Synthese und Evaluierung von 68Ga-Schiff'schen Basen zur Diagnostik der koronaren Herzerkrankung

ZusammenfassungrnDie häufigsten Todesfälle weltweit sind auf Herzerkrankungen zurückzuführen. Bei der koronaren Herzkrankheit (KHK) sammeln sich über Jahre arteriosklerotische Ablagerungen in den Herzkranzgefäßen an und führen so zu einer verminderten Durchblutung und Versorgung des Herzmuskelgewebes mit Sauerstoff und Nährstoffen. Zur nuklearmedizinischen Bildgebung finden am häufigsten das SPECT-Nuklid 201Tl sowie die beiden 99mTc-Radiopharmaka Sestamibi und Tetrofosmin Anwendung. Die PET-Technik ist der SPECT-Technik in Bezug auf absolute Quantifizierung sowie Auflösung überlegen. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, ein mögliches PET-Radiopharmakon zur Diagnostik der KHK zu entwickeln. Um eine dem 99mTc-Nuklid vergleichbare Verfügbarkeit im klinischen Alltag zu erreichen, sollte als Basis des neuen Radiopharmakons das mittels Radionuklid-Generator verfügbare 68Ga dienen. Schiff’sche Basen-Verbindungen zeigten nach Komplexierung mit 67/68Ga eine deutliche Aufnahme in die Herzmuskelzellen. Auf dieser Grundlage wurden verschiedene Schiff’sche Basen-Strukturen synthetisiert. Diese unterscheiden sich einerseits durch das Substitutionsmuster der verwendeten Aldehyde und andererseits durch das verwendete Rückgrat. Alle synthetisierten Chelatoren wurden erfolgreich mit 68Ga radioaktiv markiert und konnten anschließend aufgereinigt werden. Die Evaluierung dieser Substanzen in vitro zeigte, dass sie in unterschiedlichen Medien stabil ist. Die Lipophilie der 68Ga-Verbindungen (log D) lag zwischen 0,87±0,24 und 2,72±0,14. Die Ladung der Verbindungen wurde mittels Papierelektrophorese bei pH= 7 als kationisch bestimmt. Zusätzlich fanden in vitro-Untersuchungen zur Bestimmung der Aufnahme der Komplexe in HL-1 Herzzellen statt. Um den Einfluss des Zellmembranpotentials bzw. des Mitochondrienmembranpotentials zu untersuchen, wurde ein Teil der Zellen dafür mit Valinomycin (Ionophor, zerstört das Potential) behandelt. Mittels ex vivo-Biodistributionen wurde die Organverteilung von zwei Schiff’schen Basen (68Ga-BADED-2 und 68Ga-BAPDMEN-2) mit dem routinemäßig in der Klinik eingesetzten Derivat 99mTc-Sestamibi sowie dem 18F-Flurpiridaz in Ratten verglichen. Alle Verbindungen zeigten dabei eine deutliche Herzaufnahme von mehr als 2 % der injizierten Dosis pro Gramm Gewebe. Durch in vivo-PET-Aufnahmen wurden die Zeit-Aktivitätskurven der 68Ga-Verbindungen sowie zum Vergleich des 18F-Flurpiridaz bestimmt. Die Aufnahmen lagen im Bereich von 0,63±0,15 für 68Ga-BAPEN-3 bis 2,72±0,86 für 68Ga-BADED-8.In dem zweiten Teil der Arbeit wurden die Vorteile des hochaffinen Herztracers Flurpiridaz mit dem lipophilen, positiv-geladenen Ga-Schiff’sche Base-Chelator kombiniert. Hierzu wurde zunächst das Insektizid Flurpiridaz synthetisiert und mit dem BAPEN-Rückgrat gekoppelt. Die entstandene Verbindung wurde erstmals mit 68Ga radioaktiv markiert und muss in weiterführenden Arbeiten evaluiert werden.

SummaryrnHeart diseases are the main cause of death worldwide. CAD (coronary artery disease) is characterized by accumulation of arteriosclerotic plaques in the coronary arteries which cause a reduced supply of nutrition and oxygen to the myocardial cells. The SPECT-nuclide 201Tl as well as 99mTc-sestamibi and 99mTc-tetrofosmin are routinely used for perfusion measurements of the heart. PET technique is superior to SPECT in terms of absolute quantification and resolution. Goal of this work was it to develop a PET-radiopharmaceutical for diagnoses of CAD. To achieve comparable availability to the SPECT-radionuclide-generator gained 99mTc-, the new radiopharmaceutical should be based on the PET-radionuclide-generator-gained 68Ga. After complexation with 67/68Ga, Schiff bases demonstrated a noticeably uptake in cardiac myocytes. Based on this several Schiff base amines ¬– differing in used aldehydes and backbones – were synthesized. All synthesized chelators were successfully labeled with 68Ga and purified via SPE (solid-phase-extraction). Evaluation of the 68Ga-compounds in vitro demonstrated that the majority is stable in different media. Lipophilicity was determined between 0.87±0.24 und 2.72±0.14. 68Ga -complexes revealed a positive charge with paper electrophoreses at pH= 7. Uptake of 68Ga-Schiff bases in HL-1 cells was investigated in in vitro-measurements. To determine the influence of the cell membrane potential part of the cells were treated with valinomycin (ionophor which destroys cell potential). Ex vivo-biodistributionen was performed with compounds 68Ga-BADED-2 and 68Ga-BAPDMEN-2 and compared to 99mTc-sestamibi as well as with 18F-flurpiridaz in rats. All compounds were found to have an uptake into the cardiac myocytes of more than 2% injected dose/ gram tissue. In vivo-PET-studies of all compounds demonstrated high uptake (0.63±0,15 for 68Ga-BAPEN-3 and 2.72±0.86 for 68Ga-BADED-8) and retention for >60 min. In the second part of this thesis the advantages of the insecticide flurpiridaz was combined with the lipophilic, mono-cationic Ga-Schiff base chelator. Therefore flurpiridaz was synthesized following literature-instructions and then attached to the Schiff base-backbone BAPEN. The synthesized compound was labeled with 68Ga and has to be evaluated in subsequent works.