Besseres Tumor Targeting mit Radiomarkierten Peptidomimetika

Krebs ist eine der häufigsten Todesursachen in westlichen Ländern (www.cancer.org). Radioaktiv markierte Peptide, welche spezifisch Oberflächenrezeptoren von Tumorzellen erkennen, haben grosses Potential für die Entwicklung von Bildgebungsproben und Therapeutika für die nuklearmedizinische Behandlung von Krebs. Regulatorische Peptide repräsentieren eine Substanzklasse mit dafür besonders vorteilhaftigen Eigenschaften. Sie weisen eine hohe spezifische Anreicherung in Tumoren im Vergleich zu gesundem Gewebe auf und besitzen eine geeignete Pharmakokinetik. Ein Nachteil dieser Tumor-spezifischen Transportmoleküle ist deren geringe Stabilität; diese Peptide werden im Körper oft von Enzymen (Proteasen) innerhalb weniger Minuten abgebaut, oft bevor sie ihr Ziel (Tumoren) erreichen können. Es ist aus der Literatur bekannt, dass eine Stabilisierung der Peptide zu einer erhöhten Aufnahme in Tumoren und Metastasen führen kann. Trotz einer Vielzahl von erforschten Ansätzen zur Stabilisierung der Peptide ohne deren gewünschte biologischen Eigenschaften zu verändern ist noch keine universelle Methode gefunden wurden. Wir haben vor kurzem eine neue und innovative Methode zu diesem Zweck entwickelt, bei welcher mittels einfacher Festphasensynthese unstabile Bindungen im Peptid durch eine metabolisch stabile Einheit, ein 1,2,3- Triazol, mittels Klick Chemie ersetzt wird. Wir konnten zeigen, dass die so erhaltenen, radioaktiv markierten Peptidomimetika eine erhöhte Stabilität aufweisen was zu einer signifikanten Verbesserung der Tumoranreicherung von Radioaktivität in der Maus führte. Basierend auf bisherigen Forschungsergebnissen werden wir die von uns entwickelte Methode auf verschiedene regulatorische Peptide für das Tumour-Targeting anwenden. Die Verbindungen werden mittels einem verknüpften Chelators mit radioaktiven Metallen durch die Bildung von Komplexen markiert und in vivo (Zellen) und in vitro (Mäuse) auf ihre biologischen Eigenschaften (Stabilität, Rezeptoraffinität, Pharmakokinetik, Tumor-Targeting)untersucht und mit entsprechenden Referenzverbindungen verglichen. Identifizierte Lead Compounds dieser Untersuchungen sollen anschliessend weiter optimiert werden, z.B. durch strukturelle Modifikationen. Wenn wir erfolgreich sind, wird das Projekt eine neue Generation von peptidischen Radiopharmazeutika für die Diagnose und Therapie von Krebs hervorbringen, die anschliessend zum Wohle des Patienten in Zusammenarbeit mit der Abteilung für Nuklearmedizin des Allgemeinen Krankenhaus der Stadt Wien weiter klinisch untersucht und angewendet werden sollen.

Verbessertes Tumor Targeting mit Radioaktiv Markierten Peptidomimetika Projekt Nr. P 31477-B28 Ziel dieses FWF Projekt (2017-2023) war es, die Tumor Targeting Eigenschaften des Somatostatin Peptids SST-14 zu verbessern. SST-14 gehört zu einer Klasse von radioaktiv markierten Peptiden welche bereits in der Nuklearmedizin etabliert sind für die Diagnose (Bildgebung) und Radiotherapie von neuroendokrinen Tumoren. Im Gegensatz zu den bereits zugelassenen, verkürzten Versionen des Peptids (Oktreotide) weist SST-14 sogenannte pan-Liganden Eigenschaften auf. Dies bedeutet, dass SST-14 nicht nur eine hohe Spezifität für den Somatostatin Rezeptor Subtyp 2 (sstr2) aufweist, welcher insbesondere von neuroendokrinen Tumoren überexprimiert wird, sondern auch für die anderen Subtypen (sstr1, 3, 4 und 5) die bei anderen Krebserkrankungen eine wichtige Rolle spielen. Die Tumor Targeting Eigenschaften von radioaktiv markierten Peptiden können verbessert werden indem ihre metabolische Stabilität erhöht wird. Dies führt i) zu einem besseren Tumor-zu-Background Signal, ein wichtiges Mass für diagnostische Anwendungen in der nuklearmedizinischen Bildgebung und ii) generell zu einer erhöhten Aufnahme im Tumor Gewebe, was einen wichtigen Faktor für Anwendungen in der Radiotherapie darstellt. Um das Ziel einer erhöhten Stabilität zu erreichen haben wir unsere im Vorfeld des Projekts entwickelte "Amid-zu-Triazol-Austausch" Methodik zum ersten Mal auf ein zyklisches Peptid, SST-14, angewendet. Dabei werden metabolisch stabile Amidbindungs-Bioisostere, heterozyklische 1,2,3-Triazole, durch "Klick Chemie" in das Peptid eingeführt und zwar an oder in der Nähe von bekannten enzymatischen Spaltungsstellen. Durch diesen Ansatz ist es uns gelungen, neue Triazolo-peptidomimetische Analoga von SST-14 zu identifizieren, welche eine erhöhte Stabilität und Aufnahme in Tumoren in vitro und in vivo aufweisen (X. Guarrochena et al. Pharmaceutics 2024, accepted). Die biologische Evaluation unserer neuen Verbindungen wurde in Zusammenarbeit mit Kollaborationspartner*innen am Forschungszentrum Demokritos, Athen, Griechenland, durchgeführt. Im Verlauf unserer Studien haben wir auch die Synthese von Triazolo-Peptidomimetika automatisiert und auf einen Mikrowellen-unterstützten Peptid-Synthesizer übertragen (X. Guarrochena et al. J Pept Sci 2023; 29; e3488). Diese technologische Weiterentwicklung wird es uns in der Zukunft erlauben, die "Amid-zu-Triazol-Austausch" Methodik noch effizienter auf andere Peptide von medizinischem Interesse anzuwenden. Die biologischen Studien mit radioaktiv markierten peptidomimetischen Analogen von SST-14 zeigten auf, dass deren Pharmakokinetik und somit Anwendungspotential in der Nuklearmedizin von dem immer noch vorhandenen metabolischen Abbau, beziehungsweise von den Eigenschaften der gebildeten Metaboliten abhängt. Wir sind überzeugt, dass wir die Eigenschaften unserer Erstgeneration von SST-14 Peptidomimetika durch verschiedene Ansätze unter Anwendung von moderner Peptidchemie weiter anpassen und optimieren können. Basierend auf den erhaltenen Daten und Resultaten des erfolgreichen FWF Projekts planen wir die Fortführung unserer Studien mit finanzieller Unterstützung durch die Universität Wien