kleinen Vorläuferkonzentrationen in Konkurrenz zum Markierungsvorläufer treten kann. Außerdem wurde eine Aufreinigungsmethode entwickelt, mit der es möglich ist, DOTA-konjugierte Radiopharmaka über Festphasenextraktionskartuschen sowohl von Radiometall, als auch vom eingesetzten Überschuss an Markierungsvorläufer zu trennen.Positron-emission tomography (PET), a quantitative modality of molecular imaging enables the non-invasive visualization of biochemical prosesses in vivo. The 68Ge/68Garadionuclidegenerator makes the PET-nuclide 68Ga anywhere available without an on-site cyclotron. Besides the perfect availability 68Ga shows well suited nuclide properties for PET, but is has to be co-ordinated by a chelator to introduce it in a radiopharmaceutical. It was demonstrated that divalent radiopharmaceuticals show a higher affinity to a specific biological target than monovalent ones. In a novel approach two bioactive groups were directly attached to the bifunctional chelator, supposed to be labeled with 68Ga. This way to introduce two targeting vectors (TV) into a radiopharmaceutical is related with much less synthetic effort than the dendrimeric approach used before. In the presented work the two free ring-nitrogens of 1,7-diacetic acid-1,4,7,10-tetraazacyclododecane were utilized to attach two TVs. As one category of TVs derivatives with a high affinity to the sulfonylureareceptor SUR1 were synthesized. Due to the high expression of SUR1 on the ß-cells in the islets of Langerhans in the pancreas these compounds could be used for the non-invasive quantification of the ß-cell mass. A ß-cell tracer would be of high interest for the early diagnosis and therapy control of diabetes mellitus type 1. Furthermore the amino acid tyrosine was coupled divalent to DO2A and labeled with 68Ga. These derivatives were examined in vitro and in vivo and showed very promising results. Due to the perfect availability a 68Ga-labeled amino acid would bear great potential for tumor-diagnostics. With O-2-Fluoroethyltyrosine, an established [18F]-labeled PET-tracer was checked, if the expression of specific amino acid transporters on oocytes is a suitable model for the determination of the uptake mechanism of amino acid tracers. It was found that this method is well suited and new knowledge on the uptake of FET was achieved. DO2A was conjugated with different functional groups like isothiocyanates or maleimides, for the possibility of the attachment of interesting biomolecules. Besides the organic syntheses the 68Ga-labeling procedures were optimized. The influence of all relevant parameters was studied and a microwave supported method was established. It was shown that DO2A is matching the requirements for 68Ga-labeling and that 68Ga-labeled DO2A-based radiopharmaceuticals have a sufficient stability for a PET study. In further labeling experiments 2-[4-(2- hydroxyethyl)piperazin-1-yl]ethanesulfonic acid (HEPES) was investigated as buffer system in 68Ga-labeling reactions. It was demonstrated that HEPES forms a 68Ga-complex under labeling conditions and is competitive to the labeling precursor at very low precursor concentrations. And a method for the purification of DOTA-conjugated radiopharmaceuticals was developed. With this method it is possible to purify the formed DOTAradiopharmaceutical form both, radiometal and labeling precursor