Development and evaluation of a 44 Ti, 44 Sc radionuclide generator and labeling of biomolecules with 44 Sc and 68 Ga for PET imaging

Non-invasive molecular-imaging technologies are playing a key role in drug discovery, development and delivery. Positron Emission Tomography (PET) is such a molecular imaging technology and a powerful tool for the observation of various deceases in vivo. However, it is limited by the availability of vectors with high selectivity to the target and radionuclides with a physical half-life which matches the biological half-life of the observed process. The 68Ge/68Ga radionuclide generator makes the PET-nuclide anywhere available without an on-site cyclotron. Besides the perfect availability 68Ga shows well suited nuclide properties for PET, but it has to be co-ordinated by a chelator to introduce it in a radiopharmaceuticals.rnHowever, the physical half-life of 68Ga (67.7 min) might limit the spectrum of clinical applications of 68Ga-labelled radiodiagnostics. Furthermore, 68Ga-labelled analogues of endoradiotherapeuticals of longer biological half-live such as 90Y- or 177Lu-labeled peptides and proteins cannot be used to determine individual radiation dosimetry directly. rnThus, radionuclide generator systems providing positron emitting daughters of extended physical half-life are of renewed interest. In this context, generator-derived positron emitters with longer physical half-life are needed, such as 72As (T½ = 26 h) from the 72Se/72As generator, or 44Sc (T½ = 3.97 h) from the 44Ti/44Sc generator.rnIn this thesis the implementation of radioactive gallium-68 and scandium-44 for molecular imaging and nuclear medical diagnosis, beginning with chemical separation and purification of 44Ti as a radionuclide mother, investigation of pilot generators with different elution mode, building a prototype generator, development and investigation of post-processing of the generator eluate, its concentration and further purification, the labeling chemistry under different conditions, in vitro and in vivo studies of labeled compounds and, finally, in vivo imaging experiments are described.Nicht-invasive molekulare Bildgebung spielt eine Schlüsselrolle in der Wirkstoffforschung, der Entwicklung und Lieferung. Positronen-Emissions-Tomographie (PET) ist eine solche molekulare Imaging-Technologie und ein leistungsfähiges Werkzeug für die in vivo Beobachtung unterschiedliche Krankheiten. Es ist jedoch abhängig durch die Verfügbarkeit von Vektoren mit hoher Selektivität zu dem Ziel, dem Radionuklid mit einer physikalischen Halbwertszeit, die zur biologische Halbwertszeit des beobachteten Prozesses passt. Der 68Ge/68Ga Radionuklidgenerator macht das PET-Nuklid überall verfügbar, ohne ein Zyklotron-vor-Ort. Neben der perfekten Verfügbarkeit von 68Ga zeigt es auch Nuklideigenschaften die für PET geeignet sind, aber es muss gemeinsam von einem Chelator koordiniert, werden um es in Radiopharmaka einzuführen.rnAllerdings könnte die physikalische Halbwertszeit von 68Ga (67,7 min) das Spektrum der klinischen Anwendung von 68Ga-markierten Radiodiagnostike einschränken. Darüber hinaus können 68Ga-markierte Analoga von Endoradiotherapeutika mit längeren biologischen Halbwertszeiten wie 90Y-oder 177Lu-markierten Peptiden und Proteinen nicht verwendet werden, um die individuelle Dosimetrie direkt zu bestimmen.rnDaher erhöht sich nochmals das Interesse an Radionuklidgenerator Systemen für Positronen emittierende Töchter mit längerer Halbwertzeit. In diesem Zusammenhang werden Generator basierte Positronenstrahler mit längeren Halbwertzeit benötigt, wie z.B. 72As (T½ = 26 h) vom 72Se/72As Generator oder 44Sc (T½ = 3,97 h) aus dem 44Ti/44Sc Generator.rnIn dieser Arbeit wird die Umsetzung des radioaktiven Gallium-68 und Scandium-44 für die molekulare Bildgebung und der nuklearmedizinischen Diagnostik, beginnend mit der chemischen Trennung und Reinigung von 44Ti als Radionuklid Mutter untersucht. Weiterhin steht die Evaluirung von Pilot-Generatoren mit unterschiedlichen Elutions Modi, der Bau eines Generator Prototyps, die Entwicklung und Untersuchung des Post-Processing des Generator-Eluats, seiner Konzentration und weiteren Aufreinigungen im Blickpunkt der Arbeit. Auch die Markierungschemie unter verschiedenen Bedingungen, sowie in vitro und in vivo Studien von markierten Verbindungen und schließlich in vivo Bildgebungsexperimente werden in der Arbeit beschrieben