Universität zu Köln

Die Endoradiotherapie ist ein systemischer Therapieansatz, bei dem eine zytotoxische Strahlendosis selektiv an Tumorgewebe abgegeben wird. Dazu werden Verbindungen eingesetzt, die mit therapeutischen Radionukliden (in der Regel α- or β–-Strahler mit einer geeigneten Halbwertszeit) markiert sind und selektiv mit Molekülen, Strukturen oder Stoffwechselprozessen des Targetgewebes wechselwirken. Das Fibroblasten-Aktivierungsprotein (FAP) ist ein membrangebundenes Protein, das im Tumormikromilieu der meisten bösartigen soliden Tumoren überexprimiert wird, jedoch in gutartigen Tumoren oder gesundem Gewebe nicht nachweisbar ist. Damit stellt es ein vielversprechendes Ziel für die Endoradiotherapie dar. Zahlreiche radioaktiv markierte FAP-Inhibitoren (FAPIs) werden bereits für die diagnostische Bildgebung eingesetzt. Die Anwendung bestehender, mit therapeutischen Radionukliden markierter FAPIs ist jedoch aufgrund ihrer unzureichenden Tumorretention begrenzt. Ein zentrales Ziel dieser Arbeit war daher die Verbesserung der Tumorretention durch die Entwicklung von FAPIs, die eine irreversible kovalente Bindung mit dem aktiven Zentrum des Enzyms eingehen können. Die neuartigen Verbindungen wurden auf der Basis der Struktur des meistgenutzten FAPIs, UAMC-1110, entwickelt, wobei die Nitril-Gruppe durch eine kovalent bindende 18Fluor-substituierte Wirkkomponente ersetzt wurde. Die Freisetzung von [18F]Fluorid bei kovalenter Wechselwirkung der Inhibitoren mit dem aktiven Zentrum des FAP-Enzyms sollte einen indirekten Nachweis für die Bildung einer kovalenten Bindung liefern. Drei FAPIs mit einer 18F-markierten Wirkkomponente wurden synthetisiert und ihre Stabilität in wässrigen Medien bei verschiedenen pH-Werten sowie unter physiologischen Bedingungen in phosphatgepufferter Kochsalzlösung (PBS) und humanem Blutplasma untersucht. Ein Inhibitor mit einem Sulfonyl[18F]fluorid-Warhead konnte mittels SuFEx-basiertem ultraschnellem 18F/19F Isotopenaustausch mit radiochemischen Umsätzen (RCUs) von 58 ± 12% markiert und in radiochemischen Ausbeuten (RCAs) von 24 ± 3% isoliert werden. Aufgrund seiner unzureichenden Stabilität wurde dieser Inhibitor jedoch nicht weiterverfolgt. Nach der Synthese und erfolgreichen Radiofluorierung von Modell-Phosphonatverbindungen wurde ein FAPI mit einem 18F-markierten Phosphonofluoridate-Warhead in RCAs von 56 ± 9% hergestellt. Diese Verbindung war in wässrigen Medien (pH 2–10) und in humanem Blutplasma für mindestens zwei Stunden stabil, ohne dass Anzeichen für eine Defluorierung beobachtet wurden. In Enzymassays mit FAP wurde eine Freisetzung von [18F]Fluorid beobachtet, während in Gegenwart der FAP-verwandten Peptidasen DPP 2, DPP 4 und DPP 9 keine Freisetzung auftrat, was auf eine Selektivität für FAP hinweist. In Gegenwart von PREP wurde jedoch eine höhere Freisetzung von [18F]Fluorid beobachtet, was auf eine größere Affinität für dieses Enzym hinweist. Ein dritter FAPI wurde durch Substitution der Nitrilgruppe mit einem 18F-markierten Phosphonofluoridodithoat-Warhead entwickelt. Zunächst wurde eine radiofluorierte Phosphonofluoridodithoat-Modellverbindung hergestellt und deren In-vitro-Stabilität untersucht. Die markierten Verbindungen zeigten in diesen Experimenten eine hohe Stabilität. Anschließend wurde das 18F-markierte FAPI aus dem entsprechenden Oxydithiaphospholan-2-sulfid-Vorläufer in RCAs von 46 ± 11% hergestellt. Der Kandidat zeigte über einen Zeitraum von zwei Stunden unter physiologischen Bedingungen eine ausreichende Stabilität. Es wurde jedoch keine Bindung an FAP festgestellt, was durch die fehlende [18F]Fluorid-Freisetzung in Enzymassays belegt wurde. Insgesamt wurden drei potenzielle FAPI mit den neuen 18F-markierten Wirkkomponenten anstelle der konventionellen Cyano-Gruppe hergestellt, wobei die Phosphonofluoridate-Verbindung eine ausreichende Stabilität und in In-vitro-Experimeten eine kovalente Bindung zu FAP zeigte. Diese Verbindung kann als Leitmotiv für die Entwicklung von FAP-spezifischen Radiotherapeutika mit einer längeren Tumorretention dienen.

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