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Abstract

Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der Entwicklung und Evaluierung von bifunktionellen Chelatoren und untergliedert sich in zwei verschiedene Projekte. 89Zr, das in der Immuno-PET von großer Bedeutung ist, wird in klinischen Studien über Desferrioxamin B (DFO) komplexiert. Jedoch weist [89Zr]Zr-DFO-Komplex eine geringe kinetische Inertheit auf, sodass eine Reihe neuer 89Zr-Chelatoren entwickelt wurde. Ziel des Hauptprojektes war der direkte Vergleich von sechs potenziellen Chelatoren DFO, DFO*, CTH36, 3,4,3-(LI-1,2-HOPO), DOTA-GA und NOTA-GA hinsichtlich der kinetischen Inertheit der gebildeten [89Zr]Zr-Komplexe sowie ihrer in vivo-Pharmakokinetik. Um die effiziente Konjugation mit einem gewünschten Biomolekül mittels iEDDA unter milden Bedingungen zu gewährleisten, wurden die Chelatoren mit einem Tetrazin funktionalisiert. Die Bestimmung der Radiomarkierungseigenschaften der Chelatoren und kinetischen Inertheit der gebildeten 89Zr-Komplexe erfolgte zunächst unter Verwendung des Peptids, c(RGDfK) (13), das als Modellbiomolekül diente. Während DFO-, DFO*-, CTH36- und 3,4,3-(LI-1,2-HOPO)-c(RGDfK) bei milden Reaktionsbedingungen radiomarkiert werden konnten, wurde keine [89Zr]Zr-Inkorporation für das DOTA-GA- und NODA-GA-Derivat erzielt. In den EDTA-Challenge-Versuchen demonstrierten [89Zr]Zr-DFO* und [89Zr]Zr-3,4,3-(LI-1,2-HOPO) eine hohe kinetische Inertheit und stellten damit geeignete Kandidaten für die in vivo-Evaluierung dar. DFO, DFO* und 3,4,3-(LI-1,2-HOPO) wurden mittels iEDDA an den Antikörper Cetuximab gebunden, radiomarkiert und in einem HT-29-tumortragenden Mausmodell mittels Kleintier-PET/CT untersucht. Hierbei wurde die hohe kinetische Inertheit der Komplexe [89Zr]Zr-DFO* und [89Zr]Zr-3,4,3-(LI-1,2-HOPO) im Vergleich zu [89Zr]Zr-DFO, resultierend in einer geringeren Knochenanreicherung und einem höherem Tumor-zu-Hintergrundverhältnis, bestätigt. [89Zr]Zr-DFO* wies gegenüber [89Zr]Zr-3,4,3-(LI-1,2-HOPO) ein vorteilhaftes pharmakokinetisches Profil mit einer geringeren Anreicherung in Leber und Milz auf. DFO* ist daher der vielversprechendste Kandidat für den Einsatz in der humanen Immuno-PET. Ziel des Nebenprojektes dieser Arbeit war die Synthese und Evaluierung des bifunktionellen Chelators CB-DO2A-GA, welcher eine Alternative zu den etablierten Chelatoren für 68Ga darstellt. Nach der erfolgreichen Synthese des Chelators wurde dieser hinsichtlich seiner Radiomarkierungseigenschaften, kinetischen Inertheit des gebildeten Komplexes und Serumstabilität mit den Chelatoren DOTA, NODA-GA und DOTA-GA verglichen. Hierfür wurden die Chelatoren mit dem Peptid TATE biofunktionalisiert. Im Gegensatz zu den etablierten Chelatoren war die Radiomarkierung von CB-DO2A-GA-TATE nur wenig effektiv, jedoch wies der [68Ga]Ga-CB-DO2A-GA-Komplex eine hohe Serumstabilität und kinetische Inertheit gegenüber DTPA auf. Folglich stellt CB-DO2A-GA einen geeigneten Chelator zur Bildung von positiv geladenen 68Ga-Komplexen dar.

Translation of abstract (English)

The present dissertation deals with the development and evaluation of bifunctional chelators and is divided into two different projects. 89Zr, considered a radionuclide of great importance for Immuno-PET, is clinically complexed via deferoxamine B. However, as [89Zr]Zr-DFO reveals a low kinetic inertness, a number of new chelators have been developed. The aim of the main project was the direct comparison of six potential 89Zr chelators DFO, DFO*, CTH36, 3,4,3-(LI-1,2-HOPO), DOTA-GA and NOTA-GA regarding the kinetic inertness of the formed complexes and their in vivo-pharmacokinetics. For efficient conjugation with a desired biomolecule using iEDDA under mild conditions, the chelators were functionalized with a tetrazine group. The determination of radiolabeling properties of the chelators and the kinetic inertness of the formed 89Zr-complexes were first performed using the peptide c(RGDfK) as model biomolecule. While DFO-, DFO*-, CTH36- and 3,4,3-(LI-1,2-HOPO)-c(RGDfK) were radiolabeled under mild reaction conditions, no 89Zr incorporation was observed for the DOTA-GA and NODA-GA derivative. In EDTA challenges, only [89Zr]Zr-DFO* and [89Zr]Zr-3,4,3-(LI-1,2-HOPO) demonstrated a high kinetic inertness, making them suitable for the in vivo investigations. Hence, DFO*, 3,4,3-(LI-1,2-HOPO) as well as the reference DFO were introduced into the antibody cetuximab, radiolabeled and examined in a HT-29-tumor-bearing mouse model using small animal PET/CT. The higher kinetic inertness of [89Zr]Zr-DFO* and [89Zr]Zr-3,4,3-(LI-1,2-HOPO) compared to [89Zr]Zr-DFO, resulting in a lower bone accumulation and higher tumor-to-background ratio, was confirmed. [89Zr]Zr-DFO* showed a favorable pharmacokinetic profile over [89Zr]Zr-3,4,3-(LI-1,2-HOPO) with less accumulation in liver and spleen. All in all DFO* represents the most suitable chelator for 89Zr-labeling in human Immuno-PET. The aim of the side project was the synthesis and investigation of the bifunctional chelator CB-DO2A-GA, a promising alternative to the established chelators of 68Ga. After the synthesis of the chelator, its radiolabeling properties, kinetic inertness of the complex and serum stability were compared to those of DOTA, NODA-GA and DOTA-GA. For this purpose, the chelators were introduced into the peptide TATE. In contrast to the established chelators, the radiolabeling of CB-DO2A-GA-TATE was less efficient. In terms of the kinetic inertness in the DTPA challenge and serum stability the [68Ga]Ga-CB-DO2A-GA-complex, proved favorable, making CB-DO2A-GA a suitable 68Ga-chelator, forming positive charged [68Ga]-complexes.