Summary

Indagini su GA (III) Complesso di EOB-DTPA e la sua<sup> 68</sup> Ga marcata radioattivamente analogico

Published: August 17, 2016
doi:

Summary

Una procedura per l'isolamento di EOB-DTPA e successiva complessazione con Ga naturale (III) e 68 Ga è presentato qui, nonché un'attenta analisi di tutti i composti e ricerche sull'efficienza etichettatura, la stabilità in vitro e l'ottanolo / acqua coefficiente di distribuzione del complesso radiomarcato.

Abstract

Abbiamo dimostrato un metodo per l'isolamento di EOB-DTPA (3,6,9-triaza-3,6,9-tris (carbossimetil) -4- (etossibenzile) Acido -undecanedioic) dalla sua Gd (III) e protocolli per preparazione del suo romanzo non radioattiva, cioè, naturale Ga (III) così come radioattivo 68 complesso Ga. Il legante, nonche la Ga (III) sono stati caratterizzati mediante spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR), spettrometria di massa e analisi elementare. 68 Ga è stato ottenuto con un metodo eluizione standard da un / 68 generatore 68 Ge Ga. Gli esperimenti per valutare l'efficienza di 68 Ga-etichettatura dei EOB-DTPA a pH sono stati eseguiti 3,8-4,0. tecniche di analisi stabilito la radio TLC (cromatografia su strato sottile) e HPLC della radio (cromatografia liquida ad alte prestazioni) sono stati utilizzati per determinare la purezza radiochimica del tracciante. Come prima indagine di lipofilia 68 Ga traccianti 'la ottanolo / acqua distributioCoefficiente di 68 specie Ga presenti in una soluzione a pH 7,4 è stato determinato mediante un metodo di estrazione. In vitro misure di stabilità del tracciante in vari media a pH fisiologico state eseguite, rivelando diversi tassi di decomposizione.

Introduction

Acido gadoxetico, un nome comune per il complesso di Gd (III) del ligando EOB-DTPA 1, è un agente di contrasto utilizzato frequentemente nell'imaging epatobiliare risonanza magnetica (MRI). 2,3 Grazie al suo assorbimento specifico epatociti del fegato e un'alta percentuale di escrezione epatobiliare consente la localizzazione di lesioni focali e tumori epatici. 2-5 Tuttavia, alcune limitazioni della tecnica MRI (ad esempio, tossicità dei mezzi di contrasto, limitata applicabilità nei pazienti con impianti claustrofobia o metallo) richiedono uno strumento diagnostico alternativa .

Tomografia ad emissione di positroni (PET) è un metodo di imaging molecolare, in cui viene somministrata una piccola quantità di una sostanza radioattiva (tracciante), su cui la sua distribuzione nel corpo è registrato da uno scanner PET. 6 PET è un metodo dinamico che consente per alta risoluzione spaziale e temporale delle immagini così come quantificazione dei risultati, senza doveraffrontare gli effetti collaterali degli agenti di contrasto per MRI. Il valore informativo delle informazioni metaboliche ottenuto può essere ulteriormente aumentata combinazione con dati anatomici ricevuti da metodi di imaging addizionali, come più comunemente realizzato da immagini ibrida con la tomografia computerizzata (CT) in scanner PET / CT.

La struttura chimica di un tracciante adatto per PET deve includere un isotopo radioattivo che funge da emettitore positroni. Positroni hanno una breve durata in quanto si annichilano quasi immediatamente con gli elettroni dei gusci atomo di tessuto circostante. Con annientamento due fotoni gamma 511 keV con direzione opposta del movimento sono emessi, che sono registrati dallo scanner PET. 7,8 Per formare un tracciante, nuclidi PET possono essere legati covalentemente ad una molecola, come avviene in 2-deoxy- 2- [18 F] fluoroglucose (FDG), il PET tracciante più ampiamente utilizzato. 7 Tuttavia, un nuclide può anche formare legami di coordinazione a uno o più leganti (ad esempio, [68 Ga] -DOTATOC 9,10) o essere applicato come sali inorganici disciolti (ad esempio, [18 F] sodio fluoruro 11). Complessivamente, la struttura del tracciante è fondamentale in quanto determina il comportamento biodistribuzione, metabolismo ed escrezione.

Un adatto nuclide PET deve combinare caratteristiche favorevoli come conveniente energia positrone e disponibilità così come un'emivita adeguata per l'indagine previsto. Il 68 Ga nuclide è diventata una forza essenziale nel campo della PET negli ultimi due decenni. 12,13 Ciò è dovuto principalmente alla sua disponibilità attraverso un sistema di generatore, che permette etichettatura sul posto indipendentemente dalle vicinanze di un ciclotrone. In un generatore, la madre nuclide 68 Ge viene assorbito su una colonna da cui figlia nuclide 68 Ga viene eluito e successivamente etichettata per un chelante adeguato. 6,14 Poiché il 68 Ga nuclide esiste come trivalent cazione proprio come Gd (III) 10,13, chelanti EOB-DTPA con 68 Ga invece produrrebbe un complesso con la stessa carica negativa complessiva come acido gadoxetico. Di conseguenza, che il 68 Ga tracciante potrebbe combinare una caratteristica simile specificità del fegato con l'idoneità per l'imaging PET. Sebbene l'acido gadoxetico viene acquistato e somministrato come sale disodico, nel contesto seguente si farà riferimento ad esso come Gd [EOB-DTPA] e dal complesso non radioattivo Ga (III) come Ga [EOB-DTPA], o 68 Ga [ EOB-DTPA] nel caso della componente radiomarcato per motivi di convenienza.

Per valutare la loro applicabilità come traccianti per PET, complessi metallici radioattivi devono essere esaminate estesamente in vitro, in vivo o ex vivo esperimenti prima. Per determinare l'idoneità per un rispettivo problema medico, varie caratteristiche traccianti come comportamento biodistribuzione e profilo di liquidazione, la stabilità, la specificità degli organi e delle cellule o Tissue l'assorbimento bisogno di essere indagato. A causa del loro carattere non invasivo, le determinazioni in vitro sono spesso eseguiti prima di esperimenti in vivo. È generalmente riconosciuto che DTPA e suoi derivati ​​sono limitatamente idonee come chelanti per 68 Ga causa di questi complessi privi inerzia cinetica, con conseguente decomposizione comparabilmente veloce quando somministrati in vivo. 14-20 Questo è principalmente causata da apo transferrina fungendo da concorrente per 68 Ga nel plasma. Tuttavia, abbiamo studiato questo nuovo tracciante per quanto riguarda la sua possibile applicazione nel campo dell'imaging epatobiliare, in cui le informazioni di diagnostica possono essere fornite in pochi minuti dopo l'iniezione 3,4,21-23, quindi non necessariamente richiedono stabilità tracciante a lungo termine. A questo scopo abbiamo isolato EOB-DTPA da acido gadoxetico e inizialmente eseguito la complessazione con Ga naturale (III), che esiste come miscela di due isotopi stabili, 69 Ga e 71 </sup> Ga. Il complesso così ottenuto servito come campione non radioattivo per il seguente chelazione del 68 Ga. Abbiamo usato stabilito metodi e contemporaneamente valutato la loro idoneità per determinare l'efficienza 68 Galabeling di EOB-DTPA e di indagare la lipofilia della nuova 68 Ga tracciante e la sua stabilità in diversi media.

Protocol

1. Preparazione di EOB-DTPA e Ga [EOB-DTPA] Attenzione: Si prega di consultare tutte le schede di sicurezza materiale pertinente (MSDS) dei macchinari usati solventi organici, acidi e alcali prima dell'uso. Eseguire tutti i passaggi in una cappa aspirante e utilizzare dispositivi di protezione individuale (occhiali, guanti, camice da laboratorio). Isolamento di EOB-DTPA da acido gadoxetico Mettere 3 ml di 0,25 M soluzione iniettabile gadoxetico acido in un pallone. Aggiun…

Representative Results

Il ligando EOB-DTPA e Ga non radioattivo (III) sono stati analizzati mediante 1 H e 13 C {1} H spettroscopia NMR, spettrometria di massa e analisi elementare. I risultati riportati in Tabella 1 e rappresentati nelle figure 1-6 verifica la purezza delle sostanze. Eluizione del generatore 68 Ge / 68 Ga ha prodotto soluzioni di 400-6…

Discussion

EOB-DTPA è accessibile attraverso una sintesi multi-step 33, ma può benissimo essere isolato dagli agenti di contrasto disponibili contenenti acido gadoxetico. Per questo scopo, lo ione centrale di Gd (III) può essere precipitato con un eccesso di acido ossalico. Dopo aver rimosso Gd ossalato (III) e acido ossalico il legante può essere isolato mediante precipitazione in acqua fredda a pH 1.5. Tuttavia, al fine di migliorare le rese colonna cromatografica del filtrato può essere eseguita preferibilmente …

Divulgaciones

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

Referencias

  1. 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).
  2. Stroszczynski, C., et al. Aktueller Stand der MRT-Diagnostik mit leberspezifischen Kontrastmitteln. Radiologe. 44, 1185 (2004).
  3. Van Beers, B. E., Pastor, C. M., Hussain, H. K. Primovist, Eovist – what to expect. J. Hepatol. 57, 421-429 (2012).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. Ametamey, S. M., Honer, M., Schubiger, P. A. Molecular Imaging with PET. Chem. Rev. 108, 1501-1516 (2008).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. Blau, M., Nagler, W., Bender, M. A. Fluorine-18: a new isotope for bone scanning. J. Nucl. Med. 3, 332-334 (1962).
  12. Green, M. A., Welch, M. J. Gallium Radiopharmaceutical Chemistry. Int. J. Radiat. Appl. Instrum. B. 16, 435-448 (1989).
  13. Rösch, F. Past, present and future of 68Ge/68Ga generators. Appl. Radiat. Isot. 76, 24-30 (2013).
  14. Liu, S. The role of coordination chemistry in the development of target-specific radiopharmaceuticals. Chem. Soc. Rev. 33, 445-461 (2004).
  15. 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).
  16. Yang, W., Zhang, X., Liu, Y. Asialoglycoprotein Receptor-Targeted Radiopharmaceuticals for Measurement of Liver Function. Curr. Med. Chem. 21, 4-23 (2014).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. Vogl, T. J., et al. Liver tumors: comparison of MR imaging with Gd-EOB-DTPA and Gd-DTPA. Radiology. 200, 59-67 (1996).
  22. Reimer, P., et al. Phase II clinical evaluation of Gd-EOB-DTPA: dose, safety aspects, and pulse sequence. Radiology. , 177-183 (1996).
  23. Ba-Ssalamah, A., et al. MRT der Leber. Radiologe. 44, 1170-1184 (2004).
  24. Scott, R. P. W. . Journal of Chromatography Library. 22A, A137-A160 (1983).
  25. Reichenbaecher, M., Popp, J. . Strukturanalytik organischer und anorganischer Verbindungen. , (2007).
  26. Gross, J. H. . Mass Spectrometry: A Textbook. , (2004).
  27. Ma, T. S., Rittner, R. C. . Modern Organic Elemental Analysis. , (1979).
  28. 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).
  29. Roberts, T. R. Radio-column chromatography. Journal of Chromatography Library. 14, 103-132 (1978).
  30. Roberts, T. R. Radio-thin-layer chromatography. Journal of Chromatography Library. 14, 45-83 (1978).
  31. Green, M. A., Welch, M. J. Gallium radiopharmaceutical chemistry. Nucl. Med. Biol. 16, 435-448 (1989).
  32. 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).
  33. 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).
  34. Zhernosekov, K., Nikula, T. 68Ga generator for positron emission tomography. , (2012).
  35. 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).
  36. 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).
  37. Boros, E., et al. RGD conjugates of the H2dedpa scaffold: synthesis, labeling and imaging with 68Ga. Nucl. Med. Biol. 39, 785-794 (2012).
  38. Beck, W. S. . Hematology. , (1998).
  39. Patel, V., Morrissey, J. . Practical and Professional Clinical Skills. , (2001).
  40. Bartke, A., Constanti, A. . Basic Endocrinology. , (1998).
  41. Bernstein, L. R. Mechanisms of Therapeutic Activity for Gallium. Pharmacol. Rev. 50, 665-682 (1998).
  42. Clausen, J., Edeling, C. J., Fogh, J. 67Ga Binding to Human Serum Proteins and Tumor Components. Cancer Res. 34, 1931-1937 (1974).
  43. 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).
  44. 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).
  45. 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).

Play Video

Citar este artículo
Greiser, J., Niksch, T., Weigand, W., Freesmeyer, M. Investigations on the Ga(III) Complex of EOB-DTPA and Its 68Ga Radiolabeled Analogue. J. Vis. Exp. (114), e54334, doi:10.3791/54334 (2016).

View Video