Comparison of phosphate uptake rates by the smallest plastidic and aplastidic protists in the North Atlantic subtropical gyre

The smallest phototrophic protists (<3 μm) are important primary producers in oligotrophic subtropical gyres – the Earth's largest ecosystems. In order to elucidate how these protists meet their inorganic nutrient requirements, we compared the phosphate uptake rates of plastidic and aplastidic protists in the phosphate-depleted subtropical and tropical North Atlantic (4–29°N) using a combination of radiotracers and flow cytometric sorting on two Atlantic Meridional Transect cruises. Plastidic protists were divided into two groups according to their size (<2 and 2–3 μm). Both groups of plastidic protists showed higher phosphate uptake rates per cell than the aplastidic protists. Although the phosphate uptake rates of protist cells were on average seven times (P<0.001) higher than those of bacterioplankton, the biomass-specific phosphate uptake rates of protists were one fourth to one twentieth of an average bacterioplankton cell. The unsustainably low biomass-specific phosphate uptake by both plastidic and aplastidic protists suggests the existence of a common alternative means of phosphorus acquisition – predation on phosphorus-rich bacterioplankton cells.

PET Molecular Imaging of Hypoxia in Ischemic Stroke: An Update.

Hypoxia, a condition of insufficient oxygen availability to support metabolism, occurs when the vascular supply is interrupted, as in stroke. The identification of the hypoxic and viable tissue in stroke as compared with irreversible lesions (necrosis) has relevant implications for the treatment of ischemic stroke. Traditionally, imaging by positron emission tomography (PET), using 15O-based radiotracers, allowed the measurement of perfusion and oxygen extraction in stroke, providing important insights in its pathophysiology. However, these multitracer evaluations are of limited applicability in clinical settings. More recently, specific tracers have been developed, which accumulate with an inverse relationship to oxygen concentration and thus allow visualizing the hypoxic tissue non invasively. These belong to two main groups: nitroimidazoles, and among these the 18F-Fluoroimidazole (18F-FMISO) is the most widely used, and the copper-based tracers, represented mainly by Cu-ATSM. While these tracers have been at first developed and tested in order to image hypoxia in tumors, they have also shown promising results in stroke models and preliminary clinical studies in patients with cardiovascular disorders, allowing the detection of hypoxic tissue and the prediction of the extent of subsequent ischemia and clinical outcome. These tracers have therefore the potential to select an appropriate subgroup of patients who could benefit from a hypoxia-directed treatment and provide prognosis relevant imaging. The molecular imaging of hypoxia made important progress over the last decade and has a potential for integration into the diagnostic and therapeutic workup of patients with ischemic stroke.

Choline-PET in prostate cancer management: The point of view of the radiation oncologist.

Among PET radiotracers, FDG seems to be quite accepted as an accurate oncology diagnostic tool, frequently helpful also in the evaluation of treatment response and in radiation therapy treatment planning for several cancer sites. To the contrary, the reliability of Choline as a tracer for prostate cancer (PC) still remains an object of debate for clinicians, including radiation oncologists. This review focuses on the available data about the potential impact of Choline-PET in the daily clinical practice of radiation oncologists managing PC patients. In summary, routine Choline-PET is not indicated for initial local T staging, but it seems better than conventional imaging for nodal staging and for all patients with suspected metastases. In these settings, Choline-PET showed the potential to change patient management. A critical limit remains spatial resolution, limiting the accuracy and reliability for small lesions. After a PSA rise, the problem of the trigger PSA value remains crucial. Indeed, the overall detection rate of Choline-PET is significantly increased when the trigger PSA, or the doubling time, increases, but higher PSA levels are often a sign of metastatic spread, a contraindication for potentially curable local treatments such as radiation therapy. Even if several published data seem to be promising, the current role of PET in treatment planning in PC patients to be irradiated still remains under investigation. Based on available literature data, all these issues are addressed and discussed in this review.

Développement et radiosynthèse de ligands du récepteur tyrosine kinase neurotrophique type 2 (TrkB) marqués aux carbone-11 et fluor-18 pour l’imagerie cérébrale par tomographie d’émission de positons

Ce mémoire présente mes travaux ayant menés au développement d’une première génération de radioligands marqués au fluor-18 (t1/2 = 110 min) et au carbone-11 (t1/2 = 20.4 min) destinés à l’imagerie cérébrale in vivo du récepteur tyrosine kinase neurotrophique de type 2 (TrkB) en tomographie par émission de positons (TEP). Ces travaux reposent sur l’identification récente de ligands de TrkB non peptidiques à hautes affinités dérivés du 7,8-dihydroxyflavone. La synthèse d’une série de dérivés du 7,8-dihydroxyflavone non-radioactifs de même que des précuseurs à l’incorporation du fluro-18 et du carbone-11 a d’abord été effectuée. Partant des précurseurs adéquats synthétisés, la radiosynthèse de deux radioligands, l’un marqué au fluor-18 et l’autre au carbone-11, a été développée. Ces radiosynthèses reposent respectivement sur une 18F-radiofluorination nucléophile aromatique nouvelle et hautement efficace et sur une 11C-méthylation N-sélective. Les radiotraceurs de TrkB ainsi obtenus ont ensuite été évalués in vitro en autoradiographie et in vivo en tant que traceurs TEP dans des rats. L’évaluation des propriétés physico-chimique de même que de la stabilité in vitro des radiotraceurs sont présentées. Partant d’une série d’analogues cristallisés de ces flavones synthétiques, une étude de relation structure-activité a été menée. La combinaison de cette étude, de pair avec l’évaluation in vivo de la première génération de radiotraceurs de TrkB a aussi permis d’investiguer les pharmacophores nécessaires à l’affinité de ces ligands de même que d’identifier des fragments structurels associés au métabolisme des radiotraceurs. La radiosynthèse d’un troisième radioligand de TrkB et son évaluation TEP in vivo de même que la mise en lumière des modifications structurelles utiles au développement d’une seconde génération de radioligands de TrkB avec des propriétés optimisées pour fin d’imagerie TEP sont aussi détaillés.

Les algorithmes de haute résolution en tomographie d'émission par positrons : développement et accélération sur les cartes graphiques

La tomographie d’émission par positrons (TEP) est une modalité d’imagerie moléculaire utilisant des radiotraceurs marqués par des isotopes émetteurs de positrons permettant de quantifier et de sonder des processus biologiques et physiologiques. Cette modalité est surtout utilisée actuellement en oncologie, mais elle est aussi utilisée de plus en plus en cardiologie, en neurologie et en pharmacologie. En fait, c’est une modalité qui est intrinsèquement capable d’offrir avec une meilleure sensibilité des informations fonctionnelles sur le métabolisme cellulaire. Les limites de cette modalité sont surtout la faible résolution spatiale et le manque d’exactitude de la quantification. Par ailleurs, afin de dépasser ces limites qui constituent un obstacle pour élargir le champ des applications cliniques de la TEP, les nouveaux systèmes d’acquisition sont équipés d’un grand nombre de petits détecteurs ayant des meilleures performances de détection. La reconstruction de l’image se fait en utilisant les algorithmes stochastiques itératifs mieux adaptés aux acquisitions à faibles statistiques. De ce fait, le temps de reconstruction est devenu trop long pour une utilisation en milieu clinique. Ainsi, pour réduire ce temps, on les données d’acquisition sont compressées et des versions accélérées d’algorithmes stochastiques itératifs qui sont généralement moins exactes sont utilisées. Les performances améliorées par l’augmentation de nombre des détecteurs sont donc limitées par les contraintes de temps de calcul. Afin de sortir de cette boucle et permettre l’utilisation des algorithmes de reconstruction robustes, de nombreux travaux ont été effectués pour accélérer ces algorithmes sur les dispositifs GPU (Graphics Processing Units) de calcul haute performance. Dans ce travail, nous avons rejoint cet effort de la communauté scientifique pour développer et introduire en clinique l’utilisation des algorithmes de reconstruction puissants qui améliorent la résolution spatiale et l’exactitude de la quantification en TEP. Nous avons d’abord travaillé sur le développement des stratégies pour accélérer sur les dispositifs GPU la reconstruction des images TEP à partir des données d’acquisition en mode liste. En fait, le mode liste offre de nombreux avantages par rapport à la reconstruction à partir des sinogrammes, entre autres : il permet d’implanter facilement et avec précision la correction du mouvement et le temps de vol (TOF : Time-Of Flight) pour améliorer l’exactitude de la quantification. Il permet aussi d’utiliser les fonctions de bases spatio-temporelles pour effectuer la reconstruction 4D afin d’estimer les paramètres cinétiques des métabolismes avec exactitude. Cependant, d’une part, l’utilisation de ce mode est très limitée en clinique, et d’autre part, il est surtout utilisé pour estimer la valeur normalisée de captation SUV qui est une grandeur semi-quantitative limitant le caractère fonctionnel de la TEP. Nos contributions sont les suivantes : - Le développement d’une nouvelle stratégie visant à accélérer sur les dispositifs GPU l’algorithme 3D LM-OSEM (List Mode Ordered-Subset Expectation-Maximization), y compris le calcul de la matrice de sensibilité intégrant les facteurs d’atténuation du patient et les coefficients de normalisation des détecteurs. Le temps de calcul obtenu est non seulement compatible avec une utilisation clinique des algorithmes 3D LM-OSEM, mais il permet également d’envisager des reconstructions rapides pour les applications TEP avancées telles que les études dynamiques en temps réel et des reconstructions d’images paramétriques à partir des données d’acquisitions directement. - Le développement et l’implantation sur GPU de l’approche Multigrilles/Multitrames pour accélérer l’algorithme LMEM (List-Mode Expectation-Maximization). L’objectif est de développer une nouvelle stratégie pour accélérer l’algorithme de référence LMEM qui est un algorithme convergent et puissant, mais qui a l’inconvénient de converger très lentement. Les résultats obtenus permettent d’entrevoir des reconstructions en temps quasi-réel que ce soit pour les examens utilisant un grand nombre de données d’acquisition aussi bien que pour les acquisitions dynamiques synchronisées. Par ailleurs, en clinique, la quantification est souvent faite à partir de données d’acquisition en sinogrammes généralement compressés. Mais des travaux antérieurs ont montré que cette approche pour accélérer la reconstruction diminue l’exactitude de la quantification et dégrade la résolution spatiale. Pour cette raison, nous avons parallélisé et implémenté sur GPU l’algorithme AW-LOR-OSEM (Attenuation-Weighted Line-of-Response-OSEM) ; une version de l’algorithme 3D OSEM qui effectue la reconstruction à partir de sinogrammes sans compression de données en intégrant les corrections de l’atténuation et de la normalisation dans les matrices de sensibilité. Nous avons comparé deux approches d’implantation : dans la première, la matrice système (MS) est calculée en temps réel au cours de la reconstruction, tandis que la seconde implantation utilise une MS pré- calculée avec une meilleure exactitude. Les résultats montrent que la première implantation offre une efficacité de calcul environ deux fois meilleure que celle obtenue dans la deuxième implantation. Les temps de reconstruction rapportés sont compatibles avec une utilisation clinique de ces deux stratégies.

Agonist-dependent internalization of D2 receptors: imaging quantification by confocal microscopy

In positron emission tomography and single photon emission computed tomography studies using D2 dopamine (DA) receptor radiotracers, a decrease in radiotracer binding potential (BP) is usually interpreted in terms of increased competition with synaptic DA. However, some data suggest that this signal may also reflect agonist (DA)-induced increases in D2 receptor (D2R) internalization, a process which would presumably also decrease the population of receptors available for binding to hydrophilic radioligands. To advance interpretation of alterations in D2 radiotracer BP, direct methods of assessment of D2R internalization are required. Here, we describe a confocal microscopy-based approach for the quantification of agonist-dependent receptor internalization. The method relies upon double-labeling of the receptors with antibodies directed against intracellular as well as extracellular epitopes. Following agonist stimulation, DA D2R internalization was quantified by differentiating, in optical cell sections, the signal due to the staining of the extracellular from intracellular epitopes of D2Rs. Receptor internalization was increased in the presence of the D2 agonists DA and bromocriptine, but not the D1 agonist SKF38393. Pretreatment with either the D2 antagonist sulpiride, or inhibitors of internalization (phenylarsine oxide and high molarity sucrose), blocked D2-agonist induced receptor internalization, thus validating this method in vitro. This approach therefore provides a direct and streamlined methodology for investigating the pharmacological and mechanistic aspects of D2R internalization, and should inform the interpretation of results from in vivo receptor imaging studies.

Studies on the parallel synthesis and evaluation of new heterocyclic extractants for the partitioning of minor actinides

Multiple parallel synthesis and evaluation have been combined in order to identify new nitrogen heterocycles for the partitioning of minor actinides(III) such as americium(III) from lanthanides such as europium(Ill). An array of triazine-containing molecules was made using multiple parallel syntheses from diketones and amide hydrazides. An excess of each of the resulting purified reagents was dissolved in 1,1,2,2-tetrachloroethane containing 2-bromodecanoic acid, and equilibrated with an aqueous solution containing the radiotracers Eu-152 and Am-241 in nitric acid ([Eu] + [Am] < 400 nanomol dm(-3)). Gamma counting of the organic and aqueous phases led to the identification of several new reagents for the selective extraction of americium(III). In particular, 6-(2-pyridyl)-2-(5,6-dialkyl-1,2,4-triazaphenyl)pyridines were found to be effective reagents for the separation of americium(III) from europium(III), (SFAm/Eu was ca. 30 in [HNO3] = 0.013 mol/L).

Agonist-dependent internalization of D2 receptors: Imaging quantification by confocal microscopy

In positron emission tomography and single photon emission computed tomography studies using D2 dopamine (DA) receptor radiotracers, a decrease in radiotracer binding potential (BP) is usually interpreted in terms of increased competition with synaptic DA. However, some data suggest that this signal may also reflect agonist (DA)-induced increases in D2 receptor (D2R) internalization, a process which would presumably also decrease the population of receptors available for binding to hydrophilic radioligands. To advance interpretation of alterations in D2 radiotracer BP, direct methods of assessment of D2R internalization are required. Here, we describe a confocal microscopy-based approach for the quantification of agonist-dependent receptor internalization. The method relies upon double-labeling of the receptors with antibodies directed against intracellular as well as extracellular epitopes. Following agonist stimulation, DA D2R internalization was quantified by differentiating, in optical cell sections, the signal due to the staining of the extracellular from intracellular epitopes of D2Rs. Receptor internalization was increased in the presence of the D2 agonists DA and bromocriptine, but not the D1 agonist SKF38393. Pretreatment with either the D2 antagonist sulpiride, or inhibitors of internalization (phenylarsine oxide and high molarity sucrose), blocked D2-agonist induced receptor internalization, thus validating this method in vitro. This approach therefore provides a direct and streamlined methodology for investigating the pharmacological and mechanistic aspects of D2R internalization, and should inform the interpretation of results from in vivo receptor imaging studies.

Highly efficient separation of actinides from lanthanides by a phenanthroline-derived bis-triazine ligand

The synthesis, lanthanide complexation, and solvent ex- traction of actinide(III) and lanthanide(III) radiotracers from nitric acid solutions by a phenanthroline-derived quadridentate bis-triazine ligand are described. The ligand separates Am(III) and Cm(III) from the lanthanides with remarkably high efficiency, high selectivity, and fast extraction kinetics compared to its 2,2'-bipyridine counterpart. Structures of the 1:2 bis-complexes of the ligand with Eu(III) and Yb(III) were elucidated by X-ray crystallography and force field calculations, respec-tively. The Eu(III) bis-complex is the first 1:2 bis-complex of a quadridentate bis-triazine ligand to be characterized by crystallography. The faster rates of extraction were verified by kinetics measurements using the rotating membrane cell technique in several diluents. The improved kinetics of metal ion extraction are related to the higher surface activity of the ligand at the phase interface. The improvement in the ligand's properties on replacing the bipyridine unit with a phenanthroline unit far exceeds what was anticipated based on ligand design alone.

From BTBPs to BTPhens: the effect of ligand pre-organization on the extraction properties of quadridentate bis-triazine ligands

The synthesis, lanthanide complexation and solvent extraction of An(III) and Ln(III) radiotracers from nitric acid solutions by a pre-organized, phenanthroline-derived bis-triazine ligand CyMe4-BTPhen are described. It was found that the ligand separated Am(III) and Cm(III) from the lanthanides with remarkably high efficiency, high selectivity, and faster extraction kinetics compared to its 2,2’-bipyridine counterpart CyMe4-BTBP. The origins of the ligands extraction properties were established by a combination of solvent extraction experiments, X-ray crystallography, kinetics and surface tension measurements and lanthanide NMR spectroscopy.

Synthesis and in vivo evaluation of [123I]melanin-targeted agents

This study reports the synthesis, [(123)I]radiolabeling, and biological profile of a new series of iodinated compounds for potential translation to the corresponding [(131)I]radiolabeled compounds for radionuclide therapy of melanoma. Radiolabeling was achieved via standard electrophilic iododestannylation in 60-90% radiochemical yield. Preliminary SPECT imaging demonstrated high and distinct tumor uptake of all compounds, as well as high tumor-to-background ratios compared to the literature compound [(123)I]4 (ICF01012). The most favorable compounds ([(123)I]20, [(123)I]23, [(123)I]41, and [(123)I]53) were selected for further biological investigation. Biodistribution studies indicated that all four compounds bound to melanin containing tissue with low in vivo deiodination; [(123)I]20 and [(123)I]53 in particular displayed high and prolonged tumor uptake (13% ID/g at 48 h). [(123)I]53 had the most favorable overall profile of the cumulative uptake over time of radiosensitive organs. Metabolite analysis of the four radiotracers found [(123)I]41 and [(123)I]53 to be the most favorable, displaying high and prolonged amounts of intact tracer in melanin containing tissues, suggesting melanin specific binding. Results herein suggest that compound [(123)I]53 displays favorable in vivo pharmacokinetics and stability and hence is an ideal candidate to proceed with further preclinical [(131)I] therapeutic evaluation.

Der Einsatz elektrochemischer Methoden für die Untersuchung superschwerer Elemente

Das Hauptziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung eines Experimentaufbaus für die elektrochemische Abscheidung von Transactiniden mit anschließender Detektion. Zu diesem Zweck wurden Experimente mit den Homologen dieser Elemente durchgeführt. Die Elektrodeposition von Tracermengen an Fremdelektroden führt zu einer Elektrodenbedeckung von weniger als einer Monolage. Die erforderlichen Abscheidepotentiale sind häufig positiver, als nach der Nernst’schen Gleichung zu erwarten ist. Dieses Phänomen nennt man Unterpotentialabscheidung. In zahlreichen Versuchen mit Radiotracern wurde die Abscheideausbeute als Funktion des Elektrodenpotentials bestimmt, wobei abzuscheidendes Ion, Elektrodenmaterial und Elektrolyt variiert wurden. Es wurden kritische Potentiale, bei denen eine nennenswerte Abscheidung gerade begann, ermittelt sowie Potentiale für die Abscheidung von 50 % der in der Lösung befindlichen Atome. Diese Werte wurden mit theoretisch vorhergesagten Potentialen und Werten aus der Literatur verglichen. Die Abscheidung von Pb als Homologem von Element 114 funktionierte sehr gut an Elektroden aus Palladium oder palladinierten Nickelelektroden unter Verwendung von 0,1 M HCl als Elektrolyt. Zur Charakterisierung der Unterpotentialabscheidung wurde neben der Radiotracer-Methode auch die Cyclovoltammetrie eingesetzt. Hier findet die Abscheidung der ersten Monolage auf der Elektrode ebenfalls häufig bei positiveren Potentialen statt, als die der Hauptmenge. Die mit beiden Methoden ermittelten Werte wurden einander gegenübergestellt. Die Elektrodeposition von kurzlebigen Isotopen muss sehr schnell erfolgen. Es konnte gezeigt werden, dass eine hohe Temperatur und damit verbunden eine niedrige Viskosität des Elektrolyten die Abscheidung beschleunigt. Ebenfalls wichtig ist ein gutes Rühren der Lösung, um eine kleine Nernst’sche Diffusionsschichtdicke zu erzielen. Das Verhältnis von Elektrodenfläche zu Elektrolytvolumen muss möglichst groß sein. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse wurde eine für schnelle Elektrolysen optimierte Elektrolysezelle entwickelt. Unter Einsatz dieser Zelle wurden die Abscheidegeschwindigkeiten für verschiedene Ionen- und Elektrodenkombinationen gemessen. Es wurden Experimente zur Kopplung von Gasjet und Elektrolysezelle durchgeführt, dabei wurde sowohl mit am Reaktor erzeugten Spaltprodukten, mit Pb-Isotopen aus einer emanierenden Quelle und mit am Beschleuniger erzeugten Isotopen gearbeitet. Mit den dort gewonnenen Erkenntnissen wurde ein Experimentaufbau für die kontinuierliche Abscheidung und Detektion von kurzlebigen Isotopen realisiert. Am Beschleuniger wurden u. a. kurzlebige Hg- und Pb-Isotope erzeugt und mit einem Gasjet aus der Targetkammer zum ALOHA-System transportiert. Dort wurden sie in einem quasi-kontinuierlichen Prozess in die wässrige Phase überführt und zu einer Elektrolyszelle transportiert. In dieser erfolgte die Elektrodeposition auf eine bandförmige Elektrode aus Nickel oder palladiniertem Nickel. Nach der Abscheidung wurde das Band zu einer Detektorphalanx gezogen, wo der -Zerfall der neutronenarmen Isotope registriert wurde. Es wurden charakteristische Größen wie die Abscheidegeschwindigkeit und die Gesamtausbeute der Elektrolyse ermittelt. Das System wurde im Dauerbetrieb getestet. Es konnte gezeigt werden, dass der gewählte Aufbau prinzipiell für die Abscheidung von kurzlebigen, am Beschleuniger erzeugten Isotopen geeignet ist. Damit ist eine wichtige Voraussetzung für den zukünftigen Einsatz der Methode zum Studium der chemischen Eigenschaften der superschweren Elemente geschaffen.

Synthesis and evaluation of 18-F-radiopharmaceuticals within the serotonergic receptor system for molecular imaging

Molecular imaging technologies as Positron Emission Tomography (PET) are playing a key role in drug discovery, development and delivery due to the possibility to quantify e.g. the binding potential in vivo, non-invasively and repetitively. In this context, it provides a significant advance in the understanding of many CNS disorders and conditions. The serotonergic receptor system is involved in a number of important physiological processes and diseases such as depression, schizophrenia, Alzheimer’s disease, sleep or sexual behaviour. Especially, the 5-HT2A and the 5-HT1A receptor subtypes are in the focus of fundamental and clinical research due to the fact that many psychotic drugs interact with these neuronal transmembrane receptors. This work describes the successful development, as well as in vitro and in vivo evaluation of 5-HT2A and 5-HT1A selective antagonistic PET-radiotracers. The major achievements obtained in this thesis are: 1. the development and in vitro evaluation of several 5-HT2A antagonistic compounds, namely MH.MZ (Ki = 9.0 nM), (R)-MH.MZ (Ki = 0.72 nM) and MA-1 (Ki = 3.0 nM). 2. the 18F-labeling procedure of these compounds and their optimization, whereby radiochemical yields > 35 % in high specific activities (> 15 GBq/µmol) could be observed. Synthesis time inclusive secondary synthon synthesis, the radioactive labeling procedure, separation and final formulation took no longer than 120 min and provided the tracer in high radiochemical purity. 3. the in vivo µPET evaluation of [18F]MH.MZ and (R)-[18F]MH.MZ resulting in promising imaging agents of the 5-HT2A receptor status; from which (R)-[18F]MH.MZ seems to be the most promising ligand. 4. the determination of the influence of P-gp on the brain biodistribution of [18F]MH.MZ showing a strong P-gp dependency but no regional alteration. 5. the four-step radiosynthesis and evaluation of [18F]MDL 100907 resulting in another high affine tracer, which is, however, limited due to its low radiochemical yield. 6. the development and evaluation of 3 novel possible 5-HT2A imaging agents combining structural elements of altanserin, MDL 100907 and SR 46349B demonstrating different binding modes of these compounds. 7. the development, the labeling and in vitro evaluation of the novel 5-HT1A antagonistic tracer [18F]AH1.MZ (Ki = 4.2 nM).

Synthese und Evaluierung von [18 F]-Fluormethyltosylat als prosthetische Gruppe für die 18 F-Fluormethylierung von ZNS-Liganden für die PET

Die 11C-Methylierung von Radioliganden ist eine weit verbreitete Markierungsstrategie für PET-Liganden. Aber die kurze Halbwertszeit des Kohlenstoff-11 von 20,3 Minuten limitiert seinen Nutzen. Daher ist die 18F-Fluoralkylierung eine Möglichkeit, Fluor-18, das eine Halbwertszeit von 109,8 Minuten hat, in Target-Moleküle einzuführen. Während die 18F-Fluorethylierung eine weitverbreitete Markierungsstrategie ist, wird die 18F-Fluormethylierung bisher nur selten angewendet. Eine Ursache dafür ist die geringe Stabilität der 18F-Fluormethylgruppe in vivo. Durch Substitution des Wasserstoffs in der 18F-Fluormethylgruppe durch Deuterium kann deren Stabilität jedoch deutlich erhöht werden. Dadurch kann die 18F-Fluormethylierung eine wichtige Synthesestrategie für ZNS-Liganden sein, bei denen große strukturelle Varianz zum Einführen des Fluor-18 nicht möglich ist. rnAls prosthetische Gruppen zur 18F-Fluormethylierung wurden [18F]Fluormethyltosylat und [18F]Fluor-[d2]methyltosylat mit radiochemischen Ausbeuten bis zu 50% synthetisiert. Die Reaktionsbedingungen der 18F-Fluormethylierung mit d2-[18F]FMT und die Abtrennung der Radioliganden wurden an einer Modellverbindungen und den drei Zielstrukturen [18F]Fluor-[d2]methylharmol, [18F]Fluor-[d2]methyl-MH.MZ und [18F]Fluor-[d2]methylflumazenil optimiert. Es konnten radiochemischen Ausbeuten zwischen 25 und 60% erzielt werden. rnMit allen drei ZNS-Liganden wurden Kleintier-PET-Studien durchgeführt. Das d2-[18F]FMH zeigte eine schnelle und 1,5fach höhere Anreicherung im Hirn innerhalb der ersten fünf Minuten als die Vergleichssubstanz [18F]FEH. Für d2-[18F]FM-MH.MZ wurde in vivo eine höhere spezifische Anreicherung des Radiotracers im frontalen Cortex beobachtet als bei der 18F-fluorethylierten Vergleichssubstanz. Für das [18F]Fluor-[d2]methylflumazenil konnte keine Aufnahme ins Hirn festgestellt werden, sondern es kam zur vollständigen Zersetzung des Radioliganden durch Defluorierung. d2-[18F]FMH und d2-[18F]FM-MH.MZ waren bei physiologischen Bedingungen zu mehr als 90% stabil.rn

Synthese 18 F-markierter Liganden zur Visualisierung der GABA-Bindungsstelle des GABA A-Rezeptors mittels PET

γ-Aminobuttersäure (GABA) ist der wichtigste inhibitorische Neurotransmitter im zentralen Nervensystem und bindet vorrangig an ionotrope GABAA-Rezeptoren. Diese sind an fast allen neuronalen Prozessen beteiligt und werden darüber hinaus mit neurologischen Erkrankungen wie Epilepsie, Angstzuständen, Schlafstörungen und Schizophrenie in Verbindung gebracht. Die PET bietet als molekulares bildgebendes Verfahren die Möglichkeit einzelne Stoffwechselvorgänge des GABAergen Systems zu visualisieren und zu quantifizieren. Durch den Einsatz eines 18F-markierten Radioliganden an die GABA-Bindungsstelle könnten so die Rezeptorverfügbarkeit des GABAA-Rezeptors gemessen und die Ausschüttung des Neurotransmitters GABA quantifiziert werden.rn4-(2-Naphthylmethyl)-5-(piperidin-4-yl)isothiazolole und -isoxazolole stellen aufgrund ihrer hohen Affinität gegenüber der GABA-Bindungsstelle und ihrer lipophilen Struktur vielversprechende Leitstrukturen für die Entwicklung eines PET-Tracers zur Visualisierung der GABA-Bindungsstelle dar. Daher wurden zunächst 19F-substituierte Referenzverbindungen synthetisiert, um diese hinsichtlich ihrer Eignung als Radioligand in in vitro-Studien zu evaluieren. Dazu wurde Fluor direkt sowie über eine Fluorethoxygruppe an Position 1 des Naphthalinrings eingeführt. Zusätzlich wurde ein Fluorethylether eines Isothiazolols als Referenz-verbindung synthetisiert. In anschließenden Verdrängungsstudien wurden die Affinitäten der synthetisierten Verbindungen mit [3H]Muscimol an Membranpräparaten aus Rattenhirnen, sowie transfizierten HEK293-Zellen bestimmt. Zusätzlich wurden die entsprechenden Log D-Werte bestimmt. Die Verbindung 5-(piperidin-4-yl)-4-(1-fluornaphth-2-ylmethyl)-isothiazol-3-ol VK5 zeigte in den in vitro-Studien die vielversprechendsten Ergebnisse (IC50 = 10 nM; Log D = 1,7) und wurde im Folgenden in einer dreistufigen Radiosynthese als 18F-Verbindung synthetisiert.rnZu diesem Zweck wurde ein geeigneter Markierungsvorläufer dargestellt und über eine n.c.a. SNAr-Markierung mit [18F]F- umgesetzt. Die Reaktionsparameter wurden hinsichtlich Reaktionszeit, -temperatur, Basenkonzentration und Lösungsmittel optimiert. Die zur Aktivierung einer SNAr ein-geführte Carbonylfunktion wurde in einem zweiten Schritt mit Triethylsilan/Trifluoressigsäure reduziert. Im finalen Schritt wurden zwei Schutzgruppen mit Bortrichlorid in DCM abgespaltet und [18F]VK5 als injektionsfertige Lösung in isotoner NaCl-Lösung erhalten. Es wurden radiochemische Ausbeuten von 0,7-1 % (EOS) nach einer durchschnittlichen Synthesedauer von 275 Minuten erhalten.rnDer Radioligand [18F]VK5 wurde anschließend in Autoradiographie-Versuchen an Hirnschnitten der Ratte hinsichtlich seiner Spezifität für die GABA-Bindungsstelle untersucht. Die unspezifische Bindung wurde durch die Zugabe von GABA bestimmt wonach kein signifikanter Unterschied festgestellt werden konnte. Die hohe unspezifische Bindung kann möglicherweise auf die niedrigen spezifischen Aktivitäten zurückgeführt werden. Diese lagen, bedingt durch die drei Schritte der Radiosynthese, in einem Bereich von 0,1-0,6 GBq/μmol. Die erhaltenen Ergebnisse lassen für zukünftige Versuche noch einige Optimierungsmöglichkeiten offen. Aufgrund der bisher erhaltenen Daten lässt sich daher keine definitive Aussage über die Eignung des Liganden [18F]VK5 als PET-Tracer treffen.rn