Ga-68-Trivehexin

Der Markierungsvorläufer Trivehexin

Wie die meisten für die Radiomarkierung mit radioaktiven Metallionen bestimmten Verbindungen besteht Trivehexin aus einem mehrzähnigen Komplexliganden (einem sogenannten Chelator) für eine möglichst kinetisch inerte Bindung des ⁶⁸Ga^III-Ions sowie den Bioligand(en) für die Bindung an αvβ6-Integrin. Der in Trivehexin enthaltene Chelator ist ein Triazacycloalkan mit 3 Phosphinsäure-Substituenten, mit der Grundstruktur 1,4,7-Triazacyclononan-1,4,7-triphosphinat^[17] (in der einschlägigen Literatur als TRAP bezeichnet).^[18][19][20] Das an αvβ6-Integrin bindende Strukturmotiv ist ein zyklisches Nonapeptid mit der Aminosäuresequenz cyclo(YRGDLAYp(NMe)K).^[1]

Trivehexin enthält drei dieser Cyclopeptide, welche über die terminalen primären Amingruppen der Seitenketten der N-Methyl-Lysine kovalent an den zentralen TRAP-Chelator gebunden sind, und zwar als Amide an drei in TRAP enthaltene, äquivalente Carbonsäurefunktionen. Trivehexin besitzt daher eine C3-symmetrische Struktur mit drei äquivalenten Peptideinheiten. Die eigentliche Synthese der Konjugate erfolgte allerdings nicht durch direkte Amidkopplung. Zunächst wurde das Peptid über einen Linker mit einem endständigen Alkin funktionalisiert, und TRAP vermittels dreier Linker mit endständigen Aziden versehen.^[19] Die beiden Komponenten wurden anschließend mittels Kupfer(I)-katalysierter Alkin-Azid-Cycloaddition (CuAAC, auch bekannt als Huisgen-Reaktion, eine sogenannte Click-Chemie-Reaktion) zusammengefügt, was der Grund für das Vorhandensein der verbrückenden 1,3-Triazol-Einheiten in der Struktur von ⁶⁸Ga-Trivehexin ist.^[1]

⁶⁸Ga-Radiomarkierung

⁶⁸Ga-Trivehexin ist ein radioaktives Arzneimittel. Das enthaltene radioaktive Atom Gallium-68 (⁶⁸Ga) zerfällt mit einer Halbwertszeit von ungefähr 68 Minuten zu dem stabilen Zinkisotop Zink-68 (⁶⁸Zn). Dies geschieht zu 89 % durch β⁺-Zerfälle, wobei jeweils ein Positron mit einer maximalen kinetischen Energie von 1.9 MeV emittiert wird. Die verbleibenden 11 % sind EC-Zerfälle. Wegen der kurzen Halbwertszeit kann ⁶⁸Ga-Trivehexin nicht „auf Vorrat“ hergestellt und gelagert werden, sondern das ⁶⁸Ga-Atom muss kurz vor der Anwendung in das Molekül eingebaut werden. Dieser Vorgang wird Radiomarkierung genannt und erfolgt durch Komplexierung des trivalenten Kations ⁶⁸Ga^III durch den in Trivehexin enthaltenen TRAP-Chelator.

⁶⁸Ga^III wird üblicherweise aus einer tragbaren Radionuklidquelle, einem Gallium-68-Generator, in verdünnter Salzsäure (0.04–0.1 M) erhalten (oftmals ungenau als „⁶⁸Ga-Chlorid in HCl“ bezeichnet, obwohl keine molekularen Spezies enthalten sind, welche eine Ga–Cl Bindung enthalten, sondern nur Hydratkomplexe mit der Formel [⁶⁸Ga(H₂O)₆]³⁺).^[21] Für die Radiomarkierung muss der pH-Wert des ⁶⁸Ga-enthaltenden Generatoreluats zunächst vom anfänglich stark sauren Bereich (je nach HCl-Konzentration pH 1–1.5) mittels geeigneter Puffersubstanzen wie Natriumazetat auf pH 2–3.5 angehoben werden.^[22] Nach Zugabe von Trivehexin (5–10 nmol) zur gepufferten ⁶⁸Ga-Lösung wird kurz (2–3 min) auf 50–100 °C erhitzt, um die Komplexbildung zu vervollständigen.^[1][23]

αvβ6-Integrin als molekulare Zielstruktur

αvβ6-Integrin findet sich auf den meisten Zelltypen von erwachsenen Menschen nur in geringer Dichte. Im Zuge verschiedener Erkrankungen wird es jedoch mitunter stark überexprimiert, beispielsweise bei Krebs^[15] oder Fibrose,^[16] hierbei insbesondere der idiopathischen Lungenfibrose.^[24]

αvβ6-Integrin kommt normalerweise nur auf Epithelzellen vor,^[25] weshalb es naheliegend ist, dass es sich in erhöhter Menge vor allem auf der Oberfläche vieler Karzinome (synonym zu epithelialen Krebsarten) findet.^{[15][26] 68}Ga-Trivehexin kann darum für die PET-Bildgebung von αvβ6-integrin-positivem Krebs Anwendung finden (also Krebsformen, deren Zellen regulär eine erhöhte αvβ6-Integrindichte aufweisen). Dies umfasst insbesondere Bauchspeicheldrüsenkrebs,^[27] nichtkleinzelliges Bronchialkarzinom, verschiedene Plattenepithelkarzinome, besonders solche in der Mundhöhle und der Speiseröhre, sowie Brust-, Eierstock- und Blasenkrebs. Im Kolorektalkarzinom findet sich αvβ6-Integrin vor allem bei den aggressiveren Formen und ist ein prognostischer Indikator für das Gesamtüberleben.^[28]

⁶⁸Ga-Trivehexin hat eine hohe Bindungsaffinität gegenüber αvβ6-Integrin (IC₅₀ = 0.047 nM). Die Affinität zu anderen RGD-bindenden Integrinen ist deutlich niedriger (die IC₅₀ für αvβ3, αvβ8 und α5β1 betragen 2.7, 6.2 bzw. 22 nM, wobei höhere IC₅₀-Werte geringere Affinität bedeuten).^{[1] 68}Ga-Trivehexin besitzt demzufolge eine hohe Selektivität für αvβ6-Integrin.

Bildgebung

Da ⁶⁸Ga ein Positronenemitter ist, wird ⁶⁸Ga-Trivehexin für Positronenemissions-Tomographie (PET) verwendet. PET ist als Einzelverfahren allerdings mittlerweile größtenteils der Kombination PET/CT und der selteneren (weil teureren) PET/MRT gewichen. Diese Verfahren, welche geräteseitig die gekoppelte Anwendung morphologischer (CT bzw. MRT) und funktionaler (PET) Bildgebungsmodalitäten in einer einzigen Untersuchung realisieren, stellen dem behandelnden ärztlichen Personal detailliertere und medizinische aussagekräftigere Informationen zur Verfügung und werden daher in der Praxis bevorzugt.

Für eine klinische PET/CT-Diagnostik wird zunächst eine Aktivität von 80–150 MBq ⁶⁸Ga-Trivehexin intravenös (i.v.) appliziert.^[29][30] Der Tracer verteilt sich anschließend mit dem Blutstrom und durch Diffusion in das Gewebe und bindet an sein Target αvβ6-Integrin, wobei überschüssiger Tracer über die Niere und letztlich den Urin ausgeschieden wird. ⁶⁸Ga-Trivehexin, und damit das positronenemittierende Radionuklid ⁶⁸Ga, werden also bevorzugt von Geweben mit hohem Gehalt an αvβ6-Integrin angereichert (beispielsweise von Krebs). Anschließend wird ein PET/CT-Scanner verwendet, um die durch die Annihilation der von ⁶⁸Ga emittierten Positronen entstehende Gammastrahlung zu detektieren (wohlgemerkt, nicht die Positronen selbst, da diese den Körper überhaupt nicht verlassen, sondern im Gewebe nur wenige Millimeter weit vordringen). Die räumliche Verteilung der Annihilationsereignisse wird anschließend aus den aufgezeichneten Rohdaten mittels eines aufwendigen Rechenverfahrens rekonstruiert. Schlussendlich wird ein Datensatz der räumlichen Radioaktivitätsverteilung generiert, aus dem sich grundsätzlich die Verteilung von αvβ6-Integrin im Gewebe in Form von Schnittbildern oder dreidimensional gerendert darstellen lässt. Die PET/CT-Aufnahme erfolgt normalerweise 45–60 min nach der i.v.-Gabe von ⁶⁸Ga-Trivehexin.^[30]

⁶⁸Ga-Trivehexin für die PET/CT Bildgebung bei Krebs

⁶⁸Ga-Trivehexin hat bisher keine Marktzulassung erhalten. Es wird derzeit hauptsächlich für die experimentelle Bildgebung der αvβ6-Integrin-Expression im Zusammenhang mit Krebs verwendet. Im Vergleich mit anderen αvβ6-Integrin-gerichteten Tracern zeigte sich ⁶⁸Ga-Trivehexin besonders geeignet für die Darstellung des duktalen Pankreaskarzinoms (PDAC), da es hohe Tumoranreicherung und geringe Aufnahme im Magen-Darm-Trakt aufwies (siehe Beispielbild).^{[31] 68}Ga-Trivehexin wurde bisher für die klinische PET/CT bei einzelnen Fällen^[29][32] und 2 Kohorten (12 und 44 Personen)^[33][30] mit vermutetem oder gesichertem PDAC verwendet, außerdem zur Darstellung eines Tonsillenkarzinoms mit Hirnmetastasen,^[32] eines bronchialen Mukoepidermoidkarzinoms^[34], eines muzinösen Lungen-Adenokarzinoms,^[35] zur Diagnose von Fernmetastasen beim Nebenschilddrüsen-Karzinom,^[36] bei papillärem Schilddrüsenkrebs^[23] und Brustkrebs.^[37][38] Im Rahmen der Diagnostik von Primärem Hyperparathyroidismus (PHPT) erreichte die⁶⁸Ga-Trivehexin PET/CT bei der Lokalisation von Nebenschilddrüsen-Adenomen eine Sensitivität von 94,1 %^[39] und detektierte außerdem sogenannte braune Tumore (ostitis fibrosa cystica generalisata),^[40] welche als Folge übermäßigen Knochenabbaus bei anhaltender Nebenschilddrüsenüberfunktion auftreten. In einer Kohorte von 20 vermuteten (19 gesicherten) Fällen von Plattenepithelkarzinomen im Kopf-Hals-Bereich (HNSCC) zeigte ⁶⁸Ga-Trivehexin-PET eine höhere Sensitivität (92,5 %), einen höheren positiven Vorhersagewert (100 %) und höhere Korrektheit (93 %) als das Standard-¹⁸F-FDG-PET, für welches Sensitivität, positiver Vorhersagewert und Korrektheit 90 %, 93,1 % bzw. 84,3 % betrugen.^[33]

⁶⁸Ga-Trivehexin für die PET/CT Bildgebung bei Fibrose

Angesichts der bekannten Expression von αvβ6-Integrin bei beginnender Lungenfibrose^[14] wurde ⁶⁸Ga-Trivehexin für die PET/CT-Bildgebung der idiopathischen Lungenfibrose (IPF) angewendet.^[41] In explorativen Studien konnte mit ⁶⁸Ga-Trivehexin ein IPF-spezifisches PET-Signal erhalten werden, während dieselben Gewebebereiche mit dem Standard-PET-Tracer ¹⁸F-FDG unauffällig waren.^{[35][42] 68}Ga-Trivehexin zeigte eine Gewebeaufnahme von SUV_max = 5,53 und ermöglichte eine klare Abgrenzung des fibrotischen Lungengewebes mittels PET/CT.^[35]