Τοµέας Φαρµακευτικής Χηµείας. Τµήµα Φαρµακευτικής, ΑΠΘ

Transcript

1 Τοµέας Φαρµακευτικής Χηµείας Τµήµα Φαρµακευτικής, ΑΠΘ. Παπαγιαννοπούλου ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΗΣ ΦΑΡΜΑΚΟΧΗΜΕΙΑΣ: ΣΤΟΧΕΥΜΕΝΑ ΡΑ ΙΟΦΑΡΜΑΚΑ Α) ιάγνωση-ραδιοθεραπεία καρκίνου Β) Απεικόνιση Κεντρικού Νευρικού Συστήµατος (ντοπαµινεργικοί νευρώνες) Θεσσαλονίκη,

2 1. Γενικές αρχές σχεδιασµού ραδιοφαρµάκων εξειδικευµένων προς έναν υποδοχέαστόχο Πρόσφατες εξελίξεις στη µοριακή και υπολογιστική βιολογία παρέχουν πολλές πληροφορίες σχετικά µε τις λειτουργίες των ορµονών, των νευροδιαβιβαστών και σχετικά µε τη δοµή των υποδοχέων και των συστηµάτων µεταφορέων οι οποίες είναι πολύ χρήσιµες για το σχεδιασµό ραδιοφαρµάκων εξειδικευµένων για υποδοχείς. Οι βασικές ιδιότητες που πρέπει να έχει ένα ραδιοφάρµακο κατάλληλο για απεικόνιση υποδοχέων είναι: 1) Υψηλή συγγένεια προς τον υποδοχέα 2) Χαµηλή µη ειδική δέσµευση 3) Μεγάλη in-vivo σταθερότητα 4) Υψηλή ειδική ραδιενέργεια (Ci/g) ώστε να εµφανίζει ευαισθησία σε χαµηλές συγκεντρώσεις υποδοχέων 5) Εκλεκτικότητα όσον αφορά στον υποδοχέα-στόχο έναντι άλλων υποδοχέων 6) Για απεικόνιση υποδοχέων στο ΚΝΣ, το ραδιοφάρµακο θα πρέπει να έχει κατάλληλη λιποφιλικότητα (logp) ώστε να διαβαίνει τον αιµατοεγκεφαλικό φραγµό. Η λιποφιλικότητα µπορεί να προσδιοριστεί πειραµατικά µε υπολογισµό του συντελεστή κατανοµής του ραδιοφαρµάκου µεταξύ οκτανόλης-1/νερού (συνήθως σε υδατικό διάλυµα p 7.4). Για την χρήσιµη και ασφαλή χορήγησή του in vivo στον άνθρωπο, το ραδιοφάρµακο θα πρέπει επίσης να έχει χαµηλό ρυθµό µεταβολισµού και χαµηλή τοξικότητα. Για το σχεδιασµό ενός ραδιοφαρµάκου για απεικόνιση υποδοχέων που να έχει αυτές τις ιδιότητες πρέπει να ληφθούν υπόψη οι παρακάτω παράγοντες: 1) Τοποθεσία και Είδος υποδοχέα Η θέση του υποδοχέα στον οργανισµό (περιφέρεια ή εγκέφαλος), καθώς κι η υποκυτταρική του εντόπιση (στην κυτταρική µεµβράνη ή ενδοκυτταρικά) καθορίζουν τις φυσικοχηµικές ιδιότητες που πρέπει να έχει το υποψήφιο ραδιοφάρµακο για να κατανεµηθεί στην περιοχή του υποδοχέα. Έτσι, για τους υποδοχείς της περιφέρειας, η ένωση δεν θα πρέπει να διαπεράσει καµία µεµβράνη και το µέγεθος καθώς και το φορτίο του µορίου δεν αποτελούν περιοριστικούς παράγοντες. Αντίθετα, για τους υποδοχείς του ΚΝΣ, ο προσδέτης (receptor-ligand) πρέπει να πληρεί όλες τις απαραίτητες προϋποθέσεις για να µπορέσει να διαπεράσει τον αιµατοεγκεφαλικό φραγµό. Επιπλέον, δεν µπορεί να χρησιµοποιηθεί µια φυσική ορµόνη (π.χ. µονοαµίνες, πεπτίδια) ως προσδέτης γιατί δεν έχει τις απαραίτητες 2

3 ιδιότητες να διαπεράσει τον αιµατοεγκεφαλικό φραγµό. Τέλος, για τους ενδοκυτταρικούς υποδοχείς (π.χ. υποδοχείς στεροειδών ορµονών ή ορµονών του θυρεοειδούς) η ένωση πρέπει να έχει τις κατάλληλες ιδιότητες για να διαπεράσει τουλάχιστον τη κυτταρική µεµβράνη. Το είδος και η πυκνότητα του υποδοχέα πρέπει, επίσης να λαµβάνεται υπόψη γιατί σε ορισµένους υποδοχείς (π.χ. των στεροειδών ορµονών), όπου η πρωτεΐνη του υποδοχέα διπλώνεται γύρω από ο προσδέτης και το φέρνει µε αυτό τον τρόπο στο υδρόφοβο κέντρο της, το µόριο του προσδέτη πρέπει να είναι ουδέτερο, λιπόφιλο και περιορισµένου µοριακού βάρους. Υπάρχουν όµως και υποδοχείς (π.χ. διαµεµβρανικοί υποδοχείς συνδεδεµένοι µε G πρωτεΐνες, µεταφορείς ντοπαµίνης) στους οποίους παρατηρούνται µεγάλες διαβαθµίσεις στα µεγέθη των προσδετών που εµφανίζουν εξειδίκευση προς αυτούς. 2) Επιλογή κατάλληλης φαρµακοφόρου οµάδας Το ραδιοφάρµακο µετά τη χορήγησή του, ανάλογα µε τις φυσικοχηµικές του ιδιότητες προσλαµβάνεται από τα όργανα- ιστούς σε µεγαλύτερο ή µικρότερο βαθµό. Ο σωστός σχεδιασµός λοιπόν του µορίου, όπως αναπτύχθηκε στη προηγούµενη παράγραφο θα εξασφαλίσει τη κατανοµή του ραδιοφαρµάκου στη περιοχή του υποδοχέα. Το αν όµως θα δεσµευτεί σε µικρότερο ή µεγαλύτερο βαθµό στον υποδοχέα θα εξαρτηθεί από την χηµική του συγγένεια προς αυτόν. Όσο µεγαλύτερη η συγγένεια του ραδιοφαρµάκου προς τον υποδοχέα τόσο υψηλότερο θα είναι το σήµα στην απεικόνιση. Επιπλέον, το ραδιοφάρµακο που θα επιλεγεί πρέπει να εµφανίζει υψηλή εκλεκτικότητα, γιατί διαφορετικά το σήµα δεν θα αντιπροσωπεύει τη δέσµευση της ουσίας στον υποδοχέα αυτόν µόνο, αλλά θα οφείλεται σε δέσµευση και σε άλλους υποδοχείς. 3) Επιλογή Ισοτόπου Το ισότοπο που θα χρησιµοποιηθεί για την σύνθεση ραδιοφαρµάκου εξειδικευµένου για υποδοχείς πρέπει να έχει κατάλληλες ιδιότητες: α) Υψηλή ειδική ραδιενέργεια ώστε το ραδιοφάρµακο να είναι ευαίσθητο σε χαµηλές συγκεντρώσεις υποδοχέων, αλλά και η χορηγούµενη δόση στον ασθενή να είναι η ελάχιστη. β) Κατάλληλης έντασης µονοενεργητική γ-ακτινοβολία για τα ραδιονουκλίδια που χρησιµοποιούνται στη SPECT. γ) Κατάλληλο χρόνο ηµιζωής του νουκλιδίου. Ο χρόνος ηµιζωής θα πρέπει να είναι όσον το δυνατό µικρότερος για την ελάττωση της δόσης της ακτινοβολίας που λαµβάνει ο ασθενής και αρκετός για να πραγµατοποιηθεί η απεικόνιση των υποδοχέων. δ) Ευκολία διάθεσης και φτηνό κόστος παραγωγής του ισοτόπου. Η µεταφορά του ισοτόπου από το κέντρο παραγωγής του στο κέντρο πυρηνικής ιατρικής αυξάνει το κόστος του. Η οικονοµικότερη λύση είναι η παραγωγή των ισοτόπων µέσω γεννητριών, πράγµα που 3

4 δεν είναι δυνατό για όλα τα ισότοπα. Για τα βραχύβια ισότοπα που παράγονται σε κυκλοτρόνιο, είναι απαραίτητο να βρίσκεται το τµήµα πυρηνικής ιατρικής κοντά. ε) Ενσωµάτωση του ισοτόπου στη βιολογικώς ενεργή ένωση. Είναι σηµαντικό η δραστικότητα της ένωσης να µην µεταβάλλεται κατά την επισήµανσή της µε το ραδιονουκλίδιο. Για τον άνθρακα (C-11) και τα αλογόνα αυτό µπορεί να επιτευχθεί µε ευκολία (F-18, I-123): Η εισαγωγή του C-11 συνηθως γίνεται µέσω αλκυλίωσης ( 11 C 3 I/ R 11 C 2 I), ακυλίωσης (R 11 CCl) αλλά και λιγότερο συχνά µέσω εισαγωγής κυανοµάδας (RBr + 11 C - R 11 C κλπ) κ.α. Η εισαγωγή του F-18 γίνεται µε δύο τρόπους: µε ηλεκτρονιόφιλη υποκατάσταση (συνήθως σε οργανοµεταλλικό αρωµατικό σύστηµα) και αντιδραστήριο [ 18 F]- F 2 ή [ 18 F]-C 3 CF, µε πυρηνόφιλη υποκατάσταση (προτιµώµενη µέθοδος, υψηλότερη ειδική ραδιενέργεια) και χρήση 18 F - /K 2,2,2. Η εισαγωγή του Ι-123 γίνεται µε δύο τρόπους: µε ηλεκτρονιόφιλη υποκατάσταση (σε οργανοµεταλλικό αρωµατικό σύστηµα ή σε ορθο θέση τυροσίνης) και αντιδραστήριο 123 Ι - /οξειδωτικό, µε πυρηνόφιλη αρωµατική υποκατάσταση (ισοτοπική ανταλλαγή). Τα µέταλλα (π.χ. Tc-99m) όµως ενσωµατώνονται µέσω ενός κατάλληλου συστήµατος συναρµοτή. Η προσθήκη του χηλικού συστήµατος µπορεί να προκαλέσει ελάττωση της χηµικής συγγένειας της φαρµακοφόρου οµάδας, καθώς και διαφορές στις φυσικοχηµικές ιδιότητες του µορίου. Γι αυτό και ο σχεδιασµός ενός τέτοιου ραδιοφαρµάκου γίνεται µε ειδικό τρόπο: Έχουν αναπτυχθεί δύο προσεγγίσεις σχεδιασµού εξειδικευµένων ραδιοφαρµακευτικών ενώσεων του Tc-99m, η µέθοδος του ενιαίου µορίου (integrated approach), όπου τµήµα της βιολογικά δραστικής ένωσης αντικαθίσταται από το χηλικό σύµπλοκο του Tc-99m και η µέθοδος του διλειτουργικού συναρµοτή (bifunctional chelating agent approach), όπου γίνεται σύζευξη του χηλικού συναρµοτή µε τη φαρµακοφόρο οµάδα µέσω συνδετικής αλυσίδας (linker). Η δεύτερη προσέγγιση έχει εφαρµοστεί επιτυχώς. (Σχήµα 1). Ειδικά εάν πρόκειται για στόχευση υποδοχέων του ΚΝΣ, επιλέγεται το κατάλληλο χηλικό σύστηµα ώστε το σύµπλοκο να είναι ουδέτερο και λιπόφιλο και να διέρχεται τον αιµατοεγκεφαλικό φραγµό (Σχήµα 2). 4

5 R R Αµεση επισήµανση βιοδραστικού µορίου Σύζευξη βιοδραστικού µορίου µε διλειτουργικό συναρµοτή ΑΜΕΤΑΛΛΑ ΡΑ ΙΟΝΟΥΚΛΙ ΙΑ: 11 C, 18 F, *I ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΡΑ ΙΟΝΟΥΚΛΙ ΙΑ: 99m Tc, 111 In, *Re, 90 Y, *Cu, *Ln Σχήµα 1. Στρατηγικές σχεδιασµού στοχευµένων ραδιοφαρµάκων S Tc S DADT Tc S S MAMA X S Tc S S X=,S,(R) 3+1 R S Tc S R R S Tc S S Tc S S Tc S syn R anti R Σχήµα 2. Ουδέτερα χηλικά σύµπλοκα του οξοτεχνητίου για στόχευση του ΚΝΣ. Κατά την σύνδεση µε βιοµόριο, R, µπορεί να προκύψουν ισοµερή 2. In vitro πειράµατα προσδιορισµού συγγένειας µιας ένωσης προς έναν υποδοχέα Οι κυριότερες τεχνικές που χρησιµοποιούνται σήµερα για την ανάπτυξη φαρµάκων εξειδικευµένων για υποδοχείς είναι: 1) Πειράµατα δέσµευσης 5

6 Τα πειράµατα δέσµευσης πραγµατοποιούνται in vitro µε σκοπό να υπολογιστεί ο βαθµός αλληλεπίδρασης µιας εξειδικευµένης ουσίας προς έναν υποδοχέα. Η δέσµευση ενός προσδέτη από έναν υποδοχέα µπορεί να περιγραφεί από την ακόλουθη αντίδραση ως αποτέλεσµα του Νόµου ράσης των Μαζών (Mass Action Law): Πρόσδεµα [L] + Υποδοχέας [R] [LR] σχέση: Η σταθερά διάστασης (K d ) του συµπλόκου Πρόσδετη-Υποδοχέας ορίζεται από τη K d = [L] [R] [LR] Αν [R]=[LR], τότε K d =[L]. ηλαδή, η σταθερά διάστασης του συµπλόκου πρόσδετης-υποδοχέας ορίζεται ως η συγκέντρωση του προσδέτη που καταλαµβάνει τους µισούς υποδοχείς και είναι το µέτρο της συγγένειας (affinity). Η δέσµευση ενός προσδέτη από τον υποδοχέα ακολουθείται από κάποια απόκριση (response). Από τη γραφική παράσταση της κλασµατικής απόκρισης (0= καµιά απόκριση, 1=πλήρης απόκριση) σαν συνάρτηση του λογαρίθµου της συγκέντρωσης του προσδέτη, προκύπτει µια σιγµοειδής καµπύλη (Σχήµα 3). Η τιµή της συγκέντρωσης του προσδέµατος που αντιστοιχεί σε απόκριση ίση µε 0.5 ονoµάζεται EC 50 και ορίζεται ως η συγκέντρωση του προσδέτη που προκαλεί το 50% της µέγιστης βιολογικής απόκρισης. Επίσης το ύψος της καµπύλης της απόκρισης, ορίζεται ως δραστικότητα του προσδέτη και είναι µέτρο της ικανότητας του προσδέτη να προκαλέσει πλήρη απόκριση του υποδοχέα. Πλήρης αγωνιστής (full agonist) ονοµάζεται ο προσδέτης που προκαλεί πλήρη απόκριση του υποδοχέα, ενώ µερικός αγωνιστής (partial agonist) ονοµάζεται ο προσδέτης που δεν προκαλεί πλήρη απόκριση του υποδοχέα. Ένας πλήρης αγωνιστής µπορεί να έχει υψηλή ή χαµηλή συγγένεια προς τον υποδοχέα. Ο αγωνιστής που έχει χαµηλή συγγένεια προς τον υποδοχέα δεν θεωρείται ικανός (potent). Ένας προσδέτης που δεν προκαλεί καµία απόκριση στον υποδοχέα ονοµάζεται ανταγωνιστής (antagonist). Ένας ανταγωνιστής µπορεί να έχει υψηλή ή χαµηλή συγγένεια ως προς τον υποδοχέα. Επίσης ένας ανταγωνιστής µπορεί να συνδέεται αντιστρεπτά µε τον υποδοχέα, οπότε καλείται ανταγωνιστικός ανταγωνιστής ή αναστολέας (competitive antagonist/ inhibitor). Σε αυτή τη περίπτωση, µεγαλύτερη συγκέντρωση του αγωνιστή µπορεί να ξεπεράσει την αναστολή του ανταγωνιστή. Ο ανταγωνιστής που συνδέεται µη αντιστρεπτά µε τον υποδοχέα ονοµάζεται µη ανταγωνιστικός αναστολέας (noncompetitive antagonist/ inhibitor). 6

7 Απόκριση 1 (α) (β) (α) πλήρης αγωνιστής (γ) µερικός αγωνιστής (β) πλήρης αγωνιστής µε µικρότερη 0.5 (γ) συγγένεια ή ο αγωνιστής (α) παρουσία ανταγωνιστικού αναστολέα. 0 EC 50 logc EC 50 : Η συγκέντρωση του αγωνιστή που προκαλεί το 50% της µέγιστης βιολογικής απόκρισης. Σχήµα 3. Σχηµατική αναπαράσταση απόκρισης αγωνιστή σε σχέση µε τη συγκέντρωση Α) Πειράµατα κορεσµού: Ο υπολογισµός του µέτρου της χηµικής συγγένειας µιας υπό εξέταση ένωσης είναι πολύ σηµαντική και µπορεί να χρησιµεύσει στη συσχέτιση δοµήςδράσης ενός βιολογικού συστήµατος. Πειραµατικά, υπολογίζεται µε in vitro πειράµατα κορεσµού µιας ραδιοεπισηµασµένης ένωσης σε γνωστή ποσότητα υποδοχέα και λαµβάνεται η K d του συµπλόκου προσδέτης-υποδοχέας. Με πειράµατα δέσµευσης κορεσµού (saturation binding) γίνεται προσδιορισµός της ειδικής δέσµευσης ενός ραδιοπροσδέτη στους υποδοχείς παρουσία διαφορετικών συγκεντρώσεων του και για χρονικό διάστηµα ώστε το σύστηµα να βρεθεί σε ισορροπία. Σε πείραµα κορεσµού η συγκέντρωση του σχηµατιζόµενου συµπλόκου [RL], δηλαδή Β= bound, προσδιορίζεται σε συνάρτηση µε τη συγκέντρωση του ελεύθερου ραδιοπροσδέµατος, δηλαδή F=free, και προκύπτει η σχέση: Β/F= 1/K d (B max -B) B/F= (1/K d )B max -(1/K d )B 7

8 Σχήµα 4: (Πάνω) Καµπύλη κορεσµού δέσµευσης ραδιοπροσδέµατος σε υποδοχέα, (Κάτω) Ανάλυση µε καµπύλη Scatchard Οι παράµετροι που προκύπτουν από αυτό το πείραµα είναι η σταθερά διάστασης K d σε κατάσταση ισορροπίας και ο αριθµός δέσµευσης των υποδοχέων, δηλ. B max (Σχήµα 4). Η Κ d αντιστοιχεί στη συγκέντρωση του ραδιοπροσδέτη που καλύπτει τις µισές θέσεις δέσµευσης του υποδοχέα. Κατά συνέπεια όσο µικρότερη η τιµή της Κ d τόσο µεγαλύτερη η συγγένεια του ραδιοπροσδέτη για τον υποδοχέα. Β) Πειράµατα ανταγωνιστικής δέσµευσης: Ένας άλλος τρόπος που εφαρµόζεται για τον υπολογισµό της χηµικής συγγένειας δέσµευσης µιας ένωσης για έναν υποδοχέα είναι ο in vitro ανταγωνισµός µεταξύ µιας ραδιοεπισηµασµένης ένωσης, γνωστής χηµικής συγγένειας και της υπό εξέταση ουσίας σε γνωστή συγκέντρωση υποδοχέα. Κατά τα πειράµατα αυτά γίνεται προσδιορισµός της δέσµευσης στους υποδοχείς µιας συγκέντρωσης ραδιοπροσδέτη παρουσία διαφορετικών συγκεντρώσεων µη επισηµασµένης (ψυχρής) υπό µελέτη ουσίας, όταν το σύστηµα βρίσκεται σε ισορροπία. Όταν η συγκέντρωση του ψυχρού προσδέτη είναι µηδενική, όλες οι θέσεις δέσµευσης του υποδοχέα καταλαµβάνονται από το ραδιοπροσδέτη. Καθώς αυξάνεται η συγκέντρωση του ψυχρού προσδέτη, µειώνεται η συγκέντρωση του 8

9 ραδιοπροσδέτη που δεσµεύεται στους υποδοχείς, λόγω ανταγωνισµού. Ο ανταγωνισµός δέσµευσης περιγράφεται από σιγµοειδή καµπύλη, η κορυφή της οποίας (plateau) αντιστοιχεί στη πλήρη δέσµευση του ραδιοπροσδέτη στον υποδοχέα (total binding), ενώ η βάση είναι ενδεικτική της µη ειδικής δέσµευσης (Σχήµα 5). Η συγκέντρωση του προσδέτη που αναστέλλει το 50% της ειδικής δέσµευσης του ραδιοπροσδέτη αποτελεί τη σταθερά IC 50 (Inhibitory Concentration 50%), η τιµή της οποίας είναι χαρακτηριστική για τη συγκεκριµένη ουσία σε συνάρτηση µε το συγκεκριµένο ραδιοπροσδέτη και ενδεικτική της συγγένειας της για τους υποδοχείς. Σχήµα 5: Σιγµοειδής καµπύλη ανταγωνισµού δέσµευσης από την οποία υπολογίζεται η τιµή IC 50. Μια άλλη έκφραση της συγγένειας µιας ένωσης προς έναν υποδοχέα είναι η σταθερά αναστολής (Inhibition constant, K i ) η οποία υπολογίζεται από τη παρακάτω εξίσωση, αφού προηγουµένως είναι γνωστές η τιµή IC 50 της υπό εξέταση ένωσης αλλά και η σταθερά διάστασης, K d και η συγκέντρωση του ελεύθερου ραδιοπροσδέτη, F: K i = IC 50 /(1+F/K d ) 9

10 3. ιαγνωστικά ραδιοφάρµακα για την απεικόνιση του καρκίνου Η κατηγορία αυτή ραδιοφαρµάκων περιλαµβάνει επισηµασµένα βιοδραστικά µόρια που στοχεύουν βασικές µεταβολικές διεργασίες, όπως µεταβολισµός γλυκόζης, πρωτεϊνοσύνθεση, πολλαπλασιασµός κυττάρου κ.α.. Τα ραδιοφάρµακα αυτά δεν είναι εξιδικευµένα για ένα συγκεκριµένο τύπο καρκίνου, αλλά η χρήση τους βασίζεται στο γεγονός ότι τα καρκινικά κύτταρα έχουν ταχύτερο ρυθµό ανάπτυξης από τα φυσιολογικά και συσσωρεύουν τα ραδιοφάρµακα αυτά περισσότερο από τα φυσιολογικά και µπορούν να χρησιµοποιηθούν για τη διάγνωση του καρκίνου [ 18 F]-2-Φθορο-δεοξυγλυκόζη Η [ 18 F]-2-φθοροδεοξυγλυκόζη είναι ένα ανάλογο της γλυκόζης όπου το υδροξύλιο στη θέση-2 έχει αντικατασταθεί από το φθόριο-18. Αποτελεί το πλέον χρησιµοποιούµενο διαγνωστικό ραδιοφάρµακο για την απεικόνιση του καρκίνου. Σύνθεση: Έχουν αναπτυχθεί δύο γενικές µέθοδοι παρασκευής της [ 18 F]-2- φθοροδεοξυγλυκόζης, η ηλεκτρονιόφιλη (Σχήµα 6) και η πυρηνόφιλη (Σχήµα 7). Σύµφωνα µε τη πρώτη µέθοδο, γίνεται προσθήκη του [ 18 F]-F 2 στην 3,4,6-τρι-Οακετυλο-γλυκάλη. Στο επόµενο στάδιο ακολουθεί υδρόλυση µε υδροχλωρικό οξύ, όπου και λαµβάνεται η [ 18 F]-2-φθοροδεοξυγλυκόζη. Μειονέκτηµα αυτής της µεθόδου είναι η χαµηλή στερεοεκλεκτικότητα της αντίδρασης, γιατί προκύπτουν σε αναλογία 3:1 µίγµα [ 18 F]-2- φθοροδεοξυγλυκόζης : [ 18 F]-2-φθοροδεοξυµαννόζης. Η παρουσία της [ 18 F]-2- φθοροδεοξυµαννόζης µειώνει την ευαισθησία της απεικόνισης µε [ 18 F]-2- φθοροδεοξυγλυκόζη, δεδοµένου ότι η πρώτη εµφανίζει διαφορετική βιοκατανοµή. Ac Ac Ac 1. [ 18 F]-F 2 anhydr Cl/120 0 C 1. [ 18 F]-AcF/CFCl 3 18 F 18 F-FDG + 65:35 18 F 18 F-FDM 2. 1 Cl/120 0 C 18 F + 18 F Aca + [ 18 F]-F 2 [ 18 F]-AcF 18 F-FDG 95:5 18 F-FDM Σχήµα 6: Ηλεκτρονιόφιλη µέθοδος σύνθεσης [ 18 F]-FDG. 10

11 Στη συνέχεια αναπτύχθηκε µια βελτιωµένη µέθοδος παρασκευής της [ 18 F]- φθοροδεοξυγλυκόζης από 3,4,6-τρι-Ο-ακετυλο-γλυκάλη και επίδραση του λιγότερο δραστικού αντιδραστηρίου [ 18 F]-υποφθοριώδους ακετυλίου, [ 18 F]-AcF, σε διαλύτη φρέον, όπου ελήφθη υψηλότερη στερεοεκλεκτικότητα, µε τελικά προϊόντα [ 18 F]-2- φθοροδεοξυγλυκόζη, [ 18 F]-2-φθοροδεοξυµαννόζη, σε αναλογία 95:5. Σήµερα, χρησιµοποιείται η πυρηνόφιλη µέθοδος για τη παρασκευή της [ 18 F]-2- φθοροδεοξυγλυκόζης, η οποία περιλαµβάνει τη χρήση του πυρηνόφιλου αντιδραστηρίου [ 18 F]-F - παρουσία Κryptofix[2,2,2]. Το Κryptofix[2,2,2], ένα κρυπτάνιο πολυαµινοπολυαιθέρα, δεσµεύει τα αντισταθµιστικά ιόντα Κ +, σε απρωτικό διαλύτη ακετονιτρίλιο, ενισχύοντας έτσι τη δραστικότητα των φθοριούχων. Ως υπόστρωµα της αντίδρασης αυτής χρησιµοποιείται η 1,3,4,6-τετρα-Ο-ακετυλο-τριφθοροµεθυλοσουλφονυλο-β-D-µαννόζη και το προϊόν της υποκατάστασης 1,3,4,6-τετρα-Ο-ακετυλο-[ 18 F]-φθορο-β-D-γλυκόζη λαµβάνεται µε απόδοση 95%. Στη συνέχεια γίνεται υδρόλυση των οµάδων οξικών εστέρων µε υδροχλωρικό οξύ και βρασµό, και απόδοση 60%, ή µε 1Ν ΝαΟΗ για 1 min σε θερµοκρασία περιβάλλοντος, και ακολούθως εξουδετέρωση. Η όλη διαδικασία παραλαβής της [ 18 F]-2-φθοροδεοξυγλυκόζης γίνεται µε αυτοµατοποιηµένο σύστηµα σε κλωβούς µε τηλεχειρισµό και παραλαµβάνεται το τελικό σκεύασµα έτοιµο για χορήγηση σε περίπου 40 min από τη στιγµή ακτινοβόλησης του στόχου στο κυκλοτρόνιο. Ac Ac Ac Tf [K/2,2,2] + 18 F - Ac MeC, 85 0 C Ac Ac Ac 18 F Ac Σχήµα 7. Πυρηνόφιλη µέθοδος σύνθεσης [ 18 F]-FDG. 1 Cl/ C or 1 a, RT, 5 min 18 F 18 F-FDG Βιολογική συµπεριφορά-φαρµακοκινητική: Η 2-φθοροδεοξυγλυκόζη µεταφέρεται µέσα στα κύτταρα µε διευκολυνόµενη µεταφορά µέσω των µεταφορέων της γλυκόζης (GLUT) όπως και η γλυκόζη. Στο εσωτερικό του κυττάρου φωσφορυλιώνεται στην 6-Ρ-2- φθοροδεοξυγλυκόζη µε δράση του ενζύµου εξωκινάση, ενώ σε αντίθεση µε τη γλυκόζη, ο µεταβολισµός της 6-Ρ-2-φθοροδεοξυγλυκόζης δεν προχωρά στο επόµενο στάδιο γιατί δεν αναγνωρίζεται από το ένζυµο ισοµεράση της φωσφοεξόζης. Στην ουσία η αποµάκρυνση της υδροξυλοµάδας από τη θέση-2 αποµονώνει την αντίδραση της εξωκινάσης. Έτσι η 6-Ρ-2- φθοροδεοξυγλυκόζη εγκλωβίζεται µέσα στο κύτταρο. Τα τοποϊσοµερή 3-φθοροδεοξυγλυκόζη και 4-φθοροδεοξυγλυκόζη δεν µπορούν να εγκλωβιστούν όµοια στο κύτταρο γιατί έχουν χαµηλή χηµική συγγένεια για την εξωκινάση. Βάσει των παραπάνω βιολογικών ιδιοτήτων της, η [ 18 F]-2-φθοροδεοξυγλυκόζη αποτελεί δείκτη του µεταβολισµού της γλυκόζης, Η 2-φθοροδεοξυγλυκόζη συγκεντρώνεται στον εγκέφαλο, δεδοµένου ότι ο εγκέφαλος φυσιολογικά χρησιµοποιεί της γλυκόζη για τη παραγωγή ενέργειας, αλλά και στο µυοκάρδιο. 11

12 Μια διαφορά στη φαρµακοκινητική της σε σχέση µε τη γλυκόζη είναι ότι η γλυκόζη φυσιολογικά διηθείται από τους νεφρούς αλλά κατόπιν επαναπορροφάται από τα νεφρικά σωληνάρια µε ενεργό µεταφορά. Αυτό δε συµβαίνει στη 2-φθοροδεοξυγλυκόζη, η οποία έτσι αποβάλλεται από τα ούρα. Επειδή δε καθαίρεται πολύ γρήγορα από το αίµα µπορεί να χρησιµοποιηθεί για την απεικόνιση όγκων στη περιοχή των σπλάχνων. 18 F GLUT 2-3 P X 2-3 P hexokinase phosphoglucose isomerase 18 F 18 F FDG 6-P-FDG FDG Σχήµα 8: Μηχανισµός πρόσληψης και εγκλωβισµού [ 18 F]-FDG στα κύτταρα Σχήµα 9: Φυσιολογική απεικόνιση µε FDG-PET, αριστερά: εγκεφάλου, δεξιά: ολόσωµη Χρήσεις: Η [ 18 F]-2-φθοροδεοξυγλυκόζη αποτελεί ένα διαγνωστικό ραδιοφάρµακο µε ευρεία εφαρµογή στην ογκολογία στη νευρολογία και τη καρδιολογία. Η χρήση της στην διάγνωση του καρκίνου οφείλεται στο γεγονός ότι τα καρκινικά κύτταρα υπερεκφράζουν τους µεταφορείς γλυκόζης στην επιφάνειά τους µε αποτέλεσµα την αυξηµένη πρόσληψη γλυκόζης, αλλά ταυτόχρονα παρουσιάζουν και αυξηµένο ρυθµό γλυκόλυσης. Έτσι σταδιακά 12

13 δηµιουργείται µια συσσώρευση της [ 18 F]-2-φθοροδεοξυγλυκόζης στα καρκινικά κύτταρα έναντι των φυσιολογικών, γεγονός που ευνοεί την απεικόνιση των καρκινικών εστιών. Σήµερα χρησιµοποιείται για τη διάγνωση πολλών τύπων καρκίνου, όπως καρκίνου του πνεύµονα, του µαστού, του παχέος εντέρου, του παγκρέατος, της κεφαλής και των λεµφωµάτων. Μπορεί να εφαρµοστεί για την απεικόνιση και του πρωτογενή καρκίνου αλλά και για την εντόπιση των µεταστάσεων. Επιπλέον, µπορεί να χρησιµποιηθεί για τη σταδιοποίηση της νόσου, αλλά και για την παρακολούθηση της θεραπευτικής αγωγής. Επειδή δε, η πυρηνική ιατρική µε χρήση των ραδιοφαρµάκων µπορεί να απεικονίζει µεταβολικές διεργασίες και όχι απλά να λαµβάνει ανατοµικές εικόνες όπως συµβαίνει µε τις άλλες απεικονιστικές τεχνολογίες, δίνει τη δυνατότητα παρακολούθησης της θεραπευτικής αγωγής και της απόκρισης του ασθενή στη θεραπεία. Έτσι εφαρµόζεται και για τη διαφοροδιάγνωση µεταξύ υπολειµµατικής νόσου και υποτροπής. Η [ 18 F]-2-φθοροδεοξυγλυκόζη παρόλ αυτά δεν είναι κατάλληλη για διάγνωση των πρώιµων σταδίων καρκίνου. Επιπλέον δεν µπορεί να διακρίνει το καρκίνο από τη φλεγµονή, γιατί τα µακροφάγα επίσης παρουσιάζουν αυξηµένο ρυθµό µεταβολισµού γλυκόζης. Η [ 18 F]- 2-φθοροδεοξυγλυκόζη δεν είναι το ιδανικό ραδιοφάρµακο για την εντόπιση καρκίνου στο ΚΝΣ, δεδοµένου ότι ο εγκέφαλος φυσιολογικά καταναλώνει γλυκόζη για να παραγωγή ενέργειας. Η [ 18 F]-2-φθοροδεοξυγλυκόζη, που προσλαµβάνεται από τον εγκέφαλο, µπορεί να χρησιµοποιηθεί για τη διάγνωση νευρολογικών διαταραχών όπως πχ για την εντόπιση επιληπτικών εστιών. Τέλος δε, η [ 18 F]-2-φθοροδεοξυγλυκόζη µπορεί να εφαρµοστεί και στη καρδιολογία για την εντόπιση της ισχαιµίας, δεδοµένου ότι ενώ σε φυσιολογική λειτουργία το µυοκάρδιο χρησιµοποιηθεί τη β-οξείδωση των λιπαρών οξέων προκειµένου για παραγωγή ενέργειας, σε ισχαιµικές κρίσεις όµως, αυξάνεται το ποσοστό γλυκόλυσης, κι έτσι η [ 18 F]-2- φθοροδεοξυγλυκόζη συσσωρεύεται στο ισχαιµικό µυοκύτταρο Επισηµασµένα L-αµινοξέα Ο ρυθµός πρόσληψης αµινοξέων από τα κύτταρα σε ένα σηµαντικό βαθµό αντιπροσωπεύει το ρυθµό της πρωτεϊνοσύνθεσης. Έτσι η επισήµανση αµινοξέων µπορεί να χρησιµεύσει στον εντοπισµό νεοπλασιών, δεδοµένου ότι τα καρκινικά κύτταρα εµφανίζουν αυξηµένες ανάγκες σε πρωτεΐνες λόγω αυξηµένου ρυθµού πολλαπλασιασµού. Μάλιστα, αναµένεται η απεικόνιση να είναι πιο εξειδικευµένη για το καρκίνο απ ότι το FDG, αφού ο ρυθµός πρωτεϊνοσύνθεσης δε µεταβάλλεται σηµαντικά κατά τη φλεγµονή, σε αντίθεση µε το µεταβολισµό της γλυκόζης που είναι αυξηµένος και στις δύο περιπτώσεις. 13

14 Προκειµένου για την εφαρµογή επισηµασµένων αµινοξέων σα δείκτες της πρωτεϊνοσύνθεσης θα πρέπει να πληρούνται τα εξής κριτήρια: το αµινοξύ να παραλαµβάνεται από το κύτταρο µόνο από το πλάσµα, να µην υπάρχουν ενδοκυτταρικές αποθήκες του αµινοξέος, ο ρυθµός πρόσληψης του αµινοξέος να είναι υψηλός, το αµινοξύ να ενσωµατώνεται και να δεσµεύεται σε πρωτεΐνες και το αµινοξύ να µην συµµετέχει σε άλλες µεταβολικές διεργασίες. Επιπλέον, για απεικόνιση καρκίνου του εγκεφάλου, σηµαντικό είναι το επισηµασµένο αµινοξύ να προσλαµβάνεται στον εγκέφαλο από σύστηµα µεταφοράς. Αµινοξέα που πληρούν τις παραπάνω απαιτήσεις είναι η τυροσίνη, η φαινυλαλανίνη, η λευκίνη και η µεθειονίνη. Τα αµινοξέα αυτά παρουσιάζουν τον υψηλότερο ρυθµό πρόσληψης στον εγκέφαλο. Σύνθεση επισηµασµένων αµινοξέων µε C-11: ύο µέθοδοι έχουν αναπτυχθεί για την επισήµανση µε C-11 του καρβοξυλίου των αµινοξέων. (Σχήµα 10) Η πρώτη µέθοδος (Bücherer-Strecker) γίνεται µε επίδραση [ 11 C]-C σε κατάλληλη αλδεΰδη και ακολουθεί όξινη υδρόλυση του σχηµατισθέντος νιτριλίου προς το τελικό αµινοξύ. Με τη µέθοδο αυτή απαιτείται η προετοιµασία του κυανιούχου C-11 ραδιοϊχνηθέτη και επιπλέον η αντίδραση λαµβάνει χώρα σε υψηλή θερµοκρασία. Η δεύτερη µέθοδος γίνεται µε επίδραση [ 11 C]-C 2 σε κατάλληλο α-λιθιωµένοισονιτρίλιο και ακολουθεί όξινη υδρόλυση του ισονιτριλίου, ώστε να παραληφθεί το αµινοξύ. Η αντίδραση γίνεται σε χαµηλή θερµοκρασία και δίνει υψηλότερες αποδόσεις καθώς επίσης χρησιµοποιείται απευθείας το [ 11 C]-C 2 που παράγεται από το κυκλοτρόνιο. Προηγουµένως γίνεται η σύνθεση του ισονιτριλίου από το αντίστοιχο φορµαµίδιο. Το µειονέκτηµα και των δύο µεθόδων είναι ότι λαµβάνεται το ρακεµικό µίγµα των αµινοξέων, γεγονός που απαιτεί τον καθαρισµό του L-εναντιοµερούς προκειµένου για in-vivo εφαρµογή. 14

15 i/ 2 11 C 11 2 C 4 Pt/ 3 Buecherer-Strecker 11 C ( 4 ) 2 C 3 11 C + 11 C R R 2 R 2 D,L-aminoacid Li BuLi C 2 R C R C C R 2 D,L-aminoacid Σχήµα 10: Σύνθεση [C-11]-αµινοξέων [ 11 C]-L-µεθειονίνη, Σύνθεση [ 11 C]-L-µεθειονίνης (Σχήµα 11): η σύνθεση της [ 11 C]-L-µεθειονίνης πραγµατοποιείται µε επίδραση ΒuLi σε διάλυµα 3-µεθυλ-θειο-προπυλοϊσονιτριλίου σε ΤF και διατήρηση του µίγµατος στους C για το σχηµατισµό του α-λιθιωµένου ισονιτριλίου. Ακολουθεί η διαβίβαση του ραδιοϊχνηθέτη [ 11 C]-C 2, και τέλος βρασµός σε διάλυµα 3Ν ΗCl για την υδρόλυση του ισονιτριλίου. Προκύπτει η D,L µεθειονίνη µε 78% ραδιοχηµική καθαρότητα. Το ρακεµικό µίγµα υποβάλλεται σε καθαρισµό µε PLC, όπου και παραλαµβάνεται το L-ισοµερές, µε 8-14% ραδιοχηµική καθαρότητα. 15

16 Σχήµα 11: Σύνθεση [ 11 C]-µεθειονίνης [ 11 C-µεθυλο]-L-µεθειονίνη Σύνθεση [ 11 C-µεθυλο]-L-µεθειονίνης: (Σχήµα 12) Παρασκευάζεται µε µεθυλίωση της θειολακτόνης της L-οµοκυστεΐνης µε [ 11 C]-CΗ 3 J. Το [ 11 C]-CΗ 3 J παρασκευάζεται από το [ 11 C]-C 2 µε κλασική µέθοδο. Το προϊόν παρασκευάζεται µε τελική απόδοση 50% και µπορεί να ολοκληρωθεί σε 30 min από το τέλος του βοµβαρδισµού του στόχου. Είναι δυνατόν κατά την επίδραση του a να σχηµατιστεί και το D-εναντιοµερές. Μια άλλη µέθοδος παρασκευής βασίζεται στην επίδραση [ 11 C]-CΗ 3 J στο ανιόν της θειόλης της οµοκυστεΐνης κατόπιν αποπροστασίας της S-βενζυλο-L-οµοκυστεΐνης σε νάτριο/υγρή αµµωνία. Η σύνθεση αυτή γίνεται σε ένα στάδιο µε προϊόν >99% εναντιοµερικής καθαρότητας σε 30 min από το τέλος του βοµβαρδισµού του στόχου. Και τα δύο ανάλογα επισηµασµένης µεθειονίνης είναι κατάλληλα για απεικόνιση του καρκίνου, αλλά το κινητικό µοντέλο της [ 11 C]-L-µεθειονίνης είναι απλούστερο δεδοµένου ότι ο κυριότερος ραδιενεργός µεταβολίτης είναι το παραγόµενο [ 11 C]-C 2 που σχηµατίζεται κατά την αποκαρβοξυλίωση της µεθειονίνης και ως αέριο εκπνέεται από τους πνεύµονες. Αντίθετα η [ 11 C-µεθυλο]-L-µεθειονίνη µετατρέπεται και σε S-αδενοσυλο-L-µεθειονίνη, όπου η [ 11 C]- µεθυλοµάδα καταλήγει σε διάφορα µόρια δέκτες κι αυτό κάνει το κινητικό µοντέλο πιο πολύπολοκο. 16

17 Σχήµα 12: Σύνθεση [ 11 C-µεθυλο]-µεθειονίνης [ 18 F]-φθοροτυροσίνη Η χρήση του ραδιενεργού φθορίου-18 είναι προτιµώµενη σε σχέση µε τον άνθρακα- 11 λόγω του µεγαλύτερου χρόνου ηµιζωής του φθορίου-18, που επιτρέπει απεικόνιση σε µεγαλύτερους χρόνους. Η τυροσίνη έχει υψηλό ρυθµό πρόσληψης στον εγκέφαλο και έχουν αναπτυχθεί οι ακόλουθες µέθοδοι ραδιοφθορίωσης (Σχήµα 13). Η άµεση ραδιοφθορίωση της τυροσίνης στον αρωµατικό δακτύλιο µε [ 18 F]-F 2 ή [ 18 F]-AcF (ηλεκτρονιόφιλη µέθοδος) οδηγεί στον σχηµατισµό των τοποϊσοµερών 2- και 3- και δεν σχηµατίζονται παραπροϊόντα ρακεµίωσης. Από τα προϊόντα της ραδιοφθορίωσης επικρατεί το 3-τοποϊσοµερές σε ποσοστό 92% µε [ 18 F]-F 2 και µε [ 18 F]-AcF, σε ποσοστό 94%. Η [ 18 F]-3-φθοροτυροσίνη δεν παρουσιάζει κατάλληλες βιολογικές ιδιότητες, σε αντίθεση µε την [ 18 F]-2-φθοροτυροσίνη για την οποία αναπτύχθηκε στη συνέχεια, µέθοδος παρασκευής της. Η [ 18 F]-2-φθοροτυροσίνη λαµβάνεται από ραδιοφθορίωση της Ο-ακετυλο-τυροσίνης σε τριφθοροξικό οξύ µε [ 18 F]-F 2 ή [ 18 F]-AcF σε ποσοστό 71.2% και 83.2% αντίστοιχα, µε ειδική ραδιενέργεια MBq/µmol και χαµηλή ραδιοχηµική καθαρότητα 17%. Η ακετυλίωση της τυροσίνης γίνεται µε οξικό ανυδρίτη σε υπερχλωρικό οξύ. Η [ 18 F]-2-φθοροτυροσίνη (FTYR) προσλαµβάνεται από το σύστηµα µεταφοράς των αρωµατικών L-αµινοξέων, ένα κανάλι µεταφοράς ιόντων a +. FTyr έχει χρησιµοποιηθεί σα δείκτης του ρυθµού πρωτεϊνοσύνθεσης σε καρκινικά κύτταρα και 80% του επισηµασµένου αµινοξέος ενσωµατώνεται σε εγκεφαλικές πρωτεΐνες 1 ώρα µετά από την 17

18 χορήγηση και σηµαντικότερη πρόσληψη σε καρκίνους του εγκεφάλου από ότι στο φυσιολογικό φλοιό. 2 [ 18 F]F 2 [ 18 F]-C 3 CF 18 F 2 major porduct Ac 2 [ 18 F]F 2 Ac [ 18 F]-C 3 CF 18 F 2 major product Σχήµα 13: Σύνθεση [ 18 F]-2-L-φθοροτυροσίνης και [ 18 F]-3-L-φθοροτυροσίνης [ 18 F]-φθοροαιθυλοτυροσίνη: Η σύνθεση της [ 18 F]-φθοροαιθυλοτυροσίνης (FET) πραγµατοποιείται µε Ο- φθοροαιθυλίωση της L-τυροσίνης κατόπιν επίδρασης της προσθετικής οµάδας 2- φθοροαιθυλο-1-ο-τοζυλοσουλφονικού εστέρα (Σχήµα 14). Η προσθετική οµάδα παρασκευάζεται από το 1,2-αιθυλενογλυκολικό-δι-Ο- τοζυλοσουλφονικό εστέρα µε προσθήκη του πυρηνόφιλου [ 18 F]-F - σε kryptofix[2,2,2]/mec, 90 0 C. Η σύνθεση της FET ολοκληρώνεται σε 1 ώρα µε υψηλή ραδιοχηµική καθαρότητα (~40%). Η FET προσλαµβάνεται ταχέως από τα καρκινικά κύτταρα. Επιπλέον, δεν προσλαµβάνεται από τα κύτταρα της φλεγµονής, σε αντίθεση µε το FDG. 18

19 Ts Ts {K/2,2,2] + 18 F - MeC, 90 0 C, 10 min 18 F Ts Σχήµα 14: Σύνθεση [ 18 F]-2-φθοροαιθυλο-Ο-τυροσίνης Σχήµα 15: Σύγκριση απεικόνισης γλοιοβλαστώµατος µε A: ΜRI (+Gd), B: [ 11 C]-µεθειονίνη, C: [ 18 F]-FET 3.3. Επισηµασµένοι νουκλεοζίτες- [ 18 F]-φθοροθυµιδίνη Ο ρυθµός πολλαπλασιασµού είναι µια σηµαντική παράµετρος που µπορεί να χρησιµοποιηθεί για την εντόπιση νεοπλασιών µε ραδιοφάρµακα. Ο αυξηµένος ρυθµός γλυκόλυσης στον οποίο οφείλεται η πρόσληψη FDG στα καρκινικά κύτταρα δεν αντικατοπτρίζει άµεσα το πολλαπλασιασµό του κυττάρου, ενώ το ίδιο συµβαίνει και για τα επισηµασµένα αµινοξέα που χρησιµοποιούνται ως δείκτες του ρυθµού πρωτεϊνοσύνθεσης. Αντίθετα η σύνθεση του DA σχετίζεται άµεσα µε το ρυθµό πολλαλπλασιασµού και γι αυτό το σκοπό έχει εφαρµοστεί η σύνθεση επισηµασµένων αναλόγων νουκλεοζιτών. Οι νουκλεοσίτες προσλαµβάνονται από τα κύτταρα ανάλογα µε τις ανάγκες τους για σύνθεση 19

20 DA. Από τους επισηµασµένους νουκλεοζίτες περισσότερο έχει µελετηθεί η [ 18 F]- φθοροθυµιδίνη. Σύνθεση [ 18 F]-3-φθορο-2,3-διδεοξυ-θυµιδίνης. Παρασκευάζεται από κατάλληλα προστατευµένο ανάλογο της 2-δεοξυθυµιδίνης, όπως φαίνεται στο σχήµα 16. Η µια µέθοδος χρησιµοποιεί την 5 -Ο-(4,4 -διµεθοξυτριτυλο)-2,3 -ανυδρο-θυµιδίνη για την παρασκευή της [ 18 F]-FLT µε τη πυρηνόφιλη µέθοδο. Στη σύνθεση αυτή η 2,3 -ανυδρο οµάδα, λειτουργεί σαν αποχωρούσα οµάδα για την πυρηνόφιλη υποκατάσταση του ραδιοφθορίου στη θέση 3, αλλά και σαν προστασία της Ν3-πυριµιδίνης. Η αντίδραση µε το F-18 γίνεται σε διαλύτη DMS και θέρµανση στους C για 1h και ακολουθεί υδρόλυση της DMTr προστασίας σε υδοχλωρικό οξύ. Μειονέκτηµα της µεθόδου είναι η χαµηλή απόδοση στο τελικό προϊόν. Η βελτιωµένη µέθοδος χρησιµοποιεί σαν πρόδροµη ένωση για τη ραδιοφθορίωση την 3--Boc-1-[5 --(4,4 -διµεθοξυτριτυλο)-3 -Ο-νοζυλο-2 -δεοξυ-d-λυξοφουρανοζυλοθυµίνη και επίδραση του πυρηνόφιλου [ 18 F]-F - σε kryptofix[2,2,2]/mec. Η απόδοση που λαµβάνεται είναι 20-50% σε 85 min. (s=4-νιτροβενζοσουλφονυλο-) BC Thymidine DMTr s 1. [K/2,2,2] + 18 F C/MeC 2. Cl/100 0 C 3. a, p % DMTr 1. [K/2,2,2] + 18 F C/DMS, 1 h 2. Cl/ C, 1 min 3. a, p 7 18 F [ 18 F]-FLT 5-20% Σχήµα 16: Σύνθεση [ 18 F]-3 -φθοροδεοξυθυµιδίνης Οι νουκλεοζίτες εισέρχονται στα κύτταρα µε διευκολυνόµενη διάχυση ή µε µεταφορέα. Μέσα στο κύτταρο οι νουκλεοζίτες φωσφορυλιώνονται. Η δεοξυθυµιδίνη φωσφορυλιώνεται από τη κινάση της θυµιδίνης, ΤΚ1. Η ενεργότητα της κινάσης εξαρτάται από τη φάση του κυτταρικού κύκλου διαίρεσης. Στα φυσιολογικά κύτταρα η ΤΚ1 ενεργοποιείται όταν το κύτταρο βρίσκεται στην G 1 και στην S φάση. Στα καρκινικά κύτταρα η ΤΚ1 είναι 15 φορές πιο ενεργή από τα φυσιολογικά κύτταρα και η ενεργοποίηση δεν 20

21 σχετίζεται άµεσα µε τη σύνθεση του DA. Σε καρκινικά κύτταρα υπερέκφραση του ενζύµου αυτού επίσης παρατηρείται. Η FLT έχει υψηλή χηµική συγγένεια για την ΤΚ1. έτσι όταν η FLT εισέλθει στο κύτταρο µονοφωσφορυλιώνεται σε FLTMP και εγκλωβίζεται στο κύτταρο. εν παρατηρείται περαιτέρω µεταβολισµός της σε τριφωσφορικό νουκλεοτίδιο και δεν ενσωµατώνεται στο DA. Σχήµα 17: Φωσφορυλίωση [ 18 F]-3-φθοροδεοξυθυµιδίνης Σχήµα 18: Σύγκριση απεικόνισης γλοιοβλαστώµατος µε (Α) MRI (+Gd), (B) FDG, (C) FLT Η FLT εµφανίζει υψηλότερη πρόσληψη σε καρκίνους του εγκεφάλου σε σύγκριση µε την FDG, όµως παρουσιάζει υψηλή πρόσληψη στο ήπαρ, το µυελό των οστών καθώς και συσσώρευση στην ουροποιητική οδό, γεγονός που αποτελεί µειονέκτηµα για τη χρήση της στην εντόπιση νεοπλασιών σε αυτά τα όργανα Επισηµασµένη χολίνη Η χολίνη είναι ένα τεταρτοταγές αµµωνιακό άλας της αιθανολαµίνης και χρησιµοποιείται φυσιολογικά για τη σύνθεση των λιπιδίων της κυτταρικής µεµβράνης υπό τη µορφή της φωσφατιδυλοχολίνης ή σφιγγοµυελίνης (µυελίνη). Η χολίνη παρασκευάζεται στον οργανισµό de novo αλλά επίσης προσλαµβάνεται από τη τροφή. Η χολίνη εισέρχεται στον εγκέφαλο όπου συµµετέχει στη σύνθεση της µυελίνης για τη προστασία των νευρικών 21

22 κυττάρων, αλλά και στη σύνθεση της ακετυλοχολίνης. Επίσης συµµετέχει στη κυκλοφορία των λιπιδίων και της χοληστερόλης στον οργανισµό δια µέσου των µεµβρανών. Στα νευρικά κύτταρα εισέρχεται µε το µεταφορέα της χολίνης, ένα κανάλι ιόντων νατρίου, και βρίσκεται στο προσυναπτικό ακετυλοχολινεργικό νευρώνα. Στα υπόλοιπα κύτταρα εισέρχεται από έναν άλλο µεταφορέα µη εξαρτώµενο από νάτριο, ο οποίος έχει χαµηλότερη συγγένεια για τη χολίνη. Κατά την είσοδό της στο κύτταρο φωσφορυλιώνεται σε Ο-φωσφοχολίνη. Στα καρκινικά κύταρα παρουσιάζεται αυξηµένη ενεργότητα της κινάσης της χολίνης, όπου και συσσωρεύεται η χολίνη µε τη µορφή της φωσφορυλοχολίνης και της φωσφατιδυλοχολίνης. Στα καρκινικά κύτταρα, η επισηµασµένη χολίνη προσλαµβάνεται σε αυξηµένο βαθµό και η συσσώρευσή της µπορεί να σχετιστεί µε το ρυθµό διαίρεσης του κυττάρου. Σύνθεση της [ 11 C]-χολίνης: Γίνεται µε µεθυλίωση της Ν,Ν-διµεθυλαµινοαιθανολαµίνης µε [ 11 C]-C 3 J. Η αντίδραση γίνεται σε ακετόνη στους 90 0 C για 10 min και τελικός καθαρισµός του προϊόντος µε PLC. (C 3 ) 2 C 2 C 2 + [ 11 C]-C 3 J ( 11 C 3 )(C 3 ) 2 + C 2 C Η χρήση της [ 11 C]-χολίνης περιορίζεται από το µικρό χρόνο ηµιζωής του άνθρακα- Σύνθεση της [ 18 F]-φθοροχολίνης, [ 18 F]-(FC 2 )(C 3 ) 2 + C 2 C 2 : Παρασκευάζεται µε επίδραση του [ 18 F]-φθοροβρωµοµεθανίου σε Ν,Ν-διµεθυλαµινοαιθανολαµίνη. Το [ 18 F]-φθοροβρωµοµεθάνιο παρασκευάζεται µε πυρηνόφιλη υποκατάσταση από το διβρωµοµεθάνιο. To [ 18 F]-φθοροβρωµοµεθάνιο καθαρίζεται σε αέριο χρωµατογράφο και στη συνέχεια διαβιβάζεται σε διάλυµα Ν,Ν-διµεθυλαµινο-αιθανολαµίνης σε ακετόνη όπου το µίγµα θερµαίνεται στους C για 10 min. Το τελικό προϊόν λαµβάνεται σε υψηλή ραδιοχηµική καθαρότητα 99% σε απόδοση 40% από PLC. [K/2,2,2] + [ 18 F]-F - + Br 2 C 2 [ 18 F]-FBrC 2 (C 3 ) 2 C 2 C 2 + [ 18 F]-FBrC 2 ( 18 FC 2 )(C 3 ) 2 + C 2 C 2 Η [ 18 F]-φθοροχολίνη φωσφορυλιώνεται όµοια όπως και η χολίνη και έχει βρεθεί υψηλή πρόσληψή της στον καρκίνο του προστάτη, όπου το FDG µειονεκτεί Απεικόνιση της υποξίας Είναι γνωστό ότι η µειωµένη συγκέντρωση του οξυγόνου στις υποξικές περιοχές του καρκίνου καθιστά το καρκίνο ανθεκτικότερο στην ακτινοβόληση. Το φαινόµενο του 22

23 οξυγόνου αν και δεν έχει πλήρως διευκρινιστεί, θεωρείται ότι ευνοεί τον σχηµατισµό της ρίζας του υπεροξειδικού ανιόντος που προκαλείται από την επίδραση ακτινοβολίας. Τα υποξικά κύτταρα προσαρµόζονται στην µειωµένη συγκέντρωση οξυγόνου µε πολλούς µηχανισµούς καθώς και επιπλέον ανθίστανται στην χηµειοθεραπεία. Το αποτέλεσµα αυτού είναι η επιβίωση και ο πολλαπλασιασµός του καρκίνου. Έτσι η υποξία είναι ένας σηµαντικός παράγοντας ανθεκτικότητας στη χηµειοθεραπεία αλλά και στην ραδιοθεραπεία πολλών στερεών τύπων καρκίνου. Η εκτίµηση της υποξίας είναι σηµαντική για την πρόγνωση της νόσου και την απόκριση στην θεραπεία. Ο σχεδιασµός επισηµασµένων ενώσεων για την απεικόνιση της υποξίας βασίζεται στη χρήση του 2-νιτρο-ιµιδαζολίου, ενός αντιβακτηριακού που είχε αναπτυχθεί από το 1950 έναντι αναερόβιων βακτηρίων. Το νιτρο-ιµιδαζόλιο ανάγεται µη αντιστρεπτά στα υποξικά κύτταρα από ενδοκυτταρικές αναγωγάσες, ενώ σε φυσιολογικά κύτταρα η αντίδραση αυτή είναι αντιστρεπτή. Το ανηγµένο νιτρο-ιµιδαζόλιο στη συνέχεια µεταβολίζεται περαιτέρω στο κύτταρο και ενσωµατώµενται σε πρωτεΐνες µέσω θειολών κυστεΐνης. Σύνθεση του [ 18 F]-FMIS, 1Η-1-(3-[ 18 F]φθορο-2-υδροξυ-προπυλο)-2-νιτροιµιδαζολίου, φθοροµισονιδαζόλης: Παρασκευάζεται από κατάλληλο πρόδροµο ανάλογο του 2-νιτρο-ιµιδαζολίου σε 5 στάδια και κατόπιν ραδιοφθοριώνεται µε τη πυρηνόφιλη µέθοδο. Η σύνθεση έχει 80% απόδοση και ολοκληρώνεται σε 50 min. 23

24 Σχήµα 19: Σύνθεση του [ 18 F]-FMIS Σχήµα 20: Απεικόνιση γλοιοβλαστώµατος, αριστερά: min pi, δεξιά: min, pi, [ 18 F]-FMIS 24

25 4. ιάγνωση-θεραπεία Καρκίνου µε ραδιοπεπτίδια Τα µονοκλωνικά αντισώµατα (Mabs) έχουν την ικανότητα να αναγνωρίζουν και να συνδέονται µε υψηλή εκλεκτικότητα µε αντιγόνα, ως απόκριση του ανοσοποιητικού συστήµατος. Στη φαρµακευτική τα Mabs εφαρµόζονται στην ανοσοθεραπεία, στοχεύοντας αντιγόνα που εντοπίζοναι στην επιφάνεια των καρκινικών κυττάρων. Στη ραδιοφαρµακευτική τα επισηµασµένα µονοκλωνικά αντισώµατα εφαρµόζονται ως µεταφορείς του ραδιονουκλιδίου στο καρκινικό κύτταρο, προκειµένου για ραδιοδιάγνωση ή για ραδιοθεραπεία. Η προσέγγιση αυτή όµως παρουσιάζει αρκετά µειονεκτήµατα, όπως αργή φαρµακοκινητική, λόγω µεγάλου µοριακού βάρους, ανοσογονικότητα, λόγω προέλευσης των αντισωµάτων από ποντίκι και αργή κάθαρση µέσω του ηπατοχολικού συστήµατος. Μια νεότερη προσέγγιση εφαρµόζει ραδιοπεπτίδια για µοριακή απεικόνιση ή ραδιοθεραπεία του καρκίνου, η οποία παρουσιάζει σηµαντικά πλεονεκτήµατα σε σύγκριση µε τα µονοκλωνικά αντισώµατα και σήµερα έχει εφαρµοστεί επιτυχώς σε ορισµένους τύπους καρκίνου. Μικρού µοριακού βάρους νευροπεπτίδια λειτουργούν φυσιολογικά ως ορµόνες και δρουν µέσω µεµβρανικών υποδοχέων συνδεδεµένων µε G-πρωτεΐνες σε κύτταρα όπως του εγκεφάλου, του γαστρεντερικού, του ενδοκρινικού, του αγγειακού ή του λεµφικού συστήµατος. Η έκφραση των υποδοχέων αυτών σε ορισµένους τύπους καρκίνου, π.χ. γαστρεντεροπαγκρεατικούς καρκίνους, καρκίνο του προστάτη, καρκίνο του µαστού κ.α., αυξάνεται σε πολύ µεγάλο βαθµό σε σύγκριση µε τη συγκέντρωση τους στα φυσιολογικά κύτταρα. Έτσι κατάλληλα ραδιοεπισηµασµένα ανάλογα των νευροπεπτιδίων µπορούν να εφαρµοστούν για την στόχευση των υποδοχέων αυτών µε υψηλή εκλεκτικότητα και χηµική συγγένεια. Η αρχή χρήσης ραδιοπεπτιδίων για µοριακή διάγνωση ή ραδιοθεραπεία βασίζεται στη συγκέντρωση της ραδιενέργειας στα καρκινικά κύτταρα, λόγω αλληλεπίδρασης ραδιοπεπτιδίου-υποδοχέα. Πλεονεκτήµατα της χρήσης ραδιοπεπτιδίων µικρού µεγέθους σε σύγκριση µε τα επισηµασµένα αντισώµατα είναι: 1) η ταχεία και υψηλή ικανότητα εισόδου στα καρκινικά κύτταρα µέσω αλληλεπίδρασης µε µεµβρανικούς υποδοχείς, 2) η ταχεία αιµατική κάθαρση, 3) η χαµηλή αντιγονικότητα, 4) η µεγάλη επιδεκτικότητα σε χηµικές τροποποιήσεις, 4) η εσωτερίκευση του ραδιοπεπτιδίου-αγωνιστή µετά την σύνδεση µε τον µεµβρανικό υποδοχέα (µέσω G-πρωτεϊνών) και ο εγκλωβισµός της ραδιενέργειας ενδοκυτταρικά για µεγαλύτερο χρονικό διάστηµα που επιτρέπει µεγαλύτερη διαγνωστική ευκρίνεια (διαγνωστικά ραδιοπεπτίδια) και βελτίωση του θεραπευτικού αποτελέσµατος (θεραπευτικά ραδιοπεπτίδια). Σχεδιασµός ραδιοπεπτιδίων: Τα φυσικά πεπτίδια έχουν συνήθως µικρό βιολογικό χρόνο ηµιζωής, καθώς υπόκεινται στη δράση ενζύµων. Προκειµένου να αυξηθεί η βιολογική ηµιπερίοδος ζωής µπορεί να γίνουν οι ακόλουθες τροποποιήσεις: 1) αντικατάσταση των L- 25

26 αµινοξέων µε D-, β) αντικατάσταση φυσικών αµινοξέων µε µη φυσικά, 3) κυκλοποίηση µε δισουλφιλικούς δεσµούς κυστεΐνης, 4) κάλυψη των αµινοτελικών ή καρβοξυτελικών άκρων του πεπτιδίου, 5) αντικατάσταση µε πεπτιδο-µιµητικά µόρια. Επίσης µπορεί να γίνουν τροποποιήσεις στη δοµή του πεπτιδίου µε σκοπό την αύξηση της νεφρικής απέκκρισης, όπως αντικατάσταση λιπόφιλων αµινοξέων µε πιο υδρόφιλα. Η ταχύτερη νεφρική απέκκριση έχει ως αποτέλεσµα τη βελτίωση της δυνατότητας απεικόνισης αλλά και ραδιοθεραπείας. Επιπλέον όµως τα νεφρά δεν είναι θεµιτό να συσσωρεύουν ραδιενέργεια, γιατί αυτό µπορεί να οδηγήσει σε νεφροτοξικότητα του ραδιοφαρµάκου. Προκειµένου για τη σύνδεση µε µεταλλικά ραδιονουκλίδια, µεγάλη σηµασία έχει το ligand που θα συζευχθεί µε το πεπτίδιο να µην µειώνει τη βιολογική δραστικότητα του πεπτιδίου και να µην χάνει αυτό την ικανότητα να εσωτερικεύεται Ανάλογα σωµατοστατίνης Η σωµατοστατίνη είναι µια πεπτιδορµόνη που αποτελείται από 14 αµινοξέα και δρα ως αναστολέας της αυξητικής ορµόνης. στο ενδοκρινικό, γαστρεντερικό, ανοσοποιητικό και νευρικό σύστηµα µέσω των υποδοχέων σωµατοστατίνης. Η βασική αλληλουχία που αλληλεπιδρά µε το ενεργό κέντρο των υποδοχέων αποτελείται από τα αµινοξέα Phe 7 -Trp 8 - Lys 9 -Thr 10. Ενδοκρινικοί καρκίνοι που υπερεκφράζουν τους υποδοχείς σωµατοστατίνης είναι ο γαστρεντερικός καρκίνος, το αδένωµα της υπόφυσης, το παραγαγγλίωµα, το φαιοχρωµοκύτωµα και το νευροβλάστωµα. Το οκτρεοτίδιο είναι ένα κυκλικό συνθετικό ανάλογο της σωµατοστατίνης, το οποίο αποτελείται από 8 αµινοξέα και χορηγείται στους παγκρεατικούς καρκίνους προκειµένου για τη βελτίωση των κλινικών συµπτωµάτων της νόσου. Η αλληλουχία των αµινοξέων έχει τροποποιηθεί κατάλληλα ώστε να εµφανίζει µεγαλύτερο βιολογικό χρόνο ηµιζωής (Τ 1/2 =2-3 min, σωµατοστατίνη, Τ 1/2 = min οκτρεοτίδιο) και υψηλή δραστικότητα µε τους υποδοχείς sst και περιέχει την ίδια βασική αλληλουχία (Phe-D-Τrp-Lys-Thr), όπως η σωµατοστατίνη, όπου η L-Trp έχει αντικατασταθεί από το D-ισοµερές για την σταθεροποίηση της β-κάµψης. Η παρουσία της D-Phe 1 και της Τhr 8 µε τη µορφή της αλκοόλης (Τhr 8 (ol)) αντί του καρβοξυλικού οξέος προστατεύουν το πεπτίδιο από τη δράση των εξωπεπτιδασών. Η δηµιουργία δισουλφιδικής γέφυρας µεταξύ δυο υπολοίπων κυστεΐνης συµβάλλει στη διατήρηση της βιολογικής δραστικότητας και στην ενίσχυση της σταθερότητας της ένωσης. 26

27 Επισηµασµένα ανάλογα του οκτρεοτιδίου έχουν εφαρµοστεί επιτυχώς τόσο για τη διάγνωση του καρκίνου όσο και για τη ραδιοθεραπεία. Απεικόνιση νευροενδοκρινών όγκων µε 111 In-DTPA-octreotide Οι νευροενδοκρινικοί καρκίνοι χαρακτηρίζονται από υπερέκφραση των υποδοχέων σωµατοστατίνης, ενώ οι διαφοροποιηµένοι τύποι καρκίνου δεν έχουν αυξηµένο ρυθµό πολλαπλασιασµού και συνεπώς δεν προσλαµβάνουν το FDG, που είναι το κατεξοχήν χρησιµοποιούµενο διαγνωστικό ραδιοφάρµακο σήµερα. Έτσι χρειάζεται να αναπτυχθούν εναλλακτικά ραδιοφάρµακα προκειµένου για καλύτερη διάγνωση της πάθησης αυτής. 123 I-Tyr 3 -octreotide: Επισήµανση του τροποποιηµένου οκτρεοτιδίου µε τυροσίνη στη 3-θέση και ραδιοϊωδίωση ( 123 Ι - /χλωραµίνη-τ). Το επισηµασµένο πεπτίδιο µε ραδιενεργό ιώδιο στην ο-θέση της τυροσίνης παρουσίαζει σηµαντική συσσώρευση ραδιενέργειας στο ηπατοχολικό σύστηµα και αποτρέπει την απεικόνιση των καρκινικών εστιών σ αυτή τη περιοχή. 111 In-DTPA-octreotide Είναι το πρώτο πεπτιδικό ραδιοφάρµακο που αναπτύχθηκε για την διάγνωση των νευροενδοκρινικών καρκίνων που υπερεκφράζουν τους υποδοχείς σωµατοστατίνης. Ο συναρµοτής DTPA (διαιθυλενοτριαµινο πενταοξικό οξύ) συνδέεται µε το αµινοτελικό άκρο του οκτρεοτιδίου µέσω της µιας καρβοξυλοµάδας του. Χρησιµοποιείται ο ενεργοποιηµένος εστέρας του DTPA, ο οποίος αντιδρά µε το µη τροποποιηµένο οκτρεοτίδιο και αµιδοποιείται µε το Ν-τελικό άκρο της D-Phe 1 του πεπτιδίου. Η συναρµογή µε 111 InCl 3 γίνεται σε p 5, στους 25 0 C για 30 min. (σχήµα 21). Φαρµακοκινητική: Το 111 In-DTPA-octreotide εµφανίζει κυρίως νεφρική απέκκριση και αυτό διευκολύνει την απεικόνιση καρκινικών εστιών στην περιοχή της κοιλιάς. Το ραδιοφάρµακο αυτό δεν αποδοµείται στο αίµα 4 ώρες µετά τη χορήγηση, ενώ ελάχιστα ποσοστά αποδόµησης παρατηρούνται µετά από 24 hr όπου όµως η αρχική ραδιενέργεια έχει ήδη µειωθεί στο 10% της αρχικής δόσης. Η απεικόνιση µε το 111 In-DTPA-octreotide γίνεται στις 4 και 24 ώρες µετά τη χορήγηση. Παρατηρείται µικρή κατακράτηση της ραδιενέργειας από το νεφρά, η οποία οφείλεται, όπως και για τα περισσότερα πεπτίδια, στην απορρόφηση του από τα επιθηλιακά κύτταρα των εγγύς νεφρικών σωληναρίων µετά την διήθηση από το νεφρικό σπείραµα. Το γεγονός αυτό είναι περιοριστικό για τη χρήση του 111 In-DTPA-octreotide για ραδιοθεραπεία, καθότι οι θεραπευτικές δόσεις είναι αρκετά µεγάλες και οδηγούν σε νεφροτοξικότητα. Η πρόσληψη του 111 In-DTPA-octreotide από τα κύτταρα της µεµβράνης των νεφρικών σωληναρίων οφείλεται σε δέσµευση στις µεµβρανικές πρωτεΐνες µεταφοράς που το 27

28 εσωτερικεύουν και στη συνέχεια το απελευθερώνουν στα λυσοσώµατα όπου και αποδοµείται. Μια µέθοδος για τη µείωση της νεφρικής κατακράτησης είναι η συγχορήγηση θετικά φορτισµένων αµινοξέων όπως λυσίνης και αργινίνης, καθότι οι κυτταρικές µεµβράνες των νεφρικών σωληναρίων περιέχουν αρνητικά φορτισµένες οµάδες. Η χορήγηση λυσίνης ή αργινίνης βελτιώνει σηµαντικά την νεφρική κατακράτηση, αλλά µπορεί να µειώσει το ποσοστό πρόσληψης από τα καρκινικά κύτταρα. Μηχανισµός δράσης: Το 111 In-DTPA-octreotide δεσµεύεται στους υποδοχείς σωµατοστατίνης, κυρίως µε τον υπότυπο sst2 (υπάρχουν 5 υπότυποι, sst1-sst5) και λιγότερο µε τους sst2, sst3. Ο υπότυπος sst2 υπερεκφράζεται στους περισσότερους νευδοενδοκρινικούς καρκίνους. Το 111 In-DTPA-octreotide δρα ως αγωνιστής των υποδοχέων και εσωτερικεύεται στο κύτταρο µε κυριότερη εντόπιση το κυτόπλασµα, αλλά και στο πυρήνα του κυττάρου. Η εντόπισή του στο πυρήνα, δίνει τη δυνατότητα χρήσης του 111 In- DTPA-octreotide και για ραδιοθεραπεία, δεδοµένου ότι το In-111 διασπάται µε σύλληψη ηλεκτρονίου και αυτό οδηγεί στην εκποµπή ακτίνων-χ (διάγνωση) αλλά και στην εκποµπή ηλεκτρονίων Auger µικρής εµβέλειας (ραδιοθεραπεία). Χρήσεις: Το 111 In-DTPA-octreotide χρησιµοποιείται για την διάγνωση των γαστρεοντεροπαγκρεατικών καρκίνων κυρίως και µερικών καρκινωµάτων. Ραδιοθεραπευτικά ανάλογα του οκτρεοτιδίου, 90 Y/ 177 Lu-DTA-TC, 90 Y/ 177 Lu- DTA-TATE Η ραδιοθεραπεία των νευροενδοκρινών όγκων, κυρίως των γαστρεντεροπαγκρατικών καρκίνων µέσω υποδοχέων sst είναι δυνατό να επιτευχθεί µε επισήµανση του DTPA-C µε Υ-90, ένα θεραπευτικό ραδιονουκλίδιο που εκπέµπει β-ακτινοβολία µεγάλης εµβέλειας. Όπως όµως είναι γνωστό, το σύµπλοκο του υττρίου µε το DTPA δεν είναι ιδιαίτερα σταθερά in-vivo, έτσι έχουν αναπτυχθεί συζευγµένα ανάλογα του οκτρεοτιδίου µε το συναρµοτή DTA (1,4,7,10-τετραάζα-κυκλοδωδεκάνιο Ν, Ν,Ν,Ν -τετραοξικό οξύ) που σχηµατίζει πολύ σταθερά σύµπλοκα µε τα τρισθενή µέταλλα. Κατά τη σύζευξη αµιδοποιείται το ένα καρβοξυλικό οξύ του DTA µε το αµινοτελικό άκρο της D-Phe 1 του πεπτιδίου. Στο ανάλογο αυτό επίσης υπάρχει τυροσίνη αντί φαινυλαλανίνη στη θέση-3 του πεπτιδίου, DTA-Tyr 3 - octreotide (DTA-TC). Η αντικατάσταση αυτή αυξάνει την υδροφιλικότητα του ραδιοπεπτιδίου. Μια άλλη τροποποίηση µπορεί να γίνει µε αντικατάσταση της θρεονινόλης-8 στο καρβοξυτελικό άκρο µε θρεονίνη, DTA-Tyr 3 -octreotate (DTA-TATE) (σχήµα 21). Η τελευταία τροποποίηση οδηγεί σε επισηµασµένα µόρια που εµφανίζουν επιπλέον, µεγαλύτερο ποσοστό εσωτερίκευσης στα καρκινικά κύτταρα. 28

29 Kαι τα δύο τροποποιηµένα πεπτίδια, DTA-TC και DTA-TATE, έχουν επισηµανθεί µε Υ-90 αλλά και µε Lu-177, µε επώαση σε p 5.5, στους 37 0 C, για 20 min. Το Υ-90 είναι µεγαλύτερης εµβέλειας ραδιονουκλίδιο και χρησιµοποιείται για θεραπεία µεγαλύτερων όγκων, ενώ το Lu-177 είναι µικρότερης εµβέλειας και είναι αποτελεσµατικό σε µικρότερους όγκους. Νεότερες προσεγγίσεις: Προκειµένου για τη βελτίωση της απεικόνισης έχουν αναπτυχθεί και άλλα ανάλογα του οκτρεοτιδίου επισηµασµένα µε Tc-99m, το οποίο έχει χαµηλό κόστος και καλύτερη διαγνωστική αξία µε SPECT. Έχουν χρησιµοποιηθεί τετραµινικοί συναρµοτές για επισήµανση µε το πυρήνα trans-διοξο- 99m Tc(V) αλλά και µε το σύστηµα YIC, [ 99m Tc]-EDDA-YIC-TC. Πιο πρόσφατα επίσης έχουν αναπτυχθεί PET ιχνηθέτες, όπως το 68 Ga-DTA-TC, που εµφανίζει υψηλότερη χηµική συγγένεια για τους sst2 από το αντίστοιχο 90 Υ-DTA-TC, πιθανώς λόγω της διαφορετικής γεωµετρίας του συµπλόκου του Ga-DTA που είναι οκταεδρικό, σε σύγκριση µε το Y-DTA που έχει συµµετρία αντιπρίσµατος. Τέλος, επισηµασµένα ανάλογα που φέρουν β-ναφθυλο-αλανίνη στη θέση-3 εµφανίζουν ακόµα υψηλότερη χηµική συγγένεια προς τους sst3-sst5 υποδοχείς (Σχήµα 21, Πίνακας 1). Πίνακας 1: Τιµές ΙC 50 αναλόγων σωµατοστατίνης για 5 υπότυπους των ανθρ. sst υποδοχέων 29

30 Σχήµα 21: Τροποποιηµένα ανάλογα οκτρεοτιδίου για επισήµανση µε τρισθενή ραδιοµέταλλα D-Phe-Cys-Phe-D-Trp-Lys-Thr-Cys-Thr(ol) ctreotide (C) 111 Ιn-DTPA-C C -D-Phe-Cys-Tyr-D-Trp-Lys-Thr-Cys-Thr(ol) C C DTA-Tyr 3 -octreotide (DTA-TC) C -D-Phe-Cys-Tyr-D-Trp-Lys-Thr-Cys-Thr DTA-βΝal 3 -octreotide (DTA-C) C C DTA-Tyr 3 -octreotate (DTA-TATE) 30

31 5. Ραδιοφάρµακα για απεικόνιση του Κεντρικού Νευρικού Συστήµατος 5.1. Φραγµός αίµατος-εγκεφάλου (Blood Brain Barrier) και αίµατος εγκεφαλονωτιαίου υγρού ( Blood Cerebrospinal Fluid Barrier) Σε φυσιολογική κατάσταση, η είσοδος µιας ουσίας στον εγκέφαλο πραγµατοποιείται µε εκλεκτικό µηχανισµό πρόσληψης ή µε παθητική µεταφορά διαµέσου του φραγµού αίµατος-εγκεφάλου και αίµατος εγκεφαλονωτιαίου υγρού (Σχήµα 22). Ο ρόλος του υποθετικού αυτού φραγµού είναι προστατευτικός, έτσι ώστε να µην εισέρχονται στον εγκέφαλο όλες οι ουσίες που βρίσκονται στη κυκλοφορία του αίµατος. Ο αιµατοεγκεφαλικός φραγµός (ΑΕΦ) απαρτίζεται από τα ενδοθηλιακά κύτταρα των τριχοειδών αιµοφόρων αγγείων του εγκεφάλου, τα οποία ενώνονται µεταξύ τους µε συνδέσµους. Η κλειστή αυτή σύνδεση δεν επιτρέπει τη µεταφορά υδρόφιλων και µεγάλου µοριακού βάρους ενώσεων διαµέσου της µεµβράνης. βασική β εξωκυτταρικός χώρος ανοικτή σύνδεση κύτταρο γλοίας χοριώδες πλέγµα κλειστή σύνδεση Α Β τριχοειδές κλειστή σύνδεση ενδοθηλιακό κύτταρο τριχοειδές ανοικτή σύνδεση ενδοθηλιακό κύτταρο Σχήµα 22. Α) Φραγµός αίµατος-εγκεφάλου, Β) Φραγµός αίµατος-εγκεφαλονωτιαίου υγρού. Το εγκεφαλονωτιαίο υγρό είναι το υγρό που διατρέχει τον εγκέφαλο και το νωτιαίο µυελό και παράγεται στις κοιλίες του εγκεφάλου από το χοριώδες πλέγµα. Τα κύτταρα του χοριώδους πλέγµατος συνδέονται µε κλειστούς συνδέσµους, όµοια, όπως τα τριχοειδή αγγεία του εγκεφάλου κι απαρτίζουν το φραγµό αίµατος- εγκεφαλονωτιαίου υγρού. Το εγκεφαλονωτιαίο υγρό εξέρχεται στη κυκλοφορία του αίµατος από τις αραχνοειδείς λάχνες. Οι αραχνοειδείς λάχνες αποβάλλουν το εγκεφαλονωτιαίο υγρό που προορίζεται για ανακύκλωση στο αίµα µε µηχανισµό απελευθέρωσής τους µε κενοτόπια. Παράγοντες που καθορίζουν τη πρόσληψη µιας ουσίας στον εγκέφαλο µε παθητική διάχυση 31

32 Η µεταφορά µιας ουσίας διαµέσου της κυτταρικής µεµβράνης των επιθηλιακών κυττάρων των αιµοφόρων αγγείων του εγκεφάλου, όταν δεν υπάρχει εκλεκτικός µηχανισµός πρόσληψής της, γίνεται µε παθητική διάχυση µέσω κλίσης συγκέντρωσης που σχηµατίζεται ανάµεσα στις δυο περιοχές της µεµβράνης. Η διάχυση έχει φορά από τη περιοχή υψηλής συγκέντρωσης της ουσίας στη περιοχή χαµηλής συγκέντρωσης. Έτσι, µια ουσία που διαχέεται ελεύθερα διαµέσου του ΑΕΦ φτάνει στο µέγιστο της συγκέντρωσής της στο εγκέφαλο τα πρώτα λεπτά µετά την χορήγησή της στον οργανισµό. Τότε, λόγω κλίσης συγκέντρωσης διαχέεται προς την αντίθετη πλευρά και εξέρχεται από τον εγκέφαλο (Σχήµα 23 Α). Α Αίµα Yψηλή συγκέντρωση στο αίµα Χαµηλή συγκέντρωση στο Φραγµός αίµατος εγκεφάλου Εγκέφαλος Β Πρόσδεση σε βιοχηµικό υπόστρωµα Μετατροπή σε µεταβολίτη που δε µπορεί να διαχυθεί Αίµα Φραγµός αίµατος εγκεφάλου Εγκέφαλος Σχήµα 23. Α) ιάχυση στον εγκέφαλο µέσω κλίσης συγκέντρωσης Β) Μηχανισµοί κατακράτησης στον εγκέφαλο Έχει αποδειχθεί ότι οι ουσίες που διαπερνούν τον ΑΕΦ είναι: 1) Λιπόφιλες 2) Μικρού µοριακού βάρους (ΜΒ< 600) 3) Ουδέτερες. Επιπλέον, ο βαθµός µε τον οποίο µια ουσία διαπερνά τον ΑΕΦ είναι αντιστρόφως ανάλογος των δεσµών υδρογόνου που σχηµατίζει στο υδατικό περιβάλλον του οργανισµού. Για να επιτευχθεί η διάχυση πρέπει να σπάσουν όλοι οι δεσµοί υδρογόνου. Μηχανισµοί κατακράτησης µιας ουσίας στον εγκέφαλο Η κατακράτηση µιας ουσίας στον εγκέφαλο πραγµατοποιείται είτε µε πρόσδεσή της σε κάποιο βιοχηµικό υπόστρωµα του εγκεφάλου (π.χ. δέσµευση σε υποδοχέα), είτε µε µετατροπή της σε παράγωγο που δεν µπορεί να διαπεράσει µε τον ίδιο βαθµό τον ΑΕΦ (π.χ. πρωτονίωση των αµινών λόγω χαµηλότερου p στον εγκέφαλο) (Σχήµα 23 Β). 32