Entwicklung radiomarkierter VAChT-Liganden zur Darstellung cholinerger Transmissionsdefizite im Gehirn mittels Positronen-Emissions-Tomographie
Final Report Abstract
Im Rahmen dieses Projektes konnte [18F]FBASV als potentieller Radiotracer für den vesikulären Acetylcholintransporter (VAChT) synthetisiert werden. Das Derivat stellt einen Vertreter der Azaspiro- Vesamicolderivate dar, einer in diesem Projekt neu entwickelten Klasse von Vesamicolanaloga. Der erste Schritt umfasste die organisch chemische Synthese der nicht-radioaktiven Referenzverbindungen sowie eine anspruchsvolle Trennung der entstandenen Isomere mittels HPLC. Aufgrund der besten Affinitäts- und Selektivitäts- Bindungsdaten zum VAChT in vitro wurde die 4-fluorbenzoylsubstitutierte Verbindung FBASV zur 18F-Markierung und weiterführenden In-vivo-Untersuchungen ausgewählt. Der dafür notwendige Nitropräkursor wurde synthetisiert und mittels semipräparativer HPLC isomerenrein isoliert. Zentraler Schritt bei der Radiosynthese von [18F]FBASV war die n.c.a. nukleophile Substitution der Nitrogruppe durch [18F]Fluorid, die vorzugsweise in DMF unter Nutzung der Mikrowellen-Technik bei Siedehitze erfolgte. Unter diesen Bedingungen wurden Markierungsausbeuten von 25-37 % erzielt. Die Abtrennung des verbleibenden Nitropräkursors erfolgte durch semipräparative HPLC an einer phenyl-modifizierten Säule, wodurch die bisherige Aufarbeitungsmethode verbessert wurde, was zu einer Gesamtsynthesezeit von 2,5 Stunden, einer radiochem. Ausbeute von 16-18 % und spezifischen Aktivität von > 300 GBq/µmol führte. Die Organverteilungsstudien in Mäusen zeigten eine spezifische Anreicherung des Radiotracers [18F]FBASV in Organen mit hoher VAChT-Dichte, die durch Hemmexperimente mit (-)-Vesamicol nachgewiesen wurde. Mittels Ex-vivo- Autoradiographie wurde die Verteilung des Tracers im Rattenhirn verfolgt. Es konnte eine Anreicherung von [18F]FBASV in typischen VAChT-reichen cholinergen Regionen des Gehirns (Striatum, Cortex und Hippocampus) beobachtet werden. Das Fluorbenzoyl-Derivat [18F]FBASV zeichnet sich durch seine metabolische Stabilität in vivo aus, was eine wichtige Voraussetzung für ein spezifisches Imaging ist. So wurden 60 Min. p.i. mittels Radio-HPLC im Rattenhirn keine und im Blutplasma nur 15 % Radio- Metaboliten beobachtet, die offensichtlich nicht hirngängig sind Obwohl der neu entwickelte Radiotracer [18F]FBASV in vitro eine selektive Bindung zum VAChT zeigte, ist jedoch insbesondere die spezifische Anreicherung bei den In-vivo-Untersuchungen noch nicht hoch genug, was möglicherweise auf eine zu geringe Affinität zu diesem Target zurückzuführen ist. Es hat sich gezeigt, dass die bisherigen vereinzelten strukturellen Betrachtungen beim Design neuer Verbindungen nicht ausreichend sind, um hochaffine und hochselektive Liganden für den VAChT entwickeln zu können. Um diesen hohen Anforderungen gerecht zu werden und den Entwicklungsprozess zu effektivieren, ist es demnach notwendig, ein zuverlässiges QSAR-Modell als Basis für die Konzeption neuer Liganden zu verwenden. Hierzu wurden in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Herrn Prof. G. Schüürmann (Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ) erste Untersuchungen durchgeführt. Basierend auf einem Datensatz von 37 Vesamicol-Derivaten, die der Literatur entnommen wurden, konnte das erste drei-dimensionale QSAR-Modell für VAChT-Liganden mittels der CoMFA-Methode entwickelt werden. Die Geometrieoptimierung wurde auf semiempirischem quantenchemischen AM1-Niveau, unter Beachtung sowohl der axialen als auch der equatorialen Konformation der OH-Gruppe am Cyclohexylring A durchgeführt. Unter Berücksichtigung aller 37 Verbindungen ergab die 3D-Überlagerung an der zentralen Einheit B einen r2 = 0.80 (r2 = quadrierter Korrelationskoeffizient) mit einem leave-one-out-Kreuzvalidierungsergebnis von q2 = 0.63. In einem gemeinsamen Projekt ist nun vorgesehen, aufbauend auf den bisherigen Ergebnissen, ein QSAR-Modell zu entwickeln, was erstmalig die VAChT- und Sigma-Affinität vereint und auf einer Vielzahl von systematisch strukturell modifizierten Verbindungen basiert, um hochaffine und hochselektive VAChT-Liganden effektiv entwickeln zu können.
Publications
- "Structural changes of benzylether derivatives of vesamicol and their influence on the binding selectivity to the vesicular acetylcholine transporter". Eur. J. Med. Chem. 40 (2005) 1197-1205
B. Wenzel, D. Sorger, K. Heinitz, M. Scheunemann, R. Schliebs, J. Steinbach, O. Sabri
- "Azaspirovesamicols - Regioselective synthesis and crystal structure analysis of a novel class of vesamicol analogues as potential ligands for the vesicular acetylcholine transporter". Chem. Lett. 36 (2007) 276-277
B. Wenzel, J. W. Bats, M. Scheunemann, J. Steinbach
- "(+/-)-FBASV as new ligand for the vesicular acetylcholine transporter - synthesis, 18F-labeling and preliminary radiotracer evaluation." Eur. J. Nucl. Med. Mol. Imaging (2008), 35, S173
B. Wenzel, S. Fischer, A. Hiller, D. Sorger, A. Szymoszek, W. Deuther-Conrad, M. Scheunemann, A. Roghani, O. Sabri, P. Brust, G. Schüürmann, J. Steinbach
- "First CoMFA Characterization of Vesamicol Analogs as Ligands for the Vesicular Acetylcholine Transporter". J. Med. Chem. 51 (2008) 2128-2136
A. Szymoszek, B. Wenzel, M. Scheunemann, J. Steinbach, G. Schüürmann
- "Synthesis, 18F-Labeling and in vivo Evaluation of rac-4-Fluorobenzoyl-Azaspirovesamicol as Potential Ligand for the Vesicular Acetylcholine Transporter." J. Labelled Comp. & Radiopharm. (2009), 52, S376
B. Wenzel, S. Fischer, A. Hiller, D. Sorger, W. Deuther-Conrad, M. Scheunemann, A. Roghani, O. Sabri, P. Brust, J. Steinbach
- "Enantioseparation of vesamicol and novel vesamicol analogs by high-performance liquid chromatography on different chiral stationary phases". J. Chromatogr. A 1217 (2010) 3855-3862
B. Wenzel, S. Fischer, P. Brust, J. Steinbach
