Summary

Preparação e Avaliação de<sup> 99m</sup> Tc-rotulados tridentadas Quelatos de Pré-alvo Usando Bioorthogonal Química

Published: February 04, 2017
doi:

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

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"> figura 1
Figura 1: A reacção IEDDA bioorthogonal entre tetrazina e -cicloocteno trans. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

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).

Protocol

Os estudos em animais foram aprovados pelo Conselho de Ética em Pesquisa Animal da Universidade McMaster, em conformidade com a Canadian Council on Animal Care (CCAC) orientações. 1. A radiomarcação de ligandos TZ-tridentados com 99m Tc CUIDADO: Os seguintes procedimentos requerem o uso de compostos radioactivos. O trabalho só deve ser feito em um laboratório licenciado com a adesão a normas de segurança e eliminação. reacções de micr…

Representative Results

Os ligandos foram sintetizados utilizando diferentes ligantes e agentes quelantes através de um simples estratégia de aminação redutiva (Figura 2), seguido por acoplamento do produto a um tetrazina comercialmente disponíveis 22, 23. A marcação radioactiva foi realizada utilizando o mesmo método para todos os compostos e era altamente reprodutível. O processo foi optimizado variando o pH, a quantidade de …

Discussion

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…

Disclosures

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 

References

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Cite This Article
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).

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