Onderzoek naar het Georgia (III) Complex van EOB-DTPA en haar<sup> 68</sup> Ga Radioactief gemerkt Analogue
Summary
Een procedure voor de isolatie van EOB-DTPA en daaropvolgende complexering met natuurlijke Ga (III) en 68Ga wordt hierin voorgesteld, alsmede een grondige analyse van verbindingen en onderzoek op labelingsefficiëntie in vitro stabiliteit en n- octanol / water verdelingscoëfficiënt van het radiogelabelde complex.
Abstract
We tonen een methode voor het isoleren van EOB-DTPA (3,6,9-triaza-3,6,9-tris (carboxymethyl) -4- (ethoxybenzyl) -undecanedioic acid) vanaf het Gd (III) complex en protocollen voor de bereiding van de nieuwe niet-radioactieve, dwz natuurlijke Ga (III) en radioactief 68Ga complex. De ligand en de Ga (III) complex gekenmerkt door kernmagnetische resonantie (NMR) spectroscopie, massaspectrometrie en elementanalyse. 68Ga werd verkregen met een standaard elutie methode in een 68 Ge / 68Ga-generator. Experimenten om de 68Ga-merkingsrendement van EOB-DTPA bij pH 3,8-4,0 werden geëvalueerd. Opgericht analysetechnieken radio TLC (dunnelaagchromatografie) en radio HPLC (hogedrukvloeistofchromatografie) werden gebruikt om de radiochemische zuiverheid van de tracer bepaald. Als een eerste onderzoek van de lipofiliciteit 68 Ga tracers 'de n- octanol / water distribution coëfficiënt 68Ga species aanwezig in een pH 7,4 oplossing werd bepaald door een extractiewerkwijze. In vitro stabiliteit metingen van de tracer in verschillende media bij fysiologische pH werden uitgevoerd, waaruit verschillende graden van afbraak.
Introduction
Dinatriumgadoxetinezuur, een algemene naam voor Gd (III) complex van het ligand EOB-DTPA 1, is een veel gebruikte contrastmiddel hepatobiliaire magnetic resonance imaging (MRI). 2,3 Vanwege zijn specifieke opname door hepatocyten en lever hoog percentage van hepatobiliaire uitscheiding het maakt de lokalisatie van focale laesies en levertumoren. 2-5 bepaalde beperkingen van de MRI-techniek (bijvoorbeeld toxiciteit van de contrastmiddelen, beperkte toepasbaarheid bij patiënten met claustrofobie of metalen implantaten) pleiten voor een alternatief diagnostisch hulpmiddel .
Positron emissie tomografie (PET) is een moleculair beeldvormingswerkwijze, waarbij een kleine hoeveelheid van een radioactieve stof (tracer) toegediend, waarna de verdeling in het lichaam wordt opgenomen door een PET-scanner. 6 PET is een dynamische methode die hoge ruimtelijke en temporele resolutie beelden en kwantificering van de resultaten, zonderomgaan met de bijwerkingen van MRI-contrastmiddelen. De informatieve waarde van de metabole verkregen informatie kan verder worden vergroot door combinatie met anatomische data ontvangen van andere beeldvormende methoden, meestal bereikt door hybride beeldvorming met computertomografie (CT) in PET / CT scanners.
De chemische structuur van een tracer geschikt voor PET moet een radioactieve isotoop die als positron emitter omvatten. Positronen hebben een korte levensduur, omdat ze vrijwel direct vernietigen met elektronen van het atoom schelpen van het omringende weefsel. Door vernietiging twee 511 keV gamma-fotonen met tegengestelde bewegingsrichting worden uitgestoten, die worden geregistreerd door de PET-scanner. 7,8 Om een tracer, PET nucliden kunnen covalent worden gebonden aan een molecuul, zoals het geval is in 2-deoxy 2- [18F] fluoroglucose (FDG), de meest intensief gebruikte PET-tracer. 7 kan echter een nuclide vormen ook coördinatieve bindingen met één of meerdere liganden (bv[68 Ga] -DOTATOC 9,10) of worden gebruikt als opgeloste anorganische zouten (bijvoorbeeld [18F] natriumfluoride 11). Geheel, de structuur van de tracer is belangrijk omdat de biologische verdeling, metabolisme en excretie gedrag bepaalt.
Een geschikte PET nuclide moeten gunstige eigenschappen als gunstig positron energie en beschikbaarheid en een halfwaardetijd voldoende voor de beoogde onderzoek combineren. De 68 Ga nuclide is uitgegroeid tot een belangrijke kracht in het gebied van PET in de afgelopen twee decennia. 12,13 Dit is voornamelijk te wijten aan de beschikbaarheid door een generator systeem, die onafhankelijk labeling on-site maakt het mogelijk uit de buurt van een cyclotron. In een generator, de moeder nuclide 68 Ge geabsorbeerd op een kolom waarvan het dochternuclide 68Ga geëlueerd en vervolgens gemerkt met een geschikte chelator. 6,14 Aangezien 68Ga nuclide bestaat als een trivalent kation net als Gd (III) 10,13, chelerende EOB-DTPA met 68 Ga in plaats daarvan zou een complex opleveren met dezelfde totale negatieve lading als gadoxetinezuur. Bijgevolg kan dat 68Ga tracer dezelfde karakteristieke lever specificiteit te combineren met de geschiktheid voor PET-beeldvorming. Hoewel gadoxetinezuur wordt gekocht en toegediend als dinatriumzout, in de volgende context zullen we verwijzen als Gd [EOB-DTPA] en de niet-radioactieve Ga (III) -complex als GA [EOB-DTPA] of 68Ga [ EOB-DTPA] bij het radioactief gemerkte component voor het gemak.
Om hun toepasbaarheid evalueren tracers voor PET, moet radioactieve metaalcomplexen uitvoerig eerst onderzocht in vitro, in vivo of ex vivo experimenten. Om de geschiktheid voor een respectievelijke medisch probleem te bepalen, verschillende tracer kenmerken, zoals biologische verdeling gedrag en de klaring profiel, stabiliteit, orgel specificiteit en cel of tissue opname moeten worden onderzocht. Vanwege hun niet-invasief karakter, zijn in vitro bepalingen vaak voorafgaand aan in vivo experimenten. Algemeen wordt erkend dat DTPA en zijn derivaten beperkt geschikt als chelatoren voor 68Ga door deze complexen ontbreken kinetische inertheid, waardoor relatief snelle afbraak bij toediening in vivo. 14-20 Dit wordt voornamelijk veroorzaakt door apo-transferrine als een concurrent voor 68Ga in plasma. Toch, onderzochten we deze nieuwe tracer met betrekking tot de mogelijke toepassing ervan in hepatobiliaire imaging, waarin diagnostische informatie binnen enkele minuten kan worden geleverd na de injectie 3,4,21-23, daardoor niet per se die langdurige tracer stabiliteit. Hiertoe die we EOB-DTPA uit gadoxetinezuur en aanvankelijk uitgevoerd complexering met natuurlijke Ga (III), die bestaat als mengsel van twee stabiele isotopen, 69 GA en 71 </sup> Ga. Het aldus verkregen complex diende als niet-radioactieve standaard voor de volgende chelatie van 68 Ga. We gebruikten gevestigde methoden en tegelijkertijd geëvalueerd hun geschiktheid voor de bepaling van de efficiëntie van 68 Galabeling EOB-DTPA en de lipofiliciteit van de nieuwe 68Ga tracer en de stabiliteit ervan in verschillende media te onderzoeken.
Protocol
Representative Results
Discussion
EOB-DTPA is toegankelijk via een meerstapssynthese 33 maar kan evengoed worden geïsoleerd uit beschikbare contrastmiddelen bevattende gadoxetinezuur. Daartoe kan de centrale Gd (III) ionen worden geprecipiteerd met een overmaat oxaalzuur. Na het verwijderen van Gd (III) oxalaat en oxaalzuur het ligand kan worden geïsoleerd door neerslaan in koud water bij pH 1,5. Echter, om opbrengsten kolomchromatografie filtraat verbetering kan worden uitgevoerd in plaats of vervolgtraject. Beide methoden levert het analy…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors have no acknowledgements.
Materials
| primovist | Bayer | – | 0.25 M |
| gallium(III) chloride | Sigma-Aldrich Co. | 450898 | |
| water (deionized) | – | – | tap water deionizing equipment by Auma-Tec GmbH |
| hydrochloric acid 12 M | VWR | 20252.29 | |
| sodium hydroxide | Polskie Odczynniki Chemiczne S.A. | 810925429 | |
| oxalic acid | Sigma-Aldrich Co. | 75688 | |
| ethyl acetate | Brenntag GmbH | 10010447 | |
| silica gel | Merck KGaA | 1.10832.9025 | Geduran Si 60 0,063-0,2 mm |
| TLC silica gel 60 F254 | Merck KGaA | 1.16834.0001 | |
| methanol | VWR | 20903.55 | |
| ethanol | Brenntag GmbH | 10018366 | |
| eiethylether | VWR | 23807.468 | stored over KOH plates |
| ammonia solution (25 %) | VWR | 1133.1 | |
| pH electrode | VWR | 662-1657 | |
| stirring and heating unit | Heidolph | 505-20000-00 | |
| pump | Ilmvac GmbH | 322002 | |
| frit | – | custom design | |
| NMR spectrometer | Bruker Coorporation | – | Ultra Shield 400 |
| mass spectrometer | Thermo Fisher Scientific Inc. | – | |
| elemental analyser | Hekatech GmbH Analysentechnik | – | EuroVector EA 3000 CHNS |
| deuterated water D2O | euriso-top | D214 | 99,90 % D |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Material/Equipment required for labeling procedures | |||
| 68Ge/68Ga generator | ITG Isotope Technologies Garching GmbH | A150 | |
| pump and dispenser system | Scintomics GmbH | – | Variosystem |
| hydrochloric acid 30 % (suprapur) | Merck KGaA | 1.00318.1000 | |
| water (ultrapur) | Merck KGaA | 1.01262.1000 | |
| sodium chloride (suprapur) | Merck KGaA | 1.06406.0500 | |
| sodium acetate (suprapur) | Merck KGaA | 1.06264.0050 | |
| glacial acetic acid (suprapur) | Merck KGaA | 1.00066.0250 | |
| sodium citrate dihydrate | VEB Laborchemie Apolda | 10782 | >98.5% |
| PS-H+ Cartridge (S) | Macherey-Nagel | 731867 | Chromafix |
| apo-Transferrin | Sigma-Aldrich Co. | T2036 | |
| PBS buffer (tablets) | Sigma-Aldrich Co. | 79382 | |
| human serum | Sigma-Aldrich Co. | H4522 | from human male AB plasma |
| flasks, columns etc. | custom design | ||
| pH electrode | Knick Elektronische Messgeräte GmbH & Co. KG | 765-Set | |
| binary pump (HPLC) | Hewlett-Packard | G1312A (HP 1100) | |
| UV Vis detector (HPLC) | Hewlett-Packard | G1315A (HP 1100) | |
| radioactive detector (HPLC) | EGRC Berthold | ||
| HPLC C-18-PFP column | Advanced Chromatography Technologies Ltd. | ACE-1110-1503/A100528 | |
| HPLC glass vials | GTG Glastechnik Graefenroda GmbH | 8004-HP-H/i3µ | |
| pipette | Eppendorf | – | |
| plastic vials | Sarstedt AG & Co. | 6542.007 | |
| plastic vials | Greiner Bio-One International GmbH | 717201 | |
| activimeter | MED Nuklear-Medizintechnik Dresden GmbH | – | Isomed 2010 |
| tweezers | custom design | ||
| incubator | Heraeus Instruments GmbH | 51008815 | |
| vortex mixer | Fisons | – | Whirlimixer |
| centrifuge | Heraeus Instruments GmbH | 75003360 | |
| gamma well counter | MED Nuklear-Medizintechnik Dresden GmbH | – | Isomed 2100 |
| water for chromatography | Merck KGaA | 1.15333.2500 | |
| acetonitrile for chromatography | Merck KGaA | 1.00030.2500 | |
| trifluoroacetic acid | Sigma-Aldrich | 91707 | |
| TLC radioactivity scanner | raytest Isotopenmessgeräte GmbH | B00003875 | equipped with beta plastic detector |
References
- Weinmann, H. J., et al. A new lipophilic gadolinium chelate as a tissue-specific contrast medium for MRI. Magn. Reson. Med. 22, 233-237 (1991).
- Stroszczynski, C., et al. Aktueller Stand der MRT-Diagnostik mit leberspezifischen Kontrastmitteln. Radiologe. 44, 1185 (2004).
- Van Beers, B. E., Pastor, C. M., Hussain, H. K. Primovist, Eovist – what to expect. J. Hepatol. 57, 421-429 (2012).
- Zech, C. J., Herrmann, K. A., Reiser, M. F., Schoenberg, S. O. MR Imaging in Patients with Suspected Liver Metastases: Value of Liver-specific Contrast Agent Gd-EOB-DTPA. Magn. Reson. Med. Sci. 6, 43-52 (2007).
- Leonhardt, M., et al. Hepatic Uptake of the Magnetic Resonance Imaging Contrast Agent Gd-EOB-DTPA: Role of Human Organic Anion Transporters. Drug Metab. Dispos. 38, 1024-1028 (2010).
- Wadas, T. J., Wong, E. H., Weisman, G. R., Anderson, C. Coordinating Radiometals of Copper, Gallium, Indium, Yttrium, and Zirconium for PET and SPECT Imaging of Disease. J. Chem. Rev. 110, 2858-2902 (2010).
- Ametamey, S. M., Honer, M., Schubiger, P. A. Molecular Imaging with PET. Chem. Rev. 108, 1501-1516 (2008).
- Cutler, C. S., Hennkens, H. M., Sisay, N., Huclier-Markai, S., Jurisson, S. S. Radiometals for Combined Imaging and Therapy. Chem. Rev. 113, 858-883 (2013).
- Henze, M., et al. PET Imaging of Somatostatin Receptors Using [68GA]DOTA-D-Phe1-Tyr3-Octreotide: First Results in Patients with Meningiomas. J. Nucl. Med. 42, 1053-1056 (2001).
- Hofmann, M., et al. Biokinetics and imaging with the somatostatin receptor PET radioligand 68Ga-DOTATOC: preliminary data. Eur. J. Nucl. Med. 28, 1751-1757 (2001).
- Blau, M., Nagler, W., Bender, M. A. Fluorine-18: a new isotope for bone scanning. J. Nucl. Med. 3, 332-334 (1962).
- Green, M. A., Welch, M. J. Gallium Radiopharmaceutical Chemistry. Int. J. Radiat. Appl. Instrum. B. 16, 435-448 (1989).
- Rösch, F. Past, present and future of 68Ge/68Ga generators. Appl. Radiat. Isot. 76, 24-30 (2013).
- Liu, S. The role of coordination chemistry in the development of target-specific radiopharmaceuticals. Chem. Soc. Rev. 33, 445-461 (2004).
- Haubner, R., et al. Development of (68)Ga-labelled DTPA galactosyl human serum albumin for liver function imaging. Eur. J. Nucl. Med. Mol. Imaging. 40 (68), 1245-1255 (2013).
- Yang, W., Zhang, X., Liu, Y. Asialoglycoprotein Receptor-Targeted Radiopharmaceuticals for Measurement of Liver Function. Curr. Med. Chem. 21, 4-23 (2014).
- Chauhan, K., et al. 68Ga based probe for Alzheimer’s disease: synthesis and preclinical evaluation of homodimeric chalcone in β-amyloid imaging. Org. Biomol. Chem. 12, 7328-7337 (2014).
- Chakravarty, R., Chakraborty, S., Dash, A., Pillai, M. R. A. Detailed evaluation on the effect of metal ion impurities on complexation of generator eluted 68Ga with different bifunctional chelators. Nucl. Med. Biol. 40, 197-205 (2013).
- Clevette, D. J., Orvig, C. Comparison of ligands of differing denticity and basicity for the in vivo chelation of aluminum and gallium. Polyhedron. 9, 151-161 (1990).
- Prinsen, K., et al. Development and evaluation of a 68Ga labeled pamoic acid derivative for in vivo visualization of necrosis using positron emission tomography. Bioorg. Med. Chem. 18, 5274-5281 (2010).
- Vogl, T. J., et al. Liver tumors: comparison of MR imaging with Gd-EOB-DTPA and Gd-DTPA. Radiology. 200, 59-67 (1996).
- Reimer, P., et al. Phase II clinical evaluation of Gd-EOB-DTPA: dose, safety aspects, and pulse sequence. Radiology. , 177-183 (1996).
- Ba-Ssalamah, A., et al. MRT der Leber. Radiologe. 44, 1170-1184 (2004).
- Scott, R. P. W. . Journal of Chromatography Library. 22A, A137-A160 (1983).
- Reichenbaecher, M., Popp, J. . Strukturanalytik organischer und anorganischer Verbindungen. , (2007).
- Gross, J. H. . Mass Spectrometry: A Textbook. , (2004).
- Ma, T. S., Rittner, R. C. . Modern Organic Elemental Analysis. , (1979).
- Mueller, D., et al. Simplified NaCl Based 68Ga Concentration and Labeling Procedure for Rapid Synthesis of 68Ga Radiopharmaceuticals in High Radiochemical Purity. Bioconjugate Chem. 23, 1712-1717 (2012).
- Roberts, T. R. Radio-column chromatography. Journal of Chromatography Library. 14, 103-132 (1978).
- Roberts, T. R. Radio-thin-layer chromatography. Journal of Chromatography Library. 14, 45-83 (1978).
- Green, M. A., Welch, M. J. Gallium radiopharmaceutical chemistry. Nucl. Med. Biol. 16, 435-448 (1989).
- Notni, J., Plutnar, J., Wester, H. J. Bone-seeking TRAP conjugates: surprising observations and their implications on the development of gallium-68-labeled bisphosphonates. EJNMMI Res. 2, 13 (2012).
- Schmitt-Willich, H., et al. Synthesis and Physicochemical Characterization of a New Gadolinium Chelate: The Liver-Specific Magnetic Resonance Imaging Contrast Agent Gd-EOB-DTPA. Inorg. Chem. 38, 1134-1144 (1999).
- Zhernosekov, K., Nikula, T. 68Ga generator for positron emission tomography. , (2012).
- Simecek, J., Hermann, P., Wester, H. J., Notni, J. How is 68Ga Labeling of Macrocyclic Chelators Influenced by Metal Ion Contaminants in 68Ge/68Ga Generator Eluates?. ChemMedChem. 8, 95-103 (2013).
- Baur, B., et al. Synthesis, Radiolabelling and In Vitro Characterization of the Gallium-68-, Yttrium-90- and Lutetium-177-Labelled PSMA Ligand, CHX-A”-DTPA-DUPA-Pep. Pharmaceuticals (Basel). 7, 517-529 (2014).
- Boros, E., et al. RGD conjugates of the H2dedpa scaffold: synthesis, labeling and imaging with 68Ga. Nucl. Med. Biol. 39, 785-794 (2012).
- Beck, W. S. . Hematology. , (1998).
- Patel, V., Morrissey, J. . Practical and Professional Clinical Skills. , (2001).
- Bartke, A., Constanti, A. . Basic Endocrinology. , (1998).
- Bernstein, L. R. Mechanisms of Therapeutic Activity for Gallium. Pharmacol. Rev. 50, 665-682 (1998).
- Clausen, J., Edeling, C. J., Fogh, J. 67Ga Binding to Human Serum Proteins and Tumor Components. Cancer Res. 34, 1931-1937 (1974).
- Dumont, R. A., et al. Novel 64Cu- and 68Ga-Labeled RGD conjugates show improved PET imaging of αvβ3 integrin expression and facile radiosynthesis [Erratum to document cited in CA156:116856. J. Nucl. Med. 52, 1498 (2011).
- Pohle, K., et al. 68Ga-NODAGA-RGD is a suitable substitute for 18F-Galacto-RGD and can be produced with high specific activity in a cGMP/GRP compliant automated process. Nucl. Med. Biol. 39, 777-784 (2012).
- Notni, J., Pohle, K., Wester, H. J. Be spoilt for choice with radiolabelled RGD peptides: Preclinical evaluation of 68 Ga-TRAP(RGD)3. Nucl. Med. Biol. 40, 33-41 (2013).
