Undersökningar på Ga (III) komplex av EOB-DTPA och dess<sup> 68</sup> Ga Radiomärkt Analog
Summary
Ett förfarande för isolering av EOB-DTPA och efterföljande komplex med naturliga Ga (III) och 68 Ga presenteras häri, liksom en grundlig analys av alla föreningar och utredningar på effektivitet märkning in vitro stabilitet och oktanol / vatten fördelningskoefficienten för det radiomärkta komplexet.
Abstract
Vi visar en metod för isoleringen av EOB-DTPA (3,6,9-triaza-3,6,9-tris (karboximetyl) -4- (etoxibensyl) -undecanedioic syra) från dess Gd (III) -komplexet och protokoll för utarbetandet av nya icke-radioaktiv, dvs naturliga Ga (III) samt radioaktivt 68 Ga komplex. Liganden samt den Ga (III) komplex karakteriserades genom kärnmagnetisk resonans (NMR) spektroskopi, masspektrometri och elementaranalys. 68 Ga erhölls genom ett standard elueringsmetod från en 68 Ge / 68 Ga generator. Experiment för att utvärdera effektiviteten 68 Ga-märkning av EOB-DTPA vid pH 3,8-4,0 utfördes. Etablerade analystekniker radio TLC (tunnskiktskromatografi) och radio HPLC (högupplösande vätskekromatografi) användes för att bestämma den radiokemiska renheten av spårämnet. Som en första undersökning av 68 Ga spår "lipofilicitet den oktanol / vatten distribution koefficient 68 Ga arter som förekommer i en pH 7,4 lösning bestämdes genom en extraktionsmetod. In vitro-mätningar stabilitets av spårämnet i olika media vid fysiologiskt pH utfördes, avslöjar olika hastigheter av nedbrytning.
Introduction
Gadoxetic syra, ett gemensamt namn för Gd (III) komplex av liganden EOB-DTPA en, är ett ofta använt kontrastmedel i hepatobiliär magnetisk resonanstomografi (MRT). 2,3 På grund av sin specifika upptag av lever hepatocyter och hög andel av hepatobiliär utsöndring den möjliggör lokalisering av fokala lesioner och levertumörer. 2-5 vissa begränsningar av MRI-tekniken (t.ex. toxicitet av kontrastmedel, begränsad användbarhet i patienter med klaustrofobi eller metallimplantat) kräver ett alternativt diagnostiskt verktyg .
Positronemissionstomografi (PET) är en molekylär avbildningsmetod, vari en liten mängd av ett radioaktivt ämne (spårämne) administreras, vid vilket dess fördelning i kroppen registreras av en PET-kamera. 6 PET är en dynamisk metod som möjliggör för hög rumslig och tidsmässig upplösning av bilder samt kvantifiering av resultaten, utan att behövahantera de biverkningar av MRI-kontrastmedel. Informationsvärdet av den erhållna metabolisk information kan ökas ytterligare genom kombination med anatomiska data som tas emot från andra avbildningsmetoder, som oftast uppnås genom hybrid avbildning med datortomografi (CT) i PET / CT scanners.
Den kemiska strukturen för ett spårämne som lämpar sig för PET måste innehålla en radioaktiv isotop som tjänar som positronemitter. Positroner har en kort livslängd, eftersom de nästan omedelbart förinta med elektroner av atomen skal av omgivande vävnad. Genom förintelse två 511 keV gammafotoner med motsatt rörelseriktning avges, som registreras av PET-kamera. 7,8 För att bilda ett spårämne, kan PET-nuklider bindas kovalent till en molekyl, såsom är fallet i två-deoxi- 2- [18 F] fluoroglucose (FDG), den mest använda PET spårämne. 7 kan emellertid en nuklid också bilda koordinationsbindningar till en eller flera ligander (t.ex.[68 Ga] -DOTATOC 9,10) eller appliceras som lösta oorganiska salter (t.ex. [18 F] natriumfluorid 11). Sammantaget är strukturen av spårämnet avgörande eftersom den avgör dess biodistribution, metabolism och utsöndring beteende.
En lämplig PET nuklid bör kombinera goda egenskaper som bekvämt positron energi och tillgänglighet samt en halveringstid lämpligt för avsedd utredning. 68 Ga nuklid har blivit en viktig kraft inom PET under de senaste två decennierna. 12,13 Detta beror främst på grund av dess tillgänglighet genom ett generatorsystem, som gör det möjligt för märkning på plats oberoende av närheten av en cyklotron. I en generator, modern nukliden 68 Ge absorberas på en kolumn från vilken dotternuklid 68 Ga elueras och därefter märkt med en lämplig kelator. 6,14 Sedan 68 Ga nuklid existerar som en trivalent katjon precis som Gd (III) 10,13, kelaterande EOB-DTPA med 68 Ga i stället skulle ge ett komplex med samma totala negativa laddningen som gadoxetic syra. Följaktligen kan det 68 Ga spår kombinera en liknande egenskap lever specificitet med lämplighet för PET avbildning. Även gadoxetic syra köps och administreras som dinatriumsalt, i följande sammanhang kommer vi att hänvisa till det som Gd [EOB-DTPA] och icke-radioaktiv Ga (III) komplex som Ga [EOB-DTPA], eller 68 Ga [ EOB-DTPA] i fallet med radiomärkt komponent för enkelhetens skull.
För att utvärdera deras användbarhet som spårämnen för PET, radioaktiva metallkomplex måste undersökas i stor utsträckning i in vitro, in vivo eller ex vivo experiment först. För att bestämma lämpligheten för en respektive medicinskt problem, olika spår egenskaper som biodistributionen beteende och clearance profil, stabilitet, organspecificitet och cell eller tissue upptag måste undersökas. På grund av deras icke-invasiv karaktär, in vitro bestämningar ofta utförs före in vivo experiment. Det är allmänt känt att DTPA och dess derivat är begränsad lämplighet som kelatorer för 68 Ga på grund av dessa komplex som saknar kinetisk tröghet, vilket resulterar i förhållandevis snabb nedbrytning när de administreras in vivo. 14-20 Detta är i första hand orsakas av apo transferrin fungerar som en konkurrent till 68 Ga i plasma. Ändå undersökte vi den nya spårämne om dess möjliga tillämpning i hepatobiliär avbildning, där diagnostisk information kan lämnas inom några minuter efter injektion 3,4,21-23, därmed inte nödvändigtvis kräver långsiktig spårstabilitet. För detta ändamål isolerades vi EOB-DTPA från gadoxetic syra och inledningsvis göras komplexbildningen med naturlig Ga (III), som existerar som blandning av två stabila isotoper, 69 Ga och 71 </sup> Ga. Komplexet så erhållna tjänade som icke-radioaktiv standard för giltighets kelatering av 68 Ga. Vi använde etablerade metoder och samtidigt utvärdera deras lämplighet för att bestämma 68 Galabeling effektivitet EOB-DTPA och undersöka lipofilicitet av den nya 68 Ga spårämne och dess stabilitet i olika medier.
Protocol
Representative Results
Discussion
EOB-DTPA är tillgänglig genom en flerstegssyntes 33 men kan lika gärna vara isolerad från tillgängliga kontrastmedel som innehåller gadoxetic syra. För detta ändamål kan den centrala Gd (III) jon utfällas med ett överskott av oxalsyra. Efter avlägsnande Gd (III) oxalat och oxalsyra liganden kan isoleras genom utfällning i kallt vatten vid pH 1,5. Men för att förbättra avkastningen kolonnkromatografi av filtratet kan utföras i stället eller som ett uppföljningsförfarande. Antingen metod ger…
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).
