Nowe cyklotronowe radiofarmaceutyki dla terapii i diagnostyki PET

1. Nowe cyklotronowe radiofarmaceutyki dla terapii i diagnostyki PET Seweryn Krajewski, Agnieszka Majkowska-Pilip i Aleksander Bilewicz Instytut Chemii i Techniki Jądrowej, Warszawa 9 kwietnia 2014 r., SLCJ, Life Sciences

2. Centrum Radiochemii i Chemii Jądrowej

3. Pracownia Syntezy i Badań Radiofarmaceutyków Doktoranci A. Piotrowska B. Filipowicz E. Leszczuk M. Gumiela Ł. Janiszewska Prof. A.Bilewicz Dr.E. Gniazdowska Dr. M. Łyczko Dr. P. Koźmiński Dr. A. Majkowska-Pilip Dr. M. Pruszyński Dr. S. Krajewski B. Bartoś

4. Instytut Chemii i Techniki Jądrowej 11:50 Seweryn Krajewski – Nowe cyklotronowe radioizotopy dla terapii i diagnostyki PET 12:05 Przemysław Koźmiński – Cząsteczki biologicznie czynne jako wektory w projektowaniu nowych radiofarmaceutyków 12:20 Edyta Leszczuk – Nanocząstki jako nośniki emiterów alfa w celowanej terapii

6. Rod-105 • 105Rh β- emiter Τ1/2 = 35,4 h Eβ max 250 keV (30%) 560 keV (70%) Eγ 306,2 keV (5%) 319,1 keV (19%) • 105Rh można otrzymać w reaktorze jądrowym P. R. Unni, M. R. A. Pillai (2002) Radiochim. Acta 90, 363-369

7. materiał tarczowy Cyklotronowa produkcja 105Rh 104Ru(d,p)105Ru 104Ru(d,n)105Rh

8. Właściwości jądrowe 68Ga, 44Sc i43Sc 44Sc i 43Sc tworzą parę teranostyczną ze 47Sc, ale także mogą być stosowane z 90Y i 177Lu

9. 13C NMR Sc-DOTA Lu-DOTA Ga-DOTA

10. 177Lu-DOTATATE 46Sc-DOTATATE 68Ga-DOTATATE time [min] Porównanie z 68Ga DOTATOC DOTATATE

11. 0.005 M H2C2O4/ 0.07 M HCl 44Ti b+ 1.9 60.4 a 45Ti b+ 1.0 3.08 h (p,2n) 43Sc b+ 1.2 3.89 h 44Sc b+ 1.5 3.92 h 45Sc 100 % Generator 44Ti/44Sc T1/2 = 60.4 a, max. 32 mbar at 22 MeV 5 mCi = 185 MBq, elucja możliwa codziennie w 3 ml Czynnik limitujący – koszt produkcji 44Ti, oszacowany na 500 000 $ za 1 GBq z powodu wymagane długiego czasy naświetlania wynoszącego 200 dni przy strumieniu protonów 70 μA. E. Ejnisman et al., Phys. Rev. C, 54 (1996) 2047 K. Zhernosekov et al., J. Label. Compd. Radiopharm., 54 (2011) S239 M. Pruszyński et al., Appl. Radiat. Isot., 68 (2010) 1636

12. Cyklotronowa produkcja 44Sc, lit. 44Sc – 3,92 h 44Ca(p,n)44Sc 44mSc – 58,6 h 44Ca(p,n)44mSc strumień – 30 μA czas – 30 min tarcza 44CaCO3– 100 mg 44Sc 44Sc 44mSc 44mSc Levkovskij,Act.Cs.By Protons and Alphas,Moscow 1991, USSR

13. Cyklotronowa produkcja44Sc, JRC, Ispra Warunki naświetlania na Scanditronix MC 40: strumień – 2 μA czas – 30 min tarcza 44CaCO3 – 2 mg

14. Cyklotronowa produkcja43Sc, JRC, Ispra Warunki naświetlania na Scanditronix MC 40: strumień – 0.5 μA czas – 30 min tarcza CaCO3 – 100 mg grubość tarczy – 375 μm 40Ca(α,p)43Sc 40Ca(α,n)43Ti 43Sc

15. Produkcja 44Sci 43Sc

16. 44/43Sc wydzielenie z tarczy Ca odzysk tarczy 44CaCO3 Rozpuszczenie tarczy w 0,1 M HCl Rozcieńczenie do 0,05 M oraz sorpcja na kolumnie z żywicą kompleksującą Chelex 100 Elucja 0,01 M HCl Żywica: 44/43Sc3+ Roztwór: 44/natCa2+ (NH4)2CO3, filtracja Elucja 1 M HCl 44CaCO3 44/43Sc3+

17. acetate buffer, pH=6 Sc 95ºC, 30 min Znakowanie DOTATATE 44/43Sc3+ + DOTATATE

18. Znakowanie w obecności jonów Ca2+,obliczenia: Tarcza – 100 mg 44CaCO3 – 1 mmol 44Sc – 740 MBq – 2,6x10-8 mmol Teoretyczna wydajność znakowania > 99%

19. Wyniki

20. Podsumowanie i wnioski • Możliwa jest produkcja 44Sc w GBq ilość przy zastosowaniu wzbogaconej izotopowo tarczy 44CaCO3 oraz użyciu protonów o energii 9 MeV. • Możliwe jest ograniczenie zanieczyszczeń44mSc stosując zoptymalizowane warunki naświetlania. • Produkcja 43Sc jest możliwa na cyklotronach wyposażonych w źródło cząstek alfa w ilościach wystarczających do obrazowania. • Osiągnięto znakowanie DOTATATE > 98% dla obu radioizotopów. • Możliwe jest uproszczenie oraz przyspieszenie syntezy 44Sc-DOTATATE oraz 86Y-DOTATATE jeżeli pominie się krok wydzielania tych izotopów z materiału tarczowego.

21. PET-SKAND Otrzymywanie radiofarmaceutyków opartych na radionuklidach skandu dla pozytonowej tomografii emisyjnej w ramach Programu Badań Stosowanych Status organizacyjny wnioskodawcy: Sieć naukowa Akronim: PET-SKAND Planowany okres realizacji: 36 miesięcy Koszt ogółem: 2 985 400 PLN

22. PET-SKAND Lider: Instytut Chemii i Techniki Jądrowej Podmioty: Narodowe Centrum Badań Jądrowych, Ośrodek Radioizotopów POLATOM Uniwersytet Warszawski • Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów • Centrum Nauk Biologiczno-Chemicznych

23. Cel projektu Otrzymanie radiofarmaceutyków opartych na radionuklidach 43Sc i 44Sc, które mogłyby zastąpić dotychczas stosowane w technice PET radiofarmaceutyki znakowane 68Ga.

24. Cele szczegółowe • określeniem wydajności reakcji 44Ca(p,n)44Sc i oznaczeniem czystości radionuklidowej 44Sc otrzymywanego w tej reakcji • wyznaczeniem funkcji wzbudzenia dla reakcji 42Ca(d,n)43Sc i czystości radionuklidowej 43Sc otrzymywanego w tej reakcji • opracowanie technologii produkcji stabilnych tarcz wapniowych • adaptacją stanowiska tarczowego do naświetlania tarcz proszkowych w cyklotronie PETtrace • opracowaniem i zoptymalizowaniem metody wydzielania 43Sc i 44Sc z tarcz wapniowych • znakowanie biomolekuł: DOTATATE, DOTA-bombezyna, DOTA-Substancja P oraz DOTA-nanociało lub DOTA-mAb • charakterystyką biokoniugatów – porównanie lipofilowości i powinowactwa komórkowego z 68Ga-DOTA-peptyd

25. Cele szczegółowe • możliwością znakowania biokoniugatów opartych na chelatorze DOTA w obecności jonów Ca2+ (bez wydzielania 43/44Sc z tarczy wapniowej) • opracowaniem systemu automatycznego wydzielania 43/44Sc z tarczy i znakowania biokoniugatów • opracowaniem metody odzysku wzbogaconego izotopowo materiału tarczowego • oceną jakości uzyskanych 43/44Sc oraz biokoniugatów według wymagań farmakopei • testy na modelach mysich radiobiokoniugatów znakowanych 43,44Sc przy pomocy skanera PET (animal PET) i skanera optycznego (OptiImager) analizującego promieniowanie Czerenkowa towarzyszące ruchowi cząstek β+ w ośrodku badanym (myszy)

26. PET-SKAND SLCJ: • Wyznaczenie funkcji wzbudzenia dla reakcji 44Ca(p,n)44Sc i 42Ca(d,n)43Sc oraz Zbadanie czystości radionuklidowej powstałych produktów w funkcji energii protonów i deuteronów • Opracowanie technologii wytwarzania stabilnych tarcz wapniowych • Adaptacja stanowiska tarczowego dla naświetlania tarcz proszkowych dla cyklotronu PETtrace • Opracowanie i zoptymalizowanie metody wydzielania 43Sc i 44Sc z tarcz wapniowych • Opracowanie systemu do automatycznego wydzielania 43,44Sc z tarczy i znakowania biokoniugatów IChTJ: • Zbadanie możliwości znakowania biokoniugatów opartych na chelatorze DOTA w obecności jonów Ca2+ (bez wydzielania 43/44Sc z tarczy wapniowej)

27. PET-SKAND NCBJ: • Opracowanie wymagań jakościowych dla 43Sc i 44Sc oraz biokoniugatów znakowanych tymi izotopami IChTJ i NCBJ: • Opracowanie i zoptymalizowanie metody wydzielania 43Sc i 44Sc z tarcz wapniowych • Opracowanie metod znakowania biokoniugatów izotopami 43Sc i 44Sc • Charakterystyka radiobiokoniugatów znakowanych 43Sc i 44Sc • Opracowanie metody odzysku wzbogaconego izotopowo materiału tarczowego NCBJ i CNBCh: • Testy na modelach mysich radiobiokoniugatów znakowanych 43,44Sc przy pomocy skanera PET (animal PET) i skanera optycznego (OptiImager) analizującego promieniowanie Czerenkowa towarzyszące ruchowi cząstek β+ w ośrodku badanym (myszy).

28. Dziękuję za uwagę