F-18 Labelling Synthesis, Radioanalysis and Evaluation of A Dopamine Transporter and A Hypoxia Tracer

Positron emission tomography (PET) is an imaging technique in which radioactive positron-emitting tracers are used to study biochemical and physiological functions in humans and in animal experiments. The use of PET imaging has increased rapidly in recent years, as have special requirements in the fields of neurology and oncology for the development of syntheses for new, more specific and selective radiotracers. Synthesis development and automation are necessary when high amounts of radioactivity are needed for multiple PET studies. In addition, preclinical studies using experimental animal models are necessary for evaluating the suitability of new PET tracers for humans. For purification and analysing the labelled end-product, an effective radioanalytical method combined with an optimal radioactivity detection technique is of great importance. In this study, a fluorine-18 labelling synthesis method for two tracers was developed and optimized, and the usefulness of these tracers for possible prospective human studies was evaluated. N-(3-[18F]fluoropropyl)-2β-carbomethoxy-3β-(4-fluorophenyl)nortropane ([18F]β-CFT-FP) is a candidate PET tracer for the dopamine transporter (DAT), and 1H-1-(3-[18F]fluoro-2-hydroxypropyl)-2-nitroimidazole ([18F]FMISO) is a well-known hypoxia marker for hypoxic but viable cells in tumours. The methodological aim of this thesis was to evaluate the status of thin-layer chromatography (TLC) combined with proper radioactivity detection measurement systems as a radioanalytical method. Three different detection methods of radioactivity were compared: radioactivity scanning, film autoradiography, and digital photostimulated luminescence (PSL) autoradiography. The fluorine-18 labelling synthesis for [18F]β-CFT-FP was developed and carbon-11 labelled [11C]β-CFT-FP was used to study the specificity of β-CFT-FP for the DAT sites in human post-mortem brain slices. These in vitro studies showed that β-CFT-FP binds to the caudate-putamen, an area rich of DAT. The synthesis of fluorine-18 labelled [18F]FMISO was optimized, and the tracer was prepared using an automated system with good and reproducible yields. In preclinical studies, the action of the radiation sensitizer estramustine phosphate on the radiation treatment and uptake of [18F]FMISO was evaluated, with results of great importance for later human studies. The methodological part of this thesis showed that radioTLC is the method of choice when combined with an appropriate radioactivity detection technique. Digital PSL autoradiography proved to be the most appropriate when compared to the radioactivity scanning and film autoradiography methods. The very high sensitivity, good resolution, and wide dynamic range of digital PSL autoradiography are its advantages in detection of β-emitting radiolabelled substances.

Pienten sokeriyhdisteiden eristäminen ja tunnistus kuusen solususpensioliuoksesta

Biologisesti aktiivisilla oligosakkarideilla on vaikutuksia kasvin kasvuun ja kehittymiseen. Tietyn tyyppiset oligosakkaridit voivat myös indusoida puolustusreaktion valikoivasti oligosakkaridista riippuen. Useat biologisesti aktiiviset oligosakkaridit on löydetty kasvien soluseinää keinotekoisesti hajottamalla. Pro gradu -tutkielman tarkoituksena oli karakterisoida kuusen (Picea abies) solukkolinjan A3/85 solususpensiokasvatukseen erittämiä oligosakkarideja. Kuusisolukko A3/85 on otollinen kandidaatti tutkimukseen, sillä sen on todettu erittävän solunulkoista ligniiniä suspensioliuokseen. Oligosakkarideja karakterisoitiin yhden ja neljän vuorokauden kasvatuksista. Alustan sokeripitoisuutta alennettiin neljän vuorokauden kasvatuksissa karakterisoinnin helpottamiseksi. Oligosakkaridien pitoisuudet voivat olla hyvin alhaisia, joten solujen tuottamia yhdisteitä seurattiin myös radioaktiivisen D-[U-14C]-glukoosin avulla. Kasvien soluseinässä yleiset glukuronihappo, galakturonihappo, ksyloosi, arabinoosi ja apioosi valmistetaan glukoosi-6-fosfaatista, joko myo-inositolihapetusreitin tai sokerihapetusreitin kautta. Lisäksi tutkittiin, muuttuuko radioaktiivisen leiman jakautuminen näytteissä, kun kasvatusliuoksessa on tai ei ole myo-inositolia. Kasvatusliuos fraktioitiin geelisuodatuskromatografialla. Fraktioiden sisältämät yhdisteet eroteltiin paperikromatografialla ja värjättiin hopeanitraatilla, aniliinivetyftalaatilla tai ninhydriinillä. Hopeanitraatti on hyödyllinen monosakkaridien, oligosakkaridien ja alditolien värjäyksessä. Radioaktiivisuuden kertymistä yhdisteisiin seurattiin nestetuikelaskimella ja autoradiografialla. Paperikromatografialla erotelluista yhdisteistä valittiin mielenkiintoiseksi koetut yhdisteet, jotka eristettiin preparatiivisella paperikromatografialla. Eristetyille yhdisteille tehtiin happohydrolysointi, borohydridikäsittely tai entsymaattinen Driselaasi -käsittely. Happohydrolysointi avaa sokeriyksiköiden väliset glykosidiset sidokset. Natriumborohydridipelkistys muuttaa oligosakkaridiketjun pelkistävän sokerin sokerialkoholiksi ja Driselaasi -käsittely avaa isoprimeveroosin Xyl-Į-(1ĺ6)-Glc -sidosta lukuun ottamatta muut glykosidiset sidokset. 14C-leima on jakautunut myo-inositolin kanssa kasvatetun näytteen fraktioinnissa vahvemmin suurimolekyylisiin yhdisteisiin, kun taas ilman myo-inositolia kasvatetussa näytteessä suurin aktiivisuus D-[U-14C]-glukoosin jälkeen on trisakkaridien alueella. Suspensioliuoksista analysoitiin useita oligosakkarideja polymerisaatioasteella 1-4. Analysoiduista yhdisteistä kolme sisälsivät ksyloosia, jota solut voivat syntetoida joko myo-inositolin hapetusreitin tai glukoosin hapetusreitin kautta. Myo-inositolin puuttuminen alustasta lisäsi näiden leimattujen yhdisteiden pitoisuutta. Alustan myo-inositoli ei ole radioaktiivista, joten myo-inositolihapetusreitin kautta valmistetut monosakkaridit eivät näy autoradiografiassa. Vaikuttaisi siis siltä, että myo-inositolihapetusreitti on aktiivinen ainakin, jos solukolle tarjotaan myo-inositolia. Lisätty myo-inositoli vähentää sokerihapetusreitin aktiivisuutta. Työn aikana onnistuttiin eristämään ja osittain tunnistamaan useita kuusen suspensioliuoksen yhdisteitä. Myo-inositolihapetusreitti todettiin aktiiviseksi solukkokasvatuksessa, kun ravintoalustassa on myo-inositolia.