Uma grande variedade de moléculas já foi identificada por apresentar alta afinidade por receptores superexpressos em células tumorais, e a radiomarcação dessas moléculas oferece a possibilidade de novos compostos com aplicações diagnósticas e terapêuticas em medicina nuclear. Dentre essas moléculas, a bombesina (BBN) é uma das que despertam maior interesse, uma vez que um de seus receptores BB2 são superexpressos em células de tumores de próstata, mama, cólon, pâncreas e pulmão, além de glioblastomas e neuroblastomas. Derivados da bombesina, agonistas e antagonistas dos receptores BB2 já foram propostos para essa finalidade e apresentaram resultados promissores em estudos pré-clínicos. Entretanto, a maioria deles apresenta o incoveniente da alta captação em tecidos sadios, como pâncreas e intestino, o que pode prejudicar a eficiência diagnóstica e causar efeitos adversos na terapia. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho foi estudar a marcação de uma nova série de derivados da bombesina com índio-111 (111In) e gálio-68 (68Ga), de modo a avaliar seu potencial para diagnóstico de tumores que superexpressam BB2 por tomografia computadorizada por emissão de fóton único (SPECT) ou por emissão de pósitrons (PET). Os peptídeos estudados apresentam estrutura genérica YGn-BBN(6-14)-Q, em que Q é o grupamento quelante, n é o número de aminoácidos glicina do espaçador YGn e BBN(6-14) é a sequência original de aminoácidos da BBN do aminoácido 6 ao 14. Estudou-se também o derivado em que a metionina (Met) terminal da sequência da bombesina foi substituída pela norleucina (Nle). A avaliação experimental dos derivados da bombesina foi dividida em quatro etapas: estudos computacionais, marcadores moleculares para SPECT, marcadores moleculares para PET e estudos toxicológicos. Os estudos computacionais consistiram na determinação dos coeficientes de partição (log P) e distribuição (log D) teóricos dos derivados da bombesina conjugados ao quelante DTPA (ácido dietileno-triamino-pentacético e DOTA (1,4,7,10-tetraazaciclododecano-tetracético). No desenvolvimento de marcadores moleculares para SPECT os derivados da bombesina de diferentes espaçadores conjugados ao DTPA e radiomarcados com 111In foram avaliados para determinação do melhor espaçador para aplicação in vivo, considerando não apenas as propriedades in vivo, mas também a estabilidade. Uma vez definido o espaçador, o derivado escolhido conjugado ao quelante DTPA ou DOTA foi submetido a estudos comparativos in vitro e in vivo utilizando linhagens tumorais que expressam os receptores BB2 em níveis variados, de modo a determinar o agente quelante mais adequado para aplicação in vivo. Nessa fase experimental, alguns estudos foram realizados também com um derivado da BBN BZH3, amplamente descrito pela literatura. No desenvolvimento de marcadores moleculares para PET, o derivado composto pelo espaçador e quelante escolhido foi radiomarcado com 68Ga e submetido a estudos de biodistribuição in vivo. Por fim, estudos toxicológicos em ratos foram realizados por meio da administração de um excesso dos derivados da BBN, a fim de avaliar a segurança para futura aplicação em estudos clínicos. Todos os derivados conjugados ao DTPA foram radiomarcados com 111In com alta pureza radioquímica e alta atividade específica (174 GBq/μmol). Os marcadores moleculares obtidos apresentaram alta estabilidade frente à reação de marcação e baixa estabilidade à temperatura ambiente, a qual foi aumentada com a adição de agentes estabilizantes. A análise em soro humano indicou degradação tempo-dependente dos marcadores moleculares pelas enzimas do soro e aumento da estabilidade com o acréscimo de aminoácidos glicina no espaçador, bem como pela substituição da Met terminal pela Nle. Os estudos em CLAE e de log P confirmaram os resultados de log P teórico e indicaram que os marcadores moleculares apresentam baixa lipofilicidade, a qual decresce com o aumento do espaçador e aumenta com a substituição do aminoácido terminal. Os estudos in vivo demonstraram que os marcadores moleculares de DTPA-111In apresentam rápido clareamento sanguíneo, excreção primariamente renal e baixo acúmulo abdominal. O marcador molecular que apresentou maior captação tumoral foi aquele com a Nle terminal (YG5N), e esse foi submetido à análise comparativa entre os quelantes bifuncionais DTPA e DOTA. O YG5N-DOTA foi radiomarcado com 111In com alta atividade específica (100 GBq/μmol). Ensaios de saturação em células de tumor de próstata (PC-3 e LNCaP) e mama (T-47D) in vitro demonstraram afinidade semelhante para o peptídeo conjugado a ambos quelantes, mas o YG5N-DOTA-111In se ligou mais às células de tumor de próstata, mas não às células de tumor de mama. Esse marcador molecular também foi mais internalizado pelas células PC-3. Os estudos in vivo indicaram maior estabilidade do marcador molecular conjugado ao DOTA em soro de camundongo, mas captação dos dois peptídeos semelhante pelo tumor de células PC-3 e LNCaP, embora esse último tenha demonstrado uma concentração duas vezes menor do receptor BB2. A imagem SPECT/CT dos tumores foi possível com os dois peptídeos. Em comparação com o derivado BZH3-111In, os marcadores moleculares apresentaram captação tumoral semelhante, mas as imagens foram mais favoráveis devido à menor captação abdominal. O YG5N-DOTA foi então radiomarcado com 68Ga, obtendo-se alta pureza radioquímica, e seu perfil de distribuição foi semelhante ao do derivado radiomarcado com 111In, com significativa captação pelo tumor de células PC-3. Os ensaios de tolerância toxicológica demonstraram que os derivados da bombesina são seguros até a concentração administrada, não apresentando toxicidade hematológica, hepática ou renal. O derivado da BBN YG5N conjugado ao DTPA ou DOTA é uma ferramenta promissora e segura para o diagnóstico de tumores que superexpressam os receptores BB2 por SPECT e PET. / A high number of molecules have already been identified to have high affinity to some receptors overexpressed on tumour cells and the radiolabelling of those molecules offers the possibility of new compounds for tumour diagnosis and therapy by nuclear medicine. Among of those molecules, bombesin (BBN) has become focus of interest, as its BB2 receptors are known to be overexpressed in prostate, breast, colon, pancreatic and lung tumour, as long as glioblastomas and neuroblastomas. BBN agonists and antagonists have already been described for this purpose and promising results were obtained in preclinical studies. However, most of them exhibited high abdominal accumulation, especially in pancreas and intestines, which can compromise diagnosis accuracy and cause serious adverse effects in therapy. In this context, the goal of the present work to radiolabel new BBN derivatives with 111In and 68Ga and to evaluate their potential for BB2 positive tumors diagnosis by single photon emission tomography (SPECT) and positron emission tomography (PET). The structure of studied peptides was Q-YGn-BBN(6-14), where Q is the chelator, n is the number of glycine aminoacids in the spacer YGn and BBN(6-14) is the original bombesin sequence from the aminoacid 6 to 14. The derivative in which the last aminoacid (methionine, Met) was replaced by norleucine (Nle) was also evaluated. The experimental evaluation of the bombesin derivatives was divided into four steps: computational studies, molecular markers for SPECT, molecular markers for PET and toxicological studies. The teorical partition (log P) and distribution (log D) coefficients were calculated for all bombesin derivatives conjugated to DTPA (diethylenetriaminepentaacetic acid) and DOTA (1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetraacetic acid) chelators applying computational programmes. Bombesin derivatives for SPECT were developed by radiolabelling DTPA-conjugated bombesin derivatives with 111In to determine the best spacer for in vivo applications, regarding the stability and in vivo properties. The derivative with the most favorable properties and conjugated to DTPA or DOTA was evaluated in comparative in vitro and in vivo studies in different BB2 expressing tumour cells, in order to determine the best chelator to be used in vivo. Some comparative studies were also performed with the BBN analogue BZH3, which was described by the literature. The molecular marker for PET was developed by radiolabelling the derivative chosen with 68Ga and evaluating the biodistribution profile in healthy and tumour mice. Finally, toxicological studies were performed by injecting an excess of cold bombesin derivatives in rats to determine their safety for clinical querries. All derivatives conjugated to DTPA were radiolabelled with 111In at high radiochemical purity and high specific activity (174 GBq/μmol). The molecular markers presented high stability during radiolabelling and low stability at room temperature and this stability was increased after the addition of stabilizer agents. Stability in human serum analysis suggested time-course degradation by human serum enzymes and the increase on glycine aminoacids in the spacer improved the molecular markers stability, as long as the replacement of terminal Met by Nle. HPLC and log P results confirmed the teorical log P data which showed that the BBN derivatives present low lipophilicity, which decreases with the increase on glycine aminoacids in the spacer and the replacement of terminal Met by Nle. In vivo studies demonstrated that 111In-DTPA-BBN analogues present fast blood clearance, excretion by renal pathway and low abdominal accumulation. Highest tumour uptake was observed with the Nle-terminal derivative (YG5N), which was used for the comparison between the DTPA and DOTA chelators. DOTA-YG5N was also radiolabeled with 111In at high specific activity (100 GBq/μmol), but this was lower than for the DTPA derivatives. Saturation binding assays on prostate (PC-3 e LNCaP) and breast (T-47D) tumour cells showed similar affinity for the radiopeptide conjugated to DTPA and DOTA, higher binding of DOTA-peptide to PC-3 and LNCap cells was observed, but not for T-47D cells. This molecular marker was also more internalized by PC-3 cells. In vivo studies showed higher stability for 111In-DOTA-YG5N in mice serum, and the uptake of DTPA and DOTA peptide was similar by PC-3 and LNCaP tumour, although this last tumour has shown 2-fold less BB2 receptors than PC-3. SPECT/CT imaging of PC-3 and LNCaP was possible with both radiopeptides. When compared to 111In-BZH3, the molecular markers present similar tumour uptake, but with more favorable images, because of their lower abdominal uptake. DOTA-YG5N was radiolabeled with 68Ga with high radiochemical purity and the biodistribution profile was similar to the peptide labeled with 111In, with significative PC-3 tumour uptake. Toxicological studies showed the bombesin derivatives are safe up to concentration administered and did not present hematological, hepatic or renal toxicity. The BBN derivative YG5N conjugated to DTPA or DOTA is a promising and safe tool for BB2 expressing tumour diagnosis by SPECT and PET.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:41:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000434382-Texto+Completo-0.pdf: 1595815 bytes, checksum: e9f7e7d4a7dcd6de22b69890074a8785 (MD5) Previous issue date: 2011 / Neutrophils are major players in inflammatory processes both in innate and adaptive immunity. Their migration to inflamed sites is crucial both for the initiation of inflammation as well as resolution of infection, and yet they are involved in the perpetuation of different chronic inflammatory diseases. Gastrin-releasing peptide (GRP) is a neuropeptide that acts through G-protein coupled receptors involved in different physiological functions, from gastrointestinal motility to modulation of memory. The preferential receptor, GRPR (Gastrin-releasing peptide receptor), is expressed by various cell types, including the gastric, respiratory and nervous system, being over expressed on cancer cells. RC-3095 is one of GRPR´s selective antagonists, developed for cancer treatment. More recently, RC-3095 has been found to have anti-inflammatory properties in arthritis and sepsis. The mechanism underlying GRP and RC-3095 effects in tumor growth and immune suppression has not been fully determined. In this study, we propose to characterize the pro-inflammatory effects of GRP on the migratory induction of leucocytes in vitro and in vivo, demonstrating that GRPR acts as a chemotactic receptor for neutrophils. Intraperitoneal injection of GRP attracts neutrophils in four hours, a phenomenon that is antagonized by RC3095 and macrophage depletion or neutralization of TNF-α.More importantly, GRP has a direct chemokine-like effect on neutrophils in vitro, inducing migration through GRPR signaling, in a mechanism dependent on PI3K, ERK and p38 and independent of Gαi protein, demonstrating that GRPR is an alternative chemokine receptor. Interestingly, in vitro neutrophil migration towards synovial fluid of arthritis patients is abolished by pretreatment with RC-3095, in a magnitude comparable to blocking of CXCR2. We discuss the implications of these findings for GRPR antagonist-based treatment for inflammatory diseases and propose that GRPR is a new alternative chemokine receptor involved these pathogeneses / Neutrófilos são os principais personagens do processo inflamatório, tanto na imunidade inata como adaptativa. Sua migração para os sítios inflamatórios é crucial para o início da inflamação, assim como para o controle de infecções, apresentando envolvimento na perpetuação de diferentes doenças inflamatórias crônicas. O peptídeo liberador de gastrina (GRP: Gastrin-releasing peptide) é um neuropeptídeo que atua via receptores ligados a proteína G e que está envolvido em diferentes funções fisiológicas, atuando da motilidade gastrointestinal à modulação da memória. Seu receptor preferencial, GRPR (Gastrin-releasing peptide receptor), é expresso em vários tipos celulares, incluindo os sistemas gástrico, respiratório e nervoso, tendo sua expressão aumentada em células tumorais. RC-3095 é um dos antagonistas seletivos de GRPR, desenvolvido para o tratamento de câncer. Mais recentemente, o RC-3095 mostrou-se com propriedades anti-inflamatórias no tratamento de artrite e sepse. Os mecanismos pelos quais o GRP e o RC-3095 afetam o crescimento tumoral e o sistema imune ainda não foram totalmente determinados. Neste estudo, nós propomos caracterizar os efeitos pró-inflamatórios do GRP na indução de migração de leucócitos in vitro e in vivo, demonstrando que o GRPR atua como um receptor quimiotático para neutrófilos. Injeções intraperitoneais de GRP recrutaram neutrófilos em quatro horas, um fenômeno antagonizado pelo RC-3095, depleção de macrófagos ou neutralização do TNF-α. Além disso, o GRP apresentou um efeito direto in vitro, atuando como quimiocina na indução de migração através da sinalização por GRPR, um mecanismo que é dependente de PI3K, ERK, p38 e independente de proteína Gαi, demonstrando que o GRPR é um receptor quimiotático alternativo. Interessantemente, a migração de neutrófilos in vitro em direção ao líquido sinovial de pacientes com artrite foi abolida com o pré-tratamento com RC-3095, em uma magnitude comparada ao bloqueio do CXCR2. Discutimos aqui as implicações dessas descobertas para os tratamentos baseados no antagonista de GRPR em doenças inflamatórias e propomos que o GRPR é um novo receptor quimiotático alternativo que está envolvido nessa patogênese destes distúrbios.

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Têm sido estudadas novas modalidades para o diagnóstico e tratamento de câncer de próstata avançado baseado em peptídeos. Receptores para o peptídeo liberador de gastrina (GRPr) são superexpressos em vários tipos de células cancerígenas, incluindo câncer de mama e próstata. A bombesina é um análogo do peptídeo GRP de mamíferos que se liga com alta especificidade e afinidade a GRPr. Várias pesquisas têm sido realizadas para desenvolver e radiomarcar um análogo da bombesina com lutécio-177 com interesse para terapia de tumores pequenos ou metástases, devido às características físicas e viabilidade comercial do radionuclídeo. O objetivo deste trabalho foi estudar o processo de marcação e controle de qualidade de derivados da bombesina, usando como agente quelante DTPA e DOTA e espaçador aminoacídico Gly5, e realizar estudos de estabilidade e de biodistribuição de modo a avaliar o potencial de aplicação em estudos clínicos. Os estudos demonstraram que os análogos da bombesina estudados podem ser marcados com 177Lu com alto rendimento de marcação e alta atividade específica. Os estudos de estabilidade in vitro sugerem que os derivados DOTA-conjugados apresentam maior estabilidade que o DTPA-conjugados quando armazenados sob refrigeração e em soro humano. O coeficiente de partição do PG5N-DOTA-177Lu indicou maior lipofilicidade quando comparado com o derivado PG5M-DOTA-177Lu , porém sem influência sobre o clareamento sanguíneo ou captação hepática do composto. Os compostos DOTA-conjugados apresentam menor ligação às proteínas plasmáticas, corroborado pelo rápido clareamento sanguíneo observado nos estudos in vivo. Os estudos de biodistribuição com os compostos PG5M-DOTA-177Lu e PG5N-DOTA-177Lu mostraram o rápido clareamento sanguíneo dos compostos e excreção renal, e baixa captação óssea, indicando estabilidade in vivo dos derivados 177Lu-DOTA. O composto PG5M-DOTA-177Lu apresentou maior captação no pâncreas e intestinos, órgãos com maior porcentagem de receptores para bombesina. Entretanto, a ligação dos compostos às células tumorais (PC-3) in vitro foi similar para ambos os compostos. / New therapy modalities for the treatment of advanced prostate cancer based on peptide analogues are reviewed. It has been shown that gastrin releasing peptide receptors (GRPr) are overexpressed in various types of cancer cells including prostate and breast cancer. Bombesin is an analogue of the mammalian GRP that binds with high specificity and affinity to GRPr. Significant research efforts have been devoted to the design bombesin analogues labeled with 177Lu considering the excellent radiophysical properties and commercial availability of the radionuclide. The aim of this work was to study the labeling and the quality control of a bombesin analogues with Lu-177 using DOTA and DTPA as chelate group and an aminoacidic spacers Gly5 and study the stability and biodistribution properties in order to evaluate the potencial for clinical application. The studies showed that the bombesin analogs were labeled with 177Lu with high radiochemical yield and high specific activity. In vitro stability studies showed that DOTA-conjugated peptides were more stable than DTPA-conjugated, when stored under refrigeration or in human serum. The partition coefficient values showed that 177LuDOTA-PG5N was more lipophilic when compared with 177LuDOTA-PG5M but without influence on blood clearance and liver uptake. The DOTA-conjugated peptides presented low binding to plasma proteins, that contributes for fast blood clearance in vivo. Biodistribution studies of 177LuDOTA-PG5M and 177LuDOTA-PG5N, showed significant renal uptake, as a result of the urinary excretion and low bone uptake, that indicated the in vivo stability of the 177Lu-DOTA-complexes. The compound 177LuDOTA-PG5M showed higher uptake on pancreas and intestinses and these organs presents high density of BBN receptors. But the in vitro binding assays (PC-3 tumors cells) showed similar results for both compounds.

Os receptores para a bombesina (BBN), especialmente o receptor para o peptídeo liberador de gastrina (GRPr), são massivamente expressos em vários tipos de câncer, dentre eles o câncer de próstata, e podem ser uma alternativa para seu diagnóstico e tratamento por terapia radioisotópica. Modificações moleculares na estrutura da BBN vêm sendo promovidas e os derivados produzidos têm apresentado bons resultados em estudos préclínicos. No entanto, todos os derivados estudados apresentaram alta captação abdominal e esta é a principal limitação do uso clínico da BBN, devido aos efeitos adversos aos pacientes. O objetivo deste trabalho foi radiomarcar uma nova série de derivados da bombesina com lutécio-177 e avaliar a relação entre sua estrutura e o potencial diagnóstico-terapêutico do câncer de próstata. Os peptídeos estudados apresentam estrutura genérica DOTA-Phe-(Gly)n-BBN(6-14), em que DOTA é o grupamento quelante, n é o número de aminoácidos glicina do espaçador Phe-(Gly)n e BBN(6-14) é a sequência original de aminoácidos da BBN do aminoácido 6 ao aminoácido 14. Estudos preliminares foram realizados a fim de avaliar a condição que conferia maior pureza radioquímica aos derivados radiomarcados, determinada por cromatografia em camada delgada (ITLC-SG) e cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE). A estabilidade dos derivados radiomarcados foi avaliada após incubação à 2-8° C ou em soro humano à 37° C e o coeficiente de partição foi determinado em n-octanol:água. Estudos in vivo foram realizados em camundongos Balb-c sadios e Nude com tumor de células PC-3, a fim de caracterizar biologicamente os derivados da bombesina. Estudos in vitro envolveram a avaliação do efeito dos derivados não radiomarcados sobre a proliferação das células PC-3. A análise em ITLC-SG e CLAE revelou que todos os derivados da bombesina foram radiomarcados com alta pureza radioquímica. Os derivados radiomarcados apresentaram alta estabilidade à 2-8° C. A análise em soro humano indicou metabolismo tempodependente dos derivados pelas enzimas do soro e aumento da estabilidade com o acréscimo de aminoácidos glicina no espaçador após 4 horas de incubação, mas não após 24 horas. Os estudos em CLAE e de coeficiente de partição indicaram que os derivados da bombesina apresentam baixa lipossolubilidade, a qual decresce com o aumento do espaçador. Os derivados apresentaram rápido clareamento sanguíneo, rápida excreção, realizada primariamente por via renal, baixa retenção no organismo e baixo acúmulo abdominal nos estudos in vivo em camundongos Balb-c. Os estudos em camundongos Nude com tumor PC-3 mostraram a capacidade dos derivados de se ligar às células tumorais. Os dois peptídeos com maior espaçador apresentaram maior captação tumoral 1 hora após a administração endovenosa, mas o derivado com menor espaçador apresentou maior captação tumoral quatro e 24 horas após a administração. A ligação às células PC-3 in vivo mostrou ser específica e suficiente para a detecção do tumor por imagens cintilográficas, principalmente 30 minutos após a administração. Nos estudos in vitro, os derivados da bombesina estudados não apresentaram efeito proliferativo ou citotóxico sobre as células PC-3, o que os caracteriza como agonistas fracos ou antagonistas dos receptores para GRP. Os resultados deste trabalho mostraram, portanto, que todos os derivados estudados são promissores para aplicação in vivo. A maior captação tumoral dos derivados com maior espaçador na primeira hora após a administração indica que essas moléculas são os mais adequados para o diagnóstico por imagem de tumor de próstata. Já para aplicação em terapia radioisotópica, o derivado com menor espaçador é o mais adequado, devido à maior retenção tumoral. / Bombesin (BBN) receptors in particular, the gastrin-releasing peptide (GRP) receptor peptide have been shown to be massively overexpressed in several human tumors types, including prostate cancer, and could be an alternative as target for its treatment by radionuclide therapy (RNT). A large number of BBN analogs had already been synthesized for this purpose and have shown to reduce tumor growth in mice. Nevertheless, most of the studied analogs exhibit high abdominal accumulation, especially in pancreas. This abdominal accumulation may represent a problem in clinical use of radiolabeled bombesin analogs probably due to serious side effects to patients. The goal of the present work was to radiolabel a novel series of bombesin derivatives with lutetium-177 and to evaluate the relationship between their structure and diagnostic-therapeutic activity for prostate tumor. The generic structure of studied peptides is DOTA-Phe-(Gly)n-BBN(6-14), where DOTA is the chelator, n is the number of glycine amino acids of Phe-(Gly)n spacer and BBN(6-14) is the bombesin sequence from the amino acid 6 to the amino acid 14. Preliminary studies were done to establish the ideal labeling conditions for obtaining the highest yield of labeled bombesin derivatives, determined by instant thin layer chromatography (ITLC-SG) and high performance liquid chromatography (HPLC). The stability of the preparations was evaluated either after storing at 2-8º C or incubation in human serum at 37º C and the partition coefficient was determined in n:octanol:water. In vivo studies were performed in both healthy Balb-c and Nude mice bearing PC-3 xenografts, in order to characterize the biological properties of labeled peptides. In vitro studies involved the evaluation of cold bombesin derivatives effect in PC-3 cells proliferation. Bombesin derivatives were successfully labeled with high yield at optimized conditions and exhibited high stability at 4ºC. The analysis of the stability in human serum suggested a time-course metabolic degradation of labeled peptides by serum enzymes. The addition of four glycine amino acids in the spacer of bombesin derivatives resulted in slower degradation by human serum enzymes after 4 hours of incubation. HPLC and partition coefficient studies showed that bombesin derivatives present low lipophilicity and the increase of glycine amino acids number in peptides spacers slightly reduced their lipophilicity. The radiolabeled bombesin derivatives presented fast blood clearance, rapid excretion, performed mainly by renal pathway, and low abdominal accumulation in in vivo studies in Balb-c mice. Investigations in Nude mice bearing PC-3 tumor showed that the radiopeptides can target tumor cells. Higher tumor uptake was observed with the derivatives of larger spacers at 1 hour post injection, but higher tumor retention after 4 and 24 hours was observed with the derivative of smaller spacer. In addition, tumor uptake showed to be specific and allowed tumor detection by scintigraphy imaging, especially 30 minutes post injection. In addition, the studied bombesin derivatives did not present proliferative or cytotoxic effect to PC-3 cells in vitro and can be characterized as weak agonists or antagonists of bombesin receptors. The results of this work showed that phenyl-glycine extended bombesin derivatives are promising for in vivo applications. The higher tumor uptake of derivatives with larger spacer suggests that these molecules are more applicable in diagnostic procedures. The derivative with smaller spacer is more useful to be applied in radionuclide therapy, because of its higher tumor retention.

Têm sido estudadas novas modalidades para o diagnóstico e tratamento de câncer de próstata avançado baseado em peptídeos. Receptores para o peptídeo liberador de gastrina (GRPr) são superexpressos em vários tipos de células cancerígenas, incluindo câncer de mama e próstata. A bombesina é um análogo do peptídeo GRP de mamíferos que se liga com alta especificidade e afinidade a GRPr. Várias pesquisas têm sido realizadas para desenvolver e radiomarcar um análogo da bombesina com lutécio-177 com interesse para terapia de tumores pequenos ou metástases, devido às características físicas e viabilidade comercial do radionuclídeo. O objetivo deste trabalho foi estudar o processo de marcação e controle de qualidade de derivados da bombesina, usando como agente quelante DTPA e DOTA e espaçador aminoacídico Gly5, e realizar estudos de estabilidade e de biodistribuição de modo a avaliar o potencial de aplicação em estudos clínicos. Os estudos demonstraram que os análogos da bombesina estudados podem ser marcados com 177Lu com alto rendimento de marcação e alta atividade específica. Os estudos de estabilidade in vitro sugerem que os derivados DOTA-conjugados apresentam maior estabilidade que o DTPA-conjugados quando armazenados sob refrigeração e em soro humano. O coeficiente de partição do PG5N-DOTA-177Lu indicou maior lipofilicidade quando comparado com o derivado PG5M-DOTA-177Lu , porém sem influência sobre o clareamento sanguíneo ou captação hepática do composto. Os compostos DOTA-conjugados apresentam menor ligação às proteínas plasmáticas, corroborado pelo rápido clareamento sanguíneo observado nos estudos in vivo. Os estudos de biodistribuição com os compostos PG5M-DOTA-177Lu e PG5N-DOTA-177Lu mostraram o rápido clareamento sanguíneo dos compostos e excreção renal, e baixa captação óssea, indicando estabilidade in vivo dos derivados 177Lu-DOTA. O composto PG5M-DOTA-177Lu apresentou maior captação no pâncreas e intestinos, órgãos com maior porcentagem de receptores para bombesina. Entretanto, a ligação dos compostos às células tumorais (PC-3) in vitro foi similar para ambos os compostos. / New therapy modalities for the treatment of advanced prostate cancer based on peptide analogues are reviewed. It has been shown that gastrin releasing peptide receptors (GRPr) are overexpressed in various types of cancer cells including prostate and breast cancer. Bombesin is an analogue of the mammalian GRP that binds with high specificity and affinity to GRPr. Significant research efforts have been devoted to the design bombesin analogues labeled with 177Lu considering the excellent radiophysical properties and commercial availability of the radionuclide. The aim of this work was to study the labeling and the quality control of a bombesin analogues with Lu-177 using DOTA and DTPA as chelate group and an aminoacidic spacers Gly5 and study the stability and biodistribution properties in order to evaluate the potencial for clinical application. The studies showed that the bombesin analogs were labeled with 177Lu with high radiochemical yield and high specific activity. In vitro stability studies showed that DOTA-conjugated peptides were more stable than DTPA-conjugated, when stored under refrigeration or in human serum. The partition coefficient values showed that 177LuDOTA-PG5N was more lipophilic when compared with 177LuDOTA-PG5M but without influence on blood clearance and liver uptake. The DOTA-conjugated peptides presented low binding to plasma proteins, that contributes for fast blood clearance in vivo. Biodistribution studies of 177LuDOTA-PG5M and 177LuDOTA-PG5N, showed significant renal uptake, as a result of the urinary excretion and low bone uptake, that indicated the in vivo stability of the 177Lu-DOTA-complexes. The compound 177LuDOTA-PG5M showed higher uptake on pancreas and intestinses and these organs presents high density of BBN receptors. But the in vitro binding assays (PC-3 tumors cells) showed similar results for both compounds.

Os receptores para a bombesina (BBN), especialmente o receptor para o peptídeo liberador de gastrina (GRPr), são massivamente expressos em vários tipos de câncer, dentre eles o câncer de próstata, e podem ser uma alternativa para seu diagnóstico e tratamento por terapia radioisotópica. Modificações moleculares na estrutura da BBN vêm sendo promovidas e os derivados produzidos têm apresentado bons resultados em estudos préclínicos. No entanto, todos os derivados estudados apresentaram alta captação abdominal e esta é a principal limitação do uso clínico da BBN, devido aos efeitos adversos aos pacientes. O objetivo deste trabalho foi radiomarcar uma nova série de derivados da bombesina com lutécio-177 e avaliar a relação entre sua estrutura e o potencial diagnóstico-terapêutico do câncer de próstata. Os peptídeos estudados apresentam estrutura genérica DOTA-Phe-(Gly)n-BBN(6-14), em que DOTA é o grupamento quelante, n é o número de aminoácidos glicina do espaçador Phe-(Gly)n e BBN(6-14) é a sequência original de aminoácidos da BBN do aminoácido 6 ao aminoácido 14. Estudos preliminares foram realizados a fim de avaliar a condição que conferia maior pureza radioquímica aos derivados radiomarcados, determinada por cromatografia em camada delgada (ITLC-SG) e cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE). A estabilidade dos derivados radiomarcados foi avaliada após incubação à 2-8° C ou em soro humano à 37° C e o coeficiente de partição foi determinado em n-octanol:água. Estudos in vivo foram realizados em camundongos Balb-c sadios e Nude com tumor de células PC-3, a fim de caracterizar biologicamente os derivados da bombesina. Estudos in vitro envolveram a avaliação do efeito dos derivados não radiomarcados sobre a proliferação das células PC-3. A análise em ITLC-SG e CLAE revelou que todos os derivados da bombesina foram radiomarcados com alta pureza radioquímica. Os derivados radiomarcados apresentaram alta estabilidade à 2-8° C. A análise em soro humano indicou metabolismo tempodependente dos derivados pelas enzimas do soro e aumento da estabilidade com o acréscimo de aminoácidos glicina no espaçador após 4 horas de incubação, mas não após 24 horas. Os estudos em CLAE e de coeficiente de partição indicaram que os derivados da bombesina apresentam baixa lipossolubilidade, a qual decresce com o aumento do espaçador. Os derivados apresentaram rápido clareamento sanguíneo, rápida excreção, realizada primariamente por via renal, baixa retenção no organismo e baixo acúmulo abdominal nos estudos in vivo em camundongos Balb-c. Os estudos em camundongos Nude com tumor PC-3 mostraram a capacidade dos derivados de se ligar às células tumorais. Os dois peptídeos com maior espaçador apresentaram maior captação tumoral 1 hora após a administração endovenosa, mas o derivado com menor espaçador apresentou maior captação tumoral quatro e 24 horas após a administração. A ligação às células PC-3 in vivo mostrou ser específica e suficiente para a detecção do tumor por imagens cintilográficas, principalmente 30 minutos após a administração. Nos estudos in vitro, os derivados da bombesina estudados não apresentaram efeito proliferativo ou citotóxico sobre as células PC-3, o que os caracteriza como agonistas fracos ou antagonistas dos receptores para GRP. Os resultados deste trabalho mostraram, portanto, que todos os derivados estudados são promissores para aplicação in vivo. A maior captação tumoral dos derivados com maior espaçador na primeira hora após a administração indica que essas moléculas são os mais adequados para o diagnóstico por imagem de tumor de próstata. Já para aplicação em terapia radioisotópica, o derivado com menor espaçador é o mais adequado, devido à maior retenção tumoral. / Bombesin (BBN) receptors in particular, the gastrin-releasing peptide (GRP) receptor peptide have been shown to be massively overexpressed in several human tumors types, including prostate cancer, and could be an alternative as target for its treatment by radionuclide therapy (RNT). A large number of BBN analogs had already been synthesized for this purpose and have shown to reduce tumor growth in mice. Nevertheless, most of the studied analogs exhibit high abdominal accumulation, especially in pancreas. This abdominal accumulation may represent a problem in clinical use of radiolabeled bombesin analogs probably due to serious side effects to patients. The goal of the present work was to radiolabel a novel series of bombesin derivatives with lutetium-177 and to evaluate the relationship between their structure and diagnostic-therapeutic activity for prostate tumor. The generic structure of studied peptides is DOTA-Phe-(Gly)n-BBN(6-14), where DOTA is the chelator, n is the number of glycine amino acids of Phe-(Gly)n spacer and BBN(6-14) is the bombesin sequence from the amino acid 6 to the amino acid 14. Preliminary studies were done to establish the ideal labeling conditions for obtaining the highest yield of labeled bombesin derivatives, determined by instant thin layer chromatography (ITLC-SG) and high performance liquid chromatography (HPLC). The stability of the preparations was evaluated either after storing at 2-8º C or incubation in human serum at 37º C and the partition coefficient was determined in n:octanol:water. In vivo studies were performed in both healthy Balb-c and Nude mice bearing PC-3 xenografts, in order to characterize the biological properties of labeled peptides. In vitro studies involved the evaluation of cold bombesin derivatives effect in PC-3 cells proliferation. Bombesin derivatives were successfully labeled with high yield at optimized conditions and exhibited high stability at 4ºC. The analysis of the stability in human serum suggested a time-course metabolic degradation of labeled peptides by serum enzymes. The addition of four glycine amino acids in the spacer of bombesin derivatives resulted in slower degradation by human serum enzymes after 4 hours of incubation. HPLC and partition coefficient studies showed that bombesin derivatives present low lipophilicity and the increase of glycine amino acids number in peptides spacers slightly reduced their lipophilicity. The radiolabeled bombesin derivatives presented fast blood clearance, rapid excretion, performed mainly by renal pathway, and low abdominal accumulation in in vivo studies in Balb-c mice. Investigations in Nude mice bearing PC-3 tumor showed that the radiopeptides can target tumor cells. Higher tumor uptake was observed with the derivatives of larger spacers at 1 hour post injection, but higher tumor retention after 4 and 24 hours was observed with the derivative of smaller spacer. In addition, tumor uptake showed to be specific and allowed tumor detection by scintigraphy imaging, especially 30 minutes post injection. In addition, the studied bombesin derivatives did not present proliferative or cytotoxic effect to PC-3 cells in vitro and can be characterized as weak agonists or antagonists of bombesin receptors. The results of this work showed that phenyl-glycine extended bombesin derivatives are promising for in vivo applications. The higher tumor uptake of derivatives with larger spacer suggests that these molecules are more applicable in diagnostic procedures. The derivative with smaller spacer is more useful to be applied in radionuclide therapy, because of its higher tumor retention.

Receptores para o peptídeo liberador de gastrina (GRPr) são super expressos em vários tipos de células cancerígenas, incluindo câncer de mama e próstata. A Bombesina é um análogo do peptídeo GRP de mamíferos que se liga com alta especificidade e afinidade aos receptores do peptídeo liberador de gastrina (GRPr). Significantes pesquisas têm sido realizadas para desenvolver e radiomarcar um análogo da bombesina para diagnóstico de tumores de próstata e mama, utilizando-se técnicas de SPECT e PET, com radionuclídeos como 111In e 68Ga. O objetivo deste trabalho foi estudar a marcação com 111In de uma série inédita de peptídeos derivados de bombesina e determinar o potencial de aplicação no diagnóstico de tumores de próstata em modelos animais. Vários estudos foram realizados para padronizar o procedimento de marcação, variando-se temperatura, tempo de marcação, massa do peptídeo e atividade do radionuclídeo. Os resultados demonstraram que os análogos da bombesina estudados podem ser marcados com índio-111 com alto rendimento de marcação e alta atividade específica. Os estudos de biodistribuição em animais normais demonstraram que o derivado de BBN com espaçador aminoacídico Gly5 apresentou captação pancreática e intestinal expressiva, sugerindo ser o melhor derivado. Dois derivados DOTA- conjugados, com espaçador Gly5 foram radiomarcados com gálio-68 e investigados em modelo animal com tumor de próstata humano, indicando o potencial para aplicação do peptídeo radiomarcado no diagnóstico por PET. / Gastrin releasing peptide receptors (GRPRs) are over expressed in various types of cancer cells including prostate and breast cancer. Bombesin is an analogue of the mammalian GRP that binds with high specificity and affinity to GRPRs. Significant research efforts have been devoted to the design and radiolabel bombesin peptides for the diagnostic of prostatic and breast cancer using SPECT e PET, with radionuclides like 111In e 68Ga. The objective of this work was to study the labeling with 111In of a new bombesin series and evaluate the potential for diagnostic application using animal model. Several studies were evaluated to optimize the labelling conditions of BBN derivatives with 111In using different temperature, time, mass of peptide and radionuclide activity. High radiochemical purity and high specific activity were obtained for all the peptides labeled with 111-indium. Biodistribution studies in normal mices showed that the BBN derivative with Gly5 as aminoacidic spacer presented high uptake on pancreas and intestines that suggests that is the best peptide. Two DOTA-derivatives with Gly5 as spacer were radiolabelled with 68-gallium and evaluated in tumor model animals of human prostatic cancer and showed high potential for clinical application in diagnostic procedures with PET.