Studies of the radiolabeling and biodistribution of substance P using lutetium-177 as a radiotracer

Gliomas malignos são tumores cerebrais primários, resistentes a vários tratamentos, como quimioterapia, radioterapia, indução de apoptose e cirurgia. Uma alternativa para o tratamento dos gliomas malignos é a terapia radionuclídea. Essa técnica utiliza moléculas radiomarcadas que se ligam seletivamente às células tumorais e nelas depositam dose citotóxica de radiação, provocando a morte das células doentes. A maioria dos protocolos de terapia radionuclídea para tumores cerebrais malignos envolve a administração de peptídeos marcados com radioisótopos emissores -. A substância P (SP) é um neuropeptídeo de 11 aminoácidos, da família das taquicininas, caracterizada pela sequência C-terminal Phe-X-Gly-Leu-Met-NH2. A SP radiomarcada com diferentes radioisótopos, inclusive Lutécio-177, tem sido descrita e proposta para tratamento in vivo de tumores. A SP é o ligante mais importante dos receptores de neuroquinina tipo 1, superexpressos em gliomas malignos. O objetivo deste trabalho foi estudar as condições de marcação de SP-DOTA com 177Lu, a estabilidade do composto marcado e suas propriedades in vitro e in vivo, a fim de desenvolver um protocolo de produção e avaliar o potencial do radiofármaco para terapia de gliomas. As condições de marcação foram otimizadas variando-se temperatura, tempo de reação, atividade de cloreto de lutécio-177 e massa de SP-DOTA e analisou-se a pureza radioquímica das preparações por meio de técnicas cromatográficas. A estabilidade da SP-DOTA-177Lu radiomarcada com baixa atividade de 177Lu foi avaliada por diferentes tempos a 2 - 8 ºC ou incubadas em soro humano a 37 ºC. A estabilidade das marcações com alta atividade de 177Lu também foi analisada na presença de ácido gentísico (6 mg/mL) adicionado após a reação de marcação. As condições de marcação em baixa e alta atividade foram submetidas à avaliação quanto à possibilidade de oxidação do resíduo de metionina, adicionando o aminoácido D-Lmetionina (6 mg/mL) ao meio de reação e posterior avaliação cromatográfica. Estudo in vitro com SP-DOTA-177Lu, radiomarcada na ausência e presença de metionina, utilizando células de glioma humano M059J e U-87 MG, verificou o efeito da oxidação da metionina sobre a ligação às células. Estudos de biodistribuição foram realizados em camundongos Nude com modelo tumoral e em camundongos Balb-c sadios. Obteve-se a maior pureza radioquímica (> 95 %) associada à maior atividade específica de SP-DOTA-177Lu quando o tempo de reação foi de 30 minutos, temperatura de 90 ºC, massa de SP-DOTA de 10 g e a atividade do 177Lu de 185 MBq. A SP radiomarcada em condições otimizadas manteve-se estável a 2 - 8 ºC e em soro humano por 4 horas. Os estudos in vitro demonstraram ligação aos receptores celulares e essa ligação mostrou-se reduzida quando o peptídeo apresenta-se em sua forma oxidada. A adição de metionina combinada com ácido gentísico preveniu a oxidação peptídica e assegurou-se a estabilidade do composto marcado, principalmente com alta atividade de 177Lu, quando se utilizou maior massa de SP-DOTA. Nos estudos in vivo, os resultados mostraram uma cinética de biodistribuição favorável do composto e capacidade de ligação às células tumorais. SP-DOTA-177Lu pode ser uma ferramenta útil para estudos in vivo devido à facilidade de preparação, alta estabilidade e afinidade pelas células tumorais.Malignant gliomas are primary brain tumors, resistant to various treatments, as chemotherapy, radiotherapy, induction of apoptosis and surgery. An alternative for the treatment of malignant gliomas is the radionuclide therapy. This technique apply radiolabeled molecules that selectively bind to tumor cells producing cytotoxic effect by dose irradiation, and resulting in death of tumor cells. Most protocols for radionuclide therapy of malignant brain tumors involve the administration of peptides labeled with - emitting radioisotopes. The Substance P (SP) is an 11- amino acid neuropeptide, characterized by the C-terminal sequence Phe-X-Gly-Leu-Met-NH2. The use of SP labeled with different radionuclides including 177Lu, have been proposed for in vivo treatment of tumors. SP is the most important target of neurokinin 1 receptors, overexpressed in malignant gliomas. The objective of this work was to study conditions of radiolabeling DOTA-SP with 177Lu, the stability of labeled compound and in vivo and in vitro, to develop a protocol production and evaluate the potential of the radiopharmaceutical in the therapy of gliomas. The labeling conditions were optimized varying the temperature, reaction time, activity of lutetium-177 chloride and mass of DOTA-SP. The radiochemical purity of preparations were analyzed by chromatographic techniques. The stability of 177Lu -DOTA- SP radiolabeled with low activity of 177Lu was evaluated for different time at 2-8 °C or incubated in human serum. The stability of the labeled with high activity of 177Lu was also analyzed in the presence of gentisic acid (6 mg / mL) added after the labeling reaction. The labeled conditions in low and high activity were subjected to evaluation for the ability to cause oxidation of methionine residue, adding the D-L- methionine amino acid to the reaction medium (6 mg / mL) and subsequent chromatographic evaluation. In vitro study with 177Lu-DOTA-SP, radiolabeled in the absence and presence of methionine, using human M059J U-87 MG glioma cells and, showed the effect of oxidation of methionine on the cells binding. Biodistribution studies were performed in Nude mice with tumor model and Balb-c mice. Highest radiochemical purity (> 95%) associated with the highest specific activity of 177Lu-DOTA-SP when the reaction time was 30 minutes, temperature of 90 °C, 10 g of DOTA-SP, and the activity of 177Lu of 185 MBq. The radiolabeled SP in optimized conditions remained stable at 2-8 °C and in human serum for 4 hours. In vitro studies showed the binding to cell receptors and this binding was reduced when the peptide was presented in its oxidized form. The addition of methionine combined with gentisic acid prevented the oxidation of peptide and increased the stability of the labeled compound, particularly with high activity of 177Lu, when using larger mass of DOTA-SP. In vivo studies results showed a favorable biodistribution kinetics of the compound and ability to bind to tumor cells. 177Lu-DOTA-SP can be a useful tool for in vivo studies due to ease preparation, high stability and affinity for tumor cells