Erik De Blois

Erasmus Universiteit Rotterdam

Deel dit project

Publicatiedatum: 25 november 2014

Universiteit: Erasmus Universiteit Rotterdam

ISBN: 978-94-91487-18-7

Radiochemical Aspects of Receptor Scintigraphy: labeling with radiometals, optimisation and radiochemical purity

Samenvatting

RCP is gedefinieerd als het percentage van de intacte hoeveelheid radiopeptide in de desbetreffende oplossing ten opzichte van alle aanwezige radioactiviteit. Er is momenteel een gebrek aan fundamentele kennis voor wat betreft de radiolyse van radiopeptiden in waterig milieu. Radiolyse is gedefinieerd als de degradatie van radiopeptiden in waterige oplossingen, veroorzaakt door straling en vrije radicalen gegenereerd bij bestraling van watermoleculen. Om de invloed van radiolyse te kunnen onderzoeken zijn er in dit proefschrift twee type peptiden als model gebruikt: DOTA- of DTPA-geconjugeerde analogen van somatostatine en bombesine (voor structuren zie de figuren 1-3 hoofdstuk 5). Deze peptiden worden radioactief gelabeld en worden specifiek gebruikt voor visualisatie van neuro-endocrine, prostaat-, borst-tumoren op een gamma- of PET camera.

In dit proefschrift is ook onderzoek gedaan naar de implementatie van 68Ga als PET isotoop. Om verschillende redenen is er tegenwoordig een verhoogde interesse voor het 68Ga. Ten eerste zijn er verschillende 68Ge/68Ga generatoren op de markt die 68Ga produceren; dat vervolgens kan worden omgezet in 68Ga-gelabelde peptiden. Ten tweede zijn er veel verschillende DOTA-peptiden (voor structuren zie de figuren 1-3 hoofdstuk 5) welke gelabeld kunnen worden met 68Ga. Ten derde, de beschikbaarheid van een PET radionuclide, door de introductie van 68Ge/68Ga generators, onafhankelijk van een cyclotron, genereert nieuwe toepassingen en mogelijkheden. Als laatste punt zijn er de sterk verbeterde apparaten zoals apparatuur voor radiolabeling met behulp van robotics.

Doelstellingen van dit proefschrift
Bovengenoemde punten resulteren in de volgende doelstellingen van dit proefschrift:
I: Optimaliseren en vergelijken van zuiveringstechnieken gebruikt voor 68Ga labelingen en verhogen van de labeling opbrengsten en hoeveelheid gelabelde radiopeptide.
II: Het accuraat meten en monitoren van de radiochemische zuiverheid van het radiopeptide met daarvoor bestemde chromatografische apparatuur zoals HPLC en UPLC. Vaststellen van de effectiviteit van toevoeging van verschillende quenchers (beschermen tegen radiolyse) en de onderlinge vergelijking, om zo een goede radiochemische zuiverheid van het radiopeptide te kunnen behouden na labeling.

In het kort samengevat: het meer toepasbaar maken van 68Ga-, 177Lu- of 111In-gelabelde peptiden.

68Ga PET beeldvormende technologie
68Ga-gelabelde DOTA-geconjugeerde peptiden voor PET scans zijn een middel om onderzoek te doen aan de individuele receptor-status van tumoren van patiënten. Hiermee kan men dus de PRS en PRRT optimaliseren. Hoofdstuk 2 van dit proefschrift geeft een overzicht van de huidige kennis en onderzoeken naar verschillende 68Ga gelabelde moleculen, maar dan vooral gefocust op de toepassing van peptiden voor de beeldvorming van receptor peptide interacties (ook wel receptor-gemedieerde processen genoemd).

Optimalisatie van 68Ga gelabelde peptiden
De chemische eigenschappen van het 68Ga isotoop en andere beperkingen zoals grote volumes van 68Ga eluaat, hoge concentraties aan zuren en andere verontreinigingen, kunnen ervoor zorgen dat de labeling van 68Ga met DOTA-peptiden niet volledig tot stand komen. De toenemende toepassing van de 68Ga gelabelde peptide binnen de kliniek vraagt daarom naar een optimalisatie van vooral de reactiekinetiek. Al deze punten worden behandeld en oplossingen voor deze problemen worden beschreven in hoofdstuk 3.

Kwantificatie en opzuiveren van 68Ge
In het eluaat van de 68Ge/68Ga generator is altijd 68Ge aanwezig. Ook al is dit een lage concentratie, valt deze concentratie aan 68Ge wellicht niet binnen de regels voor regulier afval die vastgesteld zijn door de overheid. In hoofdstuk 4 is onderzoek gedaan naar a. hoe nauwkeurig 68Ge in kleine hoeveelheden kan worden gekwantificeerd en b. hoe het volume van het 68Ge bevattende vloeibaar afval kan worden gereduceerd. Hiervoor is een speciale kolom ontwikkeld om zo het 68Ge te concentreren, zelfs in vaste vorm.

Onderzoek naar radiolyse en radiochemische zuiverheid
Het tweede deel van het proefschrift (zie tweede doelstelling) richt zich vooral op peptiden gelabeld met 111In (indium) en 177Lu (lutetium). Ook is hier een overzicht gegeven van de status van dit onderzoek tot nu toe, de beperkingen en de toekomstige mogelijkheden van de receptor-gemedieerde radiopeptiden (hoofdstuk 5). Omdat alleen intact peptide kunnen binden aan hun receptor (in het lichaam), is het erg belangrijk om deze peptiden te beschermen tegen radiolyse. Er mag idealiter dus alleen intact radiopeptide worden geïnjecteerd met een hoge RCP.

Eisen voor meten van RCP
Een belangrijk punt beschreven in hoofdstuk 6 is het kwantificeren van RCP. Kwantificatie van RCP is niet gestandaardiseerd. Dat maakt een inter en intra vergelijk tussen verschillende HPLC systemen en laboratoria gecompliceerd. Ondanks dat RCP te beïnvloeden is door onder andere verschillende loopvloeistoffen, kolommen en gradiënten, zijn er tot op heden nog geen criteria voor scheidingen op HPLC van radiopeptiden. Er is in ieder geval geen consensus binnen de specialisten en overheden. Daarom zijn in dit hoofdstuk een aantal standaard criteria voorgesteld waaraan een goede scheiding van radiopeptiden moet voldoen om een onderling vergelijk tussen laboratoria mogelijk maken. Ook is er een verband gelegd tussen de stralingsdosis en het kwantificeren van RCP van de radiopeptiden.

Radiolyse en RCP
In de hoofdstukken 6 en 7 wordt een overzicht gegeven hoe radiolyse kan worden gekwantificeerd. In de literatuur zijn verschillende quenchers onderzocht en beschreven om radiolyse van radiopeptiden te voorkomen. In deze hoofdstukken is een overzicht gegeven van de effecten, de concentratie afhankelijkheid en de kracht van het combineren van deze quenchers.

Voor toediening gereed maken van radiopeptide
Vanwege ondermeer veiligheidsredenen is het wenselijk om een samenstelling van oplossingen te hebben om radiopeptiden na de radiolabeling (zowel voor diagnostiek als therapie) te kunnen bewaren en zo op ieder moment voor toediening gereed te hebben gedurende meerdere dagen per week. In hoofdstuk 7 worden deze mogelijkheden beschreven. Er worden verschillende quenchers toegevoegd in verhoudingen die radiolyse van radiopeptiden beperken.

Normaal gesproken worden de verschillende onderdelen voor de uitvoering van radiolabeling van een peptide in aparte oplossingen vervoerd. De inhoud van deze verschillende flesjes, zoals peptide en buffers, is vaak gevriesdroogd en moet voor radiolabeling worden opgelost en worden gemengd met de oplossing die het radionuclide bevat. Om ongewenste (be)straling te voorkomen is het wenselijk om de voor toediening gereed gemaakte radiopeptiden te kunnen bewaren en te vervoeren. Dit voorkomt dezelfde soort handelingen in de ziekenhuizen. De bedoeling is dat de voor toediening gereed gemaakte oplossing alleen in een injectiespuit behoeft te worden opgetrokken en kan worden toegediend zonder dat extra handelingen moeten worden uitgevoerd.

Optimalisatie van de in vivo verdeling van radiopeptide
De kwaliteit van de beeldvorming op de afdeling Nucleaire Geneeskunde is onder andere afhankelijk van de verdeling van de radioactiviteit na injectie in vivo. In hoofdstuk 8 is onderzoek gedaan naar het verbeteren van de beeldvorming van het bombesine peptide. Bombesine receptoren komen in hoge mate voor op prostaat-tumoren. Een belangrijk punt is daarom om meer radiopeptide aan de receptoren in en aan de tumor te binden. Er is in dit hoofdstuk vooral onderzoek gedaan naar de invloeden van bereiding en opwerken van radiopeptiden met behulp van zuiveringstechnieken. Om de kwaliteit en de zuiverheid van radiopeptiden te kunnen waarborgen, besluiten verschillende onderzoeksgroepen ertoe om het radiopeptide op te zuiveren. Dat wil zeggen dat het radiopeptide van het peptide wordt gescheiden. In dit hoofdstuk is onderzoek gedaan naar het effect van deze verschillende manieren van zuiveringen op de verdeling in vivo.

Het is belangrijk om te weten wat het massa effect is van het toe te dienen radiopeptide en dus welke hoeveelheid radiopeptide de beste in vivo verdeling geeft. De variaties en resultaten uit dit soort experimenten geven ons meer kennis op welke wijze de tumoropname voor deze peptiden verbeterd kan worden en laten vooral zien hoe belangrijk het is om een gelabeld bombesine analoog te hebben met een hoge RCP.

Conclusie
Zoals beschreven in bovenstaande onderzoeken zijn PRS en PRRT al meer dan twee decennia succesvol. Toch zijn er nog steeds mogelijkheden om deze techniek en de toepassing ervan te verbeteren. De resultaten van de hier beschreven onderzoeken geven meer kennis en inzicht in de verschillende processen van bijvoorbeeld de radiochemische technieken en zorgen uiteindelijk voor een verbetering van de toepassingen. Dit resulteert in een betere beeldvorming en dus in het eerder in beeld brengen van kanker en vooral in een effectieve therapie.

Abbreviations