Preparation and Evaluation of 99mTc-labeled Tridentate Chelates for Pre-targeting Using Bioorthogonal Chemistry

Holly A. Bilton; Zainab Ahmad; Nancy Janzen; Shannon Czorny; John F. Valliant

doi:10.3791/55188

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Quimica

तैयारी और का मूल्यांकन 99m टीसी लेबल प्री-लक्ष्य Bioorthogonal रसायन विज्ञान का उपयोग के लिए Tridentate chelates

Published: February 04, 2017

doi:

10.3791/55188

Holly A. Bilton*¹, Zainab Ahmad*¹, Nancy Janzen, Shannon Czorny, John F. Valliant

¹Department of Chemistry and Chemical Biology,McMaster University

Summary

Here, we describe a protocol for radiolabeling and in vivo testing of tridentate ^99mTc(I) chelate-tetrazine derivatives for pre-targeting and bioorthogonal chemistry.

Abstract

Pre-targeting combined with bioorthogonal chemistry is emerging as an effective way to create new radiopharmaceuticals. Of the methods available, the inverse electron demand Diels-Alder (IEDDA) cycloaddition between a radiolabeled tetrazines and trans-cyclooctene (TCO) linked to a biomolecule has proven to be a highly effective bioorthogonal approach to imaging specific biological targets. Despite the fact that technetium-99m remains the most widely used isotope in diagnostic nuclear medicine, there is a scarcity of methods for preparing ^99mTc-labeled tetrazines. Herein we report the preparation of a family of tridentate-chelate-tetrazine derivatives and their Tc(I) complexes. These hitherto unknown compounds were radiolabeled with ^99mTc using a microwave-assisted method in 31% to 83% radiochemical yield. The products are stable in saline and PBS and react rapidly with TCO derivatives in vitro. Their in vivo pre-targeting abilities were demonstrated using a TCO-bisphosphonate (TCO-BP) derivative that localizes to regions of active bone metabolism or injury. In murine studies, the ^99mTc-tetrazines showed high activity concentrations in knees and shoulder joints, which was not observed when experiments were performed in the absence of TCO-BP. The overall uptake in non-target organs and pharmacokinetics varied greatly depending on the nature of the linker and polarity of the chelate.

Introduction

^-99 टीसी प्रमुख नैदानिक परमाणु चिकित्सा में इस्तेमाल रेडियो आइसोटोप, 50 लाख से अधिक इमेजिंग प्रक्रियाओं प्रति वर्ष दुनिया भर में ^{^1,} ^{^2,} ³ आयोजित साथ रहता है। ^-99 टीसी एजेंटों चिकित्सकीय इस्तेमाल के बहुमत छिड़काव प्रकार radiopharmaceuticals हैं। सक्रिय रूप से लक्षित यौगिकों जिसमें ^-99 टीसी एक लक्ष्य-निर्धारण का निर्माण करने के लिए बंधाव के माध्यम से एक विशिष्ट बायोमार्कर के लिए बाध्य करने के लिए निर्देशित किया गया है की एक सीमित संख्या में हैं। लक्षित ^-99 टीसी radiopharmaceuticals की रचना अक्सर निशाना बना अणु की क्षमता पर ^99m टीसी ligand परिसरों के प्रभाव से रुकावट है ब्याज की बायोमार्कर के लिए बाध्य करने के लिए, या आइसोटोप आधा जीवन लंबे समय पर्याप्त नहीं उच्च आणविक भार जैविक अणुओं के उपयोग के लिए है ऐसे एंटीबॉडी के रूप में। उत्तरार्द्ध आम तौर पर कई दिनों की आवश्यकता से पहले छवियों बायोमोलिक्यूल के लिए आदेश में अर्जित कर रहे हैं Tiss गैर लक्ष्य से साफ करने के लिए ues। प्री-लक्ष्यीकरण एक वैकल्पिक दृष्टिकोण इन चुनौतियों पर काबू पाने के लिए प्रदान करता है।

पूर्व निशाना बना bioorthogonal रसायन विज्ञान के साथ संयुक्त दोनों प्रतिदीप्ति और रेडियो इमेजिंग ^{^4,} ^{^5,} ^{^6,} ^{^7,} ⁸ ^के लिए नए आणविक इमेजिंग जांच विकसित करने के लिए एक प्रभावी तरीका होना दिखाया गया है। 1,2,4,5-tetrazine (Tz) और ट्रांस -cyclooctene (TCO) डेरिवेटिव के बीच उलटा इलेक्ट्रॉन मांग Diels-Alder (IEDDA) प्रतिक्रिया, के रूप में चित्र 1 में दिखाया गया है, विशेष रूप से प्रभावी ⁶ होना दिखाया गया है। इन घटकों के साथ IEDDA प्रतिक्रिया पीबीएस में तेजी से कैनेटीक्स प्रदर्शन कर सकते हैं (कश्मीर ₂ ≈ 6000 एम ^-1 एस ^-1) और उच्च चयनात्मकता, यह इन विवो पूर्व लक्षित कर आवेदन पत्र ^{^9,} ¹⁰ के लिए आदर्श बना रही है।

e_content "> सबसे आम इस्तेमाल किया दृष्टिकोण एक टीसीओ व्युत्पन्न को लक्षित वेक्टर प्रशासन और एक पर्याप्त देरी अवधि के बाद शामिल है, एक radiolabeled tetrazine ¹¹ सी, ¹⁸ एफ, ⁶⁴ घन, ⁸⁹ Zr, और ¹¹¹ में पर किया गया है आधारित प्रशासित किया जाता है। radiolabeled tetrazines ¹¹ ^{की रिपोर्ट,} ^{^12,} ^{^13,} ^{^14,} ^15। इसके विपरीत, वहाँ एक ^99m टीसी लेबल TZ, जो प्रोटीन बाध्यकारी और vivo में गिरावट को रोकने के सह-ligands के उपयोग की आवश्यकता होती है एक HYNIC प्रकार ligand का उपयोग कर तैयार किया गया था का केवल एक रिपोर्ट है ^16। एक विकल्प के रूप में, हम यहाँ ^99m टीसी (आई) के संश्लेषण की रिपोर्ट ligands जो एक साथ स्थिर tridentate परिसरों फार्म के एक परिवार का उपयोग लेबल tetrazines ^[99m टीसी (सीओ) _^3] कोर।

चित्रा 1: tetrazine और ट्रांस -cyclooctene के बीच bioorthogonal IEDDA प्रतिक्रिया। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

तैयार ligands के परिवार tridentate chelates कि polarity और धातु क्षेत्र बाध्यकारी और चतुर्थ (चित्रा 2) के बीच लिंकर समूह की प्रकृति में भिन्न होते हैं। लक्ष्य के लिए एक ^99m टीसी Tetrazine निर्माण कि प्रभावी ढंग से स्थानीय बनाना और इन विवो में टीसीओ लेबल साइटों और तेजी से स्पष्ट है जब बाध्य नहीं के साथ प्रतिक्रिया कर सकता है की पहचान करने के क्रम में उच्च लक्ष्य करने वाली गैर लक्ष्य अनुपात की उपज में था। Ligands का परीक्षण करने के लिए, एक बिसफ़ॉस्फ़ोनेट की एक टीसीओ-व्युत्पन्न (टीसीओ-बीपी) ¹⁷ इस्तेमाल किया गया था। हम पहले से पता चला है कि टीसीओ-बीपी सक्रिय हड्डी चयापचय के क्षेत्रों के लिए localizes और साथ प्रतिक्रिया कर सकते हैंविवो ¹⁸ में radiolabeled tetrazines। यह नया tetrazines परीक्षण करने के लिए एक सुविधाजनक अभिकर्मक है क्योंकि यह एक ही चरण में तैयार किया जा सकता है और प्रयोगों सामान्य चूहों जहां स्थानीयकरण मुख्य रूप से जोड़ों (घुटनों और कंधों) में होता है में प्रदर्शन किया जा सकता है।

Protocol

जानवरों के अध्ययन पशु की देखभाल पर कनाडा परिषद (CCAC) के दिशा निर्देशों के अनुसार मैकमास्टर विश्वविद्यालय में पशु अनुसंधान आचार बोर्ड द्वारा अनुमोदित किया गया। 1. 99m टीसी के साथ TZ-tridentate ligands क?…

Representative Results

Ligands एक सरल reductive amination रणनीति (चित्रा 2), एक व्यावसायिक रूप से उपलब्ध tetrazine 22, 23 के लिए उत्पाद के युग्मन के द्वारा पीछा के माध्यम से विभिन्न linkers और chelators का उपयोग कर संश्लेषि?…

Discussion

अलग-अलग छोर के tetrazine से जुड़े tridentate chelates का एक संग्रह तैयार किया गया था, और इन विवो में एक टीसीओ व्युत्पन्न के साथ IEDDA प्रतिक्रिया में उनकी ^-99 टीसी परिसरों की उपयोगिता का आकलन किया गया था। एक प्रभावी और प?…

Divulgaciones

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This work supported by research grant funding from the Natural Sciences and Engineering Research Council (NSERC) of Canada, the Ontario Institute for Cancer Research (OICR, #P.SI.015.8), and the Canadian Cancer Society (CCS, #703857). The authors acknowledge the contributions of Dr. Denis Snider who provided assistance in preparing the manuscript.

Materials

Argon gas	Alphagaz	—	—
Na₂CO₃	EMD Millipore	106395	—
Na₂B₄O₇.10H₂O	Anachemia	S9640	—
KNaC₄H₄O₆.4H₂O	Anachemia	217255	—
Technelite ^99mTc generator	Lantheus medical imaging	—	Source of 99mTcO4-
0.9% Saline	Lantheus medical imaging	—	To elute generator
1 M HCl	Lab Chem	—	—
MeOH	Caledon	—	—
ACN	Caledon	—	HPLC grade
Millipore H2O	Thermo Fisher Scientific	Barnstead Nanopure	—
DCM	Caledon	—	—
TFA	Caledon	—	—
PBS	Thermo Fisher Scientific	10010023	pH 7.4 1X
BSA	Sigma Aldrich	A7906	—
Tween80	Sigma Aldrich	P8047	—
Isoflurane	CDMV	108737	Supplier: Fresenius Kabi Animal Health
HPLC	Waters	1525 Binary Pump, 2998 Photodiodde Array Detector, E-SAT/IN, Bioscan Flowcount PMT detector (item # 15590)	—
HPLC column for analysis and purification of compounds 2-4	Phenomenex	00G-4435-E0	Gemini® 5 µm C18 110 Å, LC Column 250 x 4.6 mm,
HPLC column for analysis and purification of compounds 1 and 5	Waters	186003115	XBridge BEH C18 Column, 130 Å, 5 µm, 4.6 mm X 100 mm
Microwave Reactor	Biotage	Initiator 8	—
Biotage V10 Evaporator	Biotage	Serial # V1041	—
Dose calibrator	Capintec, Inc.	CRC-25R	—
Gamma counter	Perkin Elmer	Wizard 1470 Automatic Gamma Counter	—
Animal room scale	Mettler Toledo	XP105 Delta Range	—
Microwave vials	Biotage	355629	0.5-2 mL

Referencias

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Bilton, H. A., Ahmad, Z., Janzen, N., Czorny, S., Valliant, J. F. Preparation and Evaluation of ^99mTc-labeled Tridentate Chelates for Pre-targeting Using Bioorthogonal Chemistry. J. Vis. Exp. (120), e55188, doi:10.3791/55188 (2017).