Neue Thymidin-Analoga als Proliferationsmarker für die Tumordiagnostik mittels PET und die endogene Radiotherapie
Final Report Abstract
Für den Nachweis bestimmter Tumoren mittels Positronen-Emissions-Tomographie (PET) wird 3'-Fluorthymidin (FLT) in der Klinik genutzt. Dieser Erfolg hat die Suche nach ähnlichen, aber besser geeigneten und leichter herstellbaren Thymidinanaloga stark intensiviert. Solche Nukleoside müssen als Proliferationsmarker zwei wesentliche Kriterien erfüllen: 1. Sie dürfen durch die Thymidinphosphorylase nicht gespalten werden, wie etwa Thymidin (TdR) selbst, und sie sollten 2. durch die proliferationsabhängige Thymidinkinase 1 (TKl) möglichst so gut wie Thymidin phosphoryliert werden. FLT erfüllt diese Kriterien bisher am besten. Es wird nicht gespalten und wird mit einer Rate von 31% gegenüber TdR von der TKl phosphoryliert. Unter 25 von uns konzipierten Nucleosiden, die wir auf diese beiden Kriterien hin untersucht haben, konnten vier spaltungsresistente Verbindungen mit einer noch höheren Phosphorylierungsrate (PR) als FLT gefunden werden: 3'-Azidodesoxyuridin (PR= 63,7%), 3'-Azidothymidin (PR= 48%), 3'-Azido-5- joddes-oxyuridin und 2',3'-Didesoxythymidin (PR=33.8%). Während auch unter den 3'- Fluor-modifizierten Thyminanaloga interessante Verbindungen entdeckt wurden (PR20-25%), halten wir insbesondere 3'-Azido-5-joddesoxyuridin für eine weiter untersuchenswerte Verbindung, die bisher als Proliferationsmarker nicht bekannt ist. Das genauer untersuchte Nukleosid FIAU wird mit einer Rate von 23% des IdUrd von der TKl phosphoryliert und ist resistent gegen glykosydische Spaltung durch TP. Desweiteren zeigt FIAU eine hohe zelluläre Aufnahme durch die humanen Zelllinien DoHH2 und HL60 und wird in beiden Fällen in die DNA eingebaut. FIAU zeichnet sich durch hohe in vivo Stabilität aus. Enttäuschenderweise wird FIAU nur moderat im proliferierenden Tumorgewebe in vivo akkumuliert. ITdU wird trotz der Modifizierung des Zuckerbausteines durch die TKl effizient phosphoryliert (46% im Vergleich zu IdUrd). Mit Hilfe des Thymidin Phosphorylase Tests konnte außerdem eine hohe Stabilität des ITdU gegen den enzymatischen Abbau nachgewiesen werden. Des Weiteren zeigt ITdU eine hohe zelluläre Aufnahme durch die humane Zelllinien HL60 und wird in die DNA eingebaut. Die zelluläre Aufnahme, der Einbau in die DNA und die Stabilität von [131I]ITdU werden durch FdUrd deutlich gesteigert. Die 30 min und 24 h p.i. durchgeführten Biodistributionsstudien mit FdUrd-Vorbehandlung zeigten eine präferenziell erhöhte Anreicherung von ITdU im Tumorgewebe. Im Vergleich zu unbehandelten Tieren und zu anderem stark proliferierenden Geweben wie Milz und Dünndarm war diese um das 4- fache erhöht. Die im parallelen Ansatz mitgeführte Mikroautoradiographie bestätigte eine im Vergleich zu Milz- und Dünndarmgewebe verlängerte Retention des Radiopharmakons im Nukleus der malignen Zellen. Die stabile DNA-Inkorporation von ITdU resultierte in effizienter Induktion der Apoptose im Tumorgewebe, die >90% der malignen Zellen betrug. Bei systemischer Applikation mit FdUrd wird der tumorizide Effekt durch die enterale Toxizität limitiert. 123ITdU besitzt bei topischer, intratumoraler Applikation bei Hirntumoren ein hohes Potential zur selektiven Tumortoxizität. Im Projektverlauf konnte mit 123ITdU ein sehr viel versprechendes Nukleosid für die Auger- Elektronen-vermittelte Nanobestrahlung identifiziert und biologisch charakterisiert werden. In Therapieversuchen an Tumor-Xeno-Transplantat-SCID-Mausmodell zeigte 123ITdU bei Injektion mit FdUrd eine ausgesprochen hohe Toxizität für Tumorgewebe. Allerdings wird der Therapie-Effekt durch eine hohe Darmtoxizität limitiert. Wir möchten deshalb in einem Anschlussprojekt den hohen zytotoxischen Effekt von 123ITdU am Gliommodell der Maus bei topischer, intratumoraler Gabe ausnutzen. Wegen der Barrierefunktion der Blut-Hirn-Schranke einerseits und der praktisch exklusiv auf Tumorzellen beschränkten Proliferation im Gehirnkompartiment kann eine hohe gezielte Tumorzellabtötung erwartet werden.
Publications
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123I-ITdU-mediated nanoirradiation of DNA efficiently induces cell kill in HL60 leukemia cells and in doxorubicin-, beta-, or gamma-radiation-resistant cell lines. J Nucl Med. 48 (6): 1000-1007, 2007.
Reske SN., Deisenhofer S., Glatting G., Zlatopolskiy B., Morgenroth A., Vogg AT., Buck AK. und Friesen C.
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Biodistribution, cellular uptake and DNA-incorporation ofthe 2'-fluoro stabilized 5- iodo-2'-deoxyuridine analog 5-iodo-(2-deoxy-2-fluoro-beta-D-arabinofuranosy])uracil (FIAU). Q J Nucl Med Mol Imaging. 52 (3): 305-316, 2008.
Morgenroth A., Deisenhofer S., Neininger M., Vogg AT., Glatting G., Kull T. und Reske SN.
