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 continua a ser o radioisótopo dominante usada na medicina nuclear de diagnóstico, com mais de 50 milhões de procedimentos de imagem realizados por ano em todo o mundo 1, 2, 3. A maioria dos 99m agentes Tc utilizadas clinicamente são do tipo de perfusão radiofármacos. Há um número limitado de compostos-alvo de forma activa em que o 99mTc é dirigido para se ligar a um biomarcador específico através da ligação a uma construção de direccionamento. A criação de 99m alvo radiofármacos Tc é frequentemente prejudicado pela influência de 99m de complexos de Tc-ligando sobre a capacidade da molécula de direccionamento para ligar o biomarcador de interesse, ou os isótopos de meia-vida não é suficiente para utilização com biomoléculas peso molecular mais elevado tais como anticorpos. O último requer tipicamente vários dias antes de as imagens são adquiridas para que a biomolécula para limpar a partir de não-alvo tiss ues. Pré-segmentação oferece uma abordagem alternativa para superar esses desafios.
Pré-segmentação combinada com a química bioorthogonal tem demonstrado ser uma forma eficaz de desenvolver novas sondas imagem molecular para ambos fluorescência e radio-imagiologia 4, 5, 6, 7, 8. A reacção inversa de electrões demanda de Diels-Alder (IEDDA) entre derivados -cicloocteno trans (TCO) 1,2,4,5-tetrazina (Tz) e, como se mostra na Figura 1, tem sido demonstrado ser particularmente eficaz 6. A reação IEDDA com estes componentes podem apresentar cinética rápida na PBS (k 2 ≈ 6.000 M -1 s -1) e alta seletividade, sendo ideal para aplicações in vivo pré-segmentação 9, 10.
e_content "> A abordagem mais comum utilizado envolve a administração de um vector de TCO-derivado de segmentação e depois de um período de atraso suficiente, uma tetrazina radiomarcado é administrado. tetrazinas marcados radioactivamente com base em 11 C, 18 F, 64 Cu, 89 Zr, e 111 no foram relataram 11, 12, 13, 14, 15. em contraste, há apenas um relatório de um marcado com 99m Tc Tz, o qual foi preparado usando um tipo de ligando HYNIC requerendo o uso de co-ligandos para prevenir a ligação e degradação de proteínas in vivo 16. Como alternativa, relatamos aqui a síntese de 99m Tc (I) marcado tetrazinas usando uma família de ligandos que formam complexos estáveis com um tridentados [99mTc (CO) 3] + núcleo. <p class="jove_content" fo:keep-together.within-pidade = "1">A família de ligandos preparados contêm quelatos tridentados que variam em polaridade e da natureza do grupo de ligação entre a região de ligação do metal e a Tz (Figura 2). O objetivo foi identificar a 99m Tc-tetrazina construir que poderiam efetivamente localizar e reagir com os locais TCO marcados in vivo e rapidamente claro, não ligadas, a fim de produzir alta meta-se não-alvo rácios. Para testar os ligandos, um TCO-derivado de um bisfosfonato (TCO-PA) foi utilizado 17. Nós mostramos anteriormente que TCO-BP localiza a áreas do metabolismo ósseo activo e pode reagir comtetrazinas radiomarcados in vivo 18. É um reagente conveniente para testar novas tetrazinas, porque ele pode ser preparado num único passo e experiências podem ser realizadas em ratinhos normais onde a localização ocorre principalmente nas articulações (joelhos e ombros).
Uma colecção de quelatos tridentados ligada-tetrazina de polaridades diferentes foi preparado, e a utilidade dos seus complexos 99mTc na reacção com um derivado IEDDA TCO in vivo foi avaliada. Um método eficaz e reprodutível rotulagem 99m Tc foi desenvolvido para cinco tetrazina-quelatos, onde a concentração de ligando foi 10 -3 M. A etapa de marcação foi seguida por desprotecção de t- butilo (para os compostos 2-5). A elevada concentração…
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 |