Universität zu Köln

Renk, Dana Rebecca ORCID: 0000-0003-1328-5941 (2021). Design, Synthese und biologische Evaluierung (radio)fluorierter Aminobenzothiazol-Derivate als potenzielle Adenosin-A2A-Rezeptor-Liganden. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Viele neurodegenerative, -psychiatrische und -inflammatorische Krankheiten sind mit einer Veränderung der Expression des Adenosin-A¬2A-Rezeptors (A2AR) im menschlichen Gehirn assoziiert. Mit hochaffinen und selektiven radioaktiv markierten A2AR-Liganden können diese pathophysiologischen Prozesse untersucht und Erkrankungen, die mit einer veränderten A2AR-Konzentration im Gehirn einhergehen, bereits in einem sehr frühen Krankheitsstadium detektiert werden. In der Literatur wurden bereits 11C-markierte A2AR-Radioliganden für die molekularen Bildgebung mittels Positronen-Emission-Tomographie (PET) vorgestellt. Hingegen sind noch keine 18F-markierten Tracer bekannt. Radiomarkierungen mit 18F bieten aufgrund der idealen Zerfallseigenschaften von 18F jedoch einige Vorteile im Hinblick auf die Bildgebung. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung von radiofluorierten A2AR-Liganden für die Visualisierung des A2AR-Status im Gehirn. Basierend auf vorherigen Arbeiten des INM-5 konnten ausgehend von einer Aminobenzothiazol-Leitstruktur eine Reihe von insgesamt sieben weiteren fluorierten A2AR-Liganden entwickelt, synthetisiert und charakterisiert werden. Die Synthese von 4-Methoxy-7-morpholin-4-yl-benzo[d]thiazol-amin verlief über eine sechsstufige Synthese ausgehend von p-Anisidin. Die zur Derivatisierung benötigten fluorierten Piperidin- und Piperazin-Derivate wurden über unabhängige, ebenfalls mehrstufige Syntheserouten dargestellt. Über ein Phenylcarbamat-Intermediat wurden der Benzothiazol-Heterobizyklus mit den Piperidin- und Piperazinresten zu sieben N,N‘-disubstituierten Harnstoffen umgesetzt. Die in Kompetitionsstudien bestimmten Dissoziationskonstanten Ki der neuen Liganden für den humanen A2AR lagen zwischen 3,6 ± 0,18 und 37,9 ± 15,1 nM bei gleichzeitig hoher Selektivität (hA2AR/hA1R zwischen 120 und 2606) gegenüber dem komplementären A1R. Für die Radiosynthese von [18F]4-(Fluormethyl)-N-(4-methoxy-7-morpholinobenzo[d]thiazol-2-yl)piperidin-1-carboxamid wurde anschließend ein Radiomarkierungsvorläufer mit einer Mesylatabgangsgruppe und einer POM-Schutzgruppe am sekundären Amin für die nukleophile Substitution mit [18F]Fluorid hergestellt. Die zweistufige Radiofluorierung gelang in radiochemischen Ausbeuten von 32 ± 10 %. In vitro Autoradiographien an Rattengehirnschnitten bestätigten die affine, selektive und reversible Bindung des Radioliganden im Corpus striatum. In vivo Tier-PET-Studien an gesunden Ratten zeigten aber keine Aufnahme des Tracers im Gehirn, jedoch eine starke Anreicherung der Radioaktivität im Herzgewebe, wo der A2AR ebenfalls stark exprimiert wird. Obwohl das synthetisierte radiofluorierte Aminobenzothiazol-Derivat die Blut-Hirn-Schranke nicht überwinden konnte, ermutigen die vielversprechenden Ergebnisse der in vitro Bindungs- und Selektivitätsstudien, sowie die starke Anreicherung des Tracers im Herzgewebe eine weitere Erforschung der Aminobenzothiazol-Derivate als potenzielle Radioliganden für die molekulare Bildgebung des A2AR in peripheren Geweben.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Alteration of adenosine A2A receptor (A2AR) expression in the human brain is associated with a wide range of neurodegenerative, neuropsychiatric and neuroinflammatory diseases. Radiolabelled A2AR ligands with high affinity and selectivity should enable studies of pathophysiological processes and allow early detection of diseases associated with altered A2AR levels in the brain. So far only 11C-labelled A2AR radioligands for positron emission tomography (PET) are described in the literature. Due to the ideal decay properties of 18F with respect to half-life (transportation to other PET centres according to the satellite concept, longer PET acquisition times) and energy (higher resolution of PET image) 18F-labelled radioligands are highly sought after. The aim of the present work was to develop novel radiofluorinated A2AR ligands for the visualisation of the A2AR concentration in the brain. Based on previous work at INM-5, a series of seven additional fluorinated A2AR ligands were designed, synthesised, and characterised starting from an aminobenzothiazole lead structure. The synthesis of 4-methoxy-7-morpholin-4-yl-benzo[d]thiazol-amine proceeded via a complex synthesis over six steps starting from p-anisidine. The fluorinated piperidine and piperazine derivatives required for derivatisation were generated via independent, likewise multi-step synthetic routes. Via a phenyl carbamate intermediate, the benzothiazole heterobicycle was reacted with the piperidine and piperazine residues to give seven N,N'-disubstituted ureas. The dissociation constants Ki of the novel ligands for the human A2AR determined in competition studies ranged from 3.6 ± 0.18 to 37.9 ± 15.1 nM while maintaining high selectivity over the complementary A1R [Ki(hA2AR)/Ki(hA1R) between 120 and 2606]. For the radiosynthesis of 4-([18F]fluoromethyl)-N-(4-methoxy-7-morpholinobenzo[d]thiazol-2-yl)piperidin-1-carboxamide, a radiolabelling precursor with a mesylate leaving group and a POM protecting group on the secondary amine was prepared for nucleophilic substitution with [18F]fluoride. The two-step radiofluorination succeeded in radiochemical yields of 32 ± 10 %. In vitro autoradiographies on rat brain slices confirmed the affine, selective, and reversible binding of the radioligand in the corpus striatum. However, in vivo PET studies in healthy rats showed no uptake of the tracer in the brain, but a strong accumulation of radioactivity in the heart tissue, where A2AR is also strongly expressed. Although the synthesised radiofluorinated aminobenzothiazole derivative failed to cross the blood-brain barrier, the promising results of the in vitro binding and selectivity studies, as well as the strong accumulation of the tracer in cardiac tissue, encourage further exploration of aminobenzothiazole derivatives as potential radioligands for molecular imaging of the A2AR in peripheral tissues. English
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Renk, Dana Rebecca dana.rebecca@web.de orcid.org/0000-0003-1328-5941 UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-559596
Date:	2021
Language:	German
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Außeruniversitäre Forschungseinrichtungen > Forschungszentrum Jülich
Subjects:	Chemistry and allied sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Radiomarkierung mit Fluor-18 UNSPECIFIED Adenosin-A2A-Rezeptorliganden UNSPECIFIED Radiofluorierter Rezeptorligand UNSPECIFIED
Date of oral exam:	20 April 2021
Referee:	Name Academic Title Neumaier, Bernd Prof. Dr. Schmalz, Hans-Günther Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/55959