Undersøgelser på Ga (III) Kompleks af EOB-DTPA og dens<sup> 68</sup> Ga Radiomærket Analog
Summary
En procedure til isolering af EOB-DTPA og efterfølgende kompleksdannelse med naturlige Ga (III) og 68 Ga præsenteres heri, samt en grundig analyse af alle forbindelser og undersøgelser om mærkning effektivitet, in vitro stabilitet og n- oktanol / vand fordelingskoefficienten af det radiomærkede kompleks.
Abstract
Vi viser en fremgangsmåde til isolering af EOB-DTPA (3,6,9-triaza-3,6,9-tris (carboxymethyl) -4- (ethoxybenzyl) -undecanedioic syre) fra dens Gd (III) -kompleks og protokoller for forberedelsen af hidtil ukendte ikke-radioaktivt, dvs. naturlige Ga (III) samt radioaktiv 68 Ga-komplekset. Liganden samt Ga (III) komplekset blev karakteriseret ved kernemagnetisk resonans (NMR) spektroskopi, massespektrometri og elementaranalyse. 68 Ga blev opnået ved en standard eluering metode fra en 68 Ge / 68 Ga generator. Eksperimenter at evaluere 68 Ga mærkningseffekt af EOB-DTPA ved pH 3,8-4,0 blev udført. Etableret analyseteknikker radio TLC (tyndtlagskromatografi) og radio HPLC (højtydende væskekromatografi) blev anvendt til at bestemme den radiokemiske renhed af sporstoffet. Som en første undersøgelse af de 68 Ga sporstoffer 'lipofilicitet den n- oktanol / vand distribution koefficient på 68 Ga arter i en pH 7,4 opløsning blev bestemt ved en ekstraktionsmetode. in vitro-stabilitet målinger af sporstoffet i forskellige medier ved fysiologisk pH blev udført, afslører forskellige hastigheder af nedbrydning.
Introduction
Gadoxetic syre, et fælles navn for Gd (III) komplekset af liganden EOB-DTPA 1, er et hyppigt anvendt kontrastmiddel i hepatobiliære magnetisk resonans billeddannelse (MRI). 2,3 grund af sin specifik optagelse af lever hepatocytter og høj procentdel af hepatobiliære udskillelse det muliggør lokalisering af fokale læsioner og hepatiske tumorer. 2-5 visse begrænsninger i MRI teknik (f.eks toksicitet af kontrastmidler, begrænset anvendelighed i patienter med klaustrofobi eller metal implantater) kræver et alternativt diagnostisk værktøj .
Positron emission tomografi (PET) er en molekylær billeddannelse metode, hvor en lille mængde af et radioaktivt stof (sporstof) indgives, hvorpå dets fordeling i kroppen registreres af en PET-scanner. 6 PET er en dynamisk fremgangsmåde, der giver mulighed for høj rumlig og tidsmæssig opløsning på billederne samt kvantificering af resultaterne, uden at skullebehandle de bivirkninger af MRI-kontrastmidler. Den informative værdi af den opnåede metaboliske oplysninger kan øges yderligere ved kombination med anatomiske data modtaget fra andre billeddiagnostiske metoder, som oftest opnås ved hybrid billeddannelse med computertomografi (CT) i PET / CT-scannere.
Den kemiske struktur af et sporstof egnet til PET skal omfatte en radioaktiv isotop, der tjener som positron-emitter. Positroner har en kort levetid, da der næsten øjeblikkeligt tilintetgøre med elektroner af atomet skaller af omgivende væv. Ved udslettelse to 511 keV gamma fotoner med modsat bevægelsesretning udsendes, som registreres af PET-skanneren. 7,8 Til dannelse et sporstof, kan PET nuklider bindes covalent til et molekyle, som det er tilfældet i 2-deoxy- 2- [18F] fluoroglucose (FDG), den mest flittigt brugt PET sporstof. 7. dog kan en nuklid også danner koordinerende bindinger til en eller flere ligander (f.eks, [68 Ga] -DOTATOC 9,10) eller påføres som opløste uorganiske salte (f.eks [18F] natriumfluorid 11). Alt i alt er afgørende struktur sporstof, som det bestemmer sin biofordeling, metabolisme og udskillelse adfærd.
En passende PET nuklid bør kombinere gunstige egenskaber som praktisk positron energi og tilgængelighed samt en halveringstid passende til den påtænkte undersøgelse. Den 68 Ga nuklid er blevet en væsentlig kraft på PET i de seneste to årtier. 12,13 Dette skyldes primært dens tilgængelighed gennem et generatorsystem, der tillader mærkning på stedet uafhængigt af nærheden af en cyklotron. I en generator, moderen nuklid 68 Ge absorberes på en søjle, hvorfra datternuklid 68 Ga elueres og efterfølgende mærket til en passende chelator. 6,14 Siden 68 Ga nuklid eksisterer som en trivalent kation ligesom Gd (III) 10,13, chelaterende EOB-DTPA med 68 Ga stedet vil give et kompleks med den samme samlede negative ladning som gadoxetic syre. Følgelig kan der 68 Ga tracer kombinere en lignende karakteristisk leverspecificitet med egnetheden til PET-billeddannelse. Selvom gadoxetic syre er købt og indgives som dinatriumsalt, i det følgende sammenhæng vil vi henvise til det som Gd [EOB-DTPA] og til den ikke-radioaktive Ga (III) kompleks som Ga [EOB-DTPA], eller 68 Ga [ EOB-DTPA] i tilfælde af den radioaktivt mærkede komponent af hensyn til bekvemmelighed.
For at vurdere deres anvendelighed som sporstoffer til PET, skal undersøges i udstrakt grad i in vitro, in vivo eller ex vivo forsøg første radioaktive metalkomplekser. For at bestemme egnethed til en respektiv medicinsk problem, forskellige tracer egenskaber som biodistribution adfærd og clearance profil, stabilitet, orgel specificitet og celle eller tissue optagelse skal undersøges. På grund af deres ikke-invasiv karakter, er in vitro-bestemmelser ofte udføres før in vivo eksperimenter. Det er almindeligt anerkendt, at DTPA og dets derivater er begrænset egnethed som chelatorer for 68 Ga grundet disse komplekser mangler kinetisk træghed, hvilket resulterer i forholdsvis hurtig nedbrydning, når det administreres in vivo. 14-20 Dette skyldes primært Apo transferrin fungere som en konkurrent for 68 Ga i plasma. Ikke desto mindre er vi undersøgt dette nye sporstof vedrørende dens mulige anvendelse i hepatobiliære billeddannelse, hvor kan tilvejebringes diagnostiske oplysninger inden for få minutter efter injektion 3,4,21-23 derved ikke nødvendigvis kræver langsigtet sporstof stabilitet. Til dette formål isoleres vi EOB-DTPA fra gadoxetic syre og indledningsvis udføres kompleksdannelsen med naturlig Ga (III), der eksisterer som blanding af to stabile isotoper, 69 Ga og 71 </sup> Ga. Komplekset således opnåede tjente som ikke-radioaktiv standard for følgende chelatering af 68 Ga. Vi brugte etableret metoder og samtidig vurderes deres egnethed til bestemmelse af 68 Galabeling effektiviteten af EOB-DTPA og til at undersøge lipofiliciteten af den nye 68 Ga sporstof og dets stabilitet i forskellige medier.
Protocol
Representative Results
Discussion
EOB-DTPA er tilgængelig via en flertrinssyntese 33, men kan lige så vel isoleres fra tilgængelige kontrastmidler indeholdende gadoxetic syre. Til dette formål kan den centrale Gd (III) ion præcipiteres med et overskud af oxalsyre. Efter fjernelse Gd (III) oxalat og oxalsyre liganden kan isoleres ved udfældning i koldt vand ved pH 1,5. Men for at øge udbyttet søjlekromatografi af filtratet kan udføres i stedet eller som en opfølgende procedure. Begge metoder giver den analytisk rene ligand i totale u…
Disclosures
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).
