Ανάπτυξη, βιοκατανομή και φαρμακοκινητική μελέτη πεπτιδικών αναλόγων μπομπεσίνης επισημασμένων με διαγνωστικά ραδιονουκλίδια για την αντιμετώπιση του καρκίνου

• Κύριος συγγραφέας: Λιόλιος, Χρήστος
• Άλλοι συγγραφείς: Σιβολαπένκο, Γρηγόρης
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2013
• Θέματα: Μπομπεσίνη; Πεπτίδια; Ραδιοφαρμακολογία; Φαρμακοκινητική; Διαγνωστικά ραδιονουκλίδια; Αντιμετώπιση καρκίνου; Bombesin; Peptides; Radiopharmacology; Pharmacokinetics; Diagnistic radionuclides; Cancer treatment; 616.994 061

Η παρούσα διατριβή αναφέρεται στην ανάπτυξη νέων πεπτιδικών αναλόγων μπομπεσίνης (ΒΝ) με απώτερο στόχο την ενδεχόμενη κλινική εφαρμογή τους στο πεδίο της διαγνωστικής ογκολογίας με SPECT (Υπολογιστική Τομογραφία Εκπομπής ενός Φωτονίου, Single-photon emission computed tomography) και PET (Τομογραφία Εκπομπής Ποζιτρονίων, Positron emission tomography). Η ΒΝ αποτελεί έναν εξειδικευμένο πεπτίδιο-προσδέτη για τους υποδοχείς του πεπτιδίου απελευθέρωσης της γαστρίνης (gastrin-releasing peptide receptors, GRPrs), οι οποίοι υπερεκφράζονται στην επιφάνεια διαφόρων τύπων καρκινικών κυττάρων. Οι υποδοχείς GRP δυνητικά θα μπορούσαν να θεωρηθούν ιδανικός στόχος για την απεικόνιση νευροενδοκρινικών όγκων μετά από χορήγηση ραδιοεπισημασμένων παραγώγων ΒΝ, με τεχνικές μοριακής διαγνωστικής, αλλά και για την στοχευμένη θεραπευτική αντιμετώπιση του καρκίνου. Με αυτό τον στόχο σχεδιάστηκαν και συντέθηκαν πεπτιδικά ανάλογα ΒΝ για τα οποία πραγματοποιήθηκε μία σειρά προκλινικών μελετών με σκοπό τη διαμόρφωση και την εφαρμογή ενός πλαισίου διάκρισης των κατάλληλων ραδιοχημικών και ραδιοφαρμακολογικών χαρακτηριστικών τα οποία θα μπορούσαν να οδηγήσουν ένα από αυτά τα υποψήφια διαγνωστικά σκευάσματα του σε κλινικές μελέτες ανίχνευσης του καρκίνου. Μέθοδος: Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής σχεδιάστηκαν και συντέθηκαν πεπτιδικά ανάλογα BN, κατάλληλα για επισήμανση με ραδιονουκλίδια, με την παρακάτω γενική δομή: Υ-Χ-ΒΝ(2-14) όπου Υ = ο χηλικός παράγοντας για τη σύμπλεξη του ραδιομετάλλου, Χ = η συνδετική ομάδα και ΒΝ(2-14) το φαρμακοφόρο τμήμα. (a) Προκειμένου να απεικονισθούν όγκοι με SPECT όπου: Υ = [GlyGlyCys-] για τη σύμπλεξη με το 99mTc και το 185/187Re (μη ραδιενεργό), Χ = -(αργινίνη)3-, (BN-A), ή -(ορνιθίνη)3-, (BN-O). (b) Ενώ για τη μοριακή απεικόνιση όγκων με την τεχνική PET, όπου Υ = [c-carboxylic acid-cyclam] για σύμπλεξη με 64Cu, και Χ = -(ορνιθίνη)3-, (BN-C). Σε όλες τις παραπάνω περιπτώσεις χρησιμοποιήθηκε το τμήμα της φυσικής αλληλουχίας του πεπτιδίου μπομπεσίνη, από το 2o εως το 14ο αμινοξύ, σε συνδυασμό με αμινοξική, θετικά φορτισμένη, συνδετική ομάδα (spacer). Τα παραπάνω παράγωγα και τα αντίστοιχα σύμπλοκα τους με τα μέταλλα αρχικά αξιολογήθηκαν χημικά και ραδιοχημικά με διάφορες αναλυτικές μεθόδους. Ακολούθησε η ραδιοφαρμακολογική αξιολόγηση τους με τις παρακάτω in vitro δοκιμασίες: (a) μελέτη σταθερότητας σε δείγματα αίματος, (b) προσδιορισμός της συγγένειας τους με τον GRPr (υπολογισμός τιμών IC50) και (c) του ρυθμού εσωτερικοποίησης/εξωτερικοποίησης σε κύτταρα PC-3 (ανθρώπινου καρκίνου προστάτη). Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκαν μελέτες in vivo (βιοκατανομή, απεικόνιση με γ-κάμερα), σε φυσιολογικά ζωικά πειραματικά πρότυπα (ποντίκια, αρουραίους και κουνέλια) και σε πειραματικά πρότυπα καρκίνου (ποντίκια SCID, με όγκους από κύτταρα PC-3). Επιπλέον με βάση τα in vivo αποτελέσματα διεξάχθηκε η φαρμακοκινητική αξιολόγηση τους και ο συσχετισμός μεταξύ δομικών και φαρμακοκινητικών χαρακτηριστικών. Τέλος επιχειρήθηκε η αλλομετρική κλιμάκωση των φαρμακοκινητικών αποτελεσμάτων από τα διάφορα είδη πειραματοζώων στον άνθρωπο. Αποτελέσματα: Για τα παράγωγα τα οποία συντέθηκαν για σύμπλεξη με 99mTc προκειμένου να απεικονισθούν όγκοι με SPECT, παρατηρήθηκαν τα εξής: Τα BN-A και BN-O συμπλέχθηκαν αποτελεσματικά με το 99mTc (απόδοση > 98%), αλλά και το χημικά όμοιο του ρήνιο (μη ραδιενεργό). Κατά τις μελέτες σταθερότητας το παράγωγο 99mTc-BN-O αποδείχθηκε σταθερότερο του 99mTc-BN-Α, (π.χ. πλάσμα του ποντικού σε 5 min επώασης το % άθικτο πεπτίδιο ήταν 44.28 και 42.48, ενώ στο ανθρώπινο πλάσμα σε 1 ώρα επώασης ήταν 63.05 και 60.2 αντίστοιχα). Η συγγένεια πρόσδεσης στον GRPr των παραπάνω παραγώγων, αλλά και των συμπλόκων τους με το μη ραδιενεργό Re, τα οποία προσομοιάζουν τα αντίστοιχα ραδιενεργά σύμπλοκα τους με το 99mTc (IC50, BN-Α, 0.5 ± 0.09, 185/187Re-BN-A, 1.58 ± 0.16, BN-Ο, 0.46 ± 0.04, 185/187Re-BN-Ο, 0.77 ± 0.07 nM), ήταν κοντά στο πρότυπο [Tyr4]-BN (0.45 ± 0.04 nM). Το συνολικό ποσοστό εσωτερικοποίησης των παραπάνω συμπλόκων 99mTc-BN-Α και 99mTc-BN-Ο στα κύτταρα PC-3 ήταν παρόμοιο (~25%), αλλά ο ρυθμός εσωτερικοποίησης τους διέφερε, καθώς χρειάστηκαν 120 min και 60 min για φτάσουν τη μέγιστη τιμή εσωτερικοποίησης αντίστοιχα. Ο ρυθμός εξωτερίκευσης ήταν ο ίδιος. Μετά από 90 min επώασης το ~ 70% της αρχικής ποσότητας πεπτιδίου παραμένει εγκλωβισμένο στα κύτταρα. Από τις μελέτες βιοκατανομής και φαρμακοκινητικής του 99mTc-BN–A και του 99mTc-BN–Ο σε φυσιολογικά ποντίκια φάνηκε ότι και τα δύο ραδιοπεπτίδια απομακρύνονται γρήγορα από το αίμα, καθώς μικρό ποσοστό της χορηγούμενης δόσης (ID)/g (2.61 και 2.76 % αντίστοιχα) παραμένει 30 min μετά τη χορήγηση (p.i.). Η βασική οδός απομάκρυνσης τους από τον οργανισμό ήταν το ουροποιητικό σύστημα καθώς μεγάλο ποσοστό των ραδιοπεπτιδίων εντοπίστηκε στα ούρα 1 h p.i. (64.16 και 56.33 % ID αντίστοιχα). Το γεγονός αυτό συσχετίσθηκε με την παρουσία της θετικά φορτισμένης συνδετικής ομάδας. Η νεφρική απέκκριση επιδιώκεται έναντι της ηπατοχολικής, γιατί με αυτόν τον τρόπο μειώνεται η συσσώρευση της ραδιενέργειας στην άνω κοιλιακή χώρα και διευκολύνεται η εντόπιση όγκων στην περιοχή αυτή. Το 99mTc-BN–A απομακρύνεται ταχύτερα από το αίμα από τα νεφρά και γενικότερα από τον οργανισμό από ότι το 99mTc-BN–Ο, αλλά εμφανίζει μεγαλύτερη συσσώρευση στο ήπαρ (4.43 ± 1.04 και 0.99 ± 0.20 %ID/g, 60 min p.i. αντίστοιχα). Από τις μελέτες βιοκατανομής και απεικόνισης με γ-κάμερα σε ποντίκια SCID με όγκους PC-3 το παράγωγο 99mTc-BN–A εντόπισε αποτελεσματικά τον όγκο. Μετά από πειράματα συγχορήγησης φυσικής ΒΝ παρατηρήθηκε μείωση του ραδιοεπισημασμένου παραγώγου στον όγκο και στο πάγκρεας, τα σημεία στα οποία εντοπίζονται υποδοχείς GRPrs, επιβεβαιώνοντας έτσι την ειδική δέσμευση του ραδιοεπισημασμένου παραγώγου σε αυτούς. Συγκρίνοντας τα παραπάνω αποτελέσματα με το 99mTc-BN–Ο διαπιστώθηκαν καλύτεροι λόγοι διάκρισης από το 99mTc-BN–A στους διάφορους χρόνους μελέτης (π.χ. 60 min p.i. ήταν όγκος/αίμα, 6.67 έναντι 3.62, όγκος/μύες, 14.0 έναντι 5.60, όγκος/ήπαρ, 2.9 έναντι 0.82, αντίστοιχα). Εξαιτίας όλων των παραπάνω αποτελεσμάτων το παράγωγο 99mTc-BN-Ο επιλέχθηκε για περαιτέρω μελέτη. Για το 99mTc-BN-Ο πραγματοποιήθηκαν περαιτέρω in vitro μελέτες σταθερότητας σε πλάσμα αίματος αρουραίων και κουνελιών και in vivo μελέτες βιοκατανομής (απεικόνισης σε γ-καμερα). Παράλληλα πραγματοποιήθηκε και η φαρμακοκινητική ανάλυση των δεδομένων. Επιπλέον επιχειρήθηκε να αντιμετωπισθεί το πρόβλημα της νεφρικής συσσώρευσης του 99mTc-BN-Ο στα νεφρά με τη συγχορήγηση Gelofusine (Gelo). Από τη συγχορήγηση Gelo στα φυσιολογικά (ποντίκια, αρουραίοι) και καρκινικά πειραματικά πρότυπα (ποντίκια SCID με όγκους PC-3) παρατηρήθηκαν ταχύτερη κάθαρση του αίματος και αποβολής από τα νεφρά. Τέλος πραγματοποιήθηκε πρωτότυπη μελέτη αλλομετρικής κλιμάκωση των φαρμακοκινητικών αποτελεσμάτων του 99mTc-BN-Ο με στόχο την πρόβλεψη της συμπεριφοράς του καθώς της συμπεριφοράς παρόμοιων μορίων στον άνθρωπο κατά τη διεξαγωγή κλινικών μελετών. Εξαιτίας των παραπάνω θετικών αποτελεσμάτων αναφορικά με το τμήμα Η2Ν-(ορνιθίνη)3-ΒΝ(2-14) και προκειμένου να επιτευχθεί η βελτιστοποίηση της ικανότητα σύμπλεξής του με ιόντα χαλκού (π.χ. 64Cu για διάγνωση με PET) συνδέθηκε ομοιοπολικά με αυτό ένας νέος χηλικός παράγοντα το c-carboxylic acid cyclam. Από την ομοιοπολική σύζευξη των παραπάνω προέκυψε ένας νέο ανάλογο ΒΝ, το ΒΝ-C. Με τη χρήση διαφόρων αναλυτικών τεχνικών (IR, UV-Vis, ESI-MS, ESR, κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ) διαπιστώθηκε ότι τόσο ο c-carboxylic acid cyclam όσο και ΒΝ-C, ο τελικός πεπτιδικός προσδέτης, έχουν την ικανότητα σύμπλεξης με CuII. Το πεπτιδικό παράγωγο BN-C και το σύμπλοκο του με το χαλκό, Cu-BN-C. δοκιμάσθηκαν ως προς τη συγγένεια δέσμευσης τους με τον GRPr σε κυτταρικές καλλιέργειες PC-3 όπου και παρουσίαζαν συγγένεια (IC50 = 0.3 ± 0.03 και 0.33 ± 0.03 nM, αντίστοιχα) παρόμοια με το πρότυπο πεπτίδιο προσδέτη [Tyr4]-BN (0.45 ± 0.04 nM). Συμπέρασμα: Οι παραπάνω μελέτες οριοθετούν ένα γενικότερο πλαίσιο προκλινικού προσδιορισμού εκείνων των ραδιοχημικών και ραδιοφαρμακολογικών in vitro και in vivo ιδιοτήτων, οι οποίες θα μπορούσαν να οδηγήσουν ένα παράγωγο ΒΝ σε περαιτέρω κλινικές μελέτες. Με βάση τα παραπάνω επιλέχθηκε και αναπτύχθηκε ένα πεπτιδικό ανάλογο ΒΝ, το οποίο σε κάθε περίπτωση αποδείχθηκε ότι διαθέτει τον κατάλληλο συνδυασμό των παραπάνω χαρακτηριστικών για περαιτέρω ανάπτυξη ως ραδιοδιαγνωστικό σκεύασμα για SPECT (BN-O) και PET (ΒΝ-C) σε κλινικό επίπεδο. Επιπλέον η φαρμακοκινητική ανάλυση και η αλλομετρική κλιμάκωση των παραπάνω αποτελεσμάτων συνεισφέρουν σημαντικά στην αύξηση της πιθανότητας μελλοντικής κλινικής εφαρμογής των παραπάνω παραγώγων στον άνθρωπο.