Austauschprozesse an Tropopausenfalten extratropischer Zyklonen

Troposphärisches Ozon ist bekannt als wichtiges Oxidationsmittel und als Vorläufergas hoch reaktiver Radikale. Es zählt zu den wichtigsten Treibhausgasen und wirkt bei hohen Konzentrationen an der Erdoberfläche giftig für alle Lebewesen. Zwar wird der Großteil des troposphärischen Ozons photochemisch produziert, ein erheblicher Anteil hat aber stratosphärischen Ursprung und wird entlang von Tropopausenfalten in Zyklonen in die Troposphäre transportiert. Dieser Transport von Luftmassen aus der Stratosphäre in diernTroposphäre (STT) kann zu einem kurzzeitigen, starken Ozonanstieg am Boden führen und langfristig die Chemie der Troposphäre beeinflussen. Die Quantifizierung des Ozoneintrages und die Identifizierung der dafür verantwortlichen Prozesse ist mit großen Unsicherheiten belastet und ein aktuelles Forschungsthema.rnAufgrund ihrer groben Auflösung ist es mit globalen Modellen nicht möglich, die Details dieser STT-Prozesse zu erfassen. Deshalb wird in dieser Arbeit das Modellsystem MECO(n) genutzt, welches das regionale Atmosphärenchemie- und Klimamodell COSMO/MESSy mit dem globalen Chemie-Klimamodell ECHAM5/MESSy (EMAC) koppelt. Eine einheitliche Prozessparametrisierung ermöglicht konsistente, simultane Simulationen in verschiedenen Modellauflösungen. Ein als Teil dieser Arbeit neu entwickeltes Submodell erlaubt die Initialisierung künstlicher, passiver Tracer in Abhängigkeit verschiedener Variablen. Mit einem auf diese Weise freigesetzten, stratosphärischen Tracer lässt sich Ozon mit stratosphärischer Herkunft von solchem, das photochemisch produziert wurde, unterscheiden.rnIm Rahmen einer Fallstudie werden die Austauschprozesse an einer Tropopausenfalte sowohl aus der Eulerischen, als auch aus der Lagrangeschen Perspektive betrachtet. Die Analyse der STT-Prozesse zeigt, dass Luftmassen aus der Stratosphäre durch turbulente und diabatische Prozesse am Rand der Tropopausenfalte in die Troposphäre gelangen und anschließend bis zum Boden transportiert werden. Diese absinkenden, stratosphärischen Luftmassen führen in den Simulationen zu Ozonanstiegen am Boden, die mit Beobachtungsdaten evaluiert werden können. Es wird gezeigt, dass die Ergebnisse der feiner auflösendenrnModellinstanz gut mit den Messungen übereinstimmen.rnIn einer Lagrangeschen Analyse lassen sich Mischungszeitskalen für STT-Prozesse bestimmen. Es wird gezeigt, dass Luftpakete, die sich länger als zehn Stunden in der Troposphäre aufhalten, diese durch den Eintrag ihrer stratosphärischen Tracereigenschaften beeinflussen und daher nicht vernachlässigbar sind. Eine weitere Studie gibt Aufschluss über die Effektivität der Mischung an Tropopausenfalten: Fast die gesamte Luftmasse, die sich zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Tropopausenfalte befindet, gelangt innerhalb von zwei Tagen in die Troposphäre.

Synthese und Evaluierung von (Radio)Liganden für den Free Fatty Acid Rezeptor 1

Der Free Fatty Acid Receptor 1 (FFAR1) ist ein G-Protein gekoppelter Rezeptor, welcher neben einer hohen Expression im Gehirn auch eine verstärkte Expressionsrate auf den β-Zellen des Pankreas aufweist. Diese Expressionsmuster machen ihn zu einem idealen Target für die Visualisierung der sogenannten β-Zell-Masse mittels molekularer bildgebender Verfahren wie der PET. Eine Entwicklung geeigneter Radiotracer für die β-Zell-Bildgebung würde sowohl für die Diagnostik als auch für die Therapie von Typ-1- und Typ-2-Diabetes ein wertvolles Hilfsmittel darstellen.rnAufbauend auf einem von Sasaki et al. publiziertem Agonisten mit einem vielversprechendem EC50-Wert von 5,7 nM wurden dieser Agonist und zwei weitere darauf basierende 19F-substituierte Moleküle als Referenzverbindungen synthetisiert (DZ 1-3). Für die 18F-Markierung der Moleküle DZ 2 und DZ 3 wurden die entsprechenden Markierungsvorläufer (MV 1-3) synthetisiert und anschließend die Reaktionsparameter hinsichtlich Temperatur, Lösungsmittel, Basensystem und Reaktionszeit für die nukleophile n.c.a. 18F-Fluorierung optimiert. Die abschließende Entschützung zum fertigen Radiotracer wurde mit NaOH-Lösung durchgeführt und die Tracer injektionsfertig in isotonischer NaCl-Lösung mit radiochemischen Ausbeuten von 26,9 % ([18F]DZ 2) und 39 % ([18F]DZ 3) erhalten.rnZusätzlich wurde ein Chelator zur 68Ga-Markierung an den Liganden gekoppelt (Verb. 46) und die Markierungsparameter optimiert. Nach erfolgter Markierung mit 95 % radiochemischer Ausbeute, wurde der Tracer abgetrennt und in vitro Stabilitätsstudien durchgeführt. Diese zeigten eine Stabilität von mehr als 90 % über 120 min in sowohl humanem Serum (37 °C) als auch isotonischer NaCl-Lösung.rnMit einem ebenfalls synthetisierten fluoreszenzmarkierten Derivat des Liganden (Verb. 43) wurden erste LSM-Bilder an sowohl Langerhansschen Inseln als auch FFAR1-tragenden RIN-M Zellen durchgeführt, welche einen vielversprechenden Uptake des neuen Liganden in die Zellen zeigen. Weitere Untersuchungen und biologische Evaluierungen stehen noch aus. Mit den Referenzsubstanzen wurden zusätzlich Vitalitätsstudien an Langerhansschen Inseln durchgeführt, um einen negativen toxischen Einfluss auszuschließen.rn

Stabilität und Transport in der planetaren Grenzschicht - Untersuchungen mit Radiosonden- und Spurengasmessungen während PARADE

Die vorliegende Arbeit untersucht die Struktur und Zusammensetzung der untersten Atmosphäre im Rahmen der PARADE-Messkampagne (PArticles and RAdicals: Diel observations of the impact of urban and biogenic Emissions) am Kleinen Feldberg in Deutschland im Spätsommer 2011. Dazu werden Messungen von meteorologischen Grundgrößen (Temperatur, Feuchte, Druck, Windgeschwindigkeit und -richtung) zusammen mit Radiosonden und flugzeuggetragenen Messungen von Spurengasen (Kohlenstoffmonoxid, -dioxid, Ozon und Partikelanzahlkonzentrationen) ausgewertet. Ziel ist es, mit diesen Daten, die thermodynamischen und dynamischen Eigenschaften und deren Einfluss auf die chemische Luftmassenzusammensetzung in der planetaren Grenzschicht zu bestimmen. Dazu werden die Radiosonden und Flugzeugmessungen mit Lagrangeschen Methoden kombiniert und es wird zwischen rein kinematischen Modellen (LAGRANTO und FLEXTRA) sowie sogenannten Partikeldispersionsmodellen (FLEXPART) unterschieden. Zum ersten Mal wurde im Rahmen dieser Arbeit dabei auch eine Version von FLEXPART-COSMO verwendet, die von den meteorologischen Analysefeldern des Deutschen Wetterdienstes angetrieben werden. Aus verschiedenen bekannten Methoden der Grenzschichthöhenbestimmung mit Radiosondenmessungen wird die Bulk-Richardson-Zahl-Methode als Referenzmethode verwendet, da sie eine etablierte Methode sowohl für Messungen und als auch Modellanalysen darstellt. Mit einer Toleranz von 125 m, kann zu 95 % mit mindestens drei anderen Methoden eine Übereinstimmung zu der ermittelten Grenzschichthöhe festgestellt werden, was die Qualität der Grenzschichthöhe bestätigt. Die Grenzschichthöhe variiert während der Messkampagne zwischen 0 und 2000 m über Grund, wobei eine hohe Grenzschicht nach dem Durchzug von Kaltfronten beobachtet wird, hingegen eine niedrige Grenzschicht unter Hochdruckeinfluss und damit verbundener Subsidenz bei windarmen Bedingungen im Warmsektor. Ein Vergleich zwischen den Grenzschichthöhen aus Radiosonden und aus Modellen (COSMO-DE, COSMO-EU, COSMO-7) zeigt nur geringe Unterschiede um -6 bis +12% während der Kampagne am Kleinen Feldberg. Es kann allerdings gezeigt werden, dass in größeren Simulationsgebieten systematische Unterschiede zwischen den Modellen (COSMO-7 und COSMO-EU) auftreten. Im Rahmen dieser Arbeit wird deutlich, dass die Bodenfeuchte, die in diesen beiden Modellen unterschiedlich initialisiert wird, zu verschiedenen Grenzschichthöhen führt. Die Folge sind systematische Unterschiede in der Luftmassenherkunft und insbesondere der Emissionssensitivität. Des Weiteren kann lokale Mischung zwischen der Grenzschicht und der freien Troposphäre bestimmt werden. Dies zeigt sich in der zeitlichen Änderung der Korrelationen zwischen CO2 und O3 aus den Flugzeugmessungen, und wird im Vergleich mit Rückwärtstrajektorien und Radiosondenprofilen bestärkt. Das Einmischen der Luftmassen in die Grenzschicht beeinflusst dabei die chemische Zusammensetzung in der Vertikalen und wahrscheinlich auch am Boden. Diese experimentelle Studie bestätigt die Relevanz der Einmischungsprozesse aus der freien Troposphäre und die Verwendbarkeit der Korrelationsmethode, um Austausch- und Einmischungsprozesse an dieser Grenzfläche zu bestimmen.

Glykopolymere für biomedizinsche Anwendungen : Synthese von mannosylierten N-(2-Hydroxyprpyl)methacrylamid Polymersystemen für die Adressierung von Zellen des Immunsystems

Das Ziel dieser Arbeit lag darin mannosylierte Polymersysteme hauptsächlich auf der Basis von N-(Hydroxy)propylmethacrylat zu synthetisieren, um gezielt Zellen des Immunsystems zu adressieren. Dazu wurden zunächst verschiedene Reaktivesterpolymere auf der Basis von Pentafluorophenylmethacrylat (PFPMA) unter Verwendung der RAFT-Polymerisation mit enger Molekulargewichtsverteilung und unterschiedlichen Anteilen an LMA (Laurylmethacrylat) hergestellt.rnUm eine genaue Aussage über den Aufbau eines statistischen PFPMA-LMA Copolymers treffen zu können, wurde die Copolymerisation von PFPMA und LMA mittels Echtzeit 1H-NMR Kinetikmessungen untersucht. Dies ermöglichte es, die Copolymerisationsparameter zu berechnen und genaue Aussagen über den Aufbau eines statistischen PFPMA-LMA Copolymers zu treffen. Die so erhaltenen Reaktivesterpolymere wurden dann in einer polymeranalogen Reaktion unter Erhalt des Polymerisationsgrades in die gewünschten HPMA-Polymere umgewandelt. Um die quantitative Umsetzung ohne auftretende Nebenreaktionen zu untersuchen, wurden verschiedene Reaktionsbedingungen gewählt und unterschiedliche Analysemethoden verwendet. Damit konnte gezeigt werden, dass es möglich ist, über den Reaktivesteransatz qualitativ hochwertige amphiphile Polymersysteme herzustellen, die auf anderen Wegen schwer zu synthetisieren und charakterisieren sind. Ein weiterer Vorteil dieser Syntheseroute ist, dass gleichzeitig sowohl Marker für die Visualisierung der Polymere in vitro und in vivo, als auch Targetliganden für die Adressierung bestimmter Zellen eingeführt werden können. Dafür wurde hauptsächlich Mannose als einfache Zuckerstruktur angebunden, da bekannt ist, dass mannosylierte Polymersysteme von Zellen des Imunsystems aufgenommen werden. Zusätzlich konnten die mannosylierten Polymere mit hydrophobem Wirkstoff beladen werden, wobei die Stabilität von beladenen Mizellen anhand der Einlagerung eines hydrophoben radioaktiven Komplexes genauer untersucht werden konnte.rnAnschließende in vitro Experimente der mannosylierten Polymermizellen an dendritischen Zellen zeigten wie erwartet eine mannosespezifische und verstärkte Aufnahme. Für eine mögliche Untersuchung dieser Systeme in vivo mittels PET konnte gezeigt werden, dass es möglich ist HPMA Polymere radioaktiv zu markieren, wobei auch erste Markierungsversuche mit einem langlebigen Radionuklid für Langzeitbiodistributionsstudien durchgeführt werden konnte.rn

In vitro and in vivo characterization of novel 18F-labeled bombesin analogues for targeting GRPR-positive tumors

The gastrin-releasing peptide receptor (GRPR) is overexpressed on a number of human tumors and has been targeted with radiolabeled bombesin analogues for the diagnosis and therapy of these cancers. Seven bombesin analogues containing various linkers and peptide sequences were designed, synthesized, radiolabeled with (18)F, and characterized in vitro and in vivo as potential PET imaging agents. Binding studies displayed nanomolar binding affinities toward human GRPR for all synthesized bombesin analogues. Two high-affinity peptide candidates 6b (K(i) = 0.7 nM) and 7b (K(i) = 0.1 nM) were chosen for further in vivo evaluation. Both tracers revealed specific uptake in GRPR-expressing PC-3 tumors and the pancreas. Compared to [(18)F]6b, compound [(18)F]7b was characterized by superior tumor uptake, higher specificity of tracer uptake, and more favorable tumor-to-nontarget ratios. In vivo PET imaging allowed for the visualization of PC-3 tumor in nude mice suggesting that [(18)F]7b is a promising PET tracer candidate for the diagnosis of GRPR-positive tumors in humans.

Functional Imaging of Pheochromocytoma with Ga-DOTATOC and C-HED in a Genetically Defined Rat Model of Multiple Endocrine Neoplasia

Rats affected by the MENX multitumor syndrome develop pheochromocytoma (100%). Pheochromocytomas are uncommon tumors and animal models are scarce, hence the interest in MENX rats to identify and preclinically evaluate novel targeted therapies. A prerequisite for such studies is a sensitive and noninvasive detection of MENXassociated pheochromocytoma. We performed positron emission tomography (PET) to determine whether rat pheochromocytomas are detected by tracers used in clinical practice, such as 68Ga-DOTATOC (somatostatin analogue) or (11)C-Hydroxyephedrine (HED), a norepinephrine analogue. We analyzed four affected and three unaffected rats. The PET scan findings were correlated to histopathology and immunophenotype of the tumors, their proliferative index, and the expression of genes coding for somatostatin receptors or the norepinephrine transporter. We observed that mean 68Ga-DOTATOC standard uptake value (SUV) in adrenals of affected animals was 23.3 ± 3.9, significantly higher than in control rats (15.4 ± 7.9; P = .03). The increase in mean tumor-to-liver ratio of (11)C-HED in the MENX-affected animals (1.6 ± 0.5) compared to controls (0.7 ± 0.1) was even more significant (P = .0016). In a unique animal model, functional imaging depicting two pathways important in pheochromocytoma biology discriminated affected animals from controls, thus providing the basis for future preclinical work with MENX rats.

Value of the radiolabelled GLP-1 receptor antagonist exendin(9-39) for targeting of GLP-1 receptor-expressing pancreatic tissues in mice and humans

Radiolabelled glucagon-like peptide 1 (GLP-1) receptor agonists have recently been shown to successfully image benign insulinomas in patients. Moreover, it was recently reported that antagonist tracers were superior to agonist tracers for somatostatin and gastrin-releasing peptide receptor targeting of tumours. The present preclinical study determines therefore the value of an established GLP-1 receptor antagonist for the in vitro visualization of GLP-1 receptor-expressing tissues in mice and humans.

Claudin-1 induced sealing of blood-brain barrier tight junctions ameliorates chronic experimental autoimmune encephalomyelitis

In experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), an animal model for multiple sclerosis (MS), loss of the blood-brain barrier (BBB) tight junction (TJ) protein claudin-3 correlates with immune cell infiltration into the CNS and BBB leakiness. Here we show that sealing BBB TJs by ectopic tetracycline-regulated expression of the TJ protein claudin-1 in Tie-2 tTA//TRE-claudin-1 double transgenic C57BL/6 mice had no influence on immune cell trafficking across the BBB during EAE and furthermore did not influence the onset and severity of the first clinical disease episode. However, expression of claudin-1 did significantly reduce BBB leakiness for both blood borne tracers and endogenous plasma proteins specifically around vessels expressing claudin-1. In addition, mice expressing claudin-1 exhibited a reduced disease burden during the chronic phase of EAE as compared to control littermates. Our study identifies BBB TJs as the critical structure regulating BBB permeability but not immune cell trafficking into CNS during EAE, and indicates BBB dysfunction is a potential key event contributing to disease burden in the chronic phase of EAE. Our observations suggest that stabilizing BBB barrier function by therapeutic targeting of TJs may be beneficial in treating MS, especially when anti-inflammatory treatments have failed.

Novel positron emission tomography/computed tomography of diffuse parenchymal lung disease combining a labeled somatostatin receptor analogue and 2-deoxy-2[¹⁸F]fluoro-D-glucose

We prospectively investigated the potential of positron emission tomography (PET) using the somatostatin receptor (SSTR) analogue ⁶⁸Ga-DOTATATE and 2-deoxy-2[¹⁸F]fluoro-D-glucose (¹⁸F-FDG) in diffuse parenchymal lung disease (DPLD). Twenty-six patients (mean age 68.9 ± 11.0 years) with DPLD were recruited for ⁶⁸Ga-DOTATATE and ¹⁸F-FDG combined PET/high-resolution computed tomography (HRCT) studies. Ten patients had idiopathic pulmonary fibrosis (IPF), 12 patients had nonspecific interstitial pneumonia (NSIP), and 4 patients had other forms of DPLD. Using PET, the pulmonary tracer uptake (maximum standardized uptake value [SUV(max)]) was calculated. The distribution of PET tracer was compared to the distribution of lung parenchymal changes on HRCT. All patients demonstrated increased pulmonary PET signal with ⁶⁸Ga-DOTATATE and ¹⁸F-FDG. The distribution of parenchymal uptake was similar, with both tracers corresponding to the distribution of HRCT changes. The mean SUV(max) was 2.2 ± 0.7 for ⁶⁸Ga-DOTATATE and 2.8 ± 1.0 (t-test, p  =  .018) for ¹⁸F-FDG. The mean ⁶⁸Ga-DOTATATE SUV(max) in IPF patients was 2.5 ± 0.9, whereas it was 2.0 ± 0.7 (p  =  .235) in NSIP patients. The correlation between ⁶⁸Ga-DOTATATE SUV(max) and gas transfer (transfer factor of the lung for carbon monoxide [TLCO]) was r  =  -.34 (p  =  .127) and r  =  -.49 (p  =  .028) between ¹⁸F-FDG SUV(max) and TLCO. We provide noninvasive in vivo evidence in humans showing that SSTRs may be detected in the lungs of patients with DPLD in a similar distribution to sites of increased uptake of ¹⁸F-FDG on PET.

Sensitivity of pelagic calcification to ocean acidification

Ocean acidification might reduce the ability of calcifying plankton to produce and maintain their shells of calcite, or of aragonite, the more soluble form of CaCO3. In addition to possibly large biological impacts, reduced CaCO3 production corresponds to a negative feedback on atmospheric CO2. In order to explore the sensitivity of the ocean carbon cycle to increasing concentrations of atmospheric CO2, we use the new biogeochemical Bern3D/PISCES model. The model reproduces the large scale distributions of biogeochemical tracers. With a range of sensitivity studies, we explore the effect of (i) using different parameterizations of CaCO3 production fitted to available laboratory and field experiments, of (ii) letting calcite and aragonite be produced by auto- and heterotrophic plankton groups, and of (iii) using carbon emissions from the range of the most recent IPCC Representative Concentration Pathways (RCP). Under a high-emission scenario, the CaCO3 production of all the model versions decreases from ~1 Pg C yr−1 to between 0.36 and 0.82 Pg C yr−1 by the year 2100. The changes in CaCO3 production and dissolution resulting from ocean acidification provide only a small feedback on atmospheric CO2 of −1 to −11 ppm by the year 2100, despite the wide range of parameterizations, model versions and scenarios included in our study. A potential upper limit of the CO2-calcification/dissolution feedback of −30 ppm by the year 2100 is computed by setting calcification to zero after 2000 in a high 21st century emission scenario. The similarity of feedback estimates yielded by the model version with calcite produced by nanophytoplankton and the one with calcite, respectively aragonite produced by mesozooplankton suggests that expending biogeochemical models to calcifying zooplankton might not be needed to simulate biogeochemical impacts on the marine carbonate cycle. The changes in saturation state confirm previous studies indicating that future anthropogenic CO2 emissions may lead to irreversible changes in ΩA for several centuries. Furthermore, due to the long-term changes in the deep ocean, the ratio of open water CaCO3 dissolution to production stabilizes by the year 2500 at a value that is 30–50% higher than at pre-industrial times when carbon emissions are set to zero after 2100.

Natural tracer profiles across argillaceous formations

Argillaceous formations generally act as aquitards because of their low hydraulic conductivities. This property, together with the large retention capacity of clays for cationic contaminants, has brought argillaceous formations into focus as potential host rocks for the geological disposal of radioactive and other waste. In several countries, programmes are under way to characterise the detailed transport properties of such formations at depth. In this context, the interpretation of profiles of natural tracers in pore waters across the formations can give valuable information about the large-scale and long-term transport behaviour of these formations. Here, tracer-profile data, obtained by various methods of pore-water extraction for nine sites in central Europe, are compiled. Data at each site comprise some or all of the conservative tracers: anions (Cl(-), Br(-)), water isotopes (delta(18)O, delta(2)H) and noble gases (mainly He). Based on a careful evaluation of the palaeo-hydrogeological evolution at each site, model scenarios are derived for initial and boundary pore-water compositions and an attempt is made to numerically reproduce the observed tracer distributions in a consistent way for all tracers and sites, using transport parameters derived from laboratory or in situ tests. The comprehensive results from this project have been reported in Mazurek et al. (2009). Here the results for three sites are presented in detail, but the conclusions are based on model interpretations of the entire data set. In essentially all cases, the shapes of the profiles can be explained by diffusion acting as the dominant transport process over periods of several thousands to several millions of years and at the length scales of the profiles. Transport by advection has a negligible influence on the observed profiles at most sites, as can be shown by estimating the maximum advection velocities that still give acceptable fits of the model with the data. The advantages and disadvantages of different conservative tracers are also assessed. The anion Cl(-) is well suited as a natural tracer in aquitards, because its concentration varies considerably in environmental waters. It can easily be measured, although the uncertainty regarding the fraction of the pore space that is accessible to anions in clays remains an issue. The stable water isotopes are also well suited, but they are more difficult to measure and their values generally exhibit a smaller relative range of variation. Chlorine isotopes (delta(37)Cl) and He are more difficult to interpret because initial and boundary conditions cannot easily be constrained by independent evidence. It is also shown that the existence of perturbing events such as the activation of aquifers due to uplift and erosion, leading to relatively sharp changes of boundary conditions, can be considered as a pre-requisite to obtain well-interpretable tracer signatures. On the other hand, gradual changes of boundary conditions are more difficult to parameterise and so may preclude a clear interpretation.

Unexpected sensitivity of sst2 antagonists to N-terminal radiometal modifications

Chelated somatostatin agonists have been shown to be sensitive to N-terminal radiometal modifications, with Ga-DOTA agonists having significantly higher binding affinity than their Lu-, In-, and Y-DOTA correlates. Recently, somatostatin antagonists have been successfully developed as alternative tracers to agonists. The aim of this study was to evaluate whether chelated somatostatin antagonists are also sensitive to radiometal modifications and how. We have synthesized 3 different somatostatin antagonists, DOTA-p-NO(2)-Phe-c[D-Cys-Tyr-D-Aph(Cbm)-Lys-Thr-Cys]-D-Tyr-NH(2), DOTA-Cpa-c[D-Cys-Aph(Hor)-D-Aph(Cbm)-Lys-Thr-Cys]-D-Tyr-NH(2) (DOTA-JR11), and DOTA-p-Cl-Phe-c[D-Cys-Tyr-D-Aph(Cbm)-Lys-Thr-Cys]-D-Tyr-NH(2), and added various radiometals including In(III), Y(III), Lu(III), Cu(II), and Ga(III). We also replaced DOTA with 1,4,7-triazacyclononane,1-glutaric acid-4,7-acetic acid (NODAGA) and added Ga(III). The binding affinity of somatostatin receptors 1 through 5 was evaluated in all cases. In all 3 resulting antagonists, the Ga-DOTA analogs were the lowest-affinity radioligands, with a somatostatin receptor 2 binding affinity up to 60 times lower than the respective Y-DOTA, Lu-DOTA, or In-DOTA compounds. Interestingly, however, substitution of DOTA by the NODAGA chelator was able to increase massively its binding affinity in contrast to the Ga-DOTA analog. The 3 NODAGA analogs are antagonists in functional tests. In vivo biodistribution studies comparing (68)Ga-DOTATATE agonist with (68)Ga-DOTA-JR11 and (68)Ga-NODAGA-JR11 showed not only that the JR11 antagonist radioligands were superior to the agonist ligands but also that (68)Ga-NODAGA-JR11 was the tracer of choice and preferable to (68)Ga-DOTA-JR11 in transplantable HEK293-hsst(2) tumors in mice. One may therefore generalize that somatostatin receptor 2 antagonists are sensitive to radiometal modifications and may preferably be coupled with a (68)Ga-NODAGA chelator-radiometal complex.

The Influence of Different Metal-Chelators on the Biological Profil of Nanoparticles for Gallium-68 Based Molecular Imaging

The use of metal chelators is becoming increasingly important in the development of new tracers for molecular imaging. With the rise of the field of nanotechnology, the fusion of both technologies has shown great potential for clinical applications. The pharmacokinetcs of nanoparticles can be monitored via positron emission tomography (PET) after surface modification and radiolabeling with positron emitting radionuclides. Different metal ion chelators can be used to facilitate labeling of the radionuclides and as a prerequisite, optimized radiolabeling procedure is necessary to prevent nanoparticle aggregation and degradation. However, the effects of chelator modification on nanoparticle pharmacokinetic properties have not been well studied and currently no studies to date have compared the biological effects of the use of different chelators in the surface modification of nanoparticles.

CRF receptors in the rodent and human cardiovascular systems: Species differences

CRF has powerful receptor-mediated cardiovascular actions. To evaluate the precise distribution of CRF receptors, in vitro CRF receptor autoradiography with (125)I-[Tyr(0), Glu(1), Nle(17)]-sauvagine or [(125)I]-antisauvagine-30 was performed in the rodent and human cardiovascular system. An extremely high density of CRF(2) receptors was detected with both tracers in vessels of rodent lung, intestine, pancreas, mesenterium, kidney, urinary bladder, testis, heart, brain, and in heart muscle. In humans, CRF(2) receptors were detected with (125)I- antisauvagine-30 at low levels in vessels of kidneys, intestine, urinary bladder, testis, heart and in heart muscle, while only heart vessels were detected with (125)I-[Tyr(0), Glu(1), Nle(17)]-sauvagine. This is the first extensive morphological study reporting the extremely wide distribution of CRF(2) receptors in the rodent cardiovascular system and a more limited expression in man, suggesting a species-selective CRF receptor expression.

Peptide-based probes for cancer imaging

Receptors for regulatory peptides are overexpressed in a variety of human cancers. They represent the molecular basis for in vivo imaging with radiolabeled peptide probes. Somatostatin-derived tracers, designed to image the sst2-overexpressing neuroendocrine tumors, have enjoyed almost 2 decades of successful development and extensive clinical applications. More recent developments include second- and third-generation somatostatin analogs, with a broader receptor subtype profile or with antagonistic properties. Emerging tracers for other peptide receptors, including cholecystokinin/gastrin and GLP-1 analogs for neuroendocrine tumors, bombesin and neuropeptide-Y analogs for prostate or breast cancers, or Arg-Gly-Asp peptides for neoangiogenesis labeling, are also in current development. Application fields include both SPECT/CT and PET/CT.