Here, we describe a protocol for radiolabeling and in vivo testing of tridentate 99mTc(I) chelate-tetrazine derivatives for pre-targeting and bioorthogonal chemistry.
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.
99m Tc reste le radio – isotope dominant utilisé en médecine nucléaire diagnostique, avec plus de 50 millions de procédures d'imagerie effectuées par an dans le monde entier 1, 2, 3. La majorité des agents 99m Tc utilisés cliniquement sont radiopharmaceutiques de type perfusion. Il y a un nombre limité de composés activement ciblés dans lesquels 99m Tc est dirigé pour lier un biomarqueur spécifique à travers la ligature à une construction de ciblage. La création de 99m ciblée radiopharmaceutiques Tc est souvent entravée par l'influence de 99m complexes Tc-ligand sur la capacité de la molécule de ciblage pour lier le biomarqueur d'intérêt, ou les isotopes demi-vie est pas assez long pour une utilisation avec des biomolécules de poids moléculaire élevé telles que des anticorps. Ce dernier nécessite généralement plusieurs jours avant que les images sont acquises pour que la biomolécule pour effacer de la non-cible tiss ues. Pré-ciblage propose une approche alternative pour surmonter ces défis.
Pré-ciblage combinée avec la chimie bioorthogonal a été montré pour être un moyen efficace de développer de nouvelles sondes d'imagerie moléculaire à la fois pour la fluorescence et la radio-imagerie 4, 5, 6, 7, 8. La réaction de la demande d'électrons inverse de Diels-Alder (IEDDA) entre 1,2,4,5-tétrazine (Tz) et -cyclooctene trans (TCO) , ses dérivés, comme le montre la figure 1, a été montré comme étant particulièrement efficace 6. La réaction IEDDA avec ces composants peut présenter une cinétique rapide dans du PBS (k 2 ≈ 6.000 M -1 s -1) et une sélectivité élevée, le rendant idéal pour des applications in vivo pré-ciblage 9, 10.
e_content "> L'approche la plus couramment utilisée consiste à administrer un vecteur de ciblage TCO dérivés et à la suite d' une période de retard suffisant, un tétrazine radiomarqué est administré. tétrazines radiomarqués sur la base de 11 C, 18 F, 64 Cu, 89 Zr, et 111 en ont été rapporté 11, 12, 13, 14, 15. en revanche, il n'y a qu'un seul rapport d'une 99mTc marqué Tz, qui a été préparé en utilisant un ligand de type HYNIC nécessitant l'utilisation de co-ligands pour éviter la liaison aux protéines et à la dégradation in vivo , 16. a titre d'alternative, nous rapportons ici la synthèse de 99mTc (I) marqué tétrazines en utilisant une famille de ligands qui forment des complexes stables avec un tridentate [99mTc (CO) 3] + noyau. <p class="jove_content" fo:keep-together.within-page = "1">La famille de ligands préparés contiennent des chélates tridentés qui varient en polarité et de la nature du groupe de liaison entre la région de liaison métallique et la Tz (figure 2). L'objectif était d'identifier un 99m Tc-tétrazine construire qui pourrait efficacement localiser et de réagir avec des sites TCO marqués in vivo et rapidement clair lorsqu'ils ne sont pas liés, afin de produire une valeur cible élevée à non-cible ratios. Pour tester les ligands, un TCO-dérivé d'un bisphosphonate (TCO-BP) a été utilisé 17. Nous avons montré précédemment que le TCO-BP se localise dans les zones du métabolisme osseux actif et peut réagir avectétrazines radiomarqués in vivo 18. Il est un réactif commode pour tester de nouveaux tétrazines, car il peut être préparé en une seule étape et les expériences peuvent être effectuées chez des souris normales lorsque la localisation a lieu principalement au niveau des articulations (genoux et des épaules).
Une collection de tridentes chélates tétrazine liés de différentes polarités a été préparé, et l'utilité de leurs complexes 99m Tc dans la réaction IEDDA avec un dérivé TCO in vivo a été évaluée. Un procédé de marquage 99mTc efficace et reproductible a été développée pendant cinq tétrazine chelates, où la concentration de ligand était de 10 -3 M. L'étape de marquage est suivie par une déprotection des groupes butyle T- (pour les compo…
The authors have nothing to disclose.
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.
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 |