Efficient synthesis of 2-bromo-1-[18F]fluoroethane and its application in the automated preparation of 18F-fluoroethylated compounds

1

INTERDISZIPLINÄRER ARBEITSKREIS PET-FORSCHUNGDER JOHANNES GUTENBERG-UNIVERSITÄT MAINZ

Statusreport 2000Der Statusreport 2000 fasst die verschiedenen Forschungsbereiche des Interdisziplinären Arbeitskreises „PET-Forschung“ in folgenden drei Komplexen zusammen:

(I) Entwicklung von biochemisch / klinisch relevanten Tracern(II) Biochemische Evaluierung neuer Kandidaten für die PET-Forschung(III) Evaluierung, Validierung und Anwendung von PET-Radiopharmaka in medizinischen Studien

Erfreulich sind die zunehmende wissenschaftliche Vernetzung und deren systematische Übertragungen auf klinisch-wissenschaftliche Studien sowie die Patientenversorgung.

Der IAK ist seit dem Jahr 2000 über seinen Sprecher im Koordinationsausschuß des Naturwissenschaftlich-MedizinischenForschungszentrums (NMFZ) vertreten.

Im Jahr 2000 wurde ein neurowissenschaftlich orientierter Teil des IAK als „Kompetenzzentrum“ des BundeslandesRheinland-Pfalz eingerichtet und finanziell/infrastrukturell gefördert.

Der Interdisziplinäre Arbeitskreis „PET-Forschung“ ist im Internet zu finden unter www.kernchemie.uni-mainz.de/iakPET/index.html.Auch in der Kommunikation innerhalb des IAK werden die elektronischen Medien weiter genutzt. Dieser Statusberichtbeispielsweise ist auf unserer Homepage verfügbar. Im Sinne der Kompatibilität und der zunehmenden Kooperation desIAK mit ausländischen Kooperationspartnern sind Teile des Statusreports bereits in englischer Sprache verfasst.

Struktur des Statusreport 2000

Entwicklung von biochemisch / klinisch relevanten Tracern Entwicklung von 18F-Markierungssynthons Entwicklung neuer Tracer auf Basis von 18F Entwicklung neuer Tracer auf Basis der Positronenemitter 72As, 86Y, 140Nd Entwicklung neuer Tracer zur Quantifizierung der Strahlendosimetrie von Endoradiotherapeutika

Biochemische Evaluierung neuer Kandidaten für die PET-Forschung Evaluierung neuer Tracer: chemisch, physiologisch, metabolisch Evaluierung neuer Tracer im Zellmodell Evaluierung neuer Tracer im Tiermodell

Evaluierung, Validierung und Anwendung von PET-Radiopharmaka in medizinischen Studien Schwerpunkt Tumorbiologie Schwerpunkt Neurowissenschaften / Psychiatrie Schwerpunkt Kardiologie

2

IAK PET-FORSCHUNG: MITGLIEDERSTAND

Fachbereich Chemie und Pharmazie

Institut für Kernchemie Prof. Dr. Rösch, SprecherDr. Brockmann, Dr. Schirrmacher

Institut für Pharmazie Prof. Dr. DannhardtInstitut für Anorganische u Analytische Chemie Prof. Dr. OkudaInstitut für Organische Chemie Prof. Dr. KunzInstitut für Biochemie Prof. Dr. Fahrenholz, Prof. Dr. Koch-Brandt,

Dr. Gimpel

Medizinische und naturwissenschaftliche Forschungseinrichtungen

Forschungsabteilungen der Psychiatrischen Klinik Prof. Dr. Hiemke, Dr. HärtterProf. Dr. Lüddens, Dr. Weigmann

Psychologisches Institut Dr. Zimmer, Dr. VosselInstitut für Physiologie u PathophysiologiePathophysiologie Prof. Dr. Vaupel, Dr. Kelleher, Dr. Thews

Prof. Dr. Müller-KlieserPhysiologie Prof. Dr. TreedeInstitut für Physiologische Chemie u. PathobiochemiePhysiologische Chemie Prof. Dr. MaelickeAbtlg für Angewandte Molekularbiologie Prof. Dr. MüllerInstitut für Neurochirurgische Pathophysiologie Prof. Dr. KempskiInstitut für Neuroradiologie Prof. Dr. StoeterInstitut für Pathologie Prof. Dr. Kirkpatrick, Prof. Dr. Lehr, Dr. BittingerInstitut für Toxikologie, Angewandte Toxikologie Prof. Dr. KainaAnatomisches Institut Prof. Dr. Vollrath, Dr. ReussInstitut für Arbeits- u Sozialmedizin Prof. Dr. Konietzko, Dr. MuttrayAngewandte Struktur- u Mikroanalytik Prof. Dr. DuschnerInstitut für Zoologie Prof. Dr. von CampenhausenInstitut für Molekulare Biophysik Prof. Dr. Decker

Klinischen Einrichtungen

Klinik u Poliklinik für Nuklearmedizin Prof. Dr. Bartenstein, stellv. SprecherDr. Schreckenberger, Dr. Förster, Dr. Nickel

Psychiatrische Klinik Dr. Gründer, Dr. SchlösserKlinik u Poliklinik für Radiologie Prof. Dr. Thelen, Prof. Dr. Kutzner

Dr. Rösler, Dr. MetzmannHals-, Nasen-, Ohrenklinik u Poliklinik Prof. Dr. Mann, Dr. Maurer,Klinik für Mund-, Kiefer- u Gesichtschirurgie Prof. Dr. Wagner, Dr. Kunkel

Dr. Grötz, Dr. Reichert, Dr. WahlmannKlinik u. Poliklinik für Geburtshilfe u Frauenkrankheiten Dr. SchäfferIII. Medizinische Klinik u Poliklinik, Hämatologie Prof. Dr. Huber, Dr. KienastIII. Medizinische Klinik u Poliklinik, Pneumologie Prof. Dr. BuhlKlinik und Poliklinik für Innere Medizin Prof. Dr. Beyer, PD Dr. Kann, Dr. Küster,

Dr. EngelbachUrologische Klinik u Poliklinik Prof. Dr. Thüroff, Dr. Melchior,

Dr. Dahms, Dr. HohenfellnerHautklinik Prof. Dr. Knop, Dr. EnkNeurochirurgische Klinik u Poliklinik Prof. Dr. Pernezcky, Dr. Böcher-SchwarzKlinik u Poliklinik für Herz-, Thorax- u Gefäßchirurgie Prof. Dr. OelertII. Medizinische Klinik u Poliklinik Prof. Dr. MeyerNeurochirurgische Klinik u Poliklinik Prof. Dr. HopfKlinik u Poliklinik für Unfallchirurgie Prof. Dr. Rommens

PM, PET in der Universität Mainz Prof. Dr. Spitz, Dr. Benz

Bundeswehrkrankenhaus Koblenz, Nuklearmedizin Prof. Dr. Wieler, Dr. Becker, Dr. Jacob

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Inhaltsverzeichnis Seite

Entwicklung von biochemisch / klinisch relevanten Tracern

Institut für Kernchemie:S. Comagic, M. Piel, R. Schirrmacher, S. Höhenmann, F. RöschEfficient synthesis of 2-bromo-1-[18F]Fluorethane and its applications in the automated preparation of 18F-fluoroethylated radiopharmaceuticals

7

Institut für Kernchemie:A. Schildan, F. RöschSynthese und radioaktive Markierung von 3-Methyl-5-(1-Fluor-Ethyl-2(s)-Pyrolidinyl)isoazol

8

Institut für Kernchemie, Institut für Physiologische Chemie und Pathobiochemie:A. Schildan, R. Schirrmacher, A. Maelicke, F. RöschSynthesis and radioactive labeling of galanthamine derivatives for examination of nicotinic acetylcholine receptorsystem

9

Institut für Kernchemie, Institut für Physiologische Chemie und Pathobiochemie:A. Schildan, M. Samochocki, C. Christner, A. Maelicke, F. RöschIn vitro evaluation of galanthamine derivatives for examination of nicotinic acetylcholine receptor system

10

Institut für Kernchemie, Institut für Pharmazie:M. Piel, R. Schirrmacher, S. Höhnemann, M. Jansen, G. Dannhardt, F. RöschSynthese des 19F-fluorierten NMDA-Antagonisten ADTC2

11

Institut für Kernchemie, Institut für Pharmazie:M. Piel, R. Schirrmacher, S. Höhnemann, B.K. Kohl, G. Dannhardt, F. RöschSynthese von 18F-fluorierten Derivation des NMDA-Antagonisten ADTC2

13

Institut für Kernchemie, Department of Radiologie (University of Pennsylvania), Department of Endocrinologyand Metabolic Disease (Universität Mainz):R. Schirrmacher, P. Feilen, G. Shiue, S.J. Shiue, A. Alavi, J. Beyer, F. RöschSynthesis of new 18F-labelled sulfonylurea derivatives for the determination of the beta-cell status in vivo

15

Institut für Kernchemie (Universität Mainz), Division of Molecular Toxicology (Heidelberg), Division of AppliedToxicology (Universität Mainz):R. Schirrmacher, E. Schirrmacher, J. Reinhardt, T. August, B. Kaina, F. RöschSynthesis of novel O6-substituted guanine-derivatives for the investigation of the MGMT-status of tumors withPET

17

4

Institut für Kernchemie:Th. August, R. Schirrmacher, F. RöschA new convenient synthesis of 2-amino-n,n,n-trimethyl-1h-phrine-6-ammonium chloride for preparation of 6-substituted guanines

18

Institut für Kernchemie, III. Med. Klinik und Poliklinik, Pharmakologisches Institut, Sektion Radiopharmazie(Universität Tübingen):E. Schirrmacher, R. Schirrmacher, R. Buhl, I. Wessler, H.-J. Machulla, F. RöschSynthesis of [18F]-fluoroethylfenoterol for imaging 2-receptor-status in Lung in vivo

19

Institut für Kernchemie, Joint Institute for Nuclear Research (Dubna), Institut für Kernchemie (FZ Jülich):A.F. Novgorodov, A. Schmidt, J. Brockmann, S.M. Qaim, F. RöschA no-carrier-added 72Se/72As isotope generator

20

Institut für Kernchemie:A. Schmidt, J. Brockmann, F. RöschChromatographische Trennung von AsIII, AsV und 2-Nitrophenyl-Arsonsäure

21

Biochemische Evaluierungen

Psychiatrische Klinik, Institut für Kernchemie:C. Hiemke, U. Schmitt, H. Lüddens, R. Schirrmacher, F. RöschVerhaltenspharmakologische Charakterisierung eines potentiellen GABa-Transporter-Liganden

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Departments of Nuclear Medicine, Maxillofacial Surgery, Otolaryngology, Dermatology, Institut für Kernchemie:G.J. Förster, T. Held, T. Renné, M. Kunkel, R. Jacob, A. Enk, J. Brockmann, F. Rösch, M. Schreckenberger, P.BartensteinComparison of 18F-fluor-ethyl-tyrosin (FET) and 18F-fluor-deoxy-glucose (FDG) transport kinetics with radiosensitivity of different carcinoma cells in vivo

23

Institut für Kernchemie, Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin, Abteilung Nuklearmedizin (UniversitätHeidelberg):J. Brockmann, A. Mohammed, S. Höhnemann, M. Schreckenberger, P. Bartenstein, M. Eisenhut, F. RöschAufnahme von O-(2-[18]Fluoroethyl)-L-Tyrosin in B16-Melanomen

24

Institut für Kernchemie:J. Brockmann, S. Maus, M. Jennewein, F. Rösch90Y-Markierung von Anti-CD20 Antikörpern: Synthese, Kopplung und radioaktive Markierung

25

Institut für Kernchemie, Institut für Nuklearmedizin, (TU München), Department of Medicine, Hematology andOncology Devision (University of Pennsylvania):J. Brockmann, S. Maus, R. Senekowitsch-Schmidtke, H.J. Wester, S.G. Emerson, F. RöschRadiolabeling of P-BT-Dota-CD-11C Antibody with 88Y: Conjugation, Labeling, Biodistribution Studies

27

Institut für Kernchemie, Department of Radiologie (University Pennsylvania), Department of Endocrinology andMetabolic Disease:R. Schirrmacher, P. Feilen, G. Shiue, S.J. Shiue, S. Schneider, A. Alavi, J. Beyer, F. RöschFirst evaluation of a new 19F-derivative of sulfonylurea ligands for the determination of the beta-cell status in vivo

29

5

Evaluierung, Validierung und Anwendung von PET-Radiopharmaka in medizinischen Studien

Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin, Institut für Physiologie und Pathophysiologie:M. Schreckenberger, W. Magerl, P. Bartenstein, R.-D. TreedeModulation des opioidergen Systems des Menschen bei Schmerz und Ruritus

30

Institut für Physiologie und Pathophysiologie, Institut für Neuroradiologie, Klinik und Poliklinik fürNuklearmedizin, Institut für KernchemieU. Baumgärtner, M. Özcan, S. Sammet, H. Vogel, P. Bartenstein, P. Stoeter, F. Rösch, R.-D. TreedeUntersuchung zur nozizeptiven und nonnozizeptiven Aktivierung des parasylvischen Kortex

32

Klinik für Nuklearmedizin, Psychiatrische Klinik, Institut für Kernchemie, Department of Radiology (Universityof Baltimore):T. Siessmeier, H.-G. Buchholz, I. Vernaleken, M. Piel, C. Landvogt, M. Schreckenberger, D. Wong, G. Gründer,F. Rösch, P. BartensteinIn vivo-Quantifizierung der Dopamin D2 Rezeptorbindung: Vergleich parametrischer Bilder mit ROI-basiertenQuantifizierungsverfahren bei Rezeptorliganden unterschiedlicher Affinität

33

Psychiatrische Klinik, Klinik für Nuklearmedizin, Institut für Kernchemie:G. Gründer, T. Siessmeier, M. Piel, R. Schirrmacher, H.-G. Buchholz, I. Vernaleken, W. Hamkens, C. Hiemke, F.Rösch, P. BartensteinSpectral analysis of [18F]desmethoxyfallypride binding to human D2-like dopamine receptors

34

Psychiatrische Klink, Klinik für Nuklearmedizin, Klinik für Neuroradiologie, Institut für Kernchemie, Klinik fürNuklearmedizin (TU München):G. Gründer, T. Siessmeier, Ch. Lange-Asschenfeldt, I. Vernaleken, H.G. Buchholz, P. Stoeter, A. Drzezga, H.Lüddens, F: Rösch, P. BartensteinPET imaging of benzodiazepine receptors in the human brain: Evaluation of [18]fluoroethylflumazenil

35

Klinik für Nuklearmedizin, Klinik für Neurologie, Klinik für Psychosomatische Medizin und Psychotherapie:T. Siessmeier, W.A. Nix, B. Kappis, C. Landvogt, D. Vehling, M. Schreckenberger, P. BartensteinChronic Fatigue Syndrom: Nachweis von Veränderungen des regionalen cerebralen Glukosemetabolismus: ErsteErgebnisse einer untersucherunabhängigen Analyse

36

Klinik für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie, Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin, Klinik und Poliklinikfür Strahlentherapie, PET in der Universität Mainz, Institut für Medizinische Statistik und Dokumentation:M. Kunkel, G. Förster, J. Kutzner, T.E. Reichert, U. Wahlmann, P. Benz, A. Loos, W. WagnerOnko-PET-Projekt der Klinik für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie

37

Klinik für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie, Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin, Klinik und Poliklinikfür Strahlentherapie, PET in der Universität Mainz, Institut für Medizinische Statistik und Dokumentation:M. Kunkel, G. Förster, J. Kutzner, T.E. Reichert, U. Wahlmann, P. Benz, A. Loos, W. WagnerTherapiemonitoring der präoperativen Radiotherapie des Mundhöhlenkarzinoms

38

Klinik für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie, Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin, Institut fürNeuroradiolologie, Institut für Medizinische Statistik und Dokumentation:M. Kunkel, G.J. Förster, A. Leicher-Düber, W. Müller-Forell, J. Schöfmann, A. Loos, P. Bartenstein, W. WagnerVergleich von FDG-PET und morphologischer Schichtbildverfahren in der onkologischen Nachsorge desMundhöhlenkarzinoms

39

6

Klinik für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie:M. Kunkel, T.E. ReichertMAIFOR-Projekt: Glukosetransporter

40

Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin, Institut für Kernchemie:M. Schreckenberger, C. Kadalie, A. Enk, H.-G. Buchholz, T. Siessmeier, S. Both,. J. Brockmann, F. Rösch, P.BartensteinFirst results of 18-F-fluoroethyl-Tyrosine PET for imaging of metastatic malignant melanoma

41

Klinik und Poliklinik für Innere Medizin, Endokrinologie und Stoffwechselerkrankungen, Institut fürKernchemie, Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin:M. Engelbach, J. Brockmann, P. Bartenstein, F. Rösch, J. BeyerPharmakokinetik, Pharmakodynamik und klinische Anwendbarkeit von neuen Somatostatin-Analoga zurEndoradiotherapie bei neuroendokrinen Tumoren im Tiermodell

42

Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin, II. Medizinische Klinik, Klinik für Pathologie:S. Both, G. Horstick, A. Helisch, M. Otto, H.G. Buchholz, O. Nickel, P. BartensteinNon-invasive monitoring of chronic myocardial ischemia in a porcine model with FDG-PET and MIBI-SPECT

43

Klinik für Nuklearmedizin, I. Medizinische Klinik, Klinik für Radiologie:D. Vehling, M. Neurath, K. Schunk, T. Siessmeier, H. Brockmann, M. Schreckenberger, P. BartensteinFDG-PET zur nicht invasiven Beurteilung der Aktivität eines M.Crohn: Ein Vergleich mit Hydro-MRT und Anti-Granulozyten-Antikörper-Szintigraphie

44

Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin, Institut für Kernchemie, Klinik und Poliklinik für Innere Medizin,Endokrinologie und Stoffwechselerkrankungen:G.J. Förster, J. Brockmann, M. Engelbach, H. Reber, H.-G. Buchholz, F. Rösch, P. BartensteinVergleich der Biodistribution und Dosimetrie von 86Y-Dotatoc und 111In-Octreotide zur individuellenTherapieplanung neuroendokriner Tumoren

45

Entwicklungvon biochemisch / klinisch relevanten Tracern

7

S. Comagic, M. Piel, R. Schirrmacher, S. Höhnemann, F. RöschInstitut für Kernchemie

EFFICIENT SYNTHESIS OF 2-BROMO-1-[18F]FLUOROETHANE AND ITS APPLICATIONIN THE AUTOMATED PREPARATION OF 18F-FLUOROETHYLATED RADIO-PHARMACEUTICALS________________________________________________________________________________________

Introduction: 18F-Fluoroalkylation is an effective way to introduce a no-carrier-added (nca) 18F-fluorine label into mole-cules comprising hydroxy-, amino- or amido-moieties. In comparison to a direct 18F-fluorination of relevant precursors,this method is not negatively affected by acidic groups which are often found in complex molecules. The most common18F-fluoroalkylating agent is 2-[18F]fluoroethyltosylate ([18F]FETos) introduced first by Block et al. [1].1-Bromo-2-fluoroethane (BFE, [18F]BFE) in comparison has slightly better alkylating properties in dipolar aprotic sol-vents than [18F]FETos and might diminish purification problems by generally using acetonitrile [2]. There are several e-xamples in the literature for the synthesis of [18F]BFE starting from different precursors [3]. All methods include a finaldistillation of the [18F]BFE from the reaction vessel into a receiving flask, which makes an integration into an automatedsynthetic system difficult. For that reason, [18F]BFE has not been applied often as a secondary labelling precursor yet,although the quality of bromide as a leaving group in nucleophilic substitutions in dipolar aprotic solvents like DMSO,DMF and acetonirile is slightly better than the tosylate leaving group [4]. Thus [18F]BFE could become an alternative forthe use as a 18F-fluoroethylating agent in automated radioactive syntheses of 18F-labelled pharmaceuticals. As as e-xamples for the easy and effective use of [18F]BFE we chose the syntheses of 1-(2-[18F]fluoroethyl)-4-benzylpiperidineand benzyl-(2-[18F]fluorethylamine in acetonitrile and compared it with 2-[18F]fluoroethyltosylate.

Results and discussion: The radiolabelling of [18F]BFE for the non-automated applications was performed via the reacti-on of 1,2-dibromoethane and the [18F]fluoride/Kryptofix®2.2.2/ carbonate-complex in acetonitrile using a 1 ml septumsealed reaction vial.1,2-Dibromoethane (2-5 mg) was added and the mixture was stirred for 2 min at a reaction temperature of 70°C. Themixture was diluted with 20 ml water and passed through a LiChrolute®EN-cartridge. The fixed product was eluated withacetonitrile (1 ml) and immediately passed through an Alumina®B-cartridge into a receiving flask.The whole preparation time was 10 min and the overall radiochemical yield was between 60-70% (uncorrected).The radiochemical purity was >98% (fig.1). This procedure was easily integrated into an automated system developed forthe routine 18F-fluoroalkylation of eligible precursors with [18F]BFE. To analyse its chemical purity, the concentration of1,2-dibromoethan after purification of the crude radioactive reaction product with the combined EN- and AluminaB-cartridges was determined. An HPLC calibration curve (UV at 254 nm) for 1,2-dibromoethan was measured within con-centrations of 1,2-dibromoethan ranging from 1-27 mmol/l. However, the UV-chromatogram of [18F]FBE after the purifi-cation using the Alumina®B-cartridge demonstrated a total absence of 1,2-dibromoethane, at least below our minimumdetectable limit of 1-2 mmol/l.

Fig 1: HPLC-chromatogram of pure [18F]BFE obtained after the purification procedure

Conclusion: The [18F]BFE can be used for further labelling reactions directly and on line, i.e. without destillation or puri-fications using HPLC. This might be a significant advantage compared to the purification required for [18F]FETos.

Literature:[1] Block D. et al. J. Labelled Cpd. Radiopharm. 25: 201 (1988)[2] Bunton C.A. Nucleophilic Substitution at a Saturated Carbon Atom.-Elsivier, Amsterdam, London, new York[3] Chie D. J. Org. Chem. 52:, 658 (1987)[4] Streitwieser jun. A. Solvolytic displacement reactions.-McGraw Hill Book Comp., New York (1962)[5] W. Hamkens et al., Annual Report 1998, B4

8

A.Schildan, F. RöschInstitut für Kernchemie, Johannes Gutenberg-Universität, Mainz

SYNTHESE UND RADIOAKTIVE MARKIERUNG VON 3-METHYL-5-(1-FLUOR- ETHYL-2(S)-PYRROLIDINYL)ISOXAZOL

Einleitung: Für PET-Untersuchungen am Menschen, die mit dem Morbus Alzheimer im Zusammenhang stehen, wurdebislang ausschließlich [11C]Nikotin angewendet. [11C]Nikotin weist jedoch eine Reihe gravierender Nachteile auf, wie etwaeinen hohen Grad an unspezifischer Bindung und eine ungünstige Pharmakokinetik [1]. Diese Tatsache hat es notwendiggemacht, neue Radiopharmaka zu entwickeln, die für die Untersuchung von nikotinischen Acetylcholinrezeptoren (nAChR)besser geeignet sind. Eine der dafür in Frage kommenden Verbindungen ist das ABT-418 (3-Methyl-5-(1- methyl-2(S)-pyrrolidinyl)isoxazol). Es handelt es sich hierbei um hochaffinen Liganden des nAChR mit einer ausgezeichneten Subty-pen-selektivität (Tab.1). Im folgenden soll die Synthese und radioaktive Markierung des fluoralkylierten Derivates 3-Methyl-5-(1-[18F]fluorethyl-2(S)-pyrrolidinyl)isoxazol (5) kurz beschrieben werden.

Tab. 3: Übersicht über aktuelle nikotische Agonisten und deren in vitro-Affinitäten bezüglich verschiedener nAChR-Subtypen [aus 1]

Verbindung Kd [nM]4 2

Kd [nM]3 4

Kd [nM]7

Kd [nM]Muskel

(-)-[11C]Nikotin 0,5-10 100-480 130- 6000 >1000

[11C]ABT-418 2-30 >10000 >100000

A-85380 0,02–0,1 15-75 15-150 315-320

Epibatidin 0,005- 0,06 0,05-0,4 4-22 3-8

Experimentelles: Das erste Zwischenprodukt bei der Synthese des Markierungsvorläufers 3-Methyl-5-(2(S)-pyrrolidi-nyl)isoxazol (4), den (S)-Pyroglutaminsäuremethyl- ester (2), erhält man durch Veresterung von (S)- Pyroglutaminsäure (1)mit Methanol. 5(S)-(3- Methyl-5-isoxazolyl)-2-pyrrolidinon (3) wiederum erhält man durch Reaktion von 2 mit einem 1,8-bis 2,3-fachen Überschuß des Dianions des Acetonoxims. Zunächst bildet sich das intermediäre Produkt 1-(1-Methyl-5-oxo-2(S)-pyrrolidinyl)-1,3- butandion-3-oxim. Dieses wird nicht isoliert, sondern mit Hilfe einer starken Säure bei Rückfluß-temperatur cyclisiert und dehydratisiert. Versetzt man 3 mit einem geeigneten Reagenz um Lactame zu cyclischen Aminenzu reduzieren, so erhält man schließlich 4. Für diese Reduktion geeignet sind z.B. Lithiumaluminiumhydrid, NaBH4/BF3,NaBH4/CH3SO3H, Boran/Dimethylsulfid und Boran/THF [2]. Die Synthese des Standards [19F]5 gelang durch Umsetzungvon 4 mit Bromfluorethan (3 eq. K2CO3, 2 eq. BrCH2CH2F, 40 h, Rückfluß). Die Markierung von 4 gelang mittels[18F]Fluorethyltosylat (Abb.1). Unter Verwendung der dreifachen Stoffmenge an Kaliumcarbonat und DMSO als Solvensließen sich so bei einer Temperatur von 130°C bereits nach nur 10 min radiochemische Ausbeuten an [18F]5 von rund 60%erzielen.

Abb.1:Temperaturabhängigkeit der radiochemischenAusbeute (RCA) von [18F]5

Literatur:[1] Sihver W. et al. Behav. Brain Res.

113 (1-2):143 (2000)[2] Lin N.-H. et al. Abbott Lab. US5516912,

1996-05-140 5 10 15 20 25 30

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

80 °C 100 °C 130 °C

2 mg Precursor, 5,5 mg Carbonat, DMSO

RC

A [%

]

Zeit [min]

9

A.Schildan1, R.Schirrmacher1, A. Maelicke2, F. Rösch1

1Institut für Kernchemie, 2 Institut für Physiologische Chemie und Pathobiochemie,

SYNTHESIS AND RADIOACTIVE LABELING OF GALANTHAMINE DERIVATIVES FOREXAMINATION OF NICOTINIC ACETYLCHOLINE RECEPTOR SYSTEM

Introduction: The most commonly applied therapeutic approach to balance nicotinic cholinergic deficits in Alzheimer’sdisease (AD) patients is the administration of acetylcholinesterase inhibitors (AChE-I) although they have been proven to beof limited therapeutic value. A novel approach to drug treatment in AD is the application of allosterically potentiating lig-ands (APL) acting on nicotinic acetylcholine receptors (nAChR). APLs interact with the receptor via binding sites that aredistinct from those for nicotinic agonists and antagonists. They also up-modulate the channel activity of nAChRs in re-sponse to acetylcholine and other nicotinic agonists [1]. Representative members of this class of ligands are the plant alka-loids physostigmine, codeine and galanthamine.

O

N

R1O

OH

R 3

R 2

Fig.1: Structure of galanthamine (1)

O

N

OCH3

CH3

OH

1

2

34

4a5

5a

6

7

88a

910

11

12

12a

12b

Fig.2: Structures of the galanthamine derivatives:6-O-demethyl-6-O-fluoroethylgalanthamine (3):R1=CH2CH2F, R2=CH3;10-N-demethyl-10-N-fluoroethylgalanthamine (6):R1=CH3, R2=CH2CH2F;N-methylgalanthaminium (7): R1=R2=R3=CH3

Galanthamine (Fig.1) acts as either an AChE-I or an APL (it also enforces receptor dependent neurotransmitter release onaccount of an unknown mechanism). The primary object of this work was to synthesize a galanthamine derivative whichpossesses only one of these properties, preferrably acting as APL. These derivatives might be employed in PET studies andpsycho-pharmacological examinations. Fig.2 shows the derivatives that have been synthesized and tested in vitro up to now.

O

N

OH

CH3

OH

O

N

OCH3

CH3

OH

O

N

O

CH3

OH

F

O

N

O

H

OH

CH3

O

N

O

OH

CH3

F

O

N+

OCH3

OH

OCH3

O

N+

OCH3

OH

CH3CH3

3,[ F]3

1

2 4

5

6,[ F]6

7,[ H]7

a

b,c

d

e

f,g

h,i

3

18

18

Fig. 3: Reaction conditions: a) L- Se-lectride, THF [2]; b) FCH2CH2Br,Cs2CO3, DMF [2]; c)[18F]FCH2CH2OTos, NaOH, DMF; d)MCPBA, CHCl3 [3]; e) FeSO4·7 H2O,CH3OH [3]; f) FCH2CH2Br, NEt3,CH3CN [2]; g) [18F]FCH2CH2OTos,DMF; h) CH3I; Et2O [4]; i) [3H]CH3I,toluene (for more details see also [5])

Experimental: Radioactive labeling ofprecursors 2 and 5 could easily beachieved by fluoroalkylation with 2-[18F]fluoroethyltosylate in DMF (2: 5mg, 0.95 eq. 1 N NaOH, 20 min, 100°C;5: 5 mg, 30 min, 140°C) in mean radio-chemical yields of 92% ([18F]3) and31% ([18F]6) (referred to 2-[18F]fluoro-ethyltosylate, decay corrected). [3H]7was synthesized by reaction of 1 with[3H]CH3I (10 mCi, s.a. 80 Ci/mmol) intoluene (reaction conditions: r.t., 1 day)with a radiochemical yield of 62% (s.a.54 Ci/mmol).

References: [1] Maelicke A. et al. Be-hav. Brain Res. 113: 199 (2000) [2]Mary A. et al. Bioorg. Med. Chem. 6:1835 (1998) [3] Mary A. et al. Tetrahe-dron Lett. 38: 5151 (1997) [4] Carroll P.et al. Bull. Soc. Chim. Fr. 127: 769(1990) [5] Schildan A. et al. Annualreview 1999, Article B8: 3

10

A.Schildan1, M. Samochocki2, C. Christner2, A. Maelicke2, F. Rösch1

1Institut für Kernchemie, 2 Institut für Physiologische Chemie und Pathobiochemie,

IN VITRO EVALUATION OF GALANTHAMINE DERIVATIVES FOR EXAMINATION OFNICOTINIC ACETYLCHOLINE RECEPTOR SYSTEM

Introduction: The galanthamine derivatives that was synthesized for the purpose of examining cholinergic neurotransmis-sion under the aspect of allosteric potentiation were 6-O-demethyl-6-O-fluoroethygalanthamine, 10-N-demethyl-10-N-fluoroethylgalanthamine and N-methylgalanthaminium (Fig. 1, for synthesis details cf. [1]).

O

N

R1O

OH

R 3

R 2

Fig.1:Structures of galanthamine and the researched derivatives:galanthamine (1): R1=CH3, R2=CH3;6-O-demethyl-6-O-fluoroethylgalanthamine (2): R1=CH2CH2F, R2=CH3;10-N-demethyl-10-N-fluoroethylgalanthamine (3): R1=CH3, R2=CH2CH2F;N-methylgalanthaminium (4): R1=R2=R3=CH3

Experimental: In vitro evaluation was performed using the fura-2-calcium imaging method and whole-cell measurementson HEK-293 cells stably transfected with human 4 2 nAChR. The latter method showed 2 and 3 to have only a weak allo-steric potentiating effect. The increased nicotinic response for those compounds was only 50% of that observed in the caseof 1 (Fig.2). The current amplitudes induced by acetylcholine (ACh) or nicotine and further enhanced by 2 and 3 could besuppressed by the nicotinic antagonist mecamylamine. These findings suggest a nAChR- related mechanism. On the otherhand, the calcium imaging method showed no increase of the 4 2 nAChR dependent Ca2+ influx for both fluoroalkylatedderivatives (2, 3). However, under the same conditions 4 produced a 54% increase of the Ca2+ influx evoked by nicotine(Fig. 3).

0

200

400

600

800

1000

AChACh/1

ACh/3

nicoti

ne

nicoti

ne/1

nicoti

ne/3w

hole

-cel

l cur

rent

am

plitu

de (p

A) p

A

Fig.4: Whole-cell current measurements for the effect of3 on human 2 nAChR subtype- expressing HEK-293cells (the holding potential was set to –70 mV and 50 µMACh or nicotine were co-applied with 1 and 3)

0 5 10 15 20 2560

80

100

120

140

160

7 (µM)

nAC

hR re

spon

se (%

)

Fig.5: Dose-response curve for the effect of 7 on nicotine-activated Ca2+ influx into the human nAChR sub-type-expressing HEK-293 cells (after initial stimulationswith 50 µM nicotine 0-25 µM 7 were co-applied); smallfigure: APL-effect of 7 under same conditions

Conclusion: The galanthamine derivatives 2 and 3 are no likely candidates for intended PET studies and psychopharmaco-logical examinations while 4 as a more potent allosterically potentiating ligand than galanthamine itself will be further de-veloped. These results prompted us to tritiate 4 in order to conduct a binding assay which is currently carried out.

1E-3 0,01 0,1-20

020

40

60

80

100

120

APL

effe

ct (%

)

log [7] (µM)

EC50 = 0.27 ± 0.48 µMHill-coeff. = 1.9 ± 0.4

11

M. Piel1, R. Schirrmacher1, S. Höhnemann1, M. Jansen2, G. Dannhardt2, F. Rösch1

1Institut für Kernchemie, 2Institut für Pharmazie, Universität Mainz

SYNTHESE DES 19F-FLUORIERTEN NMDA-ANTAGONISTEN ADTC2________________________________________________________________________________________________

In Zusammenarbeit mit dem Arbeitskreis von Prof. Dannhardt des Institutes für Pharmazie wurden die Synthese [1], Mark-ierung [2] und in vitro-Eigenschaften [3] des selektiven NMDA-Rezeptorantagonisten [18F]ADTC1 untersucht.Diese Untersuchungen zeigten, daß sich der Ligand hinreichend gut markieren lässt und eine ausreichende Affinität besitzt.Allerdings ist die Hirnaufnahme der Verbindung aufgrund des polaren Phenylpiperazinrestes sehr gering [4]. Daher solltedie Lipophilie des Liganden durch Substitution des Phenylpiperazinsrestes gegen eine phenolische Gruppe verbessert wer-den (Abb.1):

NH

Cl

Cl C

HN

O

NH

OF

OH

OAbb.1: 5,7-Dichlor-4-{3-[4-(2-fluorethoxy)-phenyl]harn-stoff}-1,2,3,4-tetrahydro-chinolin-2-carbonsäure (ADTC2)

Die Synthese des Tetrahydrochinolingrundkörpers erfolgte analog der Synthese von ADTC1, Abb.2:

NH

Cl

Cl

O

O

O

OMe

HN

Cl

Cl

NH2

O

OMe

OMeO

MeO

NaN3

C6H5-CH2OH

O

OH

O

O

OMe

ONH

O

O

NH

O

O

O

OMe

O

NH

Cl

Cl C

O

OMe

NH3Cl

1. p-TsOH; 80 °C

2. P2O5; 80 °C2+

+ +

1. ISi(CH3)3

2. HCl

Abb.2: Synthese des Tetrahydrochinolinkörpers

Dieser wurde mit einem zuvor dargestellten 4-(2-Fluor-ethoxy)phenylamin umgesetzt um die entsprechende 19F-markierteVerbindung darzustellen, Abb.3:

12

NH

Cl

Cl C

HN

O

NH

OF

OH

O

NH

Cl

Cl C

NH3Cl

OMe

O

O2N OH BrF

H2N O

F

H2N O

F

+1. Triphosgen

2. 1N LiOH

1.

2. H2; 1bar; 0 °C

Abb.3: Synthese von [19F]ADTC2

Mit dieser Verbindung wurde unter Verwendung von [3H]MDL-105,519 die in vitro-Affinität des Moleküls mit einem IC50von 4,4 nmol bestimmt. Der ermittelte Ki von 2,9 nmol zeigt, daß es sich um ein hochaffines, für PET-Studien geeignetesMolekül handelt.

Anschließend wurde die Synthese des Markierungsvorläufers durchgeführt, der nach Kopplung des Tetra-hydrochinolinderivates mit einem Fmoc-geschützten p-Aminophenol entsteht, Abb.4:

NH

Cl

Cl C

HN

O

NH

OH

OH

O

O2N OH

NH

Cl

Cl C

NH3Cl

OMe

O

H2N OFmoc

H2N OFmoc

+1. Triphosgen

2. Piperidin

1. FmocCl

2. H2; 1bar; 0 °C

Abb.4: Synthese des Markierungsvorläufers

Mit Hilfe dieses Markierungsvorläufers wurde die 18F-Fluorethylierungsreaktion optimiert [5].

Literatur:[1] M. Piel et al., Jahresbericht 1998, Artikel B2[2] M. Piel et al., Jahresbericht 1999, Artikel B3[3] M. Piel et al., Jahresbericht 1999, Artikel B4[4] M. Piel et al., Jahresbericht 1999, Artikel B5[5] M. Piel, dieser Jahresbericht, Artikel

13

M. Piel1, R. Schirrmacher1, S. Höhnemann1, B.K. Kohl2, G. Dannhardt2, F. Rösch1

1Institut für Kernchemie, 2Institut für Pharmazie

SYNTHESE VON 18F-FLUORIERTEN DERIVATEN DES NMDA-ANTAGONISTEN ADTC2___________________________________________________________________________________________________

In Zusammenarbeit mit dem Arbeitskreis von Prof. Dannhardt des Institutes für Pharmazie wurde die Synthese [1] des se-lektiven NMDA-Rezeptorantagonisten [18F]ADTC2 erarbeitet (Abb.1).

NH

Cl

Cl C

HN

O

NH

OF

OH

OAbb.1: 5,7-Dichlor-4-{3-[4-(2-fluorethoxy)-phenyl]harnstoff}-1,2,3,4-tetrahydro-chinolin-2-carbonsäure (ADTC2)

Dazu wurden sowohl die Synthesen der entsprechenden 19F-Verbindung als auch die des Markierungsvorläufers ausgear-beitet. Im folgenden sollte die 18F-Fluor-ethylierung des Markierungsvorläufers (MV, Abb.2) durchgeführt werden. Zur Op-timierung der Reaktion wurden insbesondere die Reaktionsparameter Temperatur, Lösungsmittel und Basenzusatz unter-sucht.

NH

Cl

Cl C

HN

O

NH

OH

OH

OAbb.2: Struktur des Markierungsvorläufers

Nach Deprotonierung der beiden OH-Funktionen mittels 1,95 eq. Base reagiert das entstehende Phenolatanion als nukleo-philste Stelle des Moleküls mit [18F]Fluorethyl-tosylat. Zuerst wurde diese Alkylierungsreaktion in Abhängigkeit von derReaktionstemperatur in verschiedenen Lösungsmitteln untersucht, von denen DMSO die höchsten radiochemischen Aus-beuten erbrachte, Abb.3:

0 5 10 15 20 25 30

0

20

40

60

80

100

80 °C 90 °C 100 °C 110 °C 120 °CR

adio

chem

isch

e Au

sbeu

te [%

]

Reaktionsdauer [min]Abb.3: [18F]Fluorethylierung des Markierungsvorläufers in DMSO

Neben NaOH wurden weitere Basen zur Deprotonierung des Markierungsvorläufers verwendet, von denen NaOH, LiOHund LDA die höchsten radiochemischen Ausbeuten erbrachten, Abb.4:

14

0 5 10 15 20 25 30

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

1,95 eq. 2n LiOH 1,20 eq. 2n LDA 1,95 eq. 2n LDA 1,95 eq. 5n NaOHR

adio

chem

isch

e Au

sbeu

te [%

]

Reaktionsdauer [min]

Abb.4: [18F]Fluorethylierung des Markierungsvorläufers bei Verwendung verschiedener Basen

Im Hinblick auf eine spätere präparative Reinigung der Verbindung mittels HPLC wurde die Fluorethylierung auchbezüglich der Markierungsvorläuferkonzentration optimiert. Die höchsten radiochemischen Ausbeuten von ca. 95% ergabensich hierbei bei einer MV-Konzentration von 8µmol/ml Lösungsmittel, Abb.5:

0 5 10 15 20 25 30

0

20

40

60

80

100

8 µmol/ml cMV 5 µmol/ml cMV 3 µmol/ml cMV

Rad

ioch

emis

che

Ausb

eute

[%]

Reaktionsdauer [min]

Abb.5: [18F]Fluorethylierung mit verschiedenen MV-Konzentrationen

Aufgrund dieser Untersuchungen sind sich folgende Reaktionsparameter für die [18F]Fluorethylierungsreaktion von ADTC2optimal:

LM : DMSO �Base : 5N NaOHTemperatur : 100-120 °C � RCA 85-95%Reaktionszeit : 20 MinutenMV-Konzentration : 8 µmol/ml �

Literatur:[1] M. Piel et al., dieser Bericht, S. 12

15

OH

Cl COOH

OF

CO2C2H4FCl

OF

O

O

O

OCl

OF

O

NH

SO2NH2Cl

NH

OF

O

NH

SO

ONH

O

Cl

1. 1-bromo-2-fluoroethane2. NaOH/H2O

Cl

O

O

SO2NH2NH2

NCO

SO2NH2NH2 SO2NH2OH SO2NH2O

F

O

F

SO

ONH

NH

O

1. NaOH 2N reflux2.

R. Schirrmacher1, P. Feilen3, G. Shiue2, S. J. Shiue2, A. Alavi2, J. Beyer3, F. Rösch1

1Institut für Kernchemie, Universität Mainz, D-55128 Mainz; 2Department of Radiologie, University of Pennsylvania,Philadelphia, PA 19104; 3Department of Endocrinology and Metabolic Disease, Universität Mainz, D-55131 Mainz

SYNTHESIS OF NEW 18F-LABELLED SULFONYLUREA DERIVATIVESFOR THE DETERMINATION OF THE BETA-CELL STATUS IN VIVO

_________________________________________________________________________________________

Diabetes mellitus comprises a heterogeneous group of disorders characterized by high blood glucose levels. Two majortypes of diabetes mellitus have been defined: type 1 (insulin-dependent diabetes mellitus, IDDM), and type 2 (non-insulin-dependent diabetes mellitus, NIDDM). Although hyperglycemia is the common denominator of both IDDM and NIDDM,the etiology and pathophysiology of these syndromes are distinct. IDDM is a chronic autoimmune disease characterized bythe selective destruction of insulin-producing -cells of the islets of Langerhans. When autoimmune destruction affectsmore than 90% of the -cell mass, the resulting insulin deficiency culminates into development of overt hyperglycemia. InNIDDM, on the other hand, the pancreatic -cells are initially intact, and the disease is associated with insulin resistanceand loss of -cell function, and eventual insulin-dependency [1]. The aim of this study was to synthesize -cell-specificpositron emitting radiolabeled sulfonylurea derivatives such as 2-[18F]fluoroethyl-tolbutamide and 2-[18F]fluoroethyl-glibenclamide to image the -cell mass in vivo via positron emission tomography (PET). Tolbutamide with a Ki of 25-55µM and glibenclamide with a Ki of 0.7-7 nM are sulfonurea agents used to stimulate insulin secretion in type 2 diabetic pa-tients [2]. We intend to determine the efficacy of these radiolabeled agents in visualizing and quantifying -cell concentra-tions in the pancreas of normal non-human primates by PET.First of all, the 19F-compounds of the described sulfonylurea derivatives were synthesized for testing their ability to stimu-late insulin secretion from pig beta-cells. In the case of the tolbutamide derivative the synthesis started from 4-amino-benzensulfonamide, which was converted via diazotation and hydrolysis into 4-hydroxy-benzenesulfonamid. The hydroxygroup was then alkylated with 2-fluoro-1-bromoethane under basic conditions and the remaining sulfonamide moiety wascoupled with butylisocyanate to yield the desired 2-[19F]fluoroethyl-tolbutamide (fig. 1). The glibenclamide derivative wasobtained by a multistep synthetic route shown in figure 2. Starting from the di-sodium salt of 5-chloro-salicylic acid, 2-fluoro-1-bromoethan was added to yield the fluoroalkylated salicylic acid fluoroethylester which was then cleaved with 2 NNaOH solution to yield the fluoroalkylated salicylic acid derivative. The carboxyl group of this compound was activated viaa mixed anhydride for further nucleophilic displacement with 4-(2-aminoethyl) benzenesulfonamide. The resulting com-pound was reacted with cyclohexylisocyanate and Cu(I) catalysis to give the desired glibenclamide derivative 2-[18F]fluoroethyl-glibenclamide.The respective labeling precursors for the radiolabeling of the tolbutamide and the glibenclamide were synthesized in asimilar manner as shown in figure 2. All compounds were verified with common analytical methods such as 1H-NMR, 13C-NMR, 19F-NMR, mass spectroscopy and elemental analysis.Radioactive labeling could easily be achieved by HO-18F-fluoroalkylation of the labeling precursors with 2-[18F]fluoroethyltosylate in DMSO at 80°C in radiochemical yields ranging from 80-90% (fig. 2).

fig. 1:Synthesis of nonradioactive standard compounds for in vitro testing of insulin inducing effects

16

O

COOH

Cl

OO

OO

O

O

Cl

ONH2 NH2 O

ONH

SO2NH2

Cl

O

OH

ONH

SO

ONH

O

NH

Cl

NCO

OH

COOH

Cl

OH SO2NH2 O SO2NH2

O

OH SO

ONH

O

NH

1. 5% NaOCH32. butylisocyanate

1. aceticacidanhydride

1. aceticacidanhydride

O

OCl

1.

2. NaOCH3

OH SO

ONH

O

NH

O SO

ONH

O

NH

F18TosO F18

OH

ONH

SO

ONH

O

NH

Cl

TosO F18O

ONH

SO

ONH

O

NH

Cl

F18

fig. 2: Syntheses of the labeling precursors and their radioactive labeling

Literature:[1] Ronner P et al. Diabetes, 42: 1760-72 (1993)[2] Gribble F.M. et al. Diabetes , 47: 1412-8 (1998)

17

R. Schirrmacher1, E. Schirrmacher1, J. Rheinhardt2, T. August1, B. Kaina3, F. Rösch1

1Institut für Kernchemie, Johannes Gutenberg Universität, Fritz Strassmann Weg 2, D-551282Division of Molecular Toxicology, German Cancer Research Center, Postfach 101949, D-69009 Heidelberg3Division of Applied Toxicology, University of Mainz, Obere Zahlbacher Str. 67, D-55131 Mainz

SYNTHESES OF NOVEL O6-SUBSTITUTED GUANINE-DERIVATIVES FOR THEINVESTIGATION OF THE MGMT-STATUS OF TUMORS WITH PET

Introduction: The resistance of tumor cells to the cytostatic activity of methylating and chloroethylating chemotherapeuticsis determined by the level of the DNA repair protein O6-methylguanine-DNA methyl-transferase (MGMT). The proteinMGMT binds to both O6-methylguanine and O6-chloroethylguanine of the DNA at a fast rate. MGMT transfers the methylor chloroethyl moiety to its own cysteine acceptor site. Because of the irreversible nature of this binding process, the en-zyme remains inactivated. Thus, the amount of MGMT per cell is a direct measure of the cell’s capability to repair O6-guanine alkylation damage in DNA. Some types of tumor tissues do not display any detectable MGMT activity at all. Espe-cially those tumors would lend themselves to a therapy with cytostatic drugs. It would therefore be valuable to develop amethod which allows to determine the MGMT status of a given tissue in vivo. O6-benzylguanine was found to be a potentinhibiting agent of MGMT, successfully depleting the existing amount of MGMT in a cell, while being non-toxic on thelevel of biologically effective doses. The synthesis of a labeled 9-substituted O6-benzylguanine has been demonstrated [1].The necessary prerequisites would be a synthesis of a 18F-labeled compound, whose ED50 would prove to be comparable tothat of O6-benzylguanine, and a synthesis of the analogue 19F-compound for further toxicological evaluation. 2-amino-6-benzyloxy-9-[18F]fluoroethylpurine was chosen as a first compound for proving the concept but did not qualify itself forfurther investigations [1]. Recently, the synthesis of 6-(4-[18F]fluorobenzyloxy)-)-9H-purin-2-ylamine has been reported andthe compound was evaluated successfully [2]. However, the multistep synthetic way was troublesome and gave only pooryields.

Syntheses: We developed the prerequisites for new compounds bearing the radioactive tag at the 6-substituend residue. Theadvantage of our planned synthesis is the direct one step 18F-fluorination of the precursor while avoiding too many steps.For that purpose we synthesized the respective 6-substituted guanine derivative 6-(2-Chloro-pyridin-4-ylmethoxy)-9H-purin-2-ylamine (1) as a possible precursor for the radioactive labeling with [18F]fluoride (fig. 1). The synthesis started from2-amino-N,N,N-trimethyl-1H-purin-6-amonium chloride (4) which has a better leaving group than the commonly used 2-amino-6-chloro-guanine (3).Nucleophilic displacement of the trimethylamino-leaving group with alcohols is easier to accomplish than for chloride. Thedisadvantage of this compound is its synthesis, starting from highly volatile trimethylamine, which is condensed at lowtemperature [3]. We found an easier synthetic route to avoid this step [4]. The methanol derivative (2-chloro-pyridin-4-yl)-methanol (5) for the reaction with the guanine salt was synthesized via a multistep synthetic way (fig. 1). The respectivefluorine-standard compound was not yet prepared because in first experiments the coupling of the fluoride bearing alcohol(6) did not work, however we are currently investigating.

fig. 1: planned organic syntheses and radiolabeling

Literature:[1] Nesseler E. et al. J. Lab. Comp. Radiopharm. 42 (Suppl.), 198-200; [2] Vaidyanathan G. et al. Bioconjugate Chem. .11,868-875 (2000); [3] Kilburis et al. J. Chem. Soc. 3942-3947 (1971); [4] August. T et al. Jahresbericht (2001)

N

N

NN

NNH2

O

Cl

N

NN

NNH2

Cl

N

NN

NNH2

N(CH3)3Cl

NO

COOH

N

COOH

Cl N Cl

CH2OH

N

N

NN

NNH2

O

F18

18F

N F

CH3

N F

COOH

N F

CH2 OH

POCl3ethyl chloroformate

LiAlH4-78°C

LiAlH4-78°C

ethyl chloroformateKMnO4

NMe3(MeOH)

DMSO

N

NN

NNH2

N(CH3)3Cl N Cl

CH2OH

N

N

NN

NNH2

O

Cl

1. 2. 3. 4.

5. 6.

1.

18

Thorsten August, Ralf Schirrmacher, Frank RöschDepartment of Nuclear Chemistry, University of Mainz, Fritz-Strassmann-Weg 2, D-55128 Mainz, Germany

A NEW CONVENIENT SYNTHESIS OF 2-AMINO-N,N,N-TRIMETHYL-1H-PURINE-6-AMMONIUM CHLORIDE FOR PREPARATION OF 6-SUBSTITUTED GUANINES

Abstract: A new convenient synthesis is reported for 2-amino-N,N,N-trimethyl-1H-purine-6-ammonium chloride 2, startingfrom commercially available 2-amino-6-chloro purine 1 and trimethylamine (TMA) in ethanolic solution, avoiding highlyvolatile and low temperature condensed trimethylamine.6-Substituted guanines were proved to be important targets as effective inactivators of O6-alkylguanine-DNA alkyltransfer-ase (MGMT), a human DNA repair protein that leads to a significant reduction in the cytotoxic response of human tumorcells and tumor xenografts to chemotherapeutic drugs whose mechanism of action involves modification of DNA guanineresidues at the O6-position1. O6-benzylguanine and its analogues inhibit MGMT by reacting with a specific cysteine residue.Therefore, O6-substituted guanines containing a benzyl or hetarylmethyl moiety are of great medical interest.There are some synthetic methods described in the literature of which the reaction of 2-amino-N,N,N-trimethyl-1H-purine-6-ammonium chloride 1 with respective benzyl- and hetarylmethyl alcohols was proved to be the most suitable2. The origi-nal synthetic route of 2 includes the low temperature condensation of gaseous TMA which is problematic owing to its highvolatility and subsequent reaction with 2-amino-6-chloro purine 13. To avoid that critical step and to make the preparationmore convenient, we established a synthesis starting from commercially available ethanolic TMA solution (4.2 N) and 2-amino-6-chloro purine 1 under well defined reaction conditions (scheme 1).

Results: Under the optimized conditions shown in scheme 1, the desired compound 2 was obtained in 76 % chemical yieldusing 2 equivalents of TMA. No further recrystallisation of 2 was necessary. This reaction depends highly on the amount ofTMA used in the synthesis.

Scheme 1Reagents and conditions:(a) TMA (4.2 N) in ethanol (2 eq), DMSO, rt, 12 h, 76 %(b) TMA (4.2 N) in ethanol (10 eq), DMSO, rt, 2 h, 74 %.

More than 3.2 equivalents of TMA are unfavorable because the formation of a byproduct which proved to be the double salt3 becomes the main reaction. The structures of 2 and 3 were confirmed by FD-MS, 1H-NMR and 13C-NMR. This reaction isalso suitable for the synthesis of N,N,N-trimethyl-1H-purine-6-ammonium chloride to prepare 6-substituted adenine deriva-tives.

References:(1) Pegg, A. E. Cancer Res. 1990, 50, 6119-6129.(2) McElhinney, R. S., Donnelly, D. J., McCormick, J. E., Kelly, J., Watson, A. J., Rafferty, J. A., Elder, R. H., Middle-

ton, M. R., Willington, M. A., McMurry, T. B. H., Margison, G. P. J. Med Chem. 1998, 41, 5265-5271.(3) Kiburis, J.; Lister, J. H. J. Chem. Soc. C 1971, 3942-3947.

N

NH

N

N

Cl

NH2

N

NH

N

N

N(CH3)3

NH2

1 2

a

N

N

N

N

N(CH3)3

NH2NH(CH3)3

+

+

+ Cl-

3

b

Cl-

19

E.Schirrmacher1, R.Schirrmacher1, R.Buhl2, I.Wessler3, H.-J.Machulla4 , F.Rösch1

1Institut für Kernchemie, Universität Mainz, D-55128 Mainz; 2III. Medizinische Klinik und Poliklinik, 55101 Mainz,3Pharmakologisches Institut, Universitätskliniken Mainz, D-55131 Mainz, 4Sektion Radiopharmazie, PET-Zentrum desUniversitätsklinikums, Eberhard-Karls-Universität Tübingen, D-72076 Tübingen;

SYNTHESIS OF [18F]-FLUOROETHYLFENOTEROLFOR IMAGING 2-RECEPTOR-STATUS IN LUNG IN VIVO

___________________________________________________________________________________________________

Introduction: The 2 receptor system is important for the sympathetic innervation of the lung. Via the second messagercAMP, 2 agonists effect a relaxation of bronchial smooth muscle [1]. The importance of 2 adrenozeptor density for ob-structive respiratory diseases such as asthma or chronic obstructive bronchitis is still not exactly clarified [2]. For under-standing the pathogenesis, therapy and prognosis of such diseases, a non-invasive, quantificable imaging of the 2 receptorin lung would be of considerable importance. Thus the aim of this project was the synthesis of selective radiolabelled

2ligands to visualise the 2 receptor status in lung.

Results and Discussion: We synthesised a fluoroethyl derivative of Fenoterol, a 2 agonist commonly used as a therapeuticagent for asthma. As both the catechol phenol moieties, as well as the beta-hydroxic function and the amine group are nec-essary for receptor binding, we aimed at fluoroethylating the 4-phenolic hydroxy function because this is unlikely to reducethe affinity of the molecule to the receptor [3]. For first labelling experiments, we synthesised both the labelling precursorand the standard compound as a racemate. An enantioselective synthesis is in progress to obtain the (R,R)-fluoroethylfenoterol, which is thought to be the most potent agonist of all the enantiomers [3]. The synthesis of the labellingprecursor started from commercially available 3,5-dibenzyloxy acetophenone, which was brominated to obtain the firstsynthon, 3,5-dibenzyloxy-1-bromoacetophenone. For the second synthon, 4-(2-benzylamino-propyl)-phenol, we reacted 4-hydroxy phenylacetone with benzylamine in the presence of hydrogen at 5 bar in a Parr hydrogenator. Both synthons werethen coupled and subsequently reduced with lithium aluminium hydride to obtain the benzyl protected labelling precursor 4-(2-{benzyl-[2-(3,5-bis-benzyloxy-phenyl)-2-hydroxy-ethyl]-amino}-propyl)-phenol.5-(2-{2-[4-(2-[18F]Fluoroethoxy)-phenyl]-1-methylethyl-amino}-1-hydroxy-ethyl)-benzene-1,3-diol was obtained by react-ing 10mg of the labelling precursor with 2-[18F]-fluoroethyltosylate in DMSO at 120°C (92%) and subsequent deprotectionwith hydrogen (2 bar) and 4% formic acid.The standard [19F]fluorethyl-fenoterol was synthesised from Fenoterol hydrobromide which was graciously granted by Boe-hringer Ingelheim Pharma KG (Berotec®). It was reacted with 2-fluoro-1-bromoethane to obtain 5-(2-{2-[4-(2-[19F]fluoro-ethoxy)-phenyl]-1-methyl-ethylamino}-1-hydroxy-ethyl)-benzene-1,3-diol.

All compounds were analysed with common spectroscopic methods such as 1H-NMR, 13C-NMR, mass spectroscopy andelemental analysis.

Evaluation: The standard compound was evaluated with guinea pigs trachea. They were precontracted with oxotremorine, amuscarinic acetylcholine receptor agonist, and subsequently treated with the standard compound and the original fenoterolrespectively. 5-(2-{2-[4-(2-[19F]fluoro-ethoxy)-phenyl]-1-methyl-ethylamino}-1-hydroxy-ethyl)-benzene-1,3-diol wasfound to be as potent in relaxation of smooth muscle lung tissue as fenoterol itself.

References:[1] Lulich K.M. et al. Gen Pharmac 19,3: 307-311 (1988)[2] Nijkamp F. et al. Physiological Reviews 72,2: 323-367 (1992)[3] MaloneyHuss K. et al. J Med Biol 225: 859-871 (1992)

20

A. F. Novgorodov2, A. Schmidt1, J. Brockmann1, S. M. Qaim3, F. Rösch1

1Institute for Nuclear Chemistry, Johannes Gutenberg-University, D-55128 Mainz, Germany;2Joint Institute for Nuclear Research, Laboratory of Nuclear Problems, RUS-141980 Dubna, Russian Federation; 3Institutefor Nuclear Chemistry, FZ Jülich GmbH, D-52425 Jülich, Germany

A NO-CARRIER-ADDED 72Se/72As ISOTOPE GENERATOR___________________________________________________________________________________________________

Summary: A no-carrier-added 72Se/72As generator has been developed for the isolation of 72As, relevant for eventual appli-cation in the syntheses of 72As-labelled radiopharmaceuticals. Avoiding the addition of Se carrier and using a thermochro-matographic destillation process, no-carrier-added 72As is nearly quantitatively released within 10 min. 72Se remains almostquantitatively (> 99.7%) in solution when a temperature of the separation process of 100°C is applied.

Introduction: Arsenic-72 is a positron emitting isotope with properties which are promising for eventual application in72As-labelled radiopharmaceuticals. It has a positron emission rate of 88% and positron energies of E +max = 2.5 MeV;E +mean = 1.0 MeV [1]. Although the positron emission decay is accompanied by photons of 834 keV (79.5%), 630 keV(7.9%), 1464.1 keV (1.1%), and others (< 0.5%), the long physical half-life of 26 hours might turn 72As into the PET isotopeof choice for biochemical / physiological processes with longer biological half-lives. It can be directly produced at medium-energy cyclotrons via the 72Ge(p,n)- or 72Ge(d,2n)-, 69Ga( ,n)-, 71Ga( ,3n)-, 71Ga(3He,2n)-reactions. More interestingly,however, is its availability as the daughter isotope of 72Se (T½ = 8.5 d). 72Se itself can be produced via direct processes suchas 70Ge( ,2n)- and 72Ge(3He,3n)- or via proton induced spallation reactions on RbBr [2]. It was the aim of this work to de-velop a 72Se/72As generator relevant for the routine separation of 72As.Chemical approaches applied until now were based on chromatographic columns, with 72Se as Seo adsorbed, while 72As waseluated in rather large volumes of 15 ml [3]. Due to the amount of Se carrier, the separation yields are less than 70%. An-other 72Se/72As generator was described in [4]. The separation of 72As is achieved under addition of selenic acid carrier ineach cycle, followed by reduction to metallic Se using hydrazonium hydrochlorid and its filtration with 72As remaining insolution. Prior to the subsequent separation cycle, Se must be oxidised using H2O2.

Production and isolation of 72Se72Se was produced via the natGe(3He,3n) 72Se-reaction (FZ Juelich, Germany).To isolate 72Se the irradiated Germanium targets are dissolved in HCl/HNO3 (2:1). After dissolution and distillation ofHNO3, HCl is added. GeCl4 is removed from the solution via distillation while no-carrier-added 72Se (and generated 72As) isquantitatively remaining.

Cyclic separation of no-carrier-added 72As from no-carrier-added 72SeThe HCl solution containing 72Se is transferred to a quartz or glass tube system, which is inserted vertically into an electricresistance oven. 1 g of KCl and 1 ml of conc. HCl are added under formation of non-volatile 72Se compounds and72As[AsCl3] [5]. Hydrochloric acid is passed through the inlet into the apparatus with a stream of 20 ml/min. The tempera-ture at position of the 72Se fraction inside the tube is raised from 50 to 140°C. The 72As is immediately volatilised as AsCl3and transported with the stream of hydrochloric acid through tube. It is not adsorbed on the inner tube even at its outlet, buton a cartridge containing an adequate material (such as charcoal for example). The whole process takes about 10 min. No-carrier-added 72As is nearly quantitatively desorbed from the cartridge in > 90% yields using < 5 ml of H2O or NaOH and itcan be used immediately for labelling reactions.

The no-carrier-added 72Se almost quantitatively remains in solution. Depending on the temperature of the separation processapplied (100 – 140°C), > 99.7% of 72Se are still present at position (7) and are ready for the next separation cycle withoutfurther treatment.

References:1 Browne E., Firestone R.B.: Table of Radioactive Isotopes (Ed. Shirley V.S.), John Whiley & Sons, 19862 Phillips D.R., United States Patent, Nr.: 5,371,372, Dez. 6, (1994); WO 93/04768, 18.03.19933 S.H. A-Kouraishi, G.G.J. Boswell, Int. J. Appl. Rad. Isot. 29 (1978) 6074 Phillips D.R., United States Patent, Nr.: 5,371,372, Dez. 6, (1994); WO 93/04768, 18.03.19935 Gmelin, Handbuch der anorganischen Chemie 8 Auflage, System-Nummer 17, Arsen, Verlag Chemie Weinheim,

383, (1952)

Acknowledgement:Support by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG-Grant Ro 985/9) and co-operation with the Institute for NuclearChemistry, FZ Jülich, is grateful acknowledged.

21

A. Schmidt, J. Brockmann, F. RöschInstitut für Kernchemie, Universität Mainz

CHROMATOGRAPHISCHE TRENNUNG VON AsIII, AsV UND 2-NITROPHENYL-ARSONSÄURE___________________________________________________________________________________________________

Einleitung: Betrachtet man Arsen als potentiell geeignetes Radioisotop zur Markierung von interessanten biologischenMolekülen so zeigt sich, dass Arsen sowohl metallischen Charakter als auch hohe Neigung zur kovalenten Bindungsbildungbesitzt. Aus diesem Grund können keine der existierenden Markierungsregime für Radiometalle, -halogene oder 11C über-nommen werden. Vielmehr müssen bei der Reaktionsvielfalt des Arsens unter Berücksichtigung der Trägerfreiheit und derchemischen Form des Arsens geeignete neue chemischer Ansätze gefunden werden.Dieser liegt zum Beispiel in der Anwendung der von Bart entwickelten Reaktion, mit der Arsen auch bei nichtstöchiome-trischer Reaktionsführung an Aromaten gebunden wird [1].Die Bart-Reaktion ist die Reaktion zwischen AsIII und diazotierten aromatischen Verbindungen im basischen Milieu (Ab-bildung 1).

As

OOHOH

R

N2X

As(OH)3+NaHCO3(pH 8-10)R

Abbildung 1: Schematischer Verlauf der Bart-Reaktion

Voraussetzung für die Bart-Reaktion ist das Vorliegen des Arsens in der Oxidationsstufe +3. Dabei entsteht Phenylarson-säure, in der das Arsen die Oxidationsstufe +5 aufweist. Die geringere Reaktivität von AsV im Vergleich zu AsIII reicht ausum eine Weiterreaktion der Phenylarsonsäure zu verhindern. Deshalb ist eine Analytik zur Unterscheidung von AsIII undAsV von großer Bedeutung. Die in der Literatur angegebenen analytischen Methoden zum Nachweis von AsIII und AsV [2]konnten nicht reproduziert werden. Aufgrund der unterschiedlichen Neigung der verschiedenen Oxidationsstufen des Ar-sens zur Komplexbildung mit Tartrat [3] wurde eine chromatographische Methode zur Trennung von AsIII und AsV

entwickelt. Weiterhin musste ein Verfahren, zur Trennung der arsenhaltigen Komponenten der Bart-Reaktion entwickeltwerden. Dabei wird Phosphorsäure als Laufmittel verwendet, wobei der Trenneffekt vermutlich auf der strukturellenÄhnlichkeit der Phosphorsäure mit der Arsonsäure beruhen.

Analytik mit Tartratlösung: Jeweils 10 mg As2O3 und As2O5 werden im Triga Mark-II-Reaktor des Institut fürKernchemie der Universität Mainz für 1h bei einem Fluß von 7 1011 thermische Neuronen [n cm-2 s-1] bestrahlt (Bestahlung-sausbeute: 653 kBq/mg 75As/h). Die bestrahlten Proben werden jeweils in 1 M NaOH gelöst, so dass 0,3 M AsIII- und AsV-Lösungen entstehen.Bei den Experimenten zur Trennung der Arsenspezies werden jeweils 1 µL der As-Stammlösung in 99 µL des jeweiligenLaufmittels aufgenommen, und davon 2 µL auf die Si-60 Phase der Dünnschichtplatten der Firma Merck aufgegeben. DieAuswertung erfolgte am Instant Imager der Firma Packard Canberra. Die Verwendung reiner NaHC4H4O6-Lösungen ver-schiedener Konzentrationen (0,1 M, 0,01 M, 0,001 M, 0,0001 M) als Laufmittel zeigt für AsIII und AsV keine signifikantenRf -Unterschiede. Durch Zugabe von Methanol kann dagegen eine Trennung der beiden Oxidationsstufen des Arsens erzieltwerden. Ein Laufmittel der Zusammensetzung 0,01 M NaHC4H4O6 / CH3OH im Verhältnis 3/1 erweist sich als amgeeignetsten. Zur Überprüfung der Analytik werden 10 µL der AsV-Lösung mit 990 µL konz. HCl versetzt und mit SO2 undkatalytischen Mengen KI reduziert. Dabei können die bestimmten Rf -Werte für das AsV und das daraus reduzierte AsIII re-produziert werden. Somit erweist sich die entwickelte Analytik als effektive Methode zur Unterscheidung von AsIII und AsV.Für die Bart-Reaktion werden 5 µL der AsIII-Lösung in 1 mL 0,1 M NaHCO3 gelöst und bei 13°C für 20 min temperiert.Anschließend werden 0,0132 µmol 2-Nitrophenyldiazonium-chlorid hemizinkchlorid in 87 µL H2O zugegeben. Mittels DCkann die Kinetik der Bart-Reaktion analysiert werden. Als Laufmittel wird eine 1%ige Phosphorsäure in Kombination mitSi-60 als feste Phase für die Dünnschichtchromatographie eingesetzt. Mit dieser DC-Methode können 2-Nitrophenylarsonsäure, AsIII und AsV getrennt werden. Vergleicht man die beiden Methoden, mit denen jeweils eine Tren-nung zwischen AsIII und AsV erzielt werden kann, so ist zur Analytik der verschiedenen Oxidationsstufen des Arsens die„Tartrat-Methode“ wegen der größeren Unterschiede der Rf –Werte zu bevorzugen.Die beiden entwickelten Methoden ermöglichen zum einen eine Quantifizierung der verschiedenen Oxidationszustände desArsens und zum anderen eine Kontrolle des Umsatzes der Bart-Reaktion. Darüber hinaus sollte es prinzipiell möglich sein,basierend auf diesen Methoden, eine Separation der verschiedenen As-Spezies zu entwickeln.

Literatur: [1] H. Bart, Anal. Chem. 429, 55-123, (1922)[2] L. Ossicini, J. Chromattogr., 9, 114, (1962)[3] Gmelin, Handbuch der anorganischen Chemie 8 Auflage, System-Nummer 17, Arsen,

Verlag Chemie Weinheim, 470, (1952)

Dieses Projekt ist teilweise gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (Ro 985 / 9-1)

Biochemische Evaluierungen

22

23

C. Hiemke, U. Schmitt, H. Lüddens, R. Schirrmacher, F. RöschPsychiatrische Klinik und Institut für Kernchemie

VERHALTENSPHARMAKOLOGISCHE CHARAKTERISIERUNG EINES POTENTIELLENGABA-TRANSPORTER-LIGANDEN

Einleitung: Die GABAerge Neurotransmission im synaptischen Spalt wird durch GABA-Transporter (GAT) beendet.Derzeit sind fünf GAT-Isoformen bekannt, GAT-1 bis GAT-4 und VGAT. Die Inhibition von GAT-1 vermindertKrampfanfälle und Angstsymptome. GAT-Inhibitoren finden in diesem Zusammenhang bereits Anwendung in der Klinik.Die differentielle Funktion der einzelnen Isoformen ist allerdings unklar.

Ziel: Es wurde geprüft, ob ein neu synthetisiertes, fluormarkiertes Derivat von Triarylmethoxynipekotinsäure (FTMNA),ein potentieller Ligand von GAT-3, zentralnervös aktiv ist. Nach Vorerfahrung mit zwei unterschiedlich potentenInhibitoren der Isoform GAT-1, Tiagabin und SKF-89976A, waren Veränderungen in der lokomotorischen Aktivität gezeigtworden. Die Verwendung verschiedener Dosen soll Anhaltspunkte für die Vergleichbarkeit der Effekte nach GAT-3Inhibition geben.

Methoden:Männlichen PVG Ratten erhielten FTMNA in zweiunterschiedlichen Dosen (15 mg/kg und 30mg/kg) einehalbe Stunde vor Testbeginn intraperitoneal injiziert. DasVerhalten der Tiere wurde mit einem computergestützenVideosystem aufgezeichnet und analysiert. Es wurdenzwei Varianten des open field Test gewählt, und darausEffekte auf Aktivität und Exploration beurteilt. Der Testberuht dabei auf natürlich vorhandenem Neugierde- undSicherheitsverhalten von Nagern. Darüber hinaus liefertder ethologische Test auch Hinweise auf Angstverhalten.

Ergebnisse: FTMNA senkte Dosis-abhängig dielokomotorische Aktivität um 32% bzw. 39%. Der Effektder niedrigen Dosis verfehlte allerdings dasSignifikanzniveau von p<0,05. Das Explorationsverhaltender Tiere war vermindert aber nicht statistischunterschiedlich. Die Betrachtung angstbezogenerParameter zeigte für FTMNA einen deutlichen anxiogenenEffekt.

Schlußfolgerungen: Der getestete potentielle GAT-3 Inhibitor war pharmakologisch aktiv, da ein Einfluß auf tierischesVerhalten nachweisbar war. Die Verhaltensänderungen traten in Testparametern auf, die für eine GABAerge Modulationkennzeichnend sind. Vergleichend zu den GAT-1-selektiven Inhibitoren Tiagabin und SKF-89976A unterdrückte FTMNAauch die lokomotorische Aktivität besaß aber keine anxiolytische Potenz.

Planungen 2001: Verhaltenspharmakologische Charakterisierung weiterer Liganden für GABA und, inZusammenarbeit mit Prof. Dannhardt, für Glutamatrezeptoren. Ebenso sind Untersuchungenbezüglich eines Einflusses auf Lernen und Gedächtnis in der Morris water-maze geplant.

N

O

OH

O

O

O O CH3CH3

CH2

CH2

F

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G. J. Förster1, T. Held1, T. Renné1 M. Kunkel2, R. Jacob3, A. Enk4, J. Brockmann5, F. Rösch5, M. Schreckenberger1, P.Bartenstein1

Departments of Nuclear Medicine1, Maxillofacial Surgery2, Otolaryngology3, Dermatology4, Institute of Nuclear Chemistry5,Johannes Gutenberg-University Mainz

COMPARISON OF 18F-FLUOR-ETHYL-TYROSIN (FET) AND 18F-FLUOR-DEOXY-GLUCOSE (FDG) TRANSPORT KINETICS WITH RADIO SENSITIVITY OF DIFFERENTCARCINOMA CELLS IN VITRO

FDG Uptake of cell lines after different incubation (0.43 MBq/ml)

0

20

40

60

80

100

norm

aliz

edup

take

/pro

tein

[%]

5 min 15 8 6

10 min 19 14 8

20 min 34 25 11

30 min 69 32 16

60 min 100 52 16

Glucose (10 mg/ml) 5 6 4

PCI 13 Mel 624 A 549

Aim: It is well known that fast tumorprogression often correlates with radiosensitivity. Furthermore, metabolic activityof tumors can be quantified using uptake ofPET-tracers as FET or FDG that mirroramino acid or glucose metabolism,respectively. However, prediction of radiosensitivity in early tumor stages is difficult.For this reason, we established cell culturemodels to investigate correlations betweentracer uptake and radio sensitivity ofdifferent tumor entities.

Methods: Human cell lines derived fromsquamous cell carcinomas PCI13, A549and melanoma Mel624 were cultured.Confluent cells were radiated with doses of25, 50, 75, and 100 Gy. Followingincubation for 48 hr total proteinconcentration of survived cells wasdetermined. Tracer uptake of untreatedcells was measured by gamma countingafter incubation with 0.5 MBq/ml FET orFDG in the supernatant for 1, 3, 8, 15, 30 or5, 10, 20, 30, 60 min, respectively, andstandardized to identical proteinconcentration. Specific uptake inhibitorsserved as negative controls.

Results: Radio sensitivity was cell typespecific and correlated to the dose. Survivalafter 48 hr following 100 Gy was 23, 68and 90% for PCI13, Mel624, and A594,respectively. For both tracer, all tested celllines has a specific uptake that followed anexponential kinetic and depended on thecell number. For FET A549 had maximumuptake (arbitrarily set to 100%) followed byMel624 (44%), and PCI13 (43%). Incontrast, order of FDG tracer uptake wasPCI13 (100%), Mel624 (52%), and A549(16%).

Conclusion: For the investigated cell lines,uptake kinetics for amino acid and glucosemetabolism showed no correlation. HighFDG uptake paralleled with high radiosensitivity whereas FET showed noconcordance. Taken together, our data maysuggest that glucose is a better marker forradio sensitivity compared to amino acidmetabolism.

FET Uptake of cell lines after different incubation (0.68 MBq/ml)

0

20

40

60

80

100

norm

aliz

edup

take

/pro

tein

[%]

1 min 12 23 22

3 min 14 35 42

8 min 33 40 53

15 min 37 40 67

30 min 43 44 100

+ BCH 23 17 33

PCI 13 Mel 624 A 549

Radiatio of cell lineswith different doses

0

50

100

150

200

250

Dec

reas

e of

pro

tein

conc

entr

atio

n [m

g/m

l]

0 Gy 188,9 211,0 183,8

25 Gy 85,3 169,4 171,4

50 Gy 62,7 167,5 159,0

75 Gy 48,6 162,6 156,5

100 Gy 43,0 142,8 165,5

PCI 13 Mel 624 A 549

25

J. Brockmann, A. Mohammed**, S. Höhnemann, M. Schreckenberger*, P. Bartenstein*, M. Eisenhut**, F. RöschInstitut für Kernchemie, Universität Mainz, *Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin, Universität Mainz,**Abteilung Nuklearmedizin, Universität Heidelberg

AUFNAHME VON O-(2-[18F]FLUOROETHYL)-L-TYROSIN IN B16-MELANOMEN_________________________________________________________________________________________________

Einleitung: Für die Frühdetektion von Melanommetastasen sind bislang speziell radioiodierte Benzamide diskutiert worden[1]. Ein alternativer Ansatz ist der Einbau von Tyrosinderivaten in die Melaninsynthese. O-(2-[18F]Fluoroethyl)-L-Tyrosin([18F]FET) ist ein routinemäßig produziertes Radiopharmakon im Institut für Kernchemie. Anwendungen findet das[18F]FET vor allem als Marker für Aminosäure-Transporter in onkologischen Fragestellungen, in denen 2-[18F]-FDG keineeindeutigen Ergebnisse liefert. Gerade bei der Detektion metastatisierter Melanome konnte gezeigt werden, daß [18F]FET ineinigen Fällen der negativen Diagnose mittels 2-[18F]-FDG eine Darstellung der Metastasen ermöglicht [2]. ZurQuantifizierung der Akkumulation von O-(2-[18F]Fluoroethyl)-L-Tyrosin in Melanomzellen sollte dies am Mausmodelldurch ex vivo-Verteilung geprüft werden.

Methodik: [18F]FET wurde entweder ausgehend von 2-[18F]Fluoroethyltosylat oder von 1-Brom-2-[18F]Fluoroethan in einerautomatisierten Syntheseanlage im Institut für Kernchemie, Universität Mainz hergestellt. In Heidelberg wurden B16Melanomzellen in C57Bl6 Mäusen transplantiert. Nach 10 Tagen wiesen die Tumore einen Durchmesser von 2-3 mm auf.30 MBq [18F]FET und zum Vergleich [18F]FDG wurden den Mäusen i.v. injiziert. Nach 1 h und 4 h wurdenOrganverteilungen ex vivo gemessen.

Abb.1:Melanom-zu-Organ-Verhältnisse 60 bzw. 240 min p.i.

(60 min: N=4; 240 min: N=2)

Ergebnisse: In Tabelle 1 sind die experimentell ermitteltenOrgananreicherungen von [18F]FET und [18F]FDG zusammengefaßt.Die transplantierten Melanome zeigten bereits 1 h p.i. eine signifikanteAkkumulation von [18F]FET und [18F]FDG. Trotz einer höherenAkkumulation von [18F]FET im Vergleich zu [18F]FDG in gesundemGewebe und im Blut entstehen hohe Tumor/Organ-Verhältnisse (Abb.1). Durch die längere Retention des [18F]FET in Melanomen erhöhensich die Tumor/Organ-Verhältnisse nach 4 h p.i..

Tabelle 1: [18F]FET-Anreicherung (%iD/g) [18F]FDG-Anreicherung (%iD/g)Organanreicherungen von [18F]FETund [18F]FDG in C57Bl6 Mäusen

60 min(N=3)

240 min(N = 2)

60 min(N=2)

240 min(N=2)

60 und 240 min p.i. Blut 4,22 2,09 0,5 0,2Herz 4,57 2,57Lunge 6,90 4,38Milz 5,31 2,44 2,1 2,3Leber 4,52 1,98 1,0 1,5Niere 4,77 2,88 1,8 1,5Muskel 2,90 1,93 3,4 4,3Gehirn 3,82 1,69Melanom 13,78 8,21 15,1 10,5

Schlussfolgerungen: Es konnte eindeutig gezeigt werden, daß Melanome spezifische Zielorgane für [18F]FET darstellen.Die Tumorakkumulation liegt über der der Derivate von N-(2-Diethylaminoethyl)-Benzamiden (IMBA, BZA). Tumor/Blut-Verhältnisse sind geringer, jedoch mit ca. 4 ausreichend signifikant für die Tumordiagnostik. Speziell in Hinblick auf die18F-Markierung und die besondere Verfügbarkeit von [18F]FET sollten klinische Anwendungen zur Diagnostik vonMelanomen mittels PET möglich werden.

Literatur:[1] Eisenhut M, Hull WE, Mohammed A, Mier W, Lay D, Just W, Gorgas K, Lehmann WD, Haberkorn U, J Med Chem 43 (2000) 3913[2] van Langefelde A, van der Molen HD, Journee-de Korver JG, Paans AM, Pauwels EK, Vaalburg W, Eur J Nucl Med 14 (1988) 382

Blu

t

Her

z

Lung

e

Milz

Lebe

r

Nie

re

Mus

kel

Geh

irn

Ver

hältn

is M

elan

om /

Org

an

1

2

3

4

5

60 min p.i.240 min p.i.

26

J. Brockmann, S. Maus, M. Jennewein, F. RöschInstitut für Kernchemie, Universität Mainz

90Y-MARKIERUNG VON ANTI-CD20 ANTIKÖRPERN:SYNTHESE, KOPPLUNG UND RADIOAKTIVE MARKIERUNG______________________________________________________________________________________________________

EinleitungDas Therapieprinzip der Radio-Immuno-Therapie (RIT) spielt bei der Behandlung von verschiedenen onkologischenErkrankungen eine immer größere Rolle, da hierbei gleichzeitig verschiedene Therapiestrategien miteinander verbundenwerden. Die Wirksamkeit von speziell gegen den Tumor gerichteten monoklonalen Antikörpern (mAk) kann durch dielokoregionäre Bestrahlung des Tumors bei einem vergleichsweise günstigem Toxizitätsprofil durch die Konjugation angeeignete Radionuklide potenziert werden.Non-Hodgkin-Lymphome (NHL) finden sich auf Platz 6 der durch Neoplasien verursachten Todesfälle. Für die Therapievon B-Zell-Non-Hodgkin-Lymphomen (NHL) wird der Einsatz von 90Yttrium-markierten, humanisierten anti-CD20-mAkIDEC-C2B8 (Rituximab®) diskutiert.Prinzipiell ist für die Markierung von Antikörpern mit 90Y die Verwendung von Komplexbildnern erforderlich. Hier werdenvor allem Derivate des DTPA (Diethylentriaminpentaessigsäure) und DOTA (Tetraazacyclododekantetraessigsäure)verwendet. Da die biologische Halbwertszeit großer Proteine entsprechend lang ist, sollte der anti-CD20 Antikörper mit deminerten DOTA-Komplex gekoppelt und anschließend mit 90Y markiert werden.Für die Kopplung und die radioaktive 90Y-Markierung von anti-CD20 über p-SCN-Bz-DOTA-Derivate sollten optimaleReaktionsbedingungen gefunden werden [1].

Antikörperreinigung500 l einer CD20 Stammlösung (10 mg/ml) werden über einen Zentrifugenfilter (Molausschlußgröße 20.000) filtriert und3mal mit je 500 l NaH2PO4 (c=0.1 mol/l) gewaschen und anschließend in 500 l NaH2PO4-Puffer aufgenommen.

Darstellung von p-SCN-Bz-DOTADie Darstellung der SCN-Derivate erfolgt ausgehend von den p-NO2-phenyl- über p-NH2-phenyl-Verbindungen und finalerUmsetzung mit Thiophosgen (Abb.1).

Abb.1 : Darstellung von p-SCN-Bz-DOTA-Derivaten ausgehend von p-NO2-Bz-DOTA

Hierzu werden 50 mg p-NO2-Bz-DOTA in 10 ml MeOH/H2O gelöst und 3 h mit H2/Pd/C hydriert. Anschließend wirdfiltriert, vom Lösemittel befreit und in 3 ml 3 N HCl aufgenommen. Nach Zugabe von 700 l CHCl3 werden 300 l einer90%igen SCCl2/Ether-Lösung zugegeben und 4 h bei RT gerührt. Anschließend wird 5mal mit je 1 ml CHCl3 ausgeschüttelt,die wäßrige Phase eingeengt und in 1 ml 0.1 M HCl aufgenommen.

Die anschließende Konjugation des p-SCN-Bz-DOTA-Derivates erfolgt über die Bindung von -Aminfunktionen der Lysinedes verwendeten Antikörpers mit der Isothiocyanat-Gruppe (SCN) des Komplexbildners (Abb.2).

R NO2

H2R NH2

SCCl2

HClR NCS

Pd/C

27

Abb. 2 : Kopplungsreaktion p-SCN-BZ-DOTA mit anti-CD20

Für die Kopplungsreaktion wurden verschiedene Puffergemische (0.1 M Na2HPO4, 0.01 M NaHCO3, 0.1 M NaHCO3), undStöchiometrien (Massenverhältnis SCN-DOTA/Antikörper: 0,28; 0,56; 1,12; 2,8) evaluiert.Eine Überprüfung der Kopplungsausbeute erfolgte durch radioaktive Markierung mit 90Y.Die Reinigung der gebildeten Antikörperkonjugate erfolgt durch Ultrazentrifugation an Filtermaterialien geeigneterPorengröße. Radiomarkierungen mit 90Y wurden in 0.1 M NH4OAc Lösung durchgeführt. Die radiochemische Ausbeutewurde mittels Gelausschlußchromatographie (HPLC) bestimmt. Niedermolekulare Verunreinigungen werden abschließenddurch Ultrazentrifugation beseitigt.

ErgebnisseFür die Darstellung von 90Y-markierten DOTA-anti-CD20-Antikörpern erwies sich ein p-SCN-Bz-DOTA/anti-CD20-Masssen-Verhältnis von 1,12 als ausreichend um eine 90%ige Markierung mit 90Y zu gewährleisten. In diesemZusammenhang lieferte eine Kopplungsreaktion, die in 0.1 M NaHCO3-Lösung durchgeführt wurde, die besten Ausbeuten.Kinetische Untersuchungen zur 90Y-Markierung in Puffersystemen ergaben für einen 0.1 M NH4OAc-Puffer beiRaumtemperatur Ausbeuten von 90% nach 24 Stunden. In analogen Ansätzen mit Antikörpern konnte für dieseReaktionsführungansatz eine Erhaltung der Immunoreaktivität nachgewiesen werden.Markierungsausbeuten und -Kinetiken konnten bei höheren p-SCN-Bz-DOTA/anti-CD20-Massen-Verhältnissen zwargesteigert werden, müssen jedoch hinsichtlich der Immunoraktivität der 90Y-DOTA-CD20-Derivate überprüft werden.

Literatur[1] McMurry T.J., Brechbiel M.W., Kumar K., Gansow O., Bioconjugate Chem. 3 (1991), 108-117

N

NN

N

OOH

OHO

O

HO

O

HO

NC

S

NaHCO3pH 9

NH2

N

NN

N

OHO

OOH

O

OH

O

OH

NH

S

NH

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J. Brockmann1, S. Maus1, R. Senekowitsch-Schmidtke2, H.J. Wester2, S.G. Emerson3, F. Rösch1

1Institut für Kernchemie, Universität Mainz, 2Institut für Nuklearmedizin, Klinikum r.d.Isar, TU München,3Department of Medicine, Hematology and Oncology Devision, University of Pennsylvania, Philadelphia, USA

RADIOLABELING OF P-BZ-DOTA-CD-11C ANTIBODY WITH 88Y: CONJUGATION,LABELING, BIODISTRIBUTION STUDIES

______________________________________________________________________________________________________

Graft versus host desease, an alloimmune attack on host tissues mounted by donor T cells, is the most important toxicity ofallogeneic bone marrow transplantation.

Fig. 1: Quality control of 88Y-anti-CD11A: Reaction mixture; B: free 88Y

T cell responses are intitiated on antigen presenting cells. In allogeneic bone marrow transplantation (APC) the unusualsituation arises in wich both host- and donor derived antigen-presenting cells are present. The suggestion was that depletinghost APCs should abrogate graft versus host desease without the need for prolonged T cell-targeted immunosuppression.

Supporting a antibody-mediated APC depletion a radiolabelled anti-CD-11c antibody wich bind to all CD11c-expressingdendritic cell in both lymph nodes and spleen is discussed.In this study we have evaluated the biodistribution of 88Y-DOTA-anti-CD11c-antibody in black mice particularly to estimateaccumulations in spleen and lymph nodes (1).

Ligand preparation:p-NH2-Bz-DOTA was synthesized by reduction of p-NO2-Bz-DOTA with Pd/C and H2 for 3 h in a MeOH/H2O mixture. Theamino derivative was then allowed to react with thiophosgene in 3 N HCl-solution.This solution was extracted 4 times with CHCl3, evaporated to dryness, dissolved in water and lyophilized.Prior coupling the p-SCN-Bz-DOTA was dissolved in 1 ml 0,1 N HCl.

Conjugation procedure:1,5 ml of a solution containing 1,94 mg/ ml CD-11c was purified 3 times with 0,15 M Na2HPO4 using microcentrifuge filters(MWCO 20000) and finally dissolved in 500 l of this buffer.2 ml 0.1 M NaHCO3 and 5,6 mg p-SCN-Bz-DOTA in 280 l 0,1.N HCL was added. After 3 hours this solution was washed3 times with 0,1 M NH4OAc buffer using the filters mentioned above.Finally the conjugate was dissolved in 500 l 0,1 M NH4OAc.A UV-spectrometric calibration (280 nm) gave a total yield of 1,547 mg DOTA-CD-11c.

A

B

29

Labeling procedure:88Y (500 Ci; 0,4 M HCl) was evaporated to dryness and dissolved in 0,5 ml 0,1 N HCl. The solution was purified on anion-exchange resin. The 88Y-fraction (2 M HCl) was evaporated to dryness and dissolved in 20 l 0,01 N HCl.The antibody solution and the yttrium solution were combined and stored at room temperature.After 18 hours a quality control was performed (TLC Si60, 5x7,5 cm, 0.1 M Na3Cit) indicating a quantitative yield (Fig1).

Mouse experiment:Prior injection the final solution was adjusted to a volume of 3,5 ml using 0.9% NaCl.150 l of this solution (66 g CD-11c; 15,5 Ci Y-88) were injected in each B6-mouse (8 weeks old). The animals weredissected after 24 h, 96 h and 1 week (168 h).Each organ was weighted and measured 10 minutes using a auto-gamma counter. Couting yields were sufficient in allexperiments. The resulting percent injected dose per gramme (%iD/g) for the organs of interest is shown in table 1.

Table1: biodistribution data for 88Y-DOTA-anti-CD11c in black B6 mice (N=3-5) (deviations in %)

time 24 h 96 h 168 horgan %iD/g +/- %iD/g +/- %iD/g +/-blood 11,3 1,1 4,6 3,7 0,1 0,0lung 6,5 0,2 5,1 1,3 1,6 0,3

spleen 36,4 2,5 70,9 11,8 30,9 4,4skin 5,2 0,5 5,5 1,5 1,3 0,1

bone marrow 41,0 18,8 39,1 8,1 30,4 14,5bone 5,5 0,7 8,1 2,1 6,9 0,9

lymph nodes 25,2 14,8 39,8 10,7 25,5 3,7liver 15,0 1,5 16,0 4,9 13,3 2,4

Results:Conjugation of the anti-CD11c-antibody was performed with high purity making a quantitative radiolabeling with 88Ypossible in less than 16 hours even at room temperature.Because impurities of commercial available 88Y-batches often prevent those high labeling yields, a purification by ion-exchange chromatography is recommended.Considering the immunoreactivity of the antibody in respect to the labeling protocol, an accumulation of the labeledcompound in organs with cells expressing CD-11c, i.e. lymph nodes, spleen and bone marrow, was expected.As a proof of concept the biodistribution data indicate high accumulation of the labeled antibody in the mentioned organs.

Literature:(1) Schlomchik W.D., Couzens M.S., Tang C.B., McNiff J., Robert M.E., Liu J., Schlomchik M.J., Emerson S.G., Science

285 (1999) 411-415

30

R. Schirrmacher1, P. Feilen3, G. Shiue2, S. J. Shiue2, S. Schneider3, A. Alavi2, J. Beyer3, F. Rösch1

1Institut für Kernchemie, Universität Mainz, D-55128 Mainz; 2Department of Radiologie, University of Pennsylvania,Philadelphia, PA 19104; 3Department of Endocrinology and Metabolic Disease, Universität Mainz, D-55131 Mainz

FIRST EVALUATION OF A NEW 19F-DERIVATIVE OF SULFONYLUREA LIGANDSFOR THE DETERMINATION OF THE BETA-CELL STATUS IN VIVO

________________________________________________________________________________________________

Intoduction: Diabetes mellitus comprises a heterogeneous group of disorders characterized by high blood glucose levels.Two major types of diabetes mellitus have been defined: type 1 (insulin-dependent diabetes mellitus, IDDM), and type 2(non-insulin-dependent diabetes mellitus, NIDDM). Although hyperglycemia is the common denominator of both IDDM andNIDDM, the etiology and pathophysiology of these syndromes are distinct. IDDM is a chronic autoimmune diseasecharacterized by the selective destruction of insulin-producing -cells of the islets of Langerhans. When autoimmunedestruction affects more than 90% of the -cell mass, the resulting insulin deficiency culminates into development of overthyperglycemia. In NIDDM, on the other hand, the pancreatic -cells are initially intact, and the disease is associated withinsulin resistance and loss of -cell function, and eventual insulin-dependency [1]. Tolbutamide with a Ki of 25-55 µM andglibenclamide with a Ki of 0.7-7 nM are sulfonurea agents used to stimulate insulin secretion in type 2 diabetic patients [2].We intend to determine the efficacy of these radiolabeled agents in visualizing and quantifying -cell concentrations in thepancreas of normal non-human primates by PET. The aim of this study was to evaluate the -cell-specific positron emittingradiolabeled sulfonylurea derivative 2-[19F]fluoroethyl-tolbutamide in vitro. First of all, the 19F-compounds of the describedsulfonylurea derivatives were synthesized for testing their ability to stimulate insulin secretion from pig beta-cells. In thecase of the tolbutamide derivative the synthesis started from 4-amino-benzensulfonamide, which was converted viadiazotation and hydrolysis into 4-hydroxy-benzenesulfonamid. The hydroxy group was then alkylated with 2-fluoro-1-bromoethane under basic conditions and the remaining sulfonamide moiety was coupled with butylisocyanate to yield thedesired 2-[19F]fluoroethyl-tolbutamide (fig. 1). The glibenclamide derivative was obtained by a multistep synthetic route.Starting from the di-sodium salt of 5-chloro-salicylic acid, 2-fluoro-1-bromoethan was added to yield the fluoroalkylatedsalicylic acid fluoroethylester which was then cleaved with 2 N NaOH solution to yield the fluoroalkylated salicylic acidderivative. The carboxyl group of this compound was activated via a mixed anhydride for further nucleophilic displacementwith 4-(2-aminoethyl) benzenesulfonamide. The resulting compound was reacted with cyclohexylisocyanate and Cu(I)catalysis to give the desired glibenclamide derivative 2-[19F]fluoroethyl-glibenclamide.

Fig. 1: 2-[19F]fluoroethyl-glibenclamide

In vitro evaluation: For testing the in vitro function of the glibenclamide derivative 2-[19F] fluoroethyl-glibenclamide astandardized batch stimulation was performed. Adult rat islets were isolated by collagenase digestion and purified by adensity gradient. For each sample ten islets were used (equal in size and shape) for a culture-insert with a membrane of 3 µmpore size. First the basal insulin secretion was tested by culturing the islets with normo-glycemic culture-media (RPMI 1640+ D-glucose 100 mg/dl + 10% FCS + P/S) for 1 hour at 37°C. After the culture period the media were collected and stored at–20°C. The inserts with islets were transferred to normo-glycemic culture-media with several concentrations of theglibenclamide derivative and cultured for a second, stimulated period. As a positive control several inserts with islets werecultured with a hyperglycemic culture-media (RPMI 1640 D-glucose 300mg/dl + 10% FCS + P/S) only. For the negativecontrol normo-glycemic culture-media (RPMI 1640 D-glucose 100mg/dl + 10% FCS + P/S) with a diluted-solution butwithout the glibenclamide derivative was used. The insulin content of each probe was quantified by a rat-insulin-ELISA. Thestimulation effect (in %) was calculated as stimulated insulin secretion divided by basal insulin secretion * 100 (tab. 1)

Tab 1: Concentration of 2-[19F]fluoroethyl-glibenclamide [ng/ml]Effects on insulin secretion of 0.025 0.25 2.5 Pos. control Neg. control2-[19F]fluoroethyl-glibenclamide Stimulation effect [%] 291.6 471.1 160.0 533.4 115.2

SD [+/- %] 62.2 101.5 9.8 80.6 13.1

Conclusion: The non radioactive 19F-standard compound 2-[19F]fluoroethyl-glibenclamide was successfully evaluated incomparison to glibenclamide for the effect on insulin secretion. We could detect nearly the same stimulation effect of 0.25ng/ml 2-[19F]fluoroethyl-glibenclamide as in the hyperglycemic positive control. The evaluation of 2-[19F]fluoroethyl-tolbutamide is under investigation.Literature: [1] Ronner P et al. Diabetes, 42: 1760-72 (1993), [2] Gribble F.M. et al. Diabetes , 47: 1412-8 (1998)

NH

OF

O

NH

SO

ONH

O

Cl

NCO

Evaluierung, Validierung und Anwendungvon PET-Radiopharmakain medizinischen Studien

31

32

M. Schreckenberger1, W. Magerl2, P. Bartenstein1, R.-D. Treede2

Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin1, Institut für Physiologie und Pathophysiologie2

MODULATION DES OPIOIDERGEN SYSTEMS DES MENSCHENBEI SCHMERZ UND RURITUS

___________________________________________________________________________________________________

Einleitung: Schmerz und Pruritus stellen eigenständige Submodalitäten des nozizeptiven Systems dar, welche Gemeinsam-keiten, aber auch Unterschiede der zentral-nervösen Signalverarbeitung zeigen. Klare Divergenzen bestehen insbesonderebezüglich der Rolle des opioidergen Systems, das beim Schmerz eine hemmende (antinozeptive), beim Juckreiz jedoch eineförderliche (pro-pruritogene) Wirkung aufweist. Die Organisation des nozizeptiven Systems ist durch elektrophysiologischeund bildgebende Studien (PET, fMRI) in großen Zügen bekannt (Peyron et al. 2000, Treede et al. 1999, 2000). Trotz der be-sonderen Bedeutung von Opiatrezeptoren für das nozizeptive System liegen jedoch derzeit nur wenige PET-Schmerzstudienmit selektiven (z.B. 11C-Carfentanil) oder unselektiven (11C-Diprenorphin, 18F-Ethyl-Diprenorphin) Rezeptorliganden vor.Frost et al. (1990) beschrieben dabei erstmals mit 11C-Carfentanil die in vivo-Verteilung zentraler µ-Rezeptoren bei gesun-den Probanden. Mittels 11C-Diprenorphin konnte von Jones et al. (1991) gezeigt werden, dass vor allem die kortikalen Pro-jektionen des medialen nozizeptiven Systems (Cingulum, Präfrontalkortex) eine hohe Opiatrezeptordichte aufweisen. Diebisherigen, vereinzelten PET-Studien an chronischen Schmerzpatienten mit 11C-Diprenorphin konnten bereits an kleinerenKollektiven die Validität und Reliabilität der Methode zur Untersuchung der nozizeptiven Signalverarbeitung überzeugendbelegen (Jones et al. 1991, Willoch et al. 1999). Hierbei ließ sich unter Schmerzreduktion ein Anstieg der Rezeptorligan-denbindung in Anteilen des medialen nozizeptiven Systems, aber auch in der Insel (die eine Mittelstellung zwischen medi-alem und lateralem System einnimmt), im Parietalkortex, Thalamus und den Basalganglien nachweisen. Interessanterweisekönnen sich eindeutige Diskrepanzen zwischen der regionalen neuronalen Aktivität (gemessen mit 18F-Fluorodeoxyglukose)und der Opioidrezeptorbelegung (gemessen mit 11C-Diprenorphin) ergeben (Willoch et al. 1999), die auf die komplexe Ver-schaltung zwischen Signaltransduktion in einem spezifischen Transmittersystem und der allgemeinen neuronalen Aktivitätim Sinne eines distribuierten Netzwerkes hinweisen. Während das zentralnervöse Netzwerk der Verarbeitung schmerzhafterReize sowohl elektrophysiologisch als auch durch Aktivierungsstudien mit der Positronenemisionstomographie (PET) diekortikale Repräsentation experimentell gut dokumentiert ist, existieren bisher nur rudimentäre Daten zur zentralen Verar-beitung des Juckreizes. Derzeit liegen nur zwei PET-Untersuchungen zur zentral-nervösen Verarbeitung des Pruritus vor(Hsieh et al. 1994, Drzezga et al. 2001). Hierbei zeigten sich ebenfalls Aktivierungssignale in den kortikalen Anteilen deslateralen und medialen nozizeptiven Systems aber bemerkenswerterweise nicht im Hirnstamm oder Thalamus. Bezüglichder geplanten Untersuchungen zur zentralen Verarbeitung von Jucken sind bisher noch gar keine Arbeiten zur in vivo-Rezeptorbildgebung publiziert worden.Die Gemeinsamkeiten/Divergenzen des opioidergen Systems für die nozizeptiven Subsysteme Schmerz und Jucken sollenin einer Kooperation der Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin (Schreckenberger/Bartenstein) und des Instituts für Phy-siologie und Pathophysiologie (Magerl/Treede) untersucht werden.

Ziele: Ziel des Projektes ist die Analyse des zerebralen opioidergen Systems für die Signalverarbeitung beider nozizeptiverSysteme mittels Korrelation von Psychophysik (quantitative Sensibilitätsprüfung) und Rezeptor-Positronenemissionstomographie (PET). Zunächst sollen an gesunden Probanden grundlegende Daten der Opiatrezeptor-verteilung, sowie deren modalitätsabhängige Modulation durch noxische Stimulation untersucht werden ("akute Modulati-on"). Die Bedeutung des zentralen opioidergen Systems soll bei ausgewählten Patientenkollektiven anhand der Untersu-chung von parallelen Veränderungen des Opiat-Rezeptor-PET und nozizeptiver Sensibilität a) bei chronischen Schmerzsyn-dromen mit Manifestation in der Kindheit bzw. im Erwachsenenalter und b) bei chronischem Pruritus untersucht werden("chronische Modulation"). Darüberhinaus soll die Modulation des Systems durch adäquate kausale Therapie untersuchtwerden ("therapeutische Restitution").

Vorarbeiten und Arbeitsprogramm: Tölle et al. (1999) konnten zeigen, dass z. B. verschiedene, anatomisch distinkte,Anteile des Cingulum mit unterschiedlichen sensorischen und affektiven Prozessen der Schmerzverarbeitung assoziiert sind.Dabei fand sich eine signifikante Korrelation zwischen der Schmerzintensitätswahrnehmung (sensorische Komponente) unddem posterioren Cingulum/periventrikulären Grau, während der subjektive Unangenehmheitsgrad (affektive Komponente)mit dem posterioren Anteil des anterioren Cingulum korreliert war. Es konnte gezeigt werden, dass auch zu einer Aktivationin Regionen führen, die auch bei Verarbeitung von Schmerzreizen aktiviert werden (somatosensorischen (primären), moto-rischen Areale und im Gyrus cinguli), es jedoch kein Aktivation in subkortikalen Regionen (Drzezga et al., 2001) gibt.Erste vorläufige Befunde (Bencherif et al. 1999) zeigen eine Verminderung der Bindung des µ-Rezeptor-Liganden 11C-Carfentanil nach selektiver Stimulation des nozizeptiven Systems durch Capsaicin. Diese Befunde legen eine vermehrte Be-setzung zentraler Opiatrezeptoren durch endogene Opioide im Schmerzzustand nahe. Eine systematische funktionell-bildgebende Untersuchung experimentell induzierter bzw. chronischer Schmerzzustände an gesunden Probanden bzw. ge-nau definierten Patientenkollektiven, die für eine übergreifende Konstruktbildung notwendig wäre, ist aber bisher nicht er-folgt und stellt einen zentralen Aspekt des vorliegenden Forschungsvorhabens dar. Ebenso fehlen bisher vollständig Opiat-bindungs-Untersuchungen am pruritozeptiven System.

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Ausblick:Ein DFG-Antrag zum Thema „Modulation des opioidergen Systems des Menschen bei Schmerz und Pruritus" (M. Schre-ckenberger; W. Magerl; P. Bartenstein; R.-D.Treede)“ soll auf dem Weg der Einzelförderung im März 2001 beantragt wer-den

Literatur:Bencherif B, Oropeza M, Fuchs PN, Sheth RN, Li ST, Ravert H, Musachio J, Mathews B, Dannals B, Campbell JN, Frost JJ

(1999) PET scan analysis of µ-opioid receptor binding during a tonic painful stimulus in normal human subjects.Abstracts- World Congress on Pain, p.281

Drzezga A, Darsow U, Treede RD, Siebner H, Frisch M, Munz F, Weilke F, Ring J, Schwaiger M, Bartenstein P (2001)Central activation by histamine-induced itch: analogies to pain processing. Pain (in press)

Frost JJ, Mayberg HS, Sadzot B, Dannals RF, Lever JR, Ravert HT, Wilson AA, Wagner HN, Links JM (1990) Comparisonof [11C]diprenorphine and [11C]carfentanil binding to opiate receptors in humans by positron emission tomography.J. Cereb. Blood Flow Metab. 10: 484-492.

Hsieh JC, Hägermark O, Ståhle-Bäckdahl M, Ericson K, Eriksson L, Stone-Elander S, Ingvar M (1994) Urge to scratch rep-resented in the human cerebral cortex during itch. J. Neurophysiol. 72: 3004-3008.

Jones AKP, Qi LY, Fujirawa T, Luthra SK, Ashburner J, Bloomfield P, Cunningham VJ, Itoh M, Fukuda H, Jones T (1991)In vivo distribution of opioid receptors in man in relation to the cortical projections of the medial and lateral painsystems measured with positron emission tomography. Neurosci. Lett. 126: 25-28.

Peyron R, Laurent B, Garcia-Larrea L (2000) Functional imaging of brain responses to pain. A review and meta-analysis.Clinical Neurophysiology 30: 263-288

Tölle TR, Kaufmann T, Siessmeier T, Lautenbacher S, Berthele A, Munz F, Zieglgänsberger W, Willoch F, Schwaiger M,Conrad B, Bartenstein P (1999) Region-specific encoding of sensory and affective components of pain in the hu-man brain: a positron emission tomography correlation analysis. Annals of Neurology 45: 40-47.

Treede RD, Kenshalo DR, Gracely RH, Jones, AKP (1999) The cortical representation of pain. Pain 79: 105-111Treede RD, Apkarian AV, Bromm V, Greenspan JD, Lenz FA (2000) Cortical representation of pain: functional characteri-

zation of nociceptive areas near the lateral sulcus. Pain 87: 113-119Willoch F, Tölle TR, Wester HJ, Munz F, Petzold A, Schwaiger M, Conrad B, Bartenstein P (1999) Central pain after pon-

tine infarction is associated with changes in opioid receptor binding: A PET study with 11C-diprenorphine. Am. J.Neuroradiol. 20: 686-690.

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U. Baumgärtner1, M. Özcan1, S. Sammet1, 2, H. Vogel1, P. Bartenstein3, P. Stoeter2, F. Rösch4, R.-D. Treede1

Institut für Physiologie und Pathophysiologie1, Institut für Neuroradiologie2, Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin3,Institut für Kernchemie4

UNTERSUCHUNG ZUR NOZIZEPTIVEN UND NONNOZIZEPTIVEN AKTIVIERUNGDES PARASYLVISCHEN KORTEX

Einleitung: Der sekundäre somatosensorische Kortex (SII) ist sowohl Teil des nozizeptiven Systems als auch Teil desventralen Pfades der Signalverarbeitung der taktilen Bahnen (Treede et al., 1999, Treede et al., 2000).Die genaue Funktion von SII bei der Verarbeitung noxischer und nicht noxischer Stimuli ist jedoch weiterhin nicht voll-ständig geklärt. Insbesondere ist unbekannt, ob beide Signale in der gleichen Region, oder in benachbarten Arealen verar-beitet werden.

Ziele: Im Rahmen des Projektes soll die Rolle der SII Region in der taktilen und nozizeptiven Signalverarbeitung mittelsder bildgebenden Verfahren fMRI und PET untersucht werden. Das Projekt ist in zwei methodisch und inhaltlich aufteilba-re Ansätze gegliedert.A) Aktivationsstudien zu Signalverarbeitung in SII: Im ersten Teil des Vorhabens soll in Ergänzung zu den nichtinvasivenelektrophysiologischen Meßmethoden mittels des fMRI die aktivitätsabhängige Veränderung der Desoxyhämoglobinkon-zentration (BOLD Kontrast) in SII und Umgebung bei schmerzhafter und taktiler Reizung verglichen werden mit der Akti-vation bei akustischer Stimulation.B ) Histochemische Kartierung des parasylvischen Kortex: Um nozizeptive und taktile Areale im parasylvischen Kortex zuunterscheiden wird mittels PET die Transmitterrezeptorenverteilung in dieser Region bestimmt. In dem ersten geplantenExperiment soll mittels 18F-Ethyl-Diprenorphin die Opiatrezeptorverteilung in den nozizeptiven Arealen untersucht werden.Vorarbeiten und Arbeitsprogramm: Im Rahmen einer DFG – Sachbeihilfe zum Thema „Funktionelle Charakterisierung so-matosensorischer Areale im parasylvischen Kortex des Menschen“ wurden (Tr236/13-1 und 13-2) erste Untersuchungen zurAbgrenzung der Areale im parasylvischen Kortex, die durch taktile und auditive Stimulation aktiviert werden, mit EEG undMEG Messungen in Heidelberg durchgeführt. Dipolquellenanalysen der evozierten Magnetfelder und Potentiale werdenz.Z. abgeschlossen. Die gleichen Reize werden jetzt im fMRI eingesetzt. In einem Experiment mit einem selbstentwickel-ten Paradigma zur räumliche Schmerzlokalisation konnten wir zeigen, daß die Pbn taktile Reize und schmerzhafte Hitzerei-ze annähernd gleich präzise lokalisieren konnten (Schlereth et al., im Druck). Für diese Funktion der Reizdiskriminationschmerzhafter Stimuli zeigte sich eine Hemisphärenasymmetrie der N1 Komponente.Der SII Region der linken Hemisphäre scheint eine wichtige Rolle speizifisch bei der sensorisch-diskriminativen Verarbei-tung von Stimuli zuzukommen (Schlereth et al. 2000) Auch bei nichtschmerzhafter, elektrischer Reizung zeigte sich eineHemisphärenasymmetrie in SII (Jung et al. 2000). Aufbauend auf diesen Ergebnissen sollen in PET Experimenten mit ähn-lichen Paradigmen die Rezeptorbindung in vordefinierten Regions-of-interest (ROI) analysiert werden. Die Mittel für diegeplante PET-Untersuchung sind bewilligt. Der Antrag zur PET-Untersuchung der Verteilung von Opiatrezeptoren liegtder Ethikkommission zur Begutachtung vor.

Ausblick: In prospektiven Studien soll durch gezielte Modifikation einzelner Komponenten des Schmerzerlebens (z.B. Be-einflussung der affektiv-evaluativen Komponente, Diskriminations- bzw. Lokalisationsaufgaben zur Untersuchung der sen-sorischen Komponente) die spezifische Funktion von SII für die einzelnen Schmerzkomponenten erfaßt werden. Um diehistochemische Kartierung der parasylvischen Kortexareale differenzierter auch für andere Transmittersysteme (v.a. GABAund NMDA-Rezeptoren ) forzusetzen, sollen in Studien 11C-markierte Liganden verwendet werden sobald ein Cyklotronzur Verfügung steht. Zu diesem Zwecke wird die Entwicklung von Opioidrezeptor-Liganden der Sufentanil-Reihe am In-stitut für Kernchemie fortgesetzt.

Drittmittel – Förderung2000 – 2003 DFG : „Funktionelle Charakterisierung somatosensorischer Areale im parasylvischen Kortex des Men-schen" (Tr236/13-1 und 13-2; R.-D.Treede; P. Stoeter)

Literatur:Jung P, Baumgärtner U, Magerl W, Treede RD (2000) Kortikale links/rechts-Asymmetrie somatosensorisch evozierter Po-

tenziale nach Medianusstimulation. Klinische Neurophysiologie 31: 169Schlereth T, Magerl W, Treede RD (2001) Spatial discrimination tresholds for pain and touch in human hairy skin. Pain (in

press)Schlereth T, Baumgärtner U, Magerl W, Treede RD (2000) Aufgabenabhängigkeit und Hemisphärenasymmetrie der N1-

Komponente des Laser evozierten Potenzials. Klinische Neurophysiologie 31: 182Treede RD, Kenshalo DR, Gracely RH, Jones, AKP (1999) The cortical representation of pain. Pain 79: 105-111Treede RD, Apkarian AV, Bromm V, Greenspan JD, Lenz FA (2000) Cortical representation of pain: functional characteri-

zation of nociceptive areas near the lateral sulcus. Pain 87: 113-119

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Siessmeier T.*, Buchholz H.-G.*, Vernaleken I.**, Piel M.***, Landvogt C.*, Schreckenberger M.*, Wong D.****,Gründer G.**, Rösch F. ***, Bartenstein P.**Klinik für Nuklearmedizin, **Psychiatrische Klinik, ***Institut für Kernchemie der Johannes Gutenberg UniversitätMainz. ****Department of Radiology, Johns Hopkins University School of Medicine, Baltimore, Maryland, USA

IN VIVO-QUANTIFIZIERUNG DER DOPAMIN D2 REZEPTORBINDUNG: VERGLEICHPARAMETRISCHER BILDER MIT ROI-BASIERTEN QUANTIFIZIERUNGSVERFAHRENBEI REZEPTORLIGANDEN UNTERSCHIEDLICHER AFFINITÄT_________________________________________________________________________________________

Ziel: Die Erstellung parametrischer Bilder, deren Verteilung die Rezeptorbindung reflektiert, ermöglicht untersucherunab-hängige Analysen unterschiedlicher Kollektive auf pixelweiser Basis. Ziel der Studie war die Validierung verschiedenerQuantifizierungsverfahren basierend auf parametrischen Bildern im Vergleich zu ROI-basierten graphischen Verfahren(Logan-Plot) anhand von unterschiedlich affinen D2-Rezeptorliganden.Methodik: Analysiert wurden PET-Studien an gesunden Probanden mit den D2-Rezeptorliganden 11C-Racloprid[Rac](n=5), 18F-Desmethoxyfallyprid [DMFP] (n=5) und 18F-Fallyprid [FP](n=1). Es wurden dynamische Studien (Rac = 90min, DMFP = 120 min; FP = 240 min) mit einer metabolitenkorrigierten arteriellen Inputfunktion durchgeführt. Darauswurden mit der Spektralanalyse parametrische Bilder des Verteilungsvolumens (Vd) und des Bindungspotentials (BP) er-rechnet (1). Desweiteren wurde für alle Liganden graphisch (Logan-Plot) das Vd ROI-basiert errechnet. BP wurde nach derFormel (Vdspez-Vdunspez)/Vdunspez ermittelt (2) mit dem Cerebellum als Referenz.

Ergebnisse: Spektralanalytisch ermittelte Mittelwerte SD :Tracer Ki (in vitro) Vd striatum Vd cerebellum BPRac 1,8nM 1,18 0,15 ( 12%) 0,32 0,06 ( 19%) 2,7 0,2 ( 8%)

DMFP 0,85nM 10,9 3,1 ( 28%) 3,4 1,0 ( 29%) 2,2 0,3 ( 14%)FP 0,033nM 39,0 1,2 31,5

Die graphisch ermittelten Werte korrelieren eng (Rac: r= 0,955, p= 0,01; DMFP: r=0,906, p=0,03 ) mit den o.g. Werten:BP(Rac) 2,9 0,3; BP(DMFP) 2,4 0,3; BP(FP) 32,5. Bedingt durch die hohe unspezifische Bindung im Cerebellum beiDMFP korrelierten die in vitro ermittelten Ki-Werte der einzelnen Tracer besser mit den Vd-Werten (r=-0,95, p=0,20) alsmit dem BP (r=-0,835, p=0,38). Die Streuung der BP Werte in den Normkollektiven war jedoch bei Rac und DMFP niedri-ger.

Schlußfolgerungen: Die Spektralanalyse ermöglicht die Erstellung parametrischer Bilder mit vergleichbarer Validität wiedas ROI basierte graphische Verfahren nach Logan. BP-Bilder erscheinen aufgrund Ihrer niedrigen Streubreite besondersgeeignet für die Erfassung von Unterschieden der D2-Rezeptorbindung bei verschiedenen Kollektiven.

Literatur:1) Cunningham and Jones: J Cereb Blood Flow Metab 1993; 13: 15-232) Lammertsma et al.: J Cereb Blood Flow Metab 1996; 16: 42-52

18F-Desmethoxy-Fallypride 18F-Fallypride

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G. Gründer1, T. Siessmeier2, M. Piel3, R. Schirrmacher3, H.-G. Buchholz2, I. Vernaleken1, W. Hamkens3, C. Hiemke1, F.Rösch3, P. Bartenstein2

Department of Psychiatry1, University of Mainz, Department of Nuclear Medicine2, Institute for Nuclear Chemistry3, Univ.of Mainz

SPECTRAL ANALYSIS OF [18F]DESMETHOXYFALLYPRIDE BINDING TO HUMAND2-LIKE DOPAMINE RECEPTORS

___________________________________________________________________________________________________

Introduction: Substituted benzamides such as [11C]raclopride or [123I]IBZM are selective radiotracers for PET and SPECTimaging of D2-like dopamine (DA) receptors. [18F]Desmethoxyfallypride (DMFP) appears to be a promising benzamidetracer with a fluorine-18 label (1). We optimized its synthesis and performed first PET studies in humans.

Methods: The synthesis of DMFP was optimized as described previously (2). The affinity of DMFP for D2-like DA recep-tors was determined in vitro using male Sprague-Dawley rats and [3H]spiperone. PET studies were performed in threehealthy volunteers on an ECAT EXACT (Siemens/CTI) tomograph. Brain radioactivity was measured for 120 min p.i.Plasma radioactivity was determined from arterial blood samples. A schizophrenic subject was scanned while treated with1000 mg amisulpride/day subchronically. Data were analyzed in two ways. Firstly, specific binding in a specific ROI wascalculated by subtraction of radioactivity in the cerebellum from total radioactivity in the respective region. Secondly,parametric images of K1 and VD were obtained using a version of the spectral analysis described by Cunningham and Jones(3) applied for analyses on a voxel by voxel level (4).

Results: In vitro studies revealed Ki values for the stable ligand of 15±9 nM/l at D2-like dopamine receptors. In humanbrain, tracer uptake was rapid and very high, reaching a maximum in striatal regions at about 30 min. Specific bindingreached a maximum at about 60 min p.i. and almost plateaued thereafter. The ratio of specific to non-specific binding wasabout 3:1 at 120 min p.i. Preliminary spectral analysis of the first subject revealed VDs of 13.2 [ml blood/ml tissue] for thecaudate, 12.4 for the putamen, and 4.2 for the cerebellum. VD for the thalamus was 5.2, indicating some binding in ex-trastriatal regions. Treatment of a schizophrenic patient with a high dose of another substituted benzamide, amisulpride, re-sulted in a markedly reduced specific tracer uptake in striatal regions.

Conclusion: Our results indicate that DMFP is a highly selective PET ligand for quantitative assessment of D2-like dopa-mine receptors, which can be used independently of an on-site cyclotron.

References:1. Mukherjee J., Yang Z.Y., Brown T., Roemer J., Cooper M. Life Sci, 59: 669-78 (1996)2. Piel M., Schirrmacher R., Hamkens W., et al. J Labelled Cpd Radiopharm, 42: S381-383 (1999)3. Cunningham V.J., Jones T. J Cereb Blood Flow Metab, 13: 15-23 (1993)4. Munz F., Ludwig T., Ziegler S., et al. Proceedings of the 7th International Conference on High Performance Computing

and Networking, Europe. Berlin: Springer; 1999: 430-439

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G. Gründer1, T. Siessmeier2, Ch. Lange-Asschenfeldt1, I. Vernaleken1, H.-G. Buchholz2, P. Stoeter3, A. Drzezga5, H. Lüd-dens1, F. Rösch4, P. Bartenstein2

Departments of Psychiatry1, Nuclear Medicine2, Neuroradiology3, and Institute for Nuclear Chemistry4, University ofMainz; Department of Nuclear Medicine5, Technical University of Munich, Germany

PET IMAGING OF BENZODIAZEPINE RECEPTORS IN THE HUMAN BRAIN:EVALUATION OF [18F]FLOUROETHYLFLUMAZENIL__________________________________________________________________________________________

Objectives: 5-(2´-[18F]fluoroethyl)flumazenil ([18F]FEF) is a 18F-labeled PET tracer for central benzodiazepine receptors.Compared to [11C]flumazenil, it has the advantage of the longer half-life of the fluorine-18 label. After optimization of its'synthesis and determination of its' in vitro receptor affinities we performed first PET studies in humans.

Fig. 1: N-methyl-[11C]Flumazenil Fig. 2: 5-(2´-[18F]flouroethyl)flumazenil

Methods: PET studies in four healthy volunteers were performed on a Siemens ECAT EXACT whole-body scanner. In twosubjects, a second PET scan was conducted after pre-treatment with unlabeled flumazenil. A third subject was studied bothwith [18F]FEF (Fig. 2) and with [11C]flumazenil. Brain radioactivity was measured for 60-90 min p.i. and analyzed with aROI-oriented approach and on a pixelwise basis with spectral analysis. Plasma radioactivity was determined from arterialblood samples and metabolites were determined by HPLC.

Results: In human brain, maximum radioactivity accumulation was observed 4±2 min p.i. with a fast clearance kinetics.[18F]FEF uptake followed the known central benzodiazepine receptor distribution in the human brain. Pre-treatment withunlabeled flumazenil resulted in significantly reduced specific tracer uptake in all brain areas except for receptor-free refer-ence regions like the pons. Spectral analysis revealed 1.5- to 2.5-fold higher distribution volumes for [11C]flumazenil com-pared to [18F]FEF, while relative uptake of [18F]FEF was higher in the cerebellum, which is most likely due to its' relativelyhigher affinity for benzodiazepine receptors containing the 6 subunit.

Conclusion: Although [11C]flumazenil has some advantages over [18F]FEF, our results indicate that [18F]FEF is a suitablePET ligand for quantitative assessment of central benzodiazepine receptors, which can be used independently of an on-sitecyclotron.

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Siessmeier T.*, Nix W.A.**, Kappis B.***, Landvogt C.*, Vehling D.*, Schreckenberger M.*, Bartenstein P.**Klinik für Nuklearmedizin, **Klinik für Neurologie, ***Klinik für Psychosomatische Medizin und Psychotherapie der Jo-hannes Gutenberg Universität Mainz

CHRONIC FATIGUE SYNDROM: NACHWEIS VON VERÄNDERUNGENDES REGIONALEN CEREBRALEN GLUKOSEMETABOLISMUS:ERSTE ERGEBNISSE EINER UNTERSUCHERUNABHÄNGIGEN ANALYSE

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Ziel: Das „Chronic Fatigue Syndrom“ (CFS) subsummiert neben Befindlichkeitsstörungen wie Kopfschmerz auch neuro-psychologische Defizite wie Erschöpflichkeit und Konzentrationsmangel.In letzter Zeit werden vermehrt funktionell bildge-bende Verfahren wie PET oder SPECT genutzt, um ein organbiologisches Korrelat als Erklärung für die Störungen nach-zuweisen. Exakte Daten existieren bisher nicht. Ziel dieser Studie war es, CFS-Patienten unter genau definierten Untersu-chungsbedinungen mit einem untersucherunabhängigen Analyseverfahren zu evaluieren.

Methodik:Aus einem Kollektiv der neurologischen Klinik wurden 19 Patienten (9 Frauen und 10 Männer) im Alter von 25-59 Jahren (MW SD 45 9) mit den CDC-Kriterien für CFS mit einer Siemens ECAT EXACT PET Kamera untersucht.Nach kalter Transmission wurden 370 MBq 18-FDG i.v. injiziert und 30min p.i. wurde eine Emissionsmessung (3x10min)im 2D Modus unter Standardbedingungen akquiriert. Die Analyse jedes Einzelpatienten erfolgte auf pixelweiser Basis imVergleich zu einem Normkollektiv (n=22) nach stereotaktischer Normalisierung (Neurostat, Univ. of. Michigan). Eine rele-vante Änderung der FDG-Aufnahme wurde angenommen wenn > 50 benachbarte Pixel des resultierenden Z-score-Bildeseinen Wert >2 aufwiesen (1).

Ergebnisse:10 der 19 untersuchten Patienten zeigten keine signifikanten Minderungen der FDG-Aufnahme im Vergleichzum Normkollektiv. Bei den übrigen fanden sich unterschiedliche Verteilungsmuster der Stoffwechselminderung: Bei 7 Pa-tienten fand sich beidseits eine signifikante Minderung der FDG-Aufnahme im Bereich des Gyrus cinguli und der angren-zende mesialen cortikalen Areale. Bei zwei dieser Patienten war zusätzlich die Glukoseutilisation im orbitofrontalen Cortexgemindert. Diese beiden Patienten waren bezüglich der affektiven Komponente des CFS besonders ausgeprägt betroffen.Bei zwei weiteren Patienten (Mutter und Sohn) fand sich eine von den anderen Patienten differente Minderung im Bereichdes Cuneus/Präcuneus.

Schlussfolgerungen: Diese erste untersucherunabhängige Analyse von PET-Studien mit 18-FDG bei diesem Syndromstützt die Annahme, dass CFS am ehesten die gemeinsame Endstrecke von Störungen unterschiedlicher Ätiologie ist. DieFDG-PET kann hier nach den vorliegenden Ergebnissen keinen systematischen diagnostischen Beitrag leisten.1) Drzezga et al. J Nucl Med 1999; 40: 737-746

Beispiel eines Befundes mit Minderungen der Glukoseutilisation vor allem im mesialen Parietallappen und Gyrus cinguli:

Projektion auf ein Standardgehirn Vergleich mit einem Normkollektiv

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M. Kunkel(1), G. Förster(2), J. Kutzner(3), TE. Reichert(1), U. Wahlmann(1), P. Benz(4), A. Loos(5), W. Wagner (1)

(1) Klinik für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie, Augustusplatz 2, 55131 Mainz(2) Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin, Langenbeckstr. 1, 55131 Mainz.(3) Klinik und Poliklinik für Strahlentherapie, Langenbeckstr. 1, 55131 Mainz(4) PET in der Universität Mainz, Fritz Strassmann Weg 2, 55131 Mainz(5) Institut für Medizinische Statistik und Dokumentation, Obere Zahlbacher Straße 69, 55131 Mainz

ONKO-PET-PROJEKT DER KLINIK FÜR MUND-, KIEFER- UND GESICHTSCHIRURGIE

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Einleitung: Das Onko-PET-Projekt der Klinik für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie befaßt sich mit Plattenepithelkar-zinomen der Mundhöhle und des Pharynx als den als den häufigsten und klinisch bedeutsamsten bösartigen Neubildungendes Kopf-Hals Gebietes. Zwischenzeitlich wurde das Teilprojekt zur Erweiterung des Stagings fortgeschrittener Mundhöh-lenkarzinome abgeschlossen. Die Ergebnisse des Teilprojektes wurden im Statusbericht 1999 dokumentiert.In den klinischen Teilprojekten wurden nach den Untersuchungen der Vorjahre, die im wesentlichen der Evaluation des kli-nischen Nutzens in den verschiedenen Indikationsgebieten dienten nun Fragestellungen zur prognostischen Bedeutung derGlukosestoffwechselaktivität und zum Vergleich morphologischer und metabolischer bildgebender Verfahren bearbeitet.In 2000 wurden aber neben diesen klinisch orientierten Untersuchungen vor allem experimentelle Vorarbeiten für einMAIFOR-Projekt („Biologische Bedeutung sowie klinisch-diagnostische und prognostische Relevanz der Expression vonGlukosetransporter 1 bei Plattenepithelkarzinomen der Mundhöhle“) durchgeführt. Dieses Forschungsvorhaben wurde zwi-schenzeitlich vom Fachbereich befürwortet und bildet den Schwerpunkt der Aktivitäten des laufenden Jahres 2001.

Planungen für 20011. Auswertung zweizeitiger SUV-Messungen

Als klinisch praktikable Alternative zu einer vollständigen quantitativen Messung wurde von einer Arbeitsgruppe derhohe Stellenwert einer zweizeitigen SUV-Bestimmung betont. Zwischenzeitlich sind in sämtlichen klinischenTeilpro-jekten eine größere Anzahl zweizeitige Messungen erfolgt. Im Zeitraum 2001 ist die Abgleichung mit histopathologi-schen Befunden und klinischen Verläufen vorgesehen.

2. Fortsetzung der Patientenrekrutierung und der Nachbeobachtung in den klinischen Teilprojekten

MAIFOR-Projekt: Glukosetransporter

Publikationen:Kunkel M, Wahlmann U, Grötz KA, Benz P, Kuffner HD, Spitz J, Wagner W (1998) Zum Stellenwert der [F18]-2-

Flourdesoxyglucose-PET im Staging des Mundhöhlenkarzinoms - Eine vergleichende Auswertung von PET-Befundenvor und nach präoperativer Radiochemotherapie mit histologischen und computertomographischen Befunden. MundKiefer Gesichtschir 2: 181-187

Kunkel M, Benz P, Andreas J, Wagner W (1998): Die Positronen Emissions Tomographie als bildgebendes Verfahren inPrimärstaging und Therapiekontrolle des Mundhöhlenkarzinoms. Quintessenz 49: 387-395

Kunkel M, Wahlmann U, Grötz KA, Benz P, Andreas J, Wagner W (1998) Clinical application of [F18]-2-Fluordesoxyglucose-PET -- Metabolic imaging for staging and surveillance of oral cancer. (Abstr.) J Cranio MaxillofacSurg 26 Suppl.1: 100-101

Kunkel, M., Kuffner, H.-D., Benz, P., Wagner, W (1999) Die F18-2-Flourdeoxyglukose-PET: Ein neuer Ansatz der Sekun-därprophylaxe des Mundhöhlenkarzinoms (Abstr.) Deutsch Zahnärztl Zeitschr 54 Suppl. 1:17

Kunkel, M., Grötz, K-A., Wahlmann, U., Benz, P., Kutzner, J., Rippin, G., Wagner, W. (1999): Frühes Monitoring derStrahlentherapie des Mundhöhlenkarzinoms durch [18F]-2-DG-PET. (Abstr.) Strahlentherapie Onkologie 175 Suppl. 1:96

Kunkel M (1999): Mundhöhlenkarzinom. In: Wieler H. (Hrsg.) PET in der klinischen Onkologie. Steinkopff, Darmstadt, S.119-132

Kunkel, M., Kuffner, H-D., Reichert, T.E., Benz, P., Förster, G.J., Wagner, W. (2000) Die [18F]-2-Fluordeoxyglukose-PET:Perspektiven der Sekundärprophylaxe des Mundhöhlenkarzinoms. Mund Kiefer Gesichtschirurgie, Springer Verlag, imDruck.

Kunkel M (2000): The Role of FDG-PET in the Management of Oral Squamous Cell Carcinoma. In: Wieler H. (Hrsg.) PETin Clinical Oncology. Steinkopff, Darmstadt, S. 139-153

Kunkel M, Grötz KA, Förster GJ, Wahlmann U, Benz P, Kutzner J, Rippin G, Wagner W (2001) Therapieminitoring mittels2-[18F]-FDG-Positronen-Emisions-Tomographie nach neoadjuvanter Strahlentherapie des Mundhöhlenkarzi-noms. Strahlentherapie Onkologie (im Druck)

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M. Kunkel(1), G. Förster(2), J. Kutzner(3), TE. Reichert(1), U. Wahlmann(1), P. Benz(4), A. Loos(5), W. Wagner (1)

(1) Klinik für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie, Augustusplatz 2, 55131 Mainz(2) Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin, Langenbeckstr. 1, 55131 Mainz.(3) Klinik und Poliklinik für Strahlentherapie, Langenbeckstr. 1, 55131 Mainz(4) PET in der Universität Mainz, Fritz Strassmann Weg 2, 55131 Mainz(5) Institut für Medizinische Statistik und Dokumentation, Obere Zahlbacher Straße 69, 55131 Mainz

THERAPIEMONITORING DER PRÄOPERATIVEN RADIOTHERAPIEDES MUNDHÖHLENKARZINOMS__________________________________________________________________________________________

Zielsetzung:Das Ansprechverhalten auf die neoadjuvante Strahlentherapie hat beim fortgeschrittenen Mundhöhlenkarzinom hohe prog-nostische Relevanz. Der histologische Befund zur Bewertung der Tumorremission steht aber für die OP-Planung naturge-mäß nicht zur Verfügung. Das klinische Teilprojekt vergleicht daher die durch Positronen Emissions-Tomographie be-stimmten Glukose-Stoffwechselaktivität mit den Ergebnissen der histopathologischen Befundung und überprüft insbesonde-re, ob der postradiotherapeutischen Glukosestoffwechselaktivität eine prognostische Bedeutung zukommt.

Methode:Bei 41 Patienten erfolgte eine Teilkörper-PET nach präoperativer Radiotherapie. Sämtliche Patienten wurden in sano ope-riert und über 3-53 Monate (Ø=25) nachbeobachtet. Die Glukosestoffwechselaktivität (SUV) der Tumorregion wurde mitder Tumorregression korreliert. Für den Faktor SUV erfolgte eine Kaplan-Meier Analyse (tumor-abhängigerTod/rezidivfreies Überleben) stratifiziert nach UICC Stadium.

Verwendeter Tracer: 2-[18F]-Fluordeoxyglukose

Ergebnisse:Nach Strahlentherapie korrelierte die Glukosestoffwechselaktivität signifikant (p<0,003: Spearman) mit der histologischenTumor-Remission. Niedrige Anreicherungswerte traten aber auch in einzelnen Fällen mit vitalem Resttumorgewebe auf. Inder Überlebenszeit-Analyse zeigte sich für hohe postradiotherapeutische Glukosestoffwechselaktivität (SUV>5) eineschlechtere Prognose für das Überleben (p=0,031, Log-Rank Test) und insbesondere für das lokalrezidivfreie Überleben(p=0,0031, Log-Rank Test) für Tumoren des UICC-Stadiums VI.

Schlussfolgerung:Die FDG-PET kann das histologische Ansprechverhalten des Mundhöhlenkarzinoms auf eine neoadjuvante Strahlentherapieanhand der Glukosestoffwechselaktivität abbilden und erlaubt gleichermaßen eine prognostische Einschätzung des Tumor-geschehens. Diese therapeutisch und prognostisch relevante Information kann daher gezielt bereits in der Operationsplanungund nicht erst in der adjuvanten Therapieentscheidung berücksichtigt werden.

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M. Kunkel(1), G.J. Förster(2), A. Leicher-Düber(3), W. Müller-Forell(3), J. Schöfmann(1), A. Loos(4), P. Bartenstein(2), W.Wagner (1)

(1) Klinik für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie, Augustusplatz 2, 55131 Mainz(2) Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin, Langenbeckstr. 1, 55131 Mainz.(3) Institut für Neuroradiologie, Langenbeckstr. 1, 55131 Mainz(4) Institut für Medizinische Statistik und Dokumentation, Obere Zahlbacher Straße 69, 55131 Mainz

VERGLEICH VON FDG-PET UND MORPHOLOGISCHER SCHICHTBILDVERFAHRENIN DER ONKOLOGISCHEN NACHSORGE DES MUNDHÖHLENKARZINOMS___________________________________________________________________________________________________

Zielsetzung:Die Problematik der Erkennung von Rezidiven oder sekundären Metastasen ist in der onkologische Nachsorge des Mund-höhlenkarzinoms bislang nicht befriedigend gelöst, eine wirksame Sekundärprophylaxe wird in der klinischen Routine nichterreicht. Diese Studie vergleicht daher die diagnostische Treffsicherheit einer metabolischen Tumordetektion durch FDG-PET mit der morphologischen Rezidiverkennung etablierter Schichtbildverfahren (CT+MRT).

Material und Methode:Bei 38 Patienten wurden im Rahmen der Tumornachsorge annähernd zeitgleich eine Teilkörper-PET (Kopf bis mittleresAbdomen) 60 min p. i. 370 MBq FDG (+/- 10%; Siemens/CTI ECAT EXACT 922-Scanner) und eine CT-Untersuchung(Spiraltechnik 120 kV, 175 mA, 1,5s/Umdrehung, Kollimation 3 mm, Pitch 2.0, Rekonstruktionsinkrement 3mm, axiale undkoronale Schnittführung nach KM i.v.) vorgenommen. Als Referenzbefund diente die bioptisch histologische Sicherung re-zidivverdächtiger Gewebeformationen und eine Nachbeobachtungszeit von mindestens 10 Monaten.

Verwendeter Tracer: 2-[18F]-Fluordeoxyglukose

Ergebnisse:Von insgesamt 23 histologisch und im weiteren Verlauf nachgewiesenen Tumormanifestationen konnten 20 durch FDG-PET und 15 durch CT identifiziert werden. Die Sensitivität und Spezifität der PET lag bei 87% bzw. 73,3% gegenüber 65%und 60% der CT-Untersuchung. In der Überlebenszeitanalyse ergab sich für die FDG-PET, nicht aber für die CT-Untersuchung ein deutlicher prognostischer Aussagewert für das weitere Überleben des Patienten

Schlussfolgerungen:Die unbefriedigende diagnostische Treffsicherheit morphologisch bildgebender Schichtbildverfahren in der Sekundärdia-gnostik des Mundhöhlenkarzinoms kann durch die FDG-PET deutlich verbessert werden. Der gute Vorhersagewert einertumorfreien PET-Untersuchung für das Überleben des Patienten bietet einen Ansatzpunkt für ein risikoadaptiertes Nachsor-gekonzept und kann einen frühen Rekonstruktionszeitpunkt nach ablativer Tumorchirurgie rechtfertigen.

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M. Kunkel, T.E. ReichertKlinik für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie, Augustusplatz 2, 55131 Mainz

MAIFOR PROJEKT: GLUKOSETRANSPORTER

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Obwohl Glukosetransporter Typ 1 (Glut-1) von einer Vielzahl humaner Malignome stark exprimiert werden, sind die ur-sächlichen Mechanismen, die biologische Bedeutung dieser Überexpression und auch die klinisch-diagnostische und prog-nostische Relevanz für verschiedene Tumorentitäten nicht einheitlich und insbesondere für das Mundhöhlenkarzinom nichtuntersucht.

Eigene immunzytologische und immunhistologische Vorarbeiten ergaben Hinweise auf eine zellzyklusabhängige Expressi-on von Glut-1 und auch auf ganz unterschiedliche Ausprägungsformen des Expressionsmusters von Glut-1 bei Plattene-pithelkarzinomen der Mundhöhle.

In diesem Forschungsvorhaben sollen daher Funktionszusammenhänge der Glut-1 Expression auf zytologisch/histologischerEbene (Zellzyklus, Proliferationsverhalten, Vaskularisation) untersucht und eine mögliche prognostische Bedeutung der Ex-pression von Glut-1 beim Plattenepithelkarzinom der Mundhöhle überprüft werden. Darüberhinaus soll die Expression vonGlut-1 mit der durch Positronen Emissions-Tomographie bestimmten in vivo Glukosestoffwechselaktivität als klinisch dia-gnostischem Parameter verglichen werden.

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M. Schreckenberger1, C. Kadalie1, A. Enk2, H.-G. Buchholz1, T. Siessmeier1, S. Both1, J. Brockmann3, F. Rösch3, P. Bar-tenstein1

Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin1, Hautklinik2, Institut für Kernchemie3 Johannes Gutenberg-Universität Mainz

FIRST RESULTS OF 18-F-FLUOROETHYL-TYROSINE PET FOR IMAGINGOF METASTATIC MALIGNANT MELANOMA__________________________________________________________________________________

Objectives:The recently developed amino acid tracer 18-F-fluoroethyl-tyrosine (18-FET) might have importance for thePET imaging of malignant melanoma because tyrosine is a precursor of the melanin synthesis. Therefore, it is the aim ofthis prospective study to compare 18-FET and 18-FDG PET imaging in metastatic malignant melanomas in order to inves-tigate whether the different tracers provide equivalent or complementary findings in reference to sensitivity/specificity andbiological parameters (i. e. tumour proliferation, tumour grading).

Methods: Until today, we examined 7 patients with histologically confirmed metastatic malignant melanoma using twoPET scans (18-FET and 18-FDG) within one week. Emission scans started 60 min after injection of 190 (144-236) MBq18-FET and 228 (181-290) MBq 18-FDG, respectively. After reconstruction of attenuation corrected and uncorrected im-ages, detected foci were compared for the two tracers. Normalized focal tumor uptake was calculated and correlated to cy-tological/histological parameters (grading, proliferation index using Ki 67, melanin synthesis).

Results: Comparison of 18-FET vs. 18-FDG yielded 34 vs. 36 metastatic foci in 7 patients. Higher sensitivity was foundfor 18-FET in 3/7 patients (10 vs. 7, 6 vs. 5 and 3 vs. 1 foci), whereas 18-FDG showed a higher sensitivity in other 3 pa-tients (8 vs. 2, 1 vs. 0 and 10 vs. 9 foci) probably suffering from amelanotic metastases. There was a significant correlationbetween 18-FET and 18-FDG tumour uptake (r=0.762, p < 0.01; Spearman correlation coefficient) which showed no sig-nificant difference (p=0.236; Wilcoxon test). The histological parameters are examined at that time and their results in ref-erence to the PET findings (i. e. tracer uptake vs. proliferation rate) will be presented.

Conclusion: First results point to the possible clinical importance of 18-FET PET for malignant melanoma imaging ena-bling the detection of 18-FDG negative metastases.

Figure 1shows a cerebral melanoma metastasis located in the fronto-parietal cortex. The 18-FET tumour/cortex ratio is typicallyhigh due to the low 18-FET uptake of normal brain tissue.

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Engelbach Martin1, Brockmann Jörg2, Bartenstein Peter 3, Rösch Frank2, Beyer Jürgen1

1 Klinik für Klinik und Poliklinik für Innere Medizin, Endokrinologie und Stoffwechselerkrankungen, Universitätsklinik Mainz2 Institut für Kernchemie, Universität Mainz3 Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin, Universitätsklinik Mainz

PHARMAKOKINETIK, PHARMAKODYNAMIK UND KLINISCHE ANWENDBARKEITVON NEUEN SOMATOSTATIN-ANALOGA ZUR ENDORADIOTHERAPIEBEI NEUROENDOKRINEN TUMOREN IM TIERMODELL_______________________________________________________________________________________________

Somatostatinanaloga wie der Somatostatin-Rezeptor-Agonist Octreotid sind Substanzen zur Therapie gastrointestinaler neu-roendokriner Tumore. Radioaktiv markierte Somatostatinanaloga eröffnen darüber hinaus die Möglichkeit, Somatostatinre-zeptor-tragende Tumore selektiv zu bestrahlen, wenn ein therapeutisches Radioisotop an den hochaffinen Rezeptoragonistengekoppelt wird. Verschiedene Derivate des Octreotids unterscheiden sich in ihrer Pharmakokinetik und Internalisierung,was für die Therapie des Tumors und die Schädigung benachbarter Gewebe von entscheidender Bedeutung ist. Erste klini-sche Erprobungen des 90Y-DOTA-Phe1-Tyr3-Octreotid zeigen jedoch relevante Komplikationen (konsekutive Schädigungder Nierenfunktion und der Hämatopoese). Neue Radiopharmaka mit günstigeren Eigenschaften für die Tumortherapie sinderforderlich. In der bereits begonnenen Studie werden die pharmakokinetischen Daten zur Etablierung neuerer Octreotidde-rivate für die palliative Therapie neuroendokriner Tumore erarbeitet werden. Es ist gelungen eine Somatostatinrezeptor-tragenden Tumorzellinie in einem Rattenmodell zu etablieren.

Geplant ist in weiteren Versuchen mit in vitro-Versuche zur Rezeptorbindung und zur Internalisierung der Substanzen zubeginnen. Die Pharmakokinetik in vivo und die Organdosimetrie sollen mittels PET charakterisiert werden. In einem Thera-pieversuch soll dann die antiproliferative Wirksamkeit der vielversprechendsten Substanzen gezeigt werden.

Das Projekt wird durch die DFG gefördert.

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S. Both, G. Horstick, A. Helisch, M. Otto, H.G. Buchholz, O. Nickel, P. BartensteinDept. of Nuclear Medicine, the 2nd Medical Clinic, and Dept. of Pathology, University Hospital, Mainz, Germany

NON-INVASIVE MONITORING OF CHRONIC MYOCARDIAL ISCHEMIA IN A PORCINEMODEL WITH FDG-PET AND MIBI-SPECT___________________________________________________________________________________________________

Objectives: The investigation of new therapeutic approaches in chronic myocardial ischemia, like induction of neo-angiogenesis or cell transplantation requires a realistic experimental animal model. Aim of this study was to validate the useof FDG-PET/MIBI-SPECT for non-invasive monitoring of the pathophysiological changes induced in a porcine model.

Methods: Severe coronary artery stenosis was introduced in the LAD in 6 pigs. Angiography was performed weekly to mo-nitor progression of the stenosis. A combined FDG-PET and MIBI-SPECT study was performed when the degree of steno-sis exceeded 95%. The animals were then sacrified. 7 pigs were used as healthy controls. Data analysis was based on a 37segments bull´s eye. 15 of these segments were attributed to the LAD. Segments were assumed to be infarcted if the averagereduction of flow and metabolism concordantly exceeded 50%, and to be hibernating if the relative FDG-uptake was >60%and flow < 50% . These results were correlated with the dobutamine-echocardiography and the histological post-mortemstudies.

Results: Within 18 to 27 days (mean 21) following the implant all pigs developed a stenosis 95%, 1 pig had a completeLAD-occlusion. 5 out of 6 pigs exhibited relevant areas defined as hibernating (16 - 37% of the left ventricle, mean: 27%),areas defined as non-vital occured only in 0 to 5% of the myocardium (mean 1.5%). All segments defined as hibernatingwere hypokinetic in echocardiography. The histological results verified the PET-based discrimination between infarcted tis-sue and hibernating myocardium. The animal with the complete LAD-occlusion had normal myocardial perfusion and me-tabolism due to extensive coronary collaterals. None of the healthy controls exhibited less than 80% of the maximum FDG-uptake or a mismatch. There was no corralation between the time duration of the development of stenosis or the degree ofthe stenosis with the number of hibernating segments (r=–0.45 resp. r=–0.38).

Conclusion: Combined FDG-PET/MIBI-SPECT imaging is excellently suitable for the in-vivo monitoring of the inductionof hibernation in this model and will allow for non-invasive assessment of various therapeutic procedures.

References:Bartenstein P et al (1993) Thallium-201 reinjection is able to predict improvement of left ventricular function following re-

vascularization. Nucl Med 32: 87-90Horstick G et al (1997) Intracoronary application of C1-esterase-inhibitor improves cardiac function and reduces myocardial

necrosis in an experimental model of ischemia and reperfusion. Circulation 95: 701-708Both et al: Non-invasive monitoring of chronic myocardial ischemia in a porcine model with FDG-PET and MIBI-SPECT

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D. Vehling*, M. Neurath**, K. Schunk***, T. Siessmeier*, H. Brockmann**, M. Schreckenberger*, P. Bartenstein*(*) Klinik für Nuklearmedizin (**) I. Medizinische Klinik, (***) Klinik für Radiologie am Klinikum der Johannes Guten-berg-Universität, Mainz

FDG-PET ZUR NICHT INVASIVEN BEURTEILUNG DER AKTIVITÄT EINES M. CROHN:EIN VERGLEICH MIT HYDRO-MRT UND ANTI-GRANULOZYTEN-ANTIKÖRPER-SZINTIGRAPHIE_________________________________________________________________________________

Ziel: Die Bestimmung der Krankheitsaktivität sowie des Befallsmusters eines M. Crohn ist von besonderer Bedeutung fürdas weitere therapeutische Vorgehen. Zur Beurteilung insb. der endoskopisch nicht zugänglichen Darmabschnitte stehen alsnicht invasive Methoden die MRT sowie die Leukozytenszintigraphie, u.a. mit Anti-Granulozyten-Antikörpern (GR-AK)zur Verfügung. Zur PET mit FDG liegen bisher lediglich erste Erfahrungsberichte vor.

Methodik: 59 Patienten mit V.a. einen aktiven M. Crohn wurden in dieser prospektiven Studie mit FDG-PET (370 MBq, 2-3 BP, kalte Transmission, zusätzlich 80 MBq F18 zur besseren anatomischen Zuordnung) sowie Hydro-MRT (oraleKonstrastierung mit Mannitol-Lösung 2,5 %, atemangehaltene Sequenzen) untersucht. Bei 35 Patienten erfolgte zusätzlicheine Anti-NCA-95-Antikörper-Szintigraphie (800 MBq, SPECT und planare Aufnahmen 4+24 h p.i.). Als quantitativer Pa-rameter wurde bei der PET der SUVmax bestimmt. Bei 28 Patienten erfolgte zusätzlich eine Koloskopie mit Gewinnung ei-ner Histologie.

Ergebnisse:Mit PET konnten 54 Patienten 127 Läsionen (2,2 pro Patient) erfasst werden (mittl. SUVmax 4,4 ± 1,1). Hier-von befanden sich 37 im terminalen Ileum, 24 im Dünndarm sowie 66 im Colon. Bei 5 Pat. fand sich keine pathologischeAnreicherung. Der Vergleich des SUVmax zwischen den einzelnen Darmregionen ergab bis auf eine leichte Erhöhung imRektosigmoid keine signifikanten Unterschiede. Im Gegensatz hierzu fanden sich in der MRT (1,1) sowie mit dem GR-AK(0,8) deutlich weniger Läsionen pro Patient. Eine Korrelation der koloskopischen Befunde mit den einzelnen Untersu-chungsverfahren ergab folgende Sensitivitäten und Spezifitäten:

[%] PET GR-AK MRTSensitivität 85 41 67Spezifität 89 100 92

Schlussfolgerungen:FDG-PET ist ein nicht invasives Untersuchungsverfahren, das im Gegensatz zur MRT und GR-AK-Szintigraphie eine ausreichend hoher Sensitivität bei gleichzeitig guter Spezifität besitzt und daher, eine adäquate Untersu-chungstechnik vorausgesetzt, zur Beurteilung der Krankheitsaktivität sowie des Befallsmusters eines M. Crohn geeignet ist.

Beispiel einer entzündlichen Stenose im neoterminalen Ileum:

MRT Granulozyten-AK FDG-PET

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G. J. Förster1, J. Brockmann2, M. Engelbach3, H. Reber1, H.-G. Buchholz1, F. Rösch2, P. Bartenstein1

1Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin, 2Institut für Kernchemie, 3Klinik und Poliklinik für Innere Medizin, Endokrino-logie und Stoffwechselerkrankungen, Johannes Gutenberg-Universität Mainz

VERGLEICH DER BIODISTRIBUTION UND DOSIMETRIE VON 86Y-DOTATOC UND111IN-OCTREOTIDE ZUR INDIVIDUELLEN THERAPIEPLANUNG NEUROENDOKRINERTUMOREN

Ziel: Das Somatostatin-Analogon 90Y-DOTATOC wird zur Therapie neuroendokriner Tumore eingesetzt. Diese Therapiewird derzeit mit standardisierten Aktivitäten durchgeführt. Ziel der Studie war es, die individuelle Biodistributionsmessungund Dosimetrie mit dem PET-fähigen 86Y-DOTATOC im Vergleich zu 111In-Octreotide zu evaluieren und Unterschiedehinsichtlich der Berechnung einer therapeutischen Strahlenexposition kritischer Organe und der erreichten Tumordosis zuerfassen.

Methodik: Bisher wurden 2 Patienten mit metastasiertem Karzinoid (>4Wo Somatostatin-Therapiekarenz) untersucht. NachGabe von 77-147 MBq 86Y-DOTATOC i.v. folgten dynamische Messungen (Siemens, ECAT EXACT 922) im Bereich derTumormanifestationen sowie Aufnahmen des Rumpfes bis zu 30 h p.i. Serum- und Urinaktivitäten wurden bestimmt. In ä-quivalenter Weise wurden zeitnahe (<1Wo) planare und SPECT-Untersuchungen (Marconi, IRIX) mit 111In-Octreotide(110-180 MBq) sowie CT durchgeführt. Aus dem Uptake der Organe/Läsionen wurden Residenzzeiten (RZ) und mit derMIRD3-Methode Dosen für 90Y-DOTATOC berechnet.

Ergebnisse: Alle Tumorläsionen kamen mit beiden Verfahren deutlich zur Darstellung. Die zeitliche Dynamik der Serum-aktivität zeigte keine Unterschiede zwischen den beiden Tracern. Zwischen den Patatienten fanden sich große Diskrepanzenin der Milzaufnahme (86Y-DOTATOC-D-RZ: 0,06 h vs 1,6 h) und der Nierenaufnahme (86Y-DOTATOC-RZ: 0,5 h vs 2,4h) bei ähnlicher Leberkinetik (2,7 vs 2,5 h). Im Vergleich beider Tracer bei der Abschätzung der Organdosen fanden sichfür die Leber ähnliche Werte mit beiden Verfahren (Differenz <5%). Bei der Abschätzung der Nieren- und Milzdosen zeig-ten sich Unterschiede von 14-18%. Die größte Diskrepanz in der berechneten Dosis fand sich für die Tumorläsionen. DieDifferenzen betrugen hierbei bis zu 51% (86Y-DOTATOC 2,9 vs 111In-Octreotide 5,9 mGy/MBq). Insgesamt zeigten die do-simetrischen Berechnungen mit 111In-Octreotide im Gegensatz zur PET-Auswertung eine deutlich schlechtere Reproduzier-barkeit (Schwankungen bis 20% vs <3% bei 86Y-DOTATOC).

Schlussfolgerungen: Mit 86Y-DOTATOC-PET lassen sich gut reproduzierbare Biodistributionsmessungen und Dosi-metrien für die 90Y-DOTATOC-Therapie durchführen. Die vorliegenden vorläufigen Ergebnisse zeigen mit 111In-Octreotidebei ähnlichen Organdosen Diskrepanzen bei der Abschätzung der Metastasendosen. Die großen Differenzen in der Organki-netik einzelner Patienten lassen eine individuelle prätherapeutische Dosimetrie notwendig erscheinen. Diese sollte wennmöglich mit dem chemisch identischen Tracer 86Y-DOTATOC erfolgen.