Entwicklung neuer rezeptorgesteuerter Radiopharmazeutika für die Therapie von malignen Hirntumoren und medullären Schilddrüsenkarzinomen

Das für eine rezeptorgesteuerte Therapie von Patienten mit hochgradigen Hirntumoren
entwickelte Chelator-Peptid-Konjugat DOTAGA-Substanz P erwies sich zwar als
therapeutisch wirksam, zeigte jedoch auch gewisse Nachteile. So führt die Oxidation von
Methionin während der Komplexierung des Radiometalls zum Met(O)-Derivat, welches
deutlich schlechtere Bindungseigenschaften zum NK-1-Rezeptor aufweist. Ausserdem wird
die native Sequenz von Substanz P in Blutserum rasch enzymatisch abgebaut.
Durch Synthese verschiedener Variationen der Ausgangssubstanz gelangte man schliesslich
zur Substanz DOTA-[Thi8, Met(O2)11]-Substanz P. Von allen entwickelten Substanzen zeigt
das mit In3+ komplexierte Derivat dieser Substanz die höchste Affinität zum NK-1-Rezeptor.
Diese neue Substanz zeichnet sich auch durch eine verbesserte Stabilität aus: sie unterliegt
einerseits nicht mehr den radiolytisch-oxidativen Prozessen während der Markierung und
besitzt des Weiteren auch eine deutlich erhöhte Stabilität gegenüber enzymatischem Abbau.
Der in dieser Arbeit entwickelte Test zur Untersuchung der Internalisierungseigenschaften
von radioaktiv markierten Chelator-Peptid-Konjugaten auf NK-1-Rezeptor-positiven
Tumorzellen bewies, dass eine rezeptorspezifische Aufnahme in die Zellen erfolgt. Das neue
Substanz P-Derivat wurde patentiert und wird derzeit in einer Patientenstudie am
Universitätsspital Basel in Zusammenarbeit mit der Abteilung für Nuklearmedizin und der
Neurochirurgischen Abteilung angewendet. Zu diesem Zweck wird es je nach
Problemstellung mit 111In (Diagnostik), oder mit 90Y bzw. 177Lu (Therapie) markiert.
Im Bereich der CCK2-gesteuerten Radiopharmazeutika zur Diagnose und Therapie von
medullären Schilddrüsenkarzinomen existiert bereits eine Reihe an Substanzen. Oft besitzen
diese aber auf Grund der Verwendung des Chelators DTPA eine zu geringe Stabilität mit dem
therapeutisch wirksamen Radiometall 90Y. Ein weiteres Problem ist auch die meist schlechte
Verteilung des Radiopharmazeutikums in vivo, mit einer im Vergleich zum Tumor zu hohen
Akkumulation in den Nieren. Bei Applikation von therapeutischen Dosen kann dies zu
nierentoxischen Effekten führen.
Basierend auf dem Peptid Minigastrin wurden in der vorliegenden Arbeit verschiedene
Substanzen entwickelt, bei welchen die makrozyklischen Chelatoren DOTA bzw. DOTAGA
verwendet wurden. Diese makrozyklischen Chelatoren weisen im Vergleich zu offenkettigen
Chelatoren eine höhere Stabilität mit therapeutischen Radiometallen auf, womit die Gefahr
der Dekomplexierung von Radiometallen und Bestrahlung von nicht-Ziel-Organen von
Patienten reduziert werden kann. Modifikationen in der Peptidsequenz, insbesondere durch
Reduktion der Anzahl der in der Sequenz enthaltenen Glutamate, führten zu einer Reihe neuer
Substanzen. Diese binden selektiv am CCK2-Rezeptor, nicht aber am CCK1-Rezeptor. Die
neuen Substanzen internalisieren spezifisch über CCK2-Rezeptoren in Tumorzellen.
Gegenüber der Referenzverbindung [111In-DTPA]-Minigastrin 0 weisen die neuen Substanzen
zwar eine schlechtere Stabilität in Blutserum und eine etwas geringere Internalisierungsrate in
AR4-2J Tumorzellen auf, trotzdem wurde das Tumor-zu-Nieren-uptakeverhältnis bei
Bioverteilungen in tumortragenden Ratten signifikant verbessert. Das in dieser Arbeit
entwickelte Chelator-Peptid-Konjugat DOTA-Minigastrin 11 steht auf Grund der verbesserten
Eigenschaften kurz vor der Anwendung in ersten Patientenstudien als 177Lu-tragendes
Radiopharmazeutikum.
Der in unserer Abteilung entwickelte Chelator DOTAGA wurde als DOTAGA-D-Phe-NH2
unter verschiedenen Bedingungen in Bezug auf die Komplexierungsgeschwindigkeit von Y3+
und Lu3+ getestet und mit DOTA-D-Phe-NH2 verglichen.
Es hat sich herausgestellt, dass, bei gleich bleibenden Stabilitäten der Metallkomplexe der
beiden Chelatoren, DOTAGA-D-Phe-NH2 deutlich rascher die beiden Metalle komplexiert als
DOTA-D-Phe-NH2. Der Unterschied der Komplexbildungskonstanten beträgt jeweils einen
Faktor von 10 und mehr. Radiopharmazeutika, welche DOTAGA als Chelator aufweisen,
können dadurch bei milderen Bedingungen ein Radiometall komplexieren als DOTA-tragende
Analoga. Andererseits kann die Reaktionszeit durch Verwendung von DOTAGA verkürzt
oder eine höhere spezifische Aktivität bei gleichbleibender Reaktionszeit erreicht werden.
Dies ist insbesondere bei Radiopharmazeutika interessant, bei welchen die pharmakologische
Aktivität des Vektormoleküls eine Injektion grösserer Substanzmengen einschränkt.
Der α-Emitter 213Bi stellt auf Grund seines hohen linearen Energietransfers ein interessantes
Radiometall für die Nuklearmedizin dar und ist in Form eines 225Ac/213Bi-Generators gut
verfügbar. Bei der Verwendung des kurzlebigen 213Bi stellt allerdings die benötigte Zeit für
die Herstellung eines Radiopharmazeutikums einen limitierenden Faktor für die Erreichung
hoher spezifischer Aktivitäten dar.
Unter Verwendung von Mikrowellentechnik wurde ein Protokoll entwickelt, mit welchem
Chelator-Peptid-Konjugate in einem Zeitraum von nur 15 min nach Elution des 225Ac/213Bi-
Generators mit 213Bi markiert werden können, inklusive einer Qualitätskontrolle mit HPLC.
Durch diese Verkürzung der benötigten Reaktionszeit steht für eine Applikation im Patienten
eine deutlich höhere Dosis und spezifische Aktivität des Radiopharmazeutikums zur
Verfügung. Dies sollte zu einem höheren therapeutischen Effekt bei der Bekämpfung von
Tumoren führen. Auf Grund dieser neuen Entwicklung wurde in Zusammenarbeit mit der
Abteilung für Nuklearmedizin und der Neurochirurgie unseres Spitals bei den zuständigen
Behörden ein Antrag für die Anwendung von [213Bi-DOTA]-[Thi8, Met(O2)11]-Substanz P bei
Hirntumor-Patienten eingereicht.