Advanced aspects of radiation protection in the use of particle accelerators in the medical field

In this work, the well-known MC code FLUKA was used to simulate the GE PETrace cyclotron (16.5 MeV) installed at “S. Orsola-Malpighi” University Hospital (Bologna, IT) and routinely used in the production of positron emitting radionuclides. Simulations yielded estimates of various quantities of interest, including: the effective dose distribution around the equipment; the effective number of neutron produced per incident proton and their spectral distribution; the activation of the structure of the cyclotron and the vault walls; the activation of the ambient air, in particular the production of 41Ar, the assessment of the saturation yield of radionuclides used in nuclear medicine. The simulations were validated against experimental measurements in terms of physical and transport parameters to be used at the energy range of interest in the medical field. The validated model was also extensively used in several practical applications uncluding the direct cyclotron production of non-standard radionuclides such as 99mTc, the production of medical radionuclides at TRIUMF (Vancouver, CA) TR13 cyclotron (13 MeV), the complete design of the new PET facility of “Sacro Cuore – Don Calabria” Hospital (Negrar, IT), including the ACSI TR19 (19 MeV) cyclotron, the dose field around the energy selection system (degrader) of a proton therapy cyclotron, the design of plug-doors for a new cyclotron facility, in which a 70 MeV cyclotron will be installed, and the partial decommissioning of a PET facility, including the replacement of a Scanditronix MC17 cyclotron with a new TR19 cyclotron.

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.

Development and in vitro testing of liposomal gadolinium-formulations for neutron capture therapy of glioblastoma multiforme

For the improvement of current neutron capture therapy, several liposomal formulations of neutron capture agent gadolinium were developed and tested in a glioma cell model. Formulations were analyzed regarding physicochemical and biological parameters, such as size, zeta potential, uptake into cancer cells and performance under neutron irradiation. The neutron and photon dose derived from intracellular as well as extracellular Gd was calculated via Monte Carlo simulations and set in correlation with the reduction of cell survival after irradiation. To investigate the suitability of Gd as a radiosensitizer for photon radiation, cells were also irradiated with synchrotron radiation in addition to clinically used photons generated by linear accelerator.rnIrradiation with neutrons led to significantly lower survival for Gd-liposome-treated F98 and LN229 cells, compared to irradiated control cells and cells treated with non-liposomal Gd-DTPA. Correlation between Gd-content and -dose and respective cell survival displayed proportional relationship for most of the applied formulations. Photon irradiation experiments showed the proof-of-principle for the radiosensitizer approach, although the photon spectra currently used have to be optimized for higher efficiency of the radiosensitizer. In conclusion, the newly developed Gd-liposomes show great potential for the improvement of radiation treatment options for highly malignant glioblastoma.rn

Synthese und Evaluierung makrozyklischer 68 Ga-MPI-Tracer auf Pyridaben-Basis

Herz-Kreislauf-Erkrankungen zählen weltweit zu den Hauptursachen, die zu frühzeitigem Tod führen. Pathophysiologisch liegt eine Gefäßwandverdickung durch Ablagerung arteriosklerotischer Plaques (Arteriosklerose) vor. Die molekulare Bildgebung mit den nuklearmedizinischen Verfahren SPECT und PET zielt darauf ab, minderperfundierte Myokardareale zu visualisieren, um den Krankheitsverlauf durch frühzeitige Therapie abschwächen zu können. Routinemäßig eingesetzt werden die SPECT-Perfusionstracer [99mTc]Sestamibi und [99mTc]Tetrofosmin. Zum Goldstandard für die Quantifizierung der Myokardperfusion werden allerdings die PET-Tracer [13N]NH3 und [15O]H2O, da eine absolute Bestimmung des Blutflusses in mL/min/g sowohl in der Ruhe als auch bei Belastung möglich ist. 2007 wurde [18F]Flurpiridaz als neuer Myokardtracer vorgestellt, dessen Bindung an den MC I sowohl in Ratten, Hasen, Primaten als auch in ersten klinischen Humanstudien eine selektive Myokardaufnahme zeigte. Um eine Verfügbarkeit des Radionuklids über einen Radionuklidgenerator gewährleisten zu können, sollten makrozyklische 68Ga-Myokard-Perfusionstracer auf Pyridaben-Basis synthetisiert und evaluiert werden. Die neue Tracer-Klasse setzte sich aus dem makrozyklischen Chelator, einem Linker und dem Insektizid Pyridaben als Targeting-Vektor zusammen. Struktur-Affinitätsbeziehungen konnten auf Grund von Variation des Linkers (Länge und Polarität), der Komplexladung (neutral und einfach positiv geladen), des Chelators (DOTA, NODAGA, DO2A) sowie durch einen Multivalenzansatz (Monomer und Dimer) aufgestellt werden. Insgesamt wurden 16 neue Verbindungen synthetisiert. Ihre 68Ga-Markierung wurde hinsichtlich pH-Wert, Temperatur, Vorläufermenge und Reaktionszeit optimiert. Die DOTA/NODAGA-Pyridaben-Derivate ließen sich mit niedrigen Substanzmengen (6 - 25 nmol) in 0,1 M HEPES-Puffer (pH 3,4) bei 95°C innerhalb 15 min mit Ausbeuten > 95 % markieren. Für die DO2A-basierenden Verbindungen bedurfte es einer mikrowellengestützen Markierung (300 W, 1 min, 150°C), um vergleichbare Ausbeuten zu erzielen. Die in vitro-Stabilitätstests aller Verbindungen erfolgten in EtOH, NaCl und humanem Serum. Es konnten keine Instabilitäten innerhalb 80 min bei 37°C festgestellt werden. Unter Verwendung der „shake flask“-Methode wurden die Lipophilien (log D = -1,90 – 1,91) anhand des Verteilungs-quotienten in Octanol/PBS-Puffer ermittelt. Die kalten Referenzsubstanzen wurden mit GaCl3 hergestellt und zur Bestimmung der IC50-Werte (34,1 µM – 1 µM) in vitro auf ihre Affinität zum MC I getestet. In vivo-Evaluierungen erfolgten mit den zwei potentesten Verbindungen [68Ga]VN160.MZ und [68Ga]VN167.MZ durch µ-PET-Aufnahmen (n=3) in gesunden Ratten über 60 min. Um die Organverteilung ermitteln zu können, wurden ex vivo-Biodistributionsstudien (n=3) vorgenommen. Sowohl die µ-PET-Untersuchungen als auch die Biodistributionsstudien zeigten, dass es bei [68Ga]VN167.MZ zwar zu einer Herzaufnahme kam, die jedoch eher perfusionsabhängig ist. Eine Retention des Tracers im Myokard konnte in geringem Umfang festgestellt werden.

Development and optimisation of novel 68 Ga-folates - towards early diagnosis of ovarian cancer

Der Folsäure-basierte Radiotracer Etarfolatide (99mTc-EC 20) hat in der Vergangenheit sehr vielversprechende Ergebnisse im Bereich der frühzeitigen Diagnostik von Ovarialkarzinomen gezeigt. Einzelphotonen-Emissionscomputertomographie (SPECT) erlaubt dabei eine Visualisierung der Krankheit in einem sehr frühen Stadium – ermöglicht wird dies durch Folsäure, welche als Target Vektor dient. Um das erfolgreiche Prinzip der Radiofolate auf die Positronen-Emissionstomographie (PET) zu übertragen, welche eine noch höhere räumliche Auflösung ermöglicht, wurden in den letzten fünf Jahren bereits 18F-folate entwickelt. Deren hepatobiliären Exkretionsmuster, verursacht durch die relativ hohe Lipophilie der Strukturen, entsprachen jedoch nicht den Anforderungen. Eine optimierte Bioverteilung der Tracer in vivo kann durch eine generelle Erhöhung der Polarität erfolgen. Die Kombination aus einem polaren 68Ga-Komplex mit Folsäure als Target Vektor stellte den Fokus dieses Projektes dar. Ziel war die Entwicklung eines Radiofolates mit der Tendenz einer raschen renalen Ausscheidung und verringerter hepatobiliärer Anreicherung. Dazu wurde Folsäure regiospezifisch über ihre y-Säure an verschiedene bifunktionelle Chelatoren (BFCs) gekoppelt. Vier verschiedene Reaktionstypen wurden gewählt und durchgeführt: Cu-katalysierte sowie Cu-freie Click Reaktion, Amindbindung und Thioharnstoff Bildung. Es wurden sechs verschiedene Derivate erhalten und mit 68Ga radiomarkiert.

Analysis of zinc oxide nanoparticles as a potential mutagen of respiratory epithelia

Metallische Nanopartikel und ihre Oxide (z.B. ZnO NP, TiO2 NP und Fe2O3 NP) werden aufgrund ihrer chemischen und physikalischen Eigenschaften häufig als Additive in der Reifenproduktion, in Katalysatoren, Lebensmitteln, Arzneimitteln und Kosmetikprodukten verwendet. Künftig wird ein kontinuierlicher Anstieg der industriellen Anwendung (~ 1663 Tonnen im Jahr 2025) mit gesteigerter Freisetzung in die Umwelt erwartet, was zwangsläufig zu einer vermehrten Aufnahme über das respiratorische Epithel führt. Metalldampffieber ist als gesundheitsschädigender Effekt von Metalloxid-haltigen Aerosolen (z.B. ZnO) nach Inhalation bekannt. Immunreaktionen, wie beispielsweise Entzündungen, werden häufig mit der Entstehung von Sauerstoffradikalen (ROS) in Verbindung gebracht, die wiederum zu DNA-Schäden führen können. Drei mögliche Ursachen der Genotoxität werden angenommen: direkte Interaktion von Nanopartikeln mit intrazellulären Strukturen, Interaktion von Ionen dissoziierter Partikel mit intrazellulären Strukturen sowie die Entstehung von ROS initiiert durch Partikel oder Ionen.rnDie vorliegende Studie befasst sich mit den Mechanismen der Genotoxizität von ZnO Nanopartikeln (ZnO NP), als Beispiel für metallische Nanopartikel, im respiratorischen Epithel. In der Studie wurde gezielt die intrazelluläre Aufnahme und Verteilung von ZnO NP, deren Toxizität, deren DNA schädigendes Potential sowie die Aktivierung der DNA damage response (DDR) analysiert.rnEs konnten kaum internalisierte ZnO NP mittels TEM detektiert werden. Innerhalb der ersten Sekunden nach Behandlung mit ZnO NP wurde spektrofluorometrisch ein starker Anstieg der intrazellulären Zn2+ Konzentration gemessen. In unbehandelten Zellen war Zn2+ in granulären Strukturen lokalisiert. Die Behandlung mit ZnO NP führte zu einer Akkumulation von Zn2+ in diesen Strukturen. Im zeitlichen Verlauf verlagerten sich die Zn2+-Ionen in das Zytoplasma, sowie in Zellkerne und Mitochondrien. Es wurde keine Kolokalisation von Zn2+ mit den frühen Endosomen und dem endoplasmatischen Retikulum beobachtet. Die Vorbehandlung der Zellen mit Diethylen-triaminpentaessigsäure (DTPA), als extrazellulärem Komplexbildner, verhinderte den intrazellulären Anstieg von Zn2+ nach Behandlung mit den Partikeln.rnDie Behandlung mit ZnO NP resultierte in einer zeit- und dosisabhängigen Reduktion der zellulären Viabilität, während die intrazelluläre ROS-Konzentrationen in den ersten 30 min leicht und anschließend kontinuierlich bis zum Ende der Messung anstiegen. Außerdem verringerte sich das mitochondriale Membranpotential, während sich die Anzahl der frühapoptotischen Zellen in einer zeitabhängigen Weise erhöhte. rnDNA Doppelstrangbrüche (DNA DSB) wurden mittels Immunfluoreszenz-Färbung der γH2A.X foci sichtbar gemacht und konnten nach Behandlung mit ZnO NP detektiert werden. Die Vorbehandlung mit dem Radikalfänger N-Acetyl-L-Cytein (NAC) resultierte in stark reduzierten intrazellulären ROS-Konzentrationen sowie wenigen DNA DSB. Die DNA Schädigung wurde durch Vorbehandlung mit DTPA ganz verhindert.rnDie Aktivierung der DDR wurde durch die Analyse von ATM, ATR, Chk1, Chk2, p53 und p21 mittels Western Blot und ELISA nach Behandlung mit ZnO NP überprüft. Der ATR/Chk1 Signalweg wurde durch ZnO NP nicht aktiviert. Die Komplexierung von Zn2+ resultierte in einer verminderten ATM/Chk2 Signalwegaktivierung. Es zeigte sich, dass das Abfangen von ROS keinen Effekt auf die ATM/Chk2 Signalwegaktivierung hatte.rnZusammengefasst wurde festgestellt, dass die Exposition mit ZnO NP in der Entstehung von ROS, reduzierter Viabilität und vermindertem mitochondrialem Membranpotential resultiert, sowie zeitabhängig eine frühe Apoptose initiiert. ZnO NP dissoziierten extrazellulär und wurden schnell als Zn2+ über unbekannte Mechanismen internalisiert. Die Zn2+-Ionen wurden im Zytoplasma, sowie besonders in den Mitochondrien und dem Zellkern, akkumuliert. Die DDR Signalgebung wurde durch ZnO NP aktiviert, jedoch nicht durch NAC inhibiert. Es wurde gezeigt, dass DTPA die DDR Aktivierung komplett inhibierte. Die Behandlung mit ZnO NP induzierte DNA DSB. Die Inhibition von ROS reduzierte die DNA DSB und die Komplexierung der Zn2+ verhinderte die Entstehung von DNA DSB.rnDiese Daten sprechen für die Dissoziation der Partikel und die hierbei freigesetzten Zn2+ als Hauptmediator der Genotoxizität metallischer Nanopartikel. rn

Realizzazione e convalida del modello Monte Carlo di un calibratore di attività per radiofarmaci

I calibratori di attività sono strumenti molto importanti per la pratica, diagnostica e terapeutica, in medicina nucleare, perché permettono di associare ad un radiofarmaco una misura accurata dell’attività dell’isotopo in esso contenuto; questo è fondamentale in quanto l’attività della sorgente esprime la quantità di farmaco somministrata al paziente. In questo lavoro è stato sviluppato il modello Monte Carlo di un calibratore di attività ampiamente diffuso nei laboratori di radiofarmacia (Capintec CRC-15), utilizzando il codice Monte Carlo FLUKA. Per realizzare il modello si è posta estrema attenzione nel riprodurre al meglio tutti i dettagli delle componenti geometriche della camera e dei campioni delle sorgenti radioattive utilizzati. A tale scopo, la camera di ionizzazione di un calibratore è stata studiata mediante imaging TAC. Un’analisi preliminare è stata eseguita valutando il confronto tra l’andamento sperimentale dell’efficienza della camera in funzione dell’energia dei fotoni incidenti e quello ottenuto in simulazione. In seguito si è proceduto con la validazione: si sono studiati a questo proposito la risposta del calibratore in funzione dell’altezza della sorgente e i confronti tra i fattori relativi (rispetto ad una sorgente certificata di 137Cs) e le misure di confronto sono state eseguite con diverse sorgenti certificate di 133Ba, 68Ge-68Ga, 177Lu ed uno standard tarato internamente di 99mTc. In tale modo, si è ricoperto l'intero campo di interesse dei principali radionuclidi impiegati nelle applicazioni diagnostiche e terapeutiche di Medicina Nucleare. Il modello sviluppato rappresenta un importante risultato per l’eventuale determinazione di nuovi fattori di calibrazione o per un futuro studio relativo all’ottimizzazione della risposta del calibratore.

Distribution of metals in several vineyards of North Italy: from soil to wine

Nowadays we live in densely populated regions and this leads to many environmental issues. Among all pollutants that human activities originate, metals are relevant because they can be potentially toxic for most of living beings. We studied the fate of Cd, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb and Zn in a vineyard environment analysing samples of plant, wine and soil. Sites were chosen considering the type of wine produced, the type of cultivation (both organic and conventional agriculture) and the geographic location. We took vineyards that cultivate the same grape variety, the Trebbiano). We investigated 5 vineyards located in the Ravenna district (Italy): two on the Lamone Valley slopes, one in the area of river-bank deposits near Ravenna city, then a farm near Lugo and one near Bagnacavallo in interfluve regions. We carried out a very detailed characterization of soils in the sites, including the analysis of: pH, electric conductivity, texture, total carbonate and extimated content of dolomite, active carbonate, iron from ammonium oxalate, Iron Deficiency Chlorosis Index (IDCI), total nitrogen and organic carbon, available phosphorous, available potassium and Cation Exchange Capacity (CEC). Then we made the analysis of the bulk chemical composition and a DTPA extraction to determine the available fraction of elements in soils. All the sites have proper ground to cultivate, with already a good amount of nutrients, such as not needing strong fertilisations, but a vineyard on hills suffers from iron deficiency chlorosis due to the high level of active carbonate. We found some soils with much silica and little calcium oxide that confirm the marly sandstone substratum, while other soils have more calcium oxide and more aluminium oxide that confirm the argillaceous marlstone substratum. We found some critical situations, such as high concentrations of Chromium, especially in the farm near Lugo, and we noticed differences between organic vineyards and conventional ones: the conventional ones have a higher enrichment in soils of some metals (Copper and Zinc). Each metal accumulates differently in every single part of grapevines. We found differences between hill plants and lowland ones: behaviors of plants in metal accumulations seems to have patterns. Metals are more abundant in barks, then in leaves or sometimes in roots. Plants seem trying to remove excesses of metal storing them in bark. Two wines have excess of acetic acid and one conventional farm produces wine with content of Zinc over the Italian law limit. We already found evidence of high values relating them with uncontaminated environments, but more investigations are suggested to link those values to their anthropogenic supplies.

Gadolinium diethylenetriaminepentaacetate enhancement kinetics in the menisci of asymptomatic subjects: a first step towards a dedicated dGEMRIC (delayed gadolinium-enhanced MRI of cartilage)-like protocol for biochemical imaging of the menisci

It was our aim to investigate the gadolinium diethylenetriaminepentaacetate (Gd-DTPA(2-) ) enhancement kinetics in the menisci of the knee joint over a prolonged period of time. Six asymptomatic volunteers (four men and two women; mean age, 25 ± 2.4 years) were enrolled. Sagittal, T(1) -weighted, spin-echo MR sequences of the right knee joint were obtained at 3 T. Imaging was performed before (baseline), 1 h after and in half-hour intervals up to 9 h after the intravenous administration of 0.2 mmol/kg of Gd-DTPA(2-) . To measure the rates of contrast enhancement relative to the baseline, regions of interest that covered the anterior and posterior horns of the medial and lateral meniscus were defined on each of two adjacent sections, and enhancement curves were constructed. An enhancement peak between 2.5 and 4.5 h after Gd-DTPA(2-) administration was observed, and analysis of variance also revealed no significant difference (p=0.94), in terms of enhancement, within this time interval. Pair-wise, post hoc testing also revealed no significant differences between 2.5 and 3, 3 and 3.5, 3.5 and 4, and 4 and 4.5 h post Gd-DTPA(2-) application. Our preliminary data therefore suggest that the time window suitable for a dGEMRIC (delayed gadolinium-enhanced MRI of cartilage)-like T(1) mapping of the menisci is relatively short, and lies between 2.5 and 4.5 h after Gd-DTPA(2-) injection.

Internalization of sst2, sst3, and sst5 receptors: effects of somatostatin agonists and antagonists

The uptake of radiolabeled somatostatin analogs by tumor cells through receptor-mediated internalization is a critical process for the in vivo targeting of tumoral somatostatin receptors. In the present study, the somatostatin receptor internalization induced by a variety of somatostatin analogs was measured with new immunocytochemical methods that allow characterization of trafficking of the somatostatin receptor subtype 2 (sst2), somatostatin receptor subtype 3 (sst3), and somatostatin receptor subtype 5 (sst5) in vitro at the protein level. METHODS: Human embryonic kidney 293 (HEK293) cells expressing the sst2, sst3, or the sst5 were used in a morphologic immunocytochemical internalization assay using specific sst2, sst3 and sst5 antibodies to qualitatively and quantitatively determine the capability of somatostatin agonists or antagonists to induce somatostatin receptor internalization. In addition, the internalization properties of a selection of these agonists have been compared and quantified in sst2-expressing CHO-K1 cells using an ELISA. RESULTS: Agonists with a high sst2-binding affinity were able to induce sst2 internalization in the HEK293 and CHO-K1 cell lines. New sst2 agonists, such as Y-DOTA-TATE, Y-DOTA-NOC, Lu-DOTA-BOC-ATE (where DOTA is 1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetraacetic acid; TATE is [Tyr3, Thr8]-octreotide; NOC is [1-NaI3]-octreotide; and BOC-ATE is [BzThi3, Thr8]-octreotide), iodinated sugar-containing octreotide analogs, or BIM-23244 were considerably more potent in internalizing sst2 than was DTPA-octreotide (where DTPA is diethylenetriaminepentaacetic acid). Similarly, compounds with high sst3 affinity such as KE108 were able to induce sst3 internalization. In sst2- or sst3-expressing cell lines, agonist-induced receptor internalization was efficiently abolished by sst2- or sst3-selective antagonists, respectively. Antagonists alone had no effect on sst2 or sst3 internalization. We also showed that somatostatin-28 and somatostatin-14 can induce sst5 internalization. Unexpectedly, however, potent sst5 agonists such as KE108, BIM-23244, and L-817,818 were not able to induce sst5 internalization under the same conditions. CONCLUSION: Using sensitive and reproducible immunocytochemical methods, the ability of various somatostatin analogs to induce sst2, sst3, and sst5 internalization has been qualitatively and quantitatively determined. Whereas all agonists triggered sst2 and sst3 internalization, sst5 internalization was induced by natural somatostatin peptides but not by synthetic high-affinity sst5 agonists. Such assays will be of considerable help for the future characterization of ligands foreseen for nuclear medicine applications.

Radiolabeled somatostatin receptor antagonists are preferable to agonists for in vivo peptide receptor targeting of tumors

Targeting neuroendocrine tumors expressing somatostatin receptor subtypes (sst) with radiolabeled somatostatin agonists is an established diagnostic and therapeutic approach in oncology. While agonists readily internalize into tumor cells, permitting accumulation of radioactivity, radiolabeled antagonists do not, and they have not been considered for tumor targeting. The macrocyclic chelator 1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetraacetic acid (DOTA) was coupled to two potent somatostatin receptor-selective peptide antagonists [NH(2)-CO-c(DCys-Phe-Tyr-DAgl(8)(Me,2-naphthoyl)-Lys-Thr-Phe-Cys)-OH (sst(3)-ODN-8) and a sst(2)-selective antagonist (sst(2)-ANT)], for labeling with (111/nat)In. (111/nat)In-DOTA-sst(3)-ODN-8 and (111/nat)In-DOTA-[4-NO(2)-Phe-c(DCys-Tyr-DTrp-Lys-Thr-Cys)-DTyr-NH(2)] ((111/nat)In-DOTA-sst(2)-ANT) showed high sst(3)- and sst(2)-binding affinity, respectively. They did not trigger sst(3) or sst(2) internalization but prevented agonist-stimulated internalization. (111)In-DOTA-sst(3)-ODN-8 and (111)In-DOTA-sst(2)-ANT were injected intravenously into mice bearing sst(3)- and sst(2)-expressing tumors, and their biodistribution was monitored. In the sst(3)-expressing tumors, strong accumulation of (111)In-DOTA-sst(3)-ODN-8 was observed, peaking at 1 h with 60% injected radioactivity per gram of tissue and remaining at a high level for >72 h. Excess of sst(3)-ODN-8 blocked uptake. As a control, the potent agonist (111)In-DOTA-[1-Nal(3)]-octreotide, with strong sst(3)-binding and internalization properties showed a much lower and shorter-lasting uptake in sst(3)-expressing tumors. Similarly, (111)In-DOTA-sst(2)-ANT was injected into mice bearing sst(2)-expressing tumors. Tumor uptake was considerably higher than with the highly potent sst(2)-selective agonist (111)In-diethylenetriaminepentaacetic acid-[Tyr(3),Thr(8)]-octreotide ((111)In-DTPA-TATE). Scatchard plots showed that antagonists labeled many more sites than agonists. Somatostatin antagonist radiotracers therefore are preferable over agonists for the in vivo targeting of sst(3)- or sst(2)-expressing tumors. Antagonist radioligands for other peptide receptors need to be evaluated in nuclear oncology as a result of this paradigm shift.

Effect of multislice acquisition on T1 and T2 measurements of articular cartilage at 3T

PURPOSE: The aim of this study was to investigate the effect of magnetization transfer on multislice T(1) and T(2) measurements of articular cartilage. MATERIALS AND METHODS: A set of phantoms with different concentrations of collagen and contrast agent (Gd-DTPA(2-)) were used for the in vitro study. A total of 20 healthy knees were used for the in vivo study. T(1) and T(2) measurements were performed using fast-spin-echo inversion-recovery (FSE-IR) sequence and multi-spin-echo (MSE) sequence, respectively, in both in vitro and in vivo studies. We investigated the difference in T(1) and T(2) values between that measured by single-slice acquisition and that measured by multislice acquisition. RESULTS: Regarding T(1) measurement, a large drop of T(1) in all slices and also a large interslice variation in T(1) were observed when multislice acquisition was used. Regarding T(2) measurement, a substantial drop of T(2) in all slices was observed; however, there was no apparent interslice variation when multislice acquisition was used. CONCLUSION: This study demonstrated that the adaptation of multislice acquisition technique for T(1) measurement using FSE-IR methodology is difficult and its use for clinical evaluation is problematic. In contrast, multislice acquisition for T(2) measurement using MSE was clinically applicable if inaccuracies caused by multislice acquisition were taken into account. J. Magn. Reson. Imaging 2007;26:109-117. (c) 2007 Wiley-Liss, Inc.

Novel 111In-labelled bombesin analogues for molecular imaging of prostate tumours

PURPOSE: It has been shown that some primary human tumours and their metastases, including prostate and breast tumours, overexpress gastrin-releasing peptide (GRP) receptors. Bombesin (BN) is a neuropeptide with a high affinity for these GRP receptors. We demonstrated successful scintigraphic visualisation of BN receptor-positive tumours in preclinical studies using the radiolabelled BN analogue [(111)In-DTPA-Pro(1),Tyr(4)]BN. However, the receptor affinity as well as the serum stability of this analogue leave room for improvement. Therefore new (111)In-labelled BN analogues were synthesised and evaluated in vitro and in vivo. METHODS AND RESULTS: The receptor affinity of the new BN analogues was tested on human GRP receptor-expressing prostate tumour xenografts and rat colon sections. Analogues with high receptor affinity (low nM range) were selected for further evaluation. Incubation in vitro of GRP receptor-expressing rat CA20948 and human PC3 tumour cells with the (111)In-labelled analogues resulted in rapid receptor-mediated uptake and internalisation. The BN analogue with the best receptor affinity and in vitro internalisation characteristics, Cmp 3 ([(111)In-DTPA-ACMpip(5),Tha(6),betaAla(11),Tha(13),Nle(14)]BN(5-14)), was tested in vivo in biodistribution studies using rats bearing GRP receptor-expressing CA20948 tumours, and nude mice bearing human PC3 xenografts. Injection of (111)In-labelled Cmp 3 in these animals showed high, receptor-mediated uptake in receptor-positive organs and tumours which could be visualised using planar gamma camera and microSPECT/CT imaging. CONCLUSION: With their enhanced receptor affinity and their rapid receptor-mediated internalisation in vitro and in vivo, the new BN analogues, and especially Cmp 3, are promising candidates for use in diagnostic molecular imaging and targeted radionuclide therapy of GRP receptor-expressing cancers.

Diagnostic accuracy of exercise electrocardiogram in patients with left anterior hemi-block

BACKGROUND: Left anterior hemiblock (LAHB) is the most frequent conduction abnormality, but its impact on the diagnostic accuracy of the exercise ECG has not been studied. The aim of our study was to determine the diagnostic accuracy of ST depression for predicting ischaemia in the presence of LAHB. PATIENTS: Consecutive patients with known or suspected coronary heart disease undergoing exercise ECG and 99mTc-sestamibi single photon emission computed tomography (SPECT) were included in the analysis. Patients with left bundle branch block, with changes in QRS morphology related to myocardial infarction, and patients who had undergone pharmacological stress testing were excluded. RESULTS: Of 1532 patients assessed, 567 patients qualified for the analysis. In 69 patients with LAHB, ECG stress testing had lower sensitivity (38% vs 86%) and lower negative predictive value (82% vs 92%) than in patients with normal baseline ECG. The reduction of sensitivity appeared to be similar in patients with isolated LAHB (n=43), in patients with right bundle branch block (n=39), and with bifascicular block (n=26). In contrast, the positive predictive value of the test was excellent. CONCLUSION: The diagnostic accuracy of the exercise ECG for prediction of ischaemia is reduced in patients with LAHB.

Macrocyclic chelator-coupled gastrin-based radiopharmaceuticals for targeting of gastrin receptor-expressing tumours

PURPOSE: Diethylenetriamine-pentaacetic acid (DTPA)-coupled minigastrins are unsuitable for therapeutic application with the available beta-emitting radiometals due to low complex stability. Low tumour-to-kidney ratio of the known radiopharmaceuticals is further limiting their potency. We used macrocyclic chelators for coupling to increase complex stability, modified the peptide sequence to enhance radiolytic stability and studied tumour-to-kidney ratio and metabolic stability using (111)In-labelled derivatives. METHODS: Gastrin derivatives with decreasing numbers of glutamic acids were synthesised using (111)In as surrogate for therapeutic radiometals for in vitro and in vivo studies. Gastrin receptor affinities of the (nat)In-metallated compounds were determined by receptor autoradiography using (125)I-CCK as radioligand. Internalisation was evaluated in AR4-2J cells. Enzymatic stability was determined by incubating the (111)In-labelled peptides in human serum. Biodistribution was performed in AR4-2J-bearing Lewis rats. RESULTS: IC(50) values of the (nat)In-metallated gastrin derivatives vary between 1.2 and 4.8 nmol/L for all methionine-containing derivatives. Replacement of methionine by norleucine, isoleucine, methionine-sulfoxide and methionine-sulfone resulted in significant decrease of receptor affinity (IC(50) between 9.9 and 1,195 nmol/L). All cholecystokinin receptor affinities were >100 nmol/L. All (111)In-labelled radiopeptides showed receptor-specific internalisation. Serum mean-life times varied between 2.0 and 72.6 h, positively correlating with the number of Glu residues. All (111)In-labelled macrocyclic chelator conjugates showed higher tumour-to-kidney ratios after 24 h (0.37-0.99) compared to (111)In-DTPA-minigastrin 0 (0.05). Tumour wash out between 4 and 24 h was low. Imaging studies confirmed receptor-specific blocking of the tumour uptake. CONCLUSIONS: Reducing the number of glutamates increased tumour-to-kidney ratio but resulted in lower metabolic stability. The properties of the macrocyclic chelator-bearing derivatives make them potentially suitable for clinical purposes.