Σύνθεση και ραδιοφαρμακολογική αξιολόγηση πολύτροπων απεικονιστικών παραγώγων δεξτράνης για εντοπισμό του φρουρού λεμφαδένα

Abstract

The current project aims at the design, synthesis, and biological evaluation of a series of mannosylated dextran derivatives labeled with 99mTc and 68Ga, bearing dextrans of different molecular weight, 10-500 kDa, for potential use in sentinel lymph node detection.In this context, 2-imino-2-methoxy-ethyl-1-thio-β-D-mannopyranoside, a mannose derivative, was initially synthesized according to the literature procedure, to act as a substrate for binding to the mannose receptor CD206 in the macrophages of the lymph nodes.DCM derivatives, 19-24, were then synthesized in three steps. In the first step, by adding allyl bromide to a dextran of different molecular weight each time, the intermediate allyl dextrans D10Α-D500Α, 7-12, were obtained. Cysteine was added to the allyl-dextrans to give the D10C-D500C derivatives, 13-18. Finally, freshly prepared 2-imino-2-methoxy-ethyl-1-thio-β-D-mannopyranoside solution was added to the D10CM-D500CM derivatives, affording the mannosylated DCM derivatives, 19-24. NODAGA chelating system was added to D20CM, 20, to give NODAGA-D20CM, 25, followed by fluorescein isothiocyanate (FITC), a fluorochrome for potential use in optical imaging, to give NODAGA-D20CM-FITC, 26. All derivatives were characterized by NMR spectroscopy.Derivatives 19-24 were labeled with the fac-[99mTc(CO)3(H2O)3]+ core, to give complexes fac-[99mTc(CO)3(DCM)], 19'-24', where DCM derivatives, 19-24, act as efficient SNO tridentate ligands. Derivatives 25 and 26 were labeled with 68GaCl3, to yield complexes 68Ga-NODAGA-D20CM, 25 ', and 68Ga-NODAGA-D20CM -FITC, 26', where 68Ga is coordinated by the three nitrogen atoms and the three carboxylic groups of the NODAGA chelating system.At tracer level, all complexes were prepared in high yield. 99mTc complexes, 19'-24', were stable overtime, in the labeling solution, and during histidine/cysteine challenge experiments up to 24 h and 6 h, accordingly. 68Ga complexes, 25' and 26', showed also high stability in the labeling solution at room temperature up to 4 h.Biodistribution studies with 99mTc complexes, 19'-24', at 15, 60 and 180 min after injection showed rapid injection site clearance at 15 min, with a slower clearance up to 60 min, which then remained quite stable. Sentinel lymph node uptake was high for all complexes at 15 min (2-3%). At 60 and 180 min after injection, uptake was further increased or remained stable (5-15%). The highest values were presented for complex fac-[99mΤc(D75CM)(CO)3], 22’, which at 180 min showed the highest 1st/2nd lymph node ratio. The uptake in the second lymph node was low throughout the studies (0.49-1.84% at 15 min, 1.81-2.37% at 180 min). For comparison purposes, the biodistribution of the non-mannosylated fac-[99mΤc(D75C)(CO)3], 16', was studied to confirm the uptake of complex 22’, due to the interaction of mannose with the mannose receptor CD206 in the macrophages of the lymph nodes. Biodistribution results, for complexes 22’ and 16’, were also confirmed by imaging studies with SPECT/CT camera.68Ga complexes, 25' and 26', were studied in vivo at 15, 30 and 60 min. An initially rapid injection site clearance was observed, which increased further overtime. The data for the sentinel lymph node showed remarkable and stable uptake at all time points. The common characteristics of both biodistribution studies indicate that binding FITC to complex 26’ does not significantly alter the biodistribution of the molecule.Complex fac-[99mΤc(D75CM)(CO)3], 22’, showed the best biological characteristics, making it a candidate for further evaluation in larger animals and clinical trials as a new radiopharmaceutical for sentinel lymph node detection.

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή, σχεδιάστηκαν, συντέθηκαν και αξιολογήθηκαν νέα σύμπλοκα του 99mTc και του 68Ga, με παράγωγα μαννοζυλιωμένων δεξτρανών διαφορετικού μοριακού βάρους, 10-500 kDa, για πιθανή χρήση τους στον εντοπισμό του φρουρού λεμφαδένα.Στο πλαίσιο αυτό, συντέθηκε, αρχικά, με βάση τη βιβλιογραφία ο 2-ιμινο-2-μεθοξυ-αιθυλο-1-θειο-β-D-μαννοπυρανοσίδης, η μαννόζη, που θα λειτουργήσει ως υπόστρωμα για τη πρόσδεση στον υποδοχέα μαννόζης CD206 στα μακροφάγα τον λεμφαδένων. Στη συνέχεια, συντέθηκαν οι υποκαταστάτες D10CM-D500CM, 19-24, σε τρία στάδια. Στο πρώτο στάδιο, με την προσθήκη του αλλυλοβρωμιδίου σε δεξτράνη, διαφορετικού μοριακού βάρους κάθε φορά, προέκυψαν οι ενδιάμεσες άλλυλ-δεξτράνες D10Α-D500Α, 7-12. Στις αλλυλοδεξτράνες προστέθηκε κυστεΐνη, οπότε προέκυψαν τα παράγωγα D10C-D500C, 13-18. Και τέλος, στα παράγωγα D10C-D500C προστέθηκε φρεσκοπαρασκευασμένο διάλυμα 2-ιμινο-2-μεθοξυ-αιθυλο-1-θειο-β-D-μαννοπυρανοσίδης για να προκύψουν τα μαννοζυλιωμένα παράγωγα D10CM-D500CM, 19-24. Στο επιλεγμένο παράγωγο D20CM, 20, προστέθηκε το χηλικό σύστημα NODAGA για να προκύψει ο υποκαταστάτης NODAGA-D20CM, 25, και, μετέπειτα, η ισοθειοκυανική φλουορεσκεΐνη (FITC), φθοριόχρωμα, το οποίο εκπέμπει πράσινο χρώμα για οπτική απεικόνιση, για να προκύψει το παράγωγο NODAGA-D20CM-FITC, 26. Όλοι οι παραπάνω υποκαταστάτες χαρακτηρίστηκαν με φασματοσκοπία NMR.Οι υποκαταστάτες 19-24 επισημάνθηκαν με τον οργανομεταλλικό πυρήνα fac-[99mTc(CO)3]+, οπότε προέκυψαν τα σύμπλοκα fac-[99mTc(CO)3(D10-500CM)], 19’-24’, στα οποία οι υποκαταστάτες D10CM- D500CM, 19-24, λειτούργησαν ως SNO τριδραστικοί υποκαταστάτες. Οι υποκαταστάτες 25 και 26 επισημάνθηκαν με το 68GaCl3 και προέκυψαν τα σύμπλοκα 68Ga-NODAGA-D20CM, 25’, και 68Ga-NODAGA-D20CM-FITC, 26’. Η συναρμογή του 68Ga γίνεται μέσω των τριών ατόμων αζώτου και των τριών καρβοξυλίων του χηλικού συστήματος NODAGA.Σε επίπεδο ιχνηθέτη, όλα τα σύμπλοκα παρασκευάστηκαν σε υψηλή απόδοση. Τα σύμπλοκα του 99mTc, 19’-24’, είναι σταθερά με την πάροδο του χρόνου στο διάλυμα της επισήμανσης και παρουσία ισχυρών ανταγωνιστών (ιστιδίνη, κυστεΐνη) μέχρι τις 24 h και 6 h, αντίστοιχα. Τα σύμπλοκα του 68Ga, 25’ και 26’, είναι σταθερά, με την πάροδο του χρόνου, στο διάλυμα της επισήμανσης σε θερμοκρασία δωματίου έως και τις 4 h.Μελέτες βιοκατανομής με τα σύμπλοκα του 99mTc, 19’-24’, στα 15, 60 και 180 λεπτά μετά την ένεση έδειξαν ταχεία κάθαρση από το σημείο της ένεσης στα 15 λεπτά, με μία πιο αργή κάθαρση μέχρι τα 60 λεπτά, η οποία και παρέμεινε στη συνέχεια σταθερή. Η πρόσληψη στο φρουρό λεμφαδένα ήταν υψηλή για όλα τα σύμπλοκα στα 15 λεπτά (2-3%). Στα 60 και 180 λεπτά μετά την ένεση, η πρόσληψη αυξήθηκε περαιτέρω ή παρέμεινε σταθερή (5-15%). Τις υψηλότερες τιμές παρουσίασε το σύμπλοκο fac-[99mΤc(D75CM)(CO)3], 22’, το οποίο στα 180 λεπτά είχε και τη μεγαλύτερη αναλογία 1ου/2ου λεμφαδένα. Η πρόσληψη των συμπλόκων από τον δεύτερο λεμφαδένα ήταν χαμηλή καθ’ όλη τη διάρκεια της μελέτης (0.49-1.84% στα 15 λεπτά, 1.81-2.37% στα 180 λεπτά). Ταυτόχρονα, μελετήθηκε και η βιοκατανομή του μη μαννοζυλιωμένου fac-[99mΤc(D75C)(CO)3], 16’, για την επιβεβαίωση πρόσληψης του συμπλόκου 22’, λόγω αλληλεπίδρασης της μαννόζης με τον υποδοχέα μαννόζης CD206 στα μακροφάγα των λεμφαδένων. Τα αποτελέσματα των βιοκατανομών επιβεβαιώθηκαν και από μελέτες απεικόνισης με SPECT/CT κάμερα πειραματόζωων.Για τα σύμπλοκα του 68Ga, 25’ και 26’, παρατηρήθηκε σε in vivo πειράματα στα 15, 30 και 60 λεπτά μια εξαρχής ταχεία απομάκρυνση από το σημείο της ένεσης, η οποία αυξήθηκε περαιτέρω με την πάροδο του χρόνου. Τα δεδομένα για το φρουρό λεμφαδένα έδειξαν αξιοσημείωτη και σταθερή πρόσληψη σε όλους του χρόνους. Τα κοινά χαρακτηριστικά των 2 βιοκατανομών υποδεικνύουν ότι η σύνδεση του FITC στο σύμπλοκο 26’, δεν αλλάζει ιδιαιτέρως τη βιοκατανομή του μορίου.Από τα σύμπλοκα που μελετήθηκαν, το σύμπλοκο fac-[99mΤc(D75CM)(CO)3], 22’, έδειξε τα καλύτερα βιολογικά χαρακτηριστικά, καθιστώντας το, έτσι, υποψήφιο για περαιτέρω αξιολόγηση σε μεγαλύτερα ζώα ή σε κλινικές μελέτες για τη χρήση του ως νέο ραδιοφάρμακο για την ανίχνευση του φρουρού λεμφαδένα.