< Terug naar vorige pagina

Project

Ontwikkeling van koolstof-11 en fluor-18 gemerkte speurstoffen voor de in vivo visualisatie van TRPV1 receptor met positron emissietomografie

De transiënte receptor potentiaal vanilloïd subfamilie type 1 (TRPV1) behoort tot de TRP familie van ionkanalen. </>Het is een pH- en warmtegevoelig kationkanaal, maar kan ook geactiveerd worden door endogene of exogene natuurlijke of (semi)synthetische liganden. De best gekende en bestudeerde agonist van TRPV1 is capsaïcine, de prikkelende stof van de rodechilipeper. TRPV1 komt voornamelijk tot expressie in een subpopulatie van nociceptieve neuronen die ontstaan in de dorsale wortel en trigeminale ganglia en vrijwel alle weefsels bezenuwen (bv. huid, spieren, bot, interne organen en het vasculair systeem). Hier speelt TRPV1 een belangrijke rol in pijn sensatie en het ontstaan en voortzetten van neurogene inflammatie. Daardoor werd TRPV1 een interessant doelwit voor farmaceutische bedrijven voor de ontwikkeling van een nieuwe klasse van analgetische en anti-inflammatoire geneesmiddelen. </>
In de voorbije jaren is uitintensief onderzoek gebleken dat TRPV1 kanalen ook aanwezig zijn in verschillende regios van de hersenen. De mate waarin deze centrale TRPV1 kanalen tot expressie komen en hun (patho)fysiologische rol moet echter nog worden opgehelderd. Hypothalamische TRPV1 receptoren worden gesuggereerd een rol te spelen in thermoregulatie en TRPV1-exprimerende neuronen in de hippocampus zouden kunnen betrokken zijn bij de controle van emoties, leren en epileptische activiteit. Bovendien zijn er aanwijzingen datTRPV1 bijdraagt tot de pathogenese van koortsstuipen en neurodegeneratieve hersenaandoeningen zoals de ziekte van Parkinson.</>
Het doel vande voorliggende studie was in de eerste plaats de ontwikkeling van koolstof-11 (11C) en fluor-18 (18F) gemerkte radioliganden voor de in vivo</> visualisatie van TRPV1 met positron emissietomografie (PET). Een succesvolle PET-radioligand voor TRPV1 zou toelaten om het TRPV1 expressiepatroon in de hersenen te visualiseren. Hierdoor zou het onderzoek naar de (patho)fysiologische rol van TRPV1 in het centrale zenuwstelsel (CZS), en de evaluatie van geneesmiddelen die ingrijpen op TRPV1 kunnen versneldworden. Daarnaast biedt een TRPV1 PET ligand ook nieuwe diagnostische mogelijkheden voor aandoeningen waar TRPV1 expressie of activiteit is veranderd. Als eerste werd [11C]SB366791, een radioactief gemerkt analoog van het kaneelzuur derivaat SB366791, succesvol gesynthetiseerd met een goede opbrengst, hoge radiochemische zuiverheid en hoge specifieke activiteit. Zijn preliminaire biologische evaluatie was veelbelovend en toondeeen goede penetratie door de bloed-hersenbarrière, een snelle klaring uit het bloed en TRPV1-selectieve binding in de trigeminale zenuw. Desalniettemin vertoonde SB366791 in onze analyses een vrij lage in vitro</> bindingsaffiniteit voor TRPV1. </>
Vervolgens werd een subtiele verandering aangebracht in de structuur van SB366791 wat leidde tot de ontwikkeling van [11C]DVV24, die een hogere in vitro</> bindingsaffiniteit voorTRPV1 vertoonde. Zoals verwacht had de nieuwe tracer hetzelfde distributiepatroon, een vergelijkbare hersenopname en hepatobiliaire eliminatie zoals waargenomen voor [11C]SB366791. [11C]DVV24 vertoonde echter een lagere specifieke accumulatie in de trigeminale zenuw, die te wijten kan zijn aan de iets hogere lipofiliciteit en sneller in vivo</> metabolisme.</>
In een laatste poging om hoge-affiniteits-tracers voor TRPV1 te ontwikkelen werden verschillende krachtige TRPV1 antagonisten van verscheidene structurele klassen (o.a. urea, aminoquinazoline en daphnaan diterpeen derivaten) geselecteerd uit de wetenschappelijke literatuur om alslead verbindingen te dienen. Het merken van de urea precursor was niet succesvol, maar het aminoquinazoline [18F]DVV54 en het daphnane diterpene 123I-RTX werden efficiënt gesynthetiseerd. Beide verbindingen haddeneen significant hogere in vitro</> bindingsaffiniteit voor TRPV1 in vergelijking met de kaneelzuur derivaten. Biodistributiestudies in muizen toonden aan dat 123I-RTX snel uit het bloed werd geklaard via de hepatobiliaire weg. [18F]DVV54 vertoonde een veel tragere kinetiek, hoge in vivo</> stabiliteit en significante niet-specifieke binding wat kan leiden tot hoge achtergrondstraling. De hersenopname was laag voor [18F]DVV54 enzelfs verwaarloosbaar voor 123I-RTX, in overeenstemming met hun ongunstige logD en polaire oppervlakte waarden (123I-RTX). Daarenboven werden [18F]DVV54 en 123I-RTX niet weerhouden in de trigeminale zenuw. Allicht bereiken de tracers hun doelwit niet in voldoende hoge concentratie door uitgesproken binding aan plasmaproteïnen als gevolg van hun lipofiele eigenschappen. </>
Er is steeds meer wetenschappelijke evidentie die TRPV1 associeert met het endocannabinoïd systeem (ECS). In een tweede deel van deze thesis hebben we ons verder gericht op andere spelers van het ECS, dat vertegenwoordigd wordt door de twee types cannabinoïd receptoren (CB1 en CB2), hun endogene liganden of endocannabinoïden (bv. anandamide), en de verschillende proteïnen verantwoordelijk voor transport, afbraak en aanmaak van deze endocannabinoïden. CB1 komt voornamelijk tot expressie in de hersenen, terwijl CB2 receptoren vooral worden gevonden in cellen en organen gerelateerd met het immuunsysteem zoals de β-lymfocyten, de milt en de lymfeklieren. Lage CB2 expressieniveaus werden echter ook aangetoond in de gezonde hersenen en verschillende auteurs suggereren dat de fysiologische rol van CB2 in het CZS onderschat zou kunnen zijn. CB2 wordt echter tijdens neuroinflammatie tot overexpressie gebracht in microglia, de residente immuuncellen van de hersenen. Als dusdanig werden CB2-positieve microglia gedetecteerd in patiënten en diermodellen met de ziekte van Alzheimer, multiple sclerose en de ziekte van Huntington. </>
Vetzuuramide hydrolase (fatty acid amide hydrolase, FAAH) is één van de metabole enzymen van het ECS en is verantwoordelijk voor de afbraak van anandamide. FAAH komt vooral samen met CB1 tot expressie en wordt dus voornamelijk gevonden in de hersenen. Buiten het CZS komtFAAH vooral voor in de lever en de nieren, maar expressie werd ook aangetoond in de dunne darm, longen, pancreas, prostaat en testes. Veranderingen in FAAH expressieniveaus en verstoring van FAAH activiteit werd reeds gekoppeld aan de etiologie van verscheidene neuropathogene aandoeningen zoals drugs en alcohol misbruik, angst, depressie, epilepsie, de ziekte van Huntington en de ziekte van Parkinson.</>
Het idee dat modulatie van het ECS signaalsysteem nieuwe therapieën zou kunnen introduceren,leidde tot de ontwikkeling van CB1 en CB2 (ant)agonisten en verschillende klassen van FAAH inhibitoren. Sommige van deze verbindingen hebben alals voorbeeld gediend voor de ontwikkeling van overeenkomstige PET-tracers. Desondanks is nieuw onderzoek noodzakelijk voor het opklaren van het expressiepatroon van CB2 in het CZS en de rol van CB2 en FAAH in de hierboven vermelde neurologische aandoeningen. Hier beschrijven we de radioactieve merking, in vitro</> en in vivo</> evaluatie van twee nieuwe radioliganden die het ECS als doelwit hebben.</>
[11C]MA2 werd succesvol gesynthetiseerd en geëvalueerd naar zijn potentieel voor de in vivo</>visualisatie van CB2. De structuur van de tracer is gebaseerd op die van een N-arylamide oxadiazool CB2-agonist met een gerapporteerde picomolaire affiniteit voor CB2 en goede selectiviteit over CB1. Door de hoge expressieniveaus van CB2 in de milt, werd retentie van [11C]MA2 in dit orgaan geanticipeerd. Maar, geen van de bestudeerde organen vertoonde opstapeling van [11C]MA2, behalve de lever door metabolisme en/of excretie van de tracer. Hetzelfde resultaat werd verkregen met enkele eerder ontwikkelde PET-radioliganden, terwijl er met deze tracers wel in vivo</> binding aan humaan CB2 werd aangetoond. Aangezien [11C]MA2 een goede hersenopname had werd zijn potentieel om in vivo</> aan humaan CB2 te binden bestudeerd aan de hand van een microPET studie in een diermodel met locale overexpressie van een humane CB2 receptor variant. Er werd echter geen verschil in [11C]MA2-binding waargenomen tussen het linker (controle) en rechter (CB2-rijke) striatum. In onze handen werd een lage in vitro</> bindingsaffiniteit gevonden voor MA2, dat het gebrek aan in vivo</> CB2-specifieke retentie van de radioligand verklaard. Het is mogelijk dat de kleine structurele verandering gemaakt in de lead verbinding om radioactieve merking mogelijk te maken de affiniteit voor CB2 op een negatieve manier heeft beïnvloed.</>
Tot slot hebben we een radioactief analoog ([11C]FI-02) van de krachtige FAAH inhibitor FI-02 (Merck) gesynthetiseerd. Biodistributiestudies in muizen toonden een hoge opstapeling van [11C]FI-02 in organen die een hoge expressie van FAAH vertonen zoals de hersenen, lever, nieren en pancreas. De opstapeling in deze organen werd geïnhibeerd door voorbehandeling met de FAAH inhibitor URB597 wat suggereert dat de tracer selectief aan FAAH bindt. MicroPET experimenten inratten bevestigden de hoge hersenopnamen van [11C]FI-02 en toonden aan dat binding van de tracer irreversibel is. De voorbehandeling met URB597veroorzaakt een tragere klaring en een hogere concentratie van [11C]FI-02 in het bloed.  </>Dit veroorzaakt op zijn beurt een hogere initiële concentratie in de hersenen maar door voorbehandeling met URB597 werd hier geen accumulatie geobserveerd. Aangezien URB597 ook aan andere serine hydrolazen bindt, is het noodzakelijk om bijkomende studies uit te voeren in FAAH knockout muizen om de selectiviteit van [11C]FI-02 voorFAAH te bevestigen. </>
In conclusie, van al de ontwikkelde TRPV1-tracers hebben de kaneelzuur derivaten [11C]SB366791 en [11C]DVV24 de beste tracer eigenschappen met inbegrip van een hoge hersenopname, efficiënte klaring uit het bloed en TRPV1-specifieke binding. Het grootste nadeel is hun relatief lage, experimenteel vastgestelde bindingsaffiniteit voor TRPV1, waardoor het minder waarschijnlijk is dat ze potentieel hebben voor de in vivo</> visualisatie van TRPV1. [11C]MA2 voldeed niet aan de verwachtingen van een succesvol CB2-radioligand. Desondanks biedt MA2 een basis voor de ontwikkeling van nieuwe, misschien wel hoge-affiniteits-derivaten wat kan leiden tot nieuwe PET-radioliganden in de toekomst. Tot slot, onze data suggereren dat [11C]FI-02 een veelbelovend PET-radioligand is voor het in vivo</> in beeld brengen van FAAH. Verder onderzoek zal uitklaren of dit radioligand potentieel heeft voor klinische toepassingen.</>
Datum:1 okt 2008 →  24 jan 2013
Trefwoorden:TRPV1 receptor
Disciplines:Medische beeldvorming en therapie, Andere chemie, Chemisch productontwerp en formulering, Biomateriaal engineering, Medicinale producten
Project type:PhD project