1 Einleitung
4.3 Stabilität von Radiopeptiden
Kapitel 4.3). Die niedrigen Knochenwerte (siehe Kapitel 3.2.7) sowie die erfolgreiche Qualitätskontrolle der Markierung des CCK8‐Radiopeptides (siehe Kapitel 2.7) sprechen jedoch in diesem Fall gegen eine Transchelation. Zweitens liegen Hinweise auf eine direkte Metabolisierung kleinerer Peptide der Gastrin‐
und CCK‐Familie in der Leber vor,41,182 welche eine hepatische Anreicherung zumindest einiger Gastrin‐ bzw. CCK‐Analoga erklären können. Die wahrscheinlichste Erklärung für die erhöhte hepatische Radioaktivität beim in vivo Einsatz des CCK8‐Radiopeptides ist der Lipophilieeffekt. Die Lipophilie des Radiopeptides spielt eine entscheidende Rolle bei dessen hepatischer Metabolisierung. Die Substitution einer polaren Tyrosingruppe durch eine geladene Sulfatgruppe führt zu einem Lipophiliezuwachs des CCK8‐Peptides.
Dies könnte einerseits eine Zunahme der unspezifischen hepatischen Akkumulation des Peptides im Rahmen des Fettstoffwechsels bewirken.
Andererseits wird das lipophilere CCK8‐Peptid gegenüber dem CCK8‐Peptid weniger gut renal eliminiert (siehe Kapitel 3.2.7). Dies führt zu einer zeitlich ausgedehnten Exposition dieses Peptides in der Leber mit daraus folgender erhöhter Wahrscheinlichkeit einer unspezifischen hepatischen Aufnahme. Es scheinen jedoch weitere Untersuchungen nötig, um die Auswirkung der Sulfatierung des CCK8‐Radiopeptides auf dessen hepatische Akkumulation vollständig zu verstehen.
würde – an das Eisentransportprotein Transferrin gebunden – darüber hinaus als falsches „Substrat“ der Erythropoese das Knochenmark erreichen, wo es sich dann in unmittelbarer Nachbarschaft der besonders strahlungsempfindlichen hämatopoetischen Zellen befinden würde. Eine Nuklidverschleppung wäre darüber hinaus umso folgenreicher, wenn an Stelle von 111In der β‐Emitter 90Y zur Markierung von DTPA‐Peptiden für den therapeutischen Bereich verwendet würde, da Yttrium neben der erhöhten Strahlenbelastung eine im Vergleich zur
111In‐Markierung erniedrigte Stabilität aufweist.11
Neben der Zweitorgantoxizität durch transcheliertes Radiometall sei auch auf die Einschränkung der diagnostischen Güte durch eine unspezifische hepatische Radiopeptidanreicherung bei Vorliegen einer instabilen Bindung zwischen Radionuklid und Peptid hingewiesen. So würde eine unspezifische Nuklidaufnahme durch die Leber unter anderem den Nachweis einer spezifischen hepatischen Radiopeptidaufnahme erschweren – zum Beispiel beim Vorliegen von CCK‐Rezeptor positiven Lebermetastasen.
Das von Hnatowich et al. 1983 erstmals beschriebene Verfahren, unter Verwendung zyklischen DTPA‐Anhydrids monofunktionale DTPA‐Derivate zu synthetisieren, stellte einen Durchbruch auf dem Gebiet der radioaktiven Markierung von Proteinen und Peptiden dar.72 Das monofunktionelle DTPA‐
Derivat 111In‐(DTPA0‐,DPhe1)‐Octreotid (Octreoscan®) ist kommerziell erhältlich und findet in der Diagnostik von Somatostatin‐Rezeptor exprimierenden Tumoren, wie zum Beispiel dem Karzinoid, Verwendung (siehe Kapitel 1). Im Rahmen der hier vorliegenden Arbeit wurde der offenkettige Chelator DTPA‐
Dianhydrid zur Markierung der untersuchten Peptide mit 111In verwendet (siehe Abbildung 2.4). Dieses neuartige Verfahren stellt eine einfache Methode zur Derivatisierung und Markierung von Peptiden mit verschiedenen Radiometallen dar.
Dieser Arbeit vorausgegangene Stabilitätsstudien mit 111Indium‐markierten, N‐
terminal DTPA‐derivatisierten CCK‐Analoga in humanem Plasma und Urin zeigten eine ausreichende Serumstabilität der untersuchten Peptide unter Inkubationszeiten von mindestens 24 Stunden bei 37°C.22,146 Anders als beim Somatostatin‐Analogon Octreotid scheinen daher Modifikationen dieser Peptide zur Erhöhung der Serumstabilität nicht notwendig zu sein. Eine
Peptidmodifikation hätte neben dem Zeit‐ und Kostenaufwand den Nachteil eines möglichen Affinitätsverlustes für bestimmte Rezeptoruntergruppen;15,19 beim Octreotid führten die zur Erhöhung der Serumstabilität erforderlichen molekularen Modifikationen – unter anderem die Einführung von D‐
Aminosäuren und so genannten Pseudo‐Peptidbindungen ins Radiopeptid76 – zum nahezu vollständigen Affinitätsverlust des Peptides für drei der fünf Somatostatin‐Rezeptor‐Subtypen.86,133
Die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten DTPA‐Inkubationstudien haben gezeigt, dass der Austausch des Leuzin durch ein negativ geladenes Glutamat am N‐terminalen Ende des Minigastrins einen deutlichen Stabilitätsgewinn der koordinativen Bindung zwischen dem radioaktiven Nuklid und dem ans N‐
terminale Peptidende gebundenen Chelator bewirkt (siehe Kapitel 3.1.1). Dies konnte durch die Serum‐Inkubationsstudien bestätigt werden, da das 111In‐
markierten DTPA‐[D‐Glu]1‐Minigastrin zu allen Zeitpunkten eine deutlich niedrigere 111In‐Transchelation auf Serumproteine zeigte (siehe Kapitel 3.1.2) bzw.
mit 239 h eine deutlich erhöhte Halbwertzeit im Vergleich zum DTPA‐Minigastrin (T½ = 91 h) aufwies. Auch im Rahmen der Bioverteilungsstudien im Mausmodell konnten Hinweise auf eine verminderte unspezifische hepatische Anreicherung des [D‐Glu]1‐substituierten Minigastrins im Sinne einer erhöhten Stabilität der radioaktiven Markierung dieses Radiopeptides im Vergleich zum herkömmlichen Minigastrin gezeigt werden (siehe Abbildung 4.11). Abbildung 3.4 zeigt darüber hinaus die erste durchgeführte Ganzkörperszintigraphie eines gesunden Probanden mit 111In‐DTPA‐Minigastrin und mit 111In‐DTPA‐[D‐Glu]1‐Minigastrin.
Die deutlich verminderte hepatische Radionuklidanreicherung des 111In‐DTPA‐[D‐
Glu]1‐Minigastrins ist ein weiterer Hinweis auf dessen erhöhte Serumstabilität.
Somit konnte sowohl in vitro als auch in vivo eine Erhöhung der kinetischen Stabilität der Bindung zwischen Radionuklid und DTPA‐Minigastrin durch Substitution des N‐terminalen Leuzin durch Glutamat nachgewiesen werden. Eine mögliche Erklärung für dieses Phänomen könnte eine Wechselwirkung zwischen der positiven Ladung des Radiometalls und den negativen Ladungen des N‐
terminalen „polyGlu‐Schwanzes“ des Peptides sein. Dies würde zur Retention von dekomplexierten Radiometall mit unmittelbar darauf folgender Rekomplexierung führen. Es sind jedoch weiterführende Untersuchungen zur
genauen Ergründung des Mechanismus des Stabilitätsgewinns durch Substitution des N‐terminalen Leuzin durch Glutamat erforderlich.
Abbildung 4.11 Vergleich der Leberclearances von Minigastrin und [D‐Glu]1‐Minigastrin. Die Substitution des N‐terminalen Leuzin durch Glutamat bewirkte eine (insignifikant) erniedrigte hepatische Aufnahme. Fehlerbalken = Standardabweichungen, Statistik siehe Kapitel 2.12.
Die enzymatische Spaltung von Peptiden stellt ein physiologisches Prinzip dar, um einen schnellen Wirkungsabbruch biologischer Botenstoffe im Organismus zu ermöglichen. Beim klinischen Einsatz von Peptidhormonabkömmlingen ist daher auch deren metabolische Stabilität zu berücksichtigen. Im Rahmen der In‐vitro‐
Inkubation von 111In‐DTPA‐Minigastrin und 111In‐DTPA‐[D‐Glu]1‐Minigastrin in menschlichem Serum konnten keine wesentlichen Degradierungsmetabolite der Radiopeptide nachgewiesen werden (siehe Kapitel 3.1.2). Dies deutet auf die Abwesenheit von Radiopeptid degradierenden Peptidasen im menschlichen Serum hin. Insbesondere unter Berücksichtigung der zu erwartenden kurzen
Leberclearance, Minigastrin vs [D-Glu]1-Minigastrin
Zeit (h)
0 5 10 15 20 25
%A0/g
0,0 0,5 1,0 1,5
Minigastrin [D-Glu]1-Minigastrin
p = 0,093
systemischen Verweildauer von Radiopeptiden ist somit eine ausreichend hohe Serumstabilität gewährleistet.
Die vorliegenden Bioverteilungsstudien demonstrieren eine überwiegende Elimination aller untersuchten Radiopeptide aus dem systemischen Blutkreislauf bereits eine Stunde nach Verabreichung (siehe Abbildung 3.3.3). Aufgrund dieser schnellen Blutclearance können beim klinischen Einsatz der untersuchten CCK‐
Rezeptor‐Liganden Nebenwirkungen als Folge einer möglichen biologischen Aktivität der Radiopeptide verhindert werden. Dies ist als ein entscheidender Vorteil gegenüber größeren Molekülen – wie zum Beispiel Antikörpern – anzusehen (siehe Kapitel 1). Mit Ausnahme des CCK8‐Peptides (siehe Kapitel 4.2) zeigten alle untersuchten Radiopeptide eine schnelle Abnahme der initial hämatogen bedingten hepatischen Anreicherung (siehe Abbildung 3.3.5) und zeigten somit keine unerwünschte hepatische Akkumulation. Daher kann auch aufgrund der Bioverteilungsdaten von einer ausreichend hohen Serumstabilität der 111In‐Markierung der untersuchten DTPA‐Peptide ausgegangen werden.
Die kombinierte Verwendung von monofunktionellem DTPA als Chelator und insbesondere [D‐Glu]1‐substituierten DTPA‐Minigastrin‐Analoga als Peptidbestandteil von Radiopharmaka stellt daher eine Möglichkeit dar, Nebenwirkungen als Folge einer systemischen Nuklidverschleppung aufgrund von Radiometall‐Transchelation und plasmatischer Radiopeptid‐Degradierung wesentlich zu minimieren.
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