Mehrfach zielgerichtete Radiotheranostika

Gruppenmitglieder

Dr. Robert Wodtke (Gruppenleiter)   ORCID

Florian Brandt, Dipl.-Pharm. (Doktorand)

Natalie Brenner (technische Mitarbeiterin)

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Die nachfolgenden Forschungsschwerpunkte werden in enger Kooperation mit den Abteilungen Radiopharmazeutische und Chemische Biologie (Leitung Prof. Jens Pietzsch) und Radioimmunologie (Leitung Dr. Anja Feldmann) bearbeitet.

Zusätzliche Adressierung von Albumin

Albumin ist mit einer Konzentration von ca. 40 g/l (bei einer molaren Masse von 67 000 g/mol entspricht das 600 µM) das häufigste Protein im menschlichen Blut. Es besitzt aufgrund eines natürlichen Recyclingmechanismus eine außergewöhnlich lange Halbwertszeit von 19 Tagen. Albumin dient als Trägerprotein für eine Vielzahl von Molekülen, einschließlich Fettsäuren, Metallionen und auch Pharmaka. Diese Bindungseigenschaften von Albumin werden schon seit längerem zur Optimierung von Wirkstoffen genutzt. Ein prominentes Beispiel ist Levemir® (Insulin detemir), ein Insulinanalogon für den Einsatz bei Diabetes Typ I und II, welches mit Myristinsäure modifiziert ist. Die Modifikation mit dieser Fettsäure ermöglicht eine gute Albuminbindung, wodurch Levemir® lange im Blutkreislauf zirkuliert und dadurch die pharmakologische Wirkung auf den Blutzuckerspiegel verlängert wird.

Das Prinzip der bewussten Albuminbindung wird seit einigen Jahren auch zur Optimierung von Radiopharmazeutika, vor allem Endoradiotherapeutika zur Tumorbekämpfung, erprobt. Albumin wird von Tumoren teilweise verstärkt aufgenommen, da es als Aminosäurequelle für das rasch wachsende Gewebe dient. Des Weiteren kann es zur verstärkten Anreicherung von Albumin im Tumorgewebe, infolge unvollständig ausgebildeter Blutgefäße, kommen (enhanced permeability and retention – EPR-Effekt). Beide Effekte können durch zusätzliche Albuminbinding des Endoradiotherapeutikums ausgenutzt werden, um schlussendlich die Anreicherung der Radioaktivität und damit die therapeutische Dosis im Tumor zu erhöhen. Die Ziele sind einerseits bereits bekannte Endoradiotherapeutika zu verbessern, aber auch den Zugang zu neuen Verbindungen zu ermöglichen.

Hinsichtlich der albuminbindenden Einheit fokussiert sich die Gruppe auf Derivate von Lys(IPB)-OH und sucht nach Möglichkeiten diese Einheit möglichst modular in verschiedene Moleküle (niedermolekulare Moleküle, Peptide, Proteine) einzuführen. Derzeit wird die Modifikation von Liganden des Somatostatinrezeptors Typ II (SSTR2), wie Tyr3-Octreotat, mit derartigen Albuminbindern erprobt. SSTR2 wird vor allem von gastroenteropankreatischen neuroendokrinen Tumoren (GEP-NET) stark exprimiert und stellt daher ein interessantes Target für diagnostische und therapeutische Radiopharmazeutika dar.

Zusätzliche Adressierung von Neprilysin (CD10)

Neprilysin ist eine Zink(II)-abhängige membrangebundene Metalloprotease, die im menschlichen Organismus weit verbreitet ist, besonders hoch jedoch in den Nieren vorkommt. Eine Limitation bei Endoradionuklidtherapien ist oftmals die hohe Strahlenbelastung der Nieren, da vor allem Peptide (und auch radiomarkierte Peptide) über die Nieren ausgeschieden werden, wobei es zu einer ungewollten Anreicherung des Radiokonjugats infolge der tubulären Resorption (vermittelt durch Megalin- und Cubilin-Rezeptoren) kommen kann. Die Kupplung des Chelators für das Radionuklid an eine Spaltsequenz für Neprilysin eröffnet einen Weg die Strahlenbelastung der Nieren zu senken, da das Radionuklid-enthaltene Spaltfragment sich im Vergleich zum intakten Peptid nicht mehr in den Nieren anreichern sollte. Aufbauend auf bekannten Tripeptiden aus der Literatur werden neue Spaltsequenzen entwickelt, die analog zu den Albuminbindern möglichst modular in verschiedene Molekülklassen eingeführt werden können. Ausgewählte Spaltsequenzen wurden analog zu den Albuminbindern in Liganden von SSTR2 eingeführt. Wir stellten fest, dass Neprilysin in der Blutzirkulation vorkommt, sowohl auf Endothelzellen als auch in gelöster Form, und somit eine vorzeitige und ungewollte Spaltung der Spaltsequenzen katalysiert, die zu einer verringerten Tumoranreicherung der Radioliganden führt. Um die vorzeitige Spaltung zu verhindern, führten wir zusätzliche Albuminbinder ein. Der Albumin-gebundene Radioligand ist nun vor Neprilysin-Spaltung geschützt, da das aktive Zentrum des Enzyms nur kleine Peptide toleriert. Da die Albuminkonzentration in den Nieren nach glomulärer Filtration stark verringert ist, ist die Spaltung in der Niere durch Neprilysin jedoch nicht beeinflusst. Dieser ternäre Ansatz für mehrfach zielgerichetete Radiotheranostika wird nun weiterverfolgt.

 

Referenzen

• M. Ullrich, F. Brandt, R. Löser, J. Pietzsch, R. Wodtke Comparative saturation binding analysis of ⁶⁴Cu-labeled somatostatin analogues using cell homogenates and intact cells, ACS Omega 2023, 8, 26, 24003-24009.
• F. Brandt, M. Ullrich, J. Wodtke, K. Kopka, M. Bachmann, R. Löser, J. Pietzsch, H.-J. Pietzsch, R. Wodtke Enzymological Characterization of ⁶⁴Cu-Labeled Neprilysin Substrates and Their Application for Modulating the Renal Clearance of Targeted Radiopharmaceuticals, J. Med. Chem. 2023, 66, 1, 516-537.
• R. Wodtke Strategies to Reduce Kidney Uptake of Radiolabeled Biomolecules, eingeladener Vortrag, 35th Annual Congress of the European Association of Nuclear Medicine (EANM), 15.-19.10.2022, Barcelona, Spanien.
• R. Wodtke Implications of albumin binding for targeted radiopharmaceuticals, eingeladener Vortrag, DPhG Annual Meeting 2022 ∙ “From Behring to Biotechnology – moving Pharmaceutical Sciences towards One Health”, 13.-16.09.2022, Marbug, Deutschland.
• F. Brandt, M. Ullrich, M. Laube, K. Kopka, M. Bachmann, R. Löser, J. Pietzsch, H.-J. Pietzsch, J. van den Hoff, R. Wodtke "Clickable" albumin binders for modulating the tumor uptake of targeted radiopharmaceuticals, J. Med. Chem. 2022, 65, 1, 710–733.
• F. Brandt, M. Ullrich, R. Löser, H.-J. Pietzsch, K. Kopka, J. Pietzsch, R. Wodtke, Frontiers in Medicinal Chemistry 2021 (Poster)
• F. Brandt, M. Ullrich, K. Kopka, R. Löser, J. Pietzsch, H.-J. Pietzsch, R. Wodtke, 6th International Electronic Conference on Medicinal Chemistry 2020 (Poster)

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Arbeitsgebiete

Peptidsynthese, organische Synthese, biochemische Charakterisierung (Assayentwicklung), Radiosynthese, radiopharmakologische Charakterisierung