Kernchemisches

Grundpraktikum

Wintersemester 2002/2003

Versuch: Radiomarkierung

Betreuung: Matthias Bauerfeind

Radiologische Untersuchungen gehören heute zu den Standardverfahren der modernen medizinischen Diagnostik. Möglich wurde dies, weil seit der ersten Untersuchung 1927 die Strahlenbelastung für die Patienten kontinuierlich reduziert werden konnte. Einen besonders großen Beitrag leistete hierzu der Einsatz von künstlich produzierten Radionukliden, deren Halbwertzeiten zwischen 6 Stunden und 8 Tagen liegen.

Radiopharmazeutika bestehen in der Regel aus einem bioaktiven Teil (violett) und einem radioaktiven Element (gelb). Der bioaktive Teil übernimmt die Erkennung des Zielgewebes mittels Schlüssel-Schloss-Prinzip.

Heute werden vermehrt Peptide für die Aufgabe der Erkennung eingesetzt, da diese Stoffklasse hohe Affinitäten ermöglicht. Die markierten Peptide werden in die Zelle internalisiert und somit im interessierenden Gewebe angereichert (getrappt).

Als Beispiel soll das Peptid Gastrin dienen, welches hier mit dem Liganden DOTA gekoppelt wurde. DOTA ist in der Lage, eine Vielzahl von Metallen zu komplexieren, wie z.B. In, Y, Ga, Cu. Somit ist ein und dasselbe Molekül durch die Auswahl des passenden Metalls für eine Vielzahl von Anwendungen einsetzbar (Therapie, Diagnose: SPECT und PET).

In diesem Beispiel dient eine Aminosäurensequenz (aus Glutaminsäure) zusätzlich als Linker zwischen Peptid und Ligand. Mit diesen Linkern lassen sich weitere Moleküleigenschaften bestimmen, wie Löslichkeit, Clearence (über Nieren) oder Einfluss auf die Affinität zum Rezeptor nehmen.

Im folgenden Beispiel ist ein Szintigramm eines Patienten mit einem medullärem Schilddrüsenkarzinom zu sehen, welches metastasiert hat. Das Ausgangskarzinom ist nicht sichtbar, aber zahlreiche Metastasen sind erkennbar. Der Magen ist sichtbar, da er über physiologische Rezeptoren verfügt, und die Nieren, da über sie die Ausscheidung stattfindet.

Ziel der Forschung ist es, neue auf Peptiden basierende radioaktiv markierte Biomoleküle zu entwickeln, welche zur Diagnose und Therapie verschiedener Tumorerkrankungen eingesetzt werden können. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Entwicklung neuer Therapien mit solchen Molekülen und vor allem die Auswirkungen verschiedener Strahler auf die Therapieerfolge und Nebenwirkungen. Die Kernchemie arbeitet in diesem Forschungsgebiet interdisziplinär mit der Nuklearmedizin der Philipps-Universität Marburg zusammen.

In diesem Versuch soll ein Peptid, welches in der Nuklearmedizin zu diagnostischen und therapeutischen Zwecken verwendet wird, mit radioaktivem Indium markiert werden. Dieser Versuch ist an die Vorbereitung in einem nuklearmedizinischen Labor angelehnt, was die Markierung selbst sowie die darauf folgende Qualitätskontrolle betrifft. Verwendung findet eine Gastrin-Variante, wie oben vorgestellt. Das Peptid wurde bereits mit einem Liganden versehen, der das Metallion aufnehmen soll. Die eingesetzte Aktivität richtet sich nach dem Verwendungszweck: für diagnostische Anwendungen werden typischerweise 3-10 mCi eingesetzt, in der Therapie bis zu 1 Ci pro Patient.

Sicherheitshinweis: Beim Umgang mit Chemikalien sind die entsprechenden Sicherheitsbestimmungen wie das Tragen von Schutzkleidung einzuhalten.

Sicherheitshinweis: Beim Umgang mit radioaktiven Substanzen sind die bekannten Strahlenschutzmaßnahmen durchzuführen. Im Zweifel an den Assistenten oder Strahlenschutzbeauftragten wenden!

Das Peptid wird liegt in wässriger Lösung vor (1 mg/mL) und wird zunächst mittels HPLC auf seine Reinheit überprüft. Hierzu werden 10 µL der Lösung auf die Säule aufgetragen und das erhaltene Chromatogramm wird diskutiert.

Anschließend werden 10 µg des Peptids (10 µL der Lösung) in 500 µL NH₄OAc-Puffer (0,5 mol/L, pH=5,4) gegeben und mit ca. 50 µCi (1,85 MBq) ¹¹¹In-Lösung versetzt (Konzentration beim Assistenten erfragen). Das Reaktionsgemisch wird 30 min im Wasserbad bei 95 °C inkubiert. Anschließend wird eine Qualitätskontrolle unter den gleichen Bedingungen wie zuvor durchgeführt. Die erhaltenen Chromatogramme sind zu vergleichen und zu diskutieren.

Das markierte Peptid wird im nuklearmedizinischen Labor nun in eine Spritze aufgezogen und den Ärzten zur Applikation übergeben.

Welche Voraussetzungen muss ein Radiopharmakon erfüllen?

Bei einer erfolgreichen Markierung sollten mindestens 95 % des Radiometalls am Peptid gebunden sein. Warum?

Wieso wird ein Ammoniumacetatpuffer verwendet?

Millipore-Pumpen Typ Waters 510, Hochdruckgradient.

Säule: Merck C-18/2.

Flussrate: 1 mL/min. Laufmittel A: 50 mM NH₄OAc pH=5,4, B: MeCN. Start: 100 % A, 5 min halten, innerhalb 20 min auf 50 % B, 5 min halten.

UV-Detektion: Jasco UV-970 bei 254 nm.

Aktivitätsdetektion: Raytest Ramona 90.