Charles University in Prague, Faculty of Science Department of Organic Chemistry Ing. Yana Chernykh Sulfur-Based Reagents for Nucleophilic and Radical Introduction of Tetrafluoroethyl and Tetrafluoroethylene Groups Ph.D. Thesis Prague 2014 ABSTRACT This project was aimed at developing new methodologies for selective introduction of tetrafluoroethyl and tetrafluoroethylene groups into organic molecules. The study was focused on reactivities of fluorinated sulfones and sulfides as tetrafluoroalkylation reagents. In the Introduction part of the thesis, main aspects of organofluorine chemistry are outlined, illustrating beneficial effects of fluorine atoms on physical, chemical and biological properties of organic compounds. General synthetic methods for the selective introduction of fluorine atoms and fluoroalkyl groups to organic molecules are described. Particular attention is given to reactivity and applications of CF2CF2-containing compounds, indicating challenges in synthetic approaches toward tetrafluoroalkylation. The Results and discussion part describes reactivities of four new fluorinated organosulfur reagents as tetrafluoroethyl and tetrafluoroethylene building blocks. The application of these reagents as various carbanionic or radical synthons proved to be effective for the incorporation of CF2CF2...

Krebserkrankungen stellen in Deutschland die zweithäufigste Todesursache dar und die Anzahl der Neuerkrankungen nimmt stetig zu. Frühzeitige Diagnosen und Therapiemöglichkeiten sind daher dringend erforderlich. Cyklinabhängige Proteinkinasen (Cdk) spielen eine entscheidende Rolle bei der Regulation des Zellzyklus. Viele Tumore zeigen eine deregulierte Cdk4‑Aktivität und/oder ‑Expression. Insgesamt zeigen ca. 80% aller Tumore eine Fehlregulation der für den Zellzyklus zentralen Cdk4/CykD1/INK4/pRb/E2F Signalkaskade. Somit besitzen Cdks ein enormes therapeutisches Potential im Kampf gegen Krebs. Die spezifische Inhibierung der Cdks verhindert die Zellproliferation und damit das Tumorwachstum. In den letzten Jahren wurden verschiedenste Strukturklassen vorgestellt, die als Cdk4-Inhibitor wirken. Im Rahmen der Promotion sollen die Möglichkeiten einer funktionellen Tumordiagnose mittels cyklinabhängiger Kinasen untersucht werden. Die Entwicklung von radioaktiv markierten Inhibitoren der Cdk4/6 als Radiotracer und ihre radiopharmakologische Charakterisierung stellt dabei einen neuen Ansatz dar. Um die Rolle der Cdk4/6 im Zellzyklus von gesunden und deregulierten (z.B. Tumor-) Zellen aufzuklären, sollten mit Iod-124 und Fluor-18 markierte Inhibitoren eingesetzt werden, die hochselektiv diese Cdks blockieren. Zunächst wurden verschiedene Inhibitoren der Cdk4/6 und deren Vorstufen für die Radiomarkierung dargestellt. Die bereits aus den Vorarbeiten von VanderWel et al., 2005 und Toogood et al., 2001 bekannten Syntheserouten mussten dazu optimiert werden und für neue Verbindungen, wie die fluorethylierten Substanzen, wurden neue Reaktionswege gefunden. Die dargestellten Referenzverbindungen CKIA-E wurden anschließend mittels Durchflusszytometrie an den Zelllinien HT-29 und FaDu auf ihre inhibitorischen Wirkung untersucht. Die Untersuchungen der Verbindungen CKIA/B/E zeigte, dass ein Zellzyklusarrest unter Einwirkung der Inhibitoren erreichbar ist. Die weiteren Untersuchungen zur Radiomarkierbarkeit sowie die radiopharmakologische Evaluation sollten daher an den Verbindungen CKIA, CKIB und CKIE stattfinden. Die Darstellung der Verbindungen [124I]CKIA und [124I]CKIB erfolgte in zwei Schritten über die elektrophile Substitution durch regioselektive Destannylierung mit anschließender Entschützung der Seitenkette. Die Darstellung der fluorethylierten Verbindung erfolgte ebenfalls über eine Zweischrittsynthese beginnend mit der Synthese der prosthetischen Gruppe [18F]BFE aus der Tosylmarkierungsvorstufe. Die zur Markierung des sekundären Amins zur Auswahl stehenden prosthetischen Gruppen [18F]Fluorethyltosylat ([18F]FETos) und [18F]Bromfluorethan ([18F]BFE) wurden auf ihre Eignung untersucht, ebenso wie die Auswahl einer geeigneten Markierungsvorstufe für die Darstellung der prosthetischen Gruppe. Die optimierten Syntheserouten ermöglichten die Isolierung von ausreichenden Mengen an Produktaktivität für die radiopharmakologischen Untersuchungen. Es fanden, neben der Bestimmung der spezifischen Aktivität und der Lipophilie der Verbindungen, Zellaufnahmeuntersuchungen und Bestimmungen zur Stabilität der Verbindungen in vitro, ex vivo und in vivo statt. Die radioiodierten Verbindungen konnten des Weiteren zur Untersuchungen der Bioverteilung in normalen männlichen Wistar-Ratten eingesetzt werden. Für alle drei Verbindungen konnte eine sehr hohe in vitro-Stabilität festgestellt werden. Die Zellaufnahmeuntersuchungen zeigten vor allem für die Verbindungen [124I]CKIA und [124I]CKIB eine beträchtliche Zellaufnahme von über 1000% ID/mg Protein nach 2 h. Die Zellaufnahme der Verbindung CKIE ist geringer, sollte allerdings für eine in vivo-Anwendung ausreichend sein. Die Untersuchung der in vivo‑Stabilität der Verbindungen [124I]CKIA, [124I]CKIB und [18F]CKIE im Blut von Wistar Ratten ergab allerdings, dass alle Verbindungen schnell metabolisiert werden. Die Untersuchung der Bioverteilung der radioiodierten Verbindungen belegen eine in vivo Radiodeiodierung sowie eine hohe hepatobliliäre Auscheidungsrate. Im Hinblick auf eine Anwendung als Radiotracer konnten im Rahmen dieser Arbeit neue Erkenntnisse gewonnen werden. Die dargestellten Inhibitoren sind in der Lage am Zellmodell den Zellzyklusarrest in der G1-Phase zu induzieren. Eine Radiomarkierung der ausgewählten Strukturen liefert das Produkt mit reproduzierbarer Ausbeute in hoher radiochemischer Reinheit und ausreichender spezifischer Aktivität, allerdings ist eine Herstellung der fluorethylierten Verbindung unter GMP-Bedingungen nur schwer realisierbar. Die radiomarkierten Verbindungen zeigen eine hohe in vitro-Stabilität und werden energieabhängig in die Zelle aufgenommen. Anhand der Stabilitätsuntersuchungen in vivo wurde gezeigt, dass alle drei Verbindungen in vivo instabil sind und sehr schnell hepatobiliär eliminiert.

Die Cyclin-abhängigen Kinasen 4 und 6 (Cdk4/6) wurden als essentielle Enzyme für die Regulation des Zellzyklus mit kritischem Beitrag zur gestörten Zellproliferation während der Kanzerogenese identifiziert. Als Konsequenz davon erwiesen sich die Cdk4/6 als attraktive Zielproteine für die Entwicklung neuer therapeutischer Konzepte zur pharmakologischen Tumorbehandlung. Verbindungen aus der Substanzklasse der Pyrido[2,3-d]pyrimidine zeigten vielversprechende inhibitorische Wirkungen auf die Aktivität der Cdk4/6 bei gleichzeitiger herausragender Selektivität gegenüber anderen Cdk. Anschließende Untersuchungen in vitro und in vivo verdeutlichten das Potential einiger Pyrido[2,3 d]pyrimidine zur Inhibierung des Tumorzellwachstums. Die Weiterentwicklung und Nutzung selektiver Cdk4/6-Inhibitoren zur funktionellen Charakterisierung der Cdk4/6 in Tumoren in vivo mit Hilfe der nicht-invasiven Bildgebungstechnik Positronen-Emissions-Tomographie (PET) ist ein neuer vielversprechender Forschungsansatz und von großem Interesse für die Evaluierung neuer Strategien zur Diagnose und Therapie maligner Erkrankungen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die biochemische und radiopharmakologische Charakterisierung neuer potentieller Cdk4/6-Inhibitoren aus der Verbindungsklasse der Pyrido[2,3-d]pyrimidine und deren Bewertung hinsichtlich ihrer therapeutischen Wirksamkeit zur gezielten Cdk4/6-Inhibierung in ausgewählten Tumorzelllinien sowie ihres Potentials zur funktionellen Bildgebung der Cdk4/6 in Tumoren mittels PET am Tiermodell. Die biochemische Charakterisierung der Pyrido[2,3 d]pyrimidine CKIA, CKIB, CKIC, CKID und CKIE hinsichtlich ihrer zellulären und molekularen Wirkung erfolgte in den kontinuierlich proliferierenden humanen Tumorzelllinien HT-29, FaDu und THP 1 und in differenzierten THP-1-Makrophagen. Die Zweckmäßigkeit der untersuchten Zelllinien zur Charakterisierung potentieller Cdk4/6-Inhibitoren wurde anhand von Studien zur mRNA-Expression und Proteinbiosynthese der Kinasen Cdk4/6 nachgewiesen. Des Weiteren wurde das Vorkommen der Cdk4/6 in den humanen Xenograft-Tumoren HT-29 und FaDu, sowie in ausgewählten Organen und Geweben von nu/nu-NMRI-Mäusen charakterisiert. In vitro wurden für alle untersuchten Pyrido[2,3-d]pyrimidine signifikante, konzentrations- und zeitabhängige inhibitorische Effekte auf die Tumorzellproliferation beobachtet. Durchflusszytometrische Zellzyklusanalysen 24 Stunden nach Inkubation mit den Pyrido[2,3 d]pyrimidinen zeigten eine konzentrationsabhängige Zunahme des Anteils der HT-29-, FaDu- und THP-1-Zellen in der G1-Phase bis auf 90%. Für die nicht-proliferierenden THP 1-Makrophagen wurden bei Inkubation mit den Pyrido[2,3 d]pyrimidinen geringe Veränderungen ihrer Zellzahl und Zellzyklusphasen-verteilung detektiert. Die zellulären Studien identifizierten deutliche qualitative und quantitative Unterschiede der untersuchten Pyrido[2,3 d]pyrimidin-Derivate. Nanomolare Konzentrationen von CKIA, CKIB bzw. CKIE erzielten bereits 24 Stunden nach Inkubation deutliche Effekte, während für CKIC und CKID die 10- bis 100-fache Konzentration eingesetzt werden musste, um eine ähnliche Wirkung zu erhalten. Die molekularen Ursachen der Wachstumshemmung und des Zellzyklusarrests wurden durch Untersuchungen zur Pyrido[2,3 d]pyrimidin-abhängigen Beeinflussung des Cdk4/6-Cyclin D-Retinoblastom-E2F-Signalwegs geklärt. In allen Zelllinien wurde eine deutliche Inhibierung der Cdk4/6-spezifischen Phosphorylierung der Aminosäure Serin-780 des Retinoblastom-Proteins (pRb) beobachtet. Als Konsequenz dieser Inhibierung wurde für CKIA, CKIB und CKIE die signifikante konzentrationsabhängige Unterbrechung der Genexpression von E2F-1 und PCNA nachgewiesen. Die Radiomarkierung der Cdk4/6-Inhibitoren CKIA und CKIB mit 124I bzw. von CKIE mit 18F ermöglichte erstmals die Charakterisierung von in vivo-Interaktionen und des Metabolismus im Blut zirkulierender Pyrido[2,3 d]pyrimidin-Derivate. Die radiopharmako-logischen Eigenschaften von [124I]CKIA, [124I]CKIB und [18F]CKIE wurden in Untersuchungen zur zellulären Radiotracer-Aufnahme, der metabolischen Stabilität und der Bioverteilung bei Ratten sowie abschließend in Kleintier-PET-Untersuchungen bei FaDu-Tumor-tragenden nu/nu-NMRI-Mäusen analysiert. In vitro-Experimente mit [124I]CKIA, [124I]CKIB und [18F]CKIE verdeutlichten eine hohe Stabilität und schnelle Aufnahme der Radiotracer in humane Tumorzellen bei 37°C. Allerdings deutet die Zelltyp-unabhängige Anreicherung auf eine geringe Abhängigkeit der Pyrido[2,3 d]pyrimidin-Akkumulation vom Cdk4/6-Status der Zellen hin. Die signifikant geringeren Aufnahmewerte aller untersuchten Pyrido[2,3-d]pyrimidine bei 4°C und die Blockierung der Aufnahme von [18F]CKIE mit nichtradioaktivem CKIE unterstützen die Vermutung spezifischer Transportmechanismen für die Aufnahme der Pyrido[2,3 d]pyrimidine. Untersuchungen von [124I]CKIA, [124I]CKIB und [18F]CKIE in vivo identifizierten eine schnelle, innerhalb weniger Minuten stattfindende Eliminierung aus dem Blut und die primäre Aufnahme in die Leber als grundlegende Stoffwechseleigenschaft aller drei Radiotracer. Aus den PET-Untersuchungen mit [124I]CKIA und [124I]CKIB bei FaDu-Tumor-tragenden Mäusen wurden nur marginale Anreicherungen der radioaktiven Substanzen im Bereich des Tumors festgestellt. Für [18F]CKIE wurde eine Akkumulation im proliferierenden Randbereich des Tumors beobachtet. Die schnelle Metabolisierung von [18F]CKIE im Blut sowie das konstante, geringe Verhältnis der Aktivität im Tumor zur Aktivität im Skelettmuskel wiesen allerdings auf eine unspezifische Anreicherung hin. Schlussfolgernd aus den Ergebnissen der vorliegenden Arbeit wurde die Effektivität der Pyrido[2,3 d]pyrimidine CKIA, CKIB und CKIE hinsichtlich der Inhibierung der Cdk4/6-vermittelten Zellzyklusprogression gezeigt. Die antiproliferative Aktivität der Substanzen unterstützt eine weiterführende Evaluierung dieser Cdk4/6-Inhibitoren zur pharmakologischen Tumortherapie. Auf der Basis der erhaltenen radiopharmakologischen Ergebnisse werden die kurze biologische Halbwertszeit und unspezifische Tumoranreicherung von [124I]CKIA, [124I]CKIB und [18F]CKIE als limitierende Faktoren für die Eignung dieser Verbindungen als Radiotracer zur nicht-invasiven Bildgebung der Cdk4/6 im Zielgewebe mittels PET angesehen. Es bleibt zu klären, ob eine längere Verweildauer und höhere Stabilität radiomarkierter Pyrido[2,3-d]pyrimidine im Blut die Chance der Cdk4/6-spezifischen Gewebeanreicherung erhöhen oder Transport-mechanistische Effekte allein ausschlaggebend für die Anreicherung in Zellen und Geweben sind. Die Untersuchung optimierter Cdk4/6-selektiver Inhibitoren für die Charakterisierung und Therapie von Tumoren bleibt weiterhin ein interessanter Aspekt in der Tumorforschung.:1 EINLEITUNG UND LITERATURÜBERSICHT 1 1.1 Der Zellzyklus 1 1.2 Die Cyclin-abhängigen Kinasen 4 und 6 (Cdk4/6) 4 1.2.1 Entdeckung und Struktur der Cdk4/6 4 1.2.2 Funktion und Regulation der Cdk4/6 im Zellzyklus 5 1.2.3 Cdk4/6 und Embryogenese 8 1.2.4 Cdk4/6 und Homöostase 9 1.2.5 Cdk4/6 und Kanzerogenese 10 1.3 Die Cdk4/6 als Zielproteine für die Tumortherapie 11 1.4 Die Tumordiagnostik mittels Positronen-Emissions-Tomographie 16 1.5 Zielstellung 19 2 MATERIAL UND METHODEN 20 2.1 Materialien 20 2.1.1 Geräte 20 2.1.2 Verbrauchsmaterialien 21 2.1.3 Chemikalien, Medien und Enzyme 21 2.1.4 Antikörper und Immunchemikalien 25 2.1.5 Primer 25 2.1.6 Puffer und Lösungen 26 2.1.7 Biologisches Material 28 2.2 Zellbiologische Methoden 29 2.2.1 Rekultivierung und Kryokonservierung von Zellen 29 2.2.2 Kultivierung der Zelllinien 29 2.2.3 Arretierung von Zellen in der Zellzyklusphase G1 30 2.2.4 Bestimmung der Zellzahl 30 2.2.5 Untersuchung der Zellvitalität 30 2.2.6 Untersuchung des Wachstumsverhaltens 31 2.2.7 Durchflusszytometrische Zellzyklusanalyse 31 2.2.8 Immunfluoreszenzfärbung von Zellen 32 2.3 Proteinbiochemische Methoden 32 2.3.1 Proteinextraktion 32 2.3.2 Trennung von Proteinen durch SDS-PAGE 33 2.3.3 Elektrotransfer der Proteine auf eine Membran 33 2.3.4 Immunchemischer Antigennachweis 34 2.4 Molekularbiologische Methoden 35 2.4.1 RNA Präparation 35 2.4.2 DNase-Behandlung der isolierten RNA 35 2.4.3 Reverse Transkription und Polymerasekettenreaktion (RT-PCR) 35 2.4.4 Quantitative Echtzeit-RT-PCR 36 2.5 Histologische Methoden 38 2.5.1 Fixierung und Paraffineinbettung von Geweben 38 2.5.2 Immunfärbung der Paraffinschnitte 38 2.5.3 Hämatoxylin-Eosin-Färbung der Paraffinschnitte 39 2.6 Radiopharmakologische Methoden 39 2.6.1 Radiomarkierung der Pyrido[2,3-d]pyrimidine 39 2.6.2 Stabilitätsuntersuchungen 42 2.6.3 Zelluläre Radiotracer-Aufnahme 43 2.6.4 Bioverteilung 44 2.6.5 Positronen-Emissions-Tomographie 44 2.6.6 Autoradiographie 45 2.7 Statistische Methoden 45 3 ERGEBNISSE 47 3.1 Untersuchungen zum Vorkommen der Cdk4/6 in Zellen und Geweben 47 3.1.1 Vorkommen der Cdk4/6 in Zellen 47 3.1.2 Vorkommen der Cdk4/6 in Tumoren 52 3.1.3 Vorkommen der Cdk4/6 in Organen der Maus 54 3.2 Zelluläre und molekulare Effekte der Pyrido[2,3-d]pyrimidin-Derivate 57 3.2.1 Vitalität und Zellproliferation 57 3.2.2 Zellzyklusphasenverteilung 62 3.2.3 pRb-Phosphorylierung 67 3.2.4 mRNA-Expression 70 3.3 Radiopharmakologische Charakterisierung ausgewählter 124I- bzw. 18F- markierter Pyrido[2,3 d]pyrimidin-Derivate 72 3.3.1 Radiomarkierung der Pyrido[2,3-d]pyrimidine 72 3.3.2 Stabilitätsuntersuchungen in vitro 72 3.3.3 Zelluläre Radiotracer-Aufnahme 72 3.3.4 Bioverteilung und in vivo-Stabilität in Ratten 78 3.3.5 PET-Untersuchungen und Autoradiographie 81 4 DISKUSSION 87 4.1 Nachweis und Lokalisierung der Cdk4/6 in Zellen und Geweben 87 4.2 Zelluläre und molekulare Wirksamkeit der Pyrido[2,3-d]pyrimidine 89 4.2.1 Hemmung der Zellproliferation 90 4.2.2 Hemmung der G1-Phasen-Progression 91 4.2.3 Hemmung des Cdk4/6-Cyclin D-pRb-E2F-Signalwegs 93 4.3 124I- und 18F-markierte Pyrido[2,3-d]pyrimidine als Radiotracer für die funktionelle Bildgebung der Cdk4/6 96 4.3.1 In vitro-Untersuchungen mit den radiomarkierten Pyrido[2,3-d]pyrimidinen 97 4.3.2 In vivo-Untersuchungen mit den radiomarkierten Pyrido[2,3-d]pyrimidinen 100 4.4 Schlussfolgerung und Ausblick 104 5 ZUSAMMENFASSUNG 106 6 LITERATURVERZEICHNIS 109 7 VERÖFFENTLICHUNGEN UND KONFERENZBEITRÄGE 118 8 DANKSAGUNG 120 9 VERSICHERUNG UND ERKLÄRUNG 121

Bien que l’utilité de la TEP au [18F]FDG soit confirmée pour le diagnostic et le suivi thérapeutique chez les patients atteints de lymphome, la spécificité de la captation du [18F]FDG a été mise en doute en raison de sa dépendance au métabolisme du glucose, qui peut augmenter dans des conditions bégnines comme les processus inflammatoire ou infectieux. Compte tenu de ces limites, un nucléoside a été développé en tant que nouvel outil pour l'imagerie TEP ([18F]fludarabine). Une radiosynthèse entièrement automatisée a été mise en place et des études précliniques ont été menées sur des modèles murins de xénogreffes (lignées cellulaires folliculaires: RL7 et DOHH-2, myélome multiple (MM) : RPMI8226, lymphome du système nerveux central (LSNC) : MC116), parallèlement au [18F]FDG. Le profil de distribution de la radioactivité de la [18F]fludarabine dans des organes sélectionnés a confirmé le ciblage spécifique de la tumeur. Dans un modèle de lymphome folliculaire, nous avons évalué sa fiabilité pendant le traitement par rituximab et démontré - pas d’interférence entre le traitement et sa captation - une plus forte corrélation entre la fixation de ce radiopharmaceutique et les valeurs quantitatives extraites de l'histologie, comparée au [18F]FDG-TEP. En conséquence, cet outil TEP peut être considéré comme une approche prometteuse pour détecter la maladie résiduelle persistante pendant ou après un traitement par chimiothérapie. En outre, l’évaluation de la [18F]fludarabine lors d’un processus inflammatoire induit par la térébenthine a montré une accumulation significativement plus faible dans le tissu inflammé par comparaison à celle observée avec le [18F]FDG. Dans le MM, le rôle de la [18F]FDG-TEP reste limité en raison de son manque de sensibilité pour détecter une atteinte diffuse de la moelle osseuse et de petites lésions crâniennes dues à la fixation physiologique du [18F]FDG dans le cerveau. Nos données suggèrent que la TEP à la [18F]fludarabine pourrait représenter une modalité alternative et peut-être plus spécifique pour l'imagerie de MM. Dans notre dernière étude, sur les tumeurs cérébrales de xénogreffes, ce nouvel outil TEP a révélé des réponses significativement divergentes entre le LSNC et le glioblastome (GBM), tandis que le [18F]FDG a montré un chevauchement de fixation entre ces deux modèles. Une première étude chez l'homme a été entreprise pour un diagnostic initial, où 10 patients non traités ont été recrutés avec une leucémie lymphoïde chronique à cellules B (LLC) ou un lymphome B diffus à grandes cellules (LBDGC). Les scanners partiels successifs ont été acquis pendant 250 mn après l’injection i.v d’une activité de 4MBq/kg. Les résultats avec les modalités conventionnelles (TDM et/ou [18F]FDG-TEP) ont également été considérés. L'étude a également été conçue pour estimer la dosimétrie pour les principaux organes. Chez les patients atteints d’un LBDGC, une augmentation de la captation a été observée dans les sites considérés anormaux par TDM et [18F]FDG ; chez deux patients, des résultats contradictoires ont été observés avec ces deux radiopharmaceutiques. Chez les patients LLC, la fixation de la [18F]fludarabine a coïncidé avec les sites susceptibles d'être impliqués et a montré une captation significative dans la moelle osseuse hématopoïétique. Aucune fixation n'a été observée, quel que soit le groupe de maladies, dans le muscle cardiaque et le cerveau. De plus, la dose efficace moyenne a été révélée inférieure à la dose efficace rapportée pour le [18F]FDG. En conclusion, ces résultats précliniques et cliniques ont révélé une grande spécificité de ce radiopharmaceutique pour les tissus lymphoprolifératifs. De plus, cela pourrait être un outil robuste pour quantifier plus précisément la maladie, même avec des processus inflammatoires, évitant ainsi les résultats faussement positifs, et une approche innovante pour l'imagerie des maladies lymphoprolifératives caractérisées par une faible activité mitotique. / Although PET using [18F]FDG has proved to be useful for diagnosis and therapy monitoring in patients with lymphoma, the specificity of [18F]FDG uptake has been critically questioned because of its dependence on glucose metabolism, which may indiscriminately increase in benign conditions such as inflammatory or infectious processes. Considering these drawbacks, an adenine nucleoside analogue was developed as a novel PET imaging probe ([18F]fludarabine). An efficient and fully automated radiosynthesis has been implemented and, subsequently preclinical studies in xenograft murine models (follicular cell lines: RL7 and DOHH-2, multiple myeloma (MM): RPMI8226, central nervous system (CNS) lymphoma: MC116) were conducted with this novel 18F-radiopharmaceutical in parallel with [18F]FDG. The pattern of the radioactivity distribution in selected organs confirmed the tumor-specific targeting. In a follicular lymphoma model, we evaluated its robustness during rituximab therapy and demonstrated - the treatment did not interfere with its uptake - a stronger correlation between quantitative values extracted from this 18F-radiopharmaceutical and histology when compared to [18F]FDG-PET. Accordingly, this PET tool may be considered as a promising approach for detecting the persistence of residual disease during or after rituximab-like treatment. Furthermore, its behaviour in turpentine-induced inflammatory process showed significantly weaker uptake in inflammation when compared to [18F]FDG. In MM, the role of [18F]FDG-PET remains limited because of its lack of sensitivity for detecting diffuse bone marrow involvement, small skull lesions due to the physiological [18F]FDG uptake in brain. Our data suggested that [18F]fludarabine-PET might represent an alternative and perhaps more specific modality for MM imaging. In our latest study, on xenograft brain tumors, this novel PET probe revealed significantly divergent responses between CNS lymphoma and glioblastoma (GBM), while [18F]FDG demonstrated overlap between the groups. A first in man study, was undertaken, for an initial diagnosis, where 10 untreated patients were enrolled with either B-cell chronic lymphocytic leukemia (CLL) or diffuse large B-cell lymphoma (DLBCL). Successive partial body scans were acquired for 250 min after i.v. injection with an activity of 4 MBq/kg. The results with conventional modalities (CT and/or [18F]FDG-PET) have also been investigated. The study was also designed to estimate its radiation dose for major organs. In DLBCL patients, increased uptake was observed in sites considered abnormal by CT and [18F]FDG; in two patients discrepancies were observed in comparison with [18F]FDG. In CLL patients, the uptake coincided with sites expected to be involved and displayed a significant uptake in hematopoietic bone marrow. No uptake was observed, whatever the disease group, in the cardiac muscle and brain. Moreover, its mean effective dose was below the effective dose reported for [18F]FDG. In conclusion, these preclinical and clinical findings revealed a great specificity of this 18F-radiopharmaeutical for lymphoma tissues. Furthermore, it might well be a robust tool for correctly quantifying the disease, even with inflammatory processes, thus avoiding the false-positive results, and an innovative approach for imaging lymphoid neoplasms with low mitotic activity.

Oxygenierungs- und Oxidationsreaktionen sind in unserem Alltag allgegenwärtig und von großer Bedeutung. Sie finden Anwendung von der Natur bis hin zur Industrie. Der Einsatz von O2 als Sauerstoffquelle bzw. Oxidationsmittel ist besonders erstrebenswert. Die Erforschung der Aktivierung von O2 an Übergangsmetallkomplexen und Untersuchung der Reaktivität der resultierenden Verbindung ist von großer Bedeutung für das Verständnis dieser Reaktionen und Mechanismen. In dieser Arbeit wurde zunächst der Komplex trans-[Ir(4-C5F4N)(CNtBu)(PiPr3)2] synthetisiert, welcher mit dem 4-C5F4N- und dem CNtBu-Liganden stabilisierende Komponenten und wertvolle analytische Sonden enthält. Ausgehend von dieser Iridium(I)-Verbindung konnte auf verschiedenen Wegen der Peroxidokomplex trans-[Ir(4-C5F4N)(O2)(CNtBu)(PiPr3)2] erhalten und umfangreich charakterisiert werden. In Gegenwart von [Fe(C5H5)2][PF6] konnten Hinweise auf einen redoxkatalysierten Mechanismus gewonnen werden. Im nächsten Abschnitt konnte gezeigt werden, dass sich der Peroxidokomplex durch Bronstedsäuren aktivieren lässt. So wurde z.B. unter der Verwendung von Säuren wie HCl, CF3COOH oder HF die Bildung von H2O2 erzielt. Dabei entstehen die entsprechenden Iridium(III)-Komplexe mit den koordinierten Säureanionen. In Gegenwart von HCOOH werden ein Carbonatokomplex und H2 als Hauptprodukte gebildet und es konnten Hinweise zum Mechanismus dieser komplexen Reaktion gewonnen werden. Des Weiteren sind Lewissäuren und Elektrophile in der Lage, die metallgebundene Disauerstoffeinheit des Peroxidokomplexes zu aktivieren. Dazu wurden unter Anderem Silane und Borane eingesetzt. Im Fall von ClSiMe3 und BClCy2 konnten während der Reaktion Intermediate detektiert und analysiert werden. Tragen die Lewissäuren Chloratome wird die entsprechende Dichloridoiridium(III)-Verbindung gebildet. Durch Einsatz von BPh3 konnte eine veränderte Reaktivität erreicht werden und der Ausgangskomplex trans-[Ir(4-C5F4N)(CNtBu)(PiPr3)2] zurückerhalten werden. / Oxygenation- and oxidation reactions are ubiquitous and of great importance to our daily life. They find application from nature to industry. The use of O2 as an oxygen source or oxidation reagent, respectively, is particularly desirable. The research on the activation of O2 at transition metal complexes and the investigations of the reactivity of the resulting compounds is of great significance for the understanding of these reactions and mechanisms. Herein, this work describes the synthesis of the complex trans-[Ir(4-C5F4N)(CNtBu)(PiPr3)2], which incorporates stabilizing and valuable analytical elements provided by the 4-C5F4N and CNtBu ligands. Starting from this iridium(I) compound, the peroxido complex trans-[Ir(4-C5F4N)(O2)(CNtBu)(PiPr3)2] could be synthesized using different methods. In the presence of [Fe(C5H5)2][PF6], indications for a redox catalyzed mechanism could be provided. The next chapter shows that Bronsted acids are capable of activating the peroxido complex. With the help of acids like HCl, CF3COOH or HF, for example, the formation of H2O2 was achieved. Thereby, the corresponding iridium(III) complexes with the coordinating anions are formed. In the presence of HCOOH, a carbonato complex and H2 are formed as main products and ideas for the mechanism of this complex reaction were indicated. Furthermore, Lewis acids and electrophiles have the ability to activate the metal bound dioxygen moiety of the peroxido complex. Silanes and boranes were used for this purpose amongst others. In case of ClSiMe3 and BClCy2, intermediates of the reactions could be detected and analysed. If the Lewis acids carry chloride atoms, the corresponding dichlorido iridium(III) compounds were formed. BPh3 enabled a different reactivity and allowed the isolation of the starting material trans-[Ir(4C5F4N)(CNtBu)(PiPr3)2].

Il existe plusieurs méthodes de radiomarquage de protéines avec du fluor-18 utilisées en imagerie de tomographie par émission de positons (TEP). Nous travaillons sur le développement d'une méthode de radiomarquage d'Ara h 2, une protéine d'arachide responsable de réactions anaphylactiques. Actuellement, il n’existe pas de méthodes permettant l’évaluation in vivo de la pharmacocinétique des allergènes alimentaires après ingestion. Nous avons utilisé un module automatisé avec cassettes pour préparer le groupement prosthétique radiomarqué ([18F]F-Py-TFP). Le précurseur réagit avec les ions fluorure (18F-) dans une cartouche de méthylammonium quaternaire (QMA). Le [18F]FPy-TFP est élué via QMA et une cartouche d'échange de cations en mode mixte (MCX) avec de l'éther. Après l’évaporation de l'éther, le [18F]FPy-TFP réagit avec de l'albumine sérique bovine (BSA) (ou Ara h 2) dans du DMSO, de l'eau et un tampon borate. Dans une autre méthode, la BSA lyophilisée (ou Ara h 2) est dissoute avec [18F]F-Py-TFP dans le DMSO en présence de DIPEA. Dans les deux protocoles, la réaction est chauffée pendant 15 minutes à 40 °C. Le produit est analysé par chromatographie liquide de haute performance. Ces réactions en deux étapes ont été optimisées séparément pour améliorer le rendement radiochimique (RCY). Le [18F]FPy-BSA a été préparé avec succès avec un RCY de 24 % ± 4 (décroissance corrigée) et une activité molaire de 1 196 Ci/mmol. Après plusieurs tentatives, nous n'avons pas réussi le radiomarquage de l’Ara h 2, mais d’autres études de radiofluoration sont en cours de développement. / There are several methods for radiolabeling proteins with fluorine-18 for positron emission tomography (PET) imaging. We are working to develop a clinically relevant reproducible method of radiolabeling Ara h 2, an allergenic peanut protein producing anaphylactic reactions. There is currently no accurate method to assess in vivo the pharmacokinetics of food allergens after ingestion. In an automated cassette-based module, the precursor was added and reacts with dried reactive 18F within a quaternary methyl ammonium (QMA) cartridge. Fluoropyridine-tetrafluorophenyl ester ([18F]FPy-TFP) is then eluted through the QMA and a mixed-mode cation exchange (MCX) cartridges with ether. Following ether evaporation, dissolved [18F]FPy-TFP in DMSO is added to bovine serum albumin (BSA) (or Ara h 2) in a borate buffer and water. In another method, lyophilized BSA (or lyophilized Ara h 2) is dissolved with dried [18F]FPy-TFP in DMSO and DIPEA. In both procedures, the reaction mixture is heated for 15 minutes at 40°C and analyzed by analytical high performance liquid chromatography. [18F]FPy-BSA was successfully produced from [18F]FPy-TFP in a radiochemical yield (RCY) up to 24% ± 4 (decay corrected) and in molar activity higher than 1 196Ci/mmol. These two-step reactions were separately optimized to maximize the RCY and provide low toxicity in future PET imaging studies. Following similar approaches as BSA, Ara h 2 radiolabeling was unsuccessful with both methods. Work is currently in progress for labeling Ara h 2.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Stabilisierung von SFx- (x = 2-3) und SOyFz-Liganden (y, z = 1-2) in der Koordinationssphäre von Platinkomplexen, die den N-heterozyklischen Carben- (NHC)-Liganden 1,3-Bis(2,4,6-trimethylphenyl)-2-imidazolinyliden (IMes) besitzen. Die Synthese des SF3-Komplexes trans-[Pt(F)(SF3)(IMes)2] gelang durch Umsetzung von [Pt(IMes)2] mit SF4 oder SF6. Bei der SF6-Aktivierungsreaktion kam es zur Bildung von zusätzlichen fluorierten Nebenprodukten, welche durch den Vergleich mit den jeweiligen unabhängig synthetisierten Verbindungen charakterisiert wurden. Die starke Neigung zur Hydrolyse der SF3-Einheit bei Kontakt mit H2O führte zur Bildung von trans-[Pt(F)(SOF)(IMes)2]. Eine alternative Darstellung des S(=O)F-Komplexes konnte durch Umsatz von [Pt(IMes)2] mit SOF2 erreicht werden. Die S(=O)2F-Komplexe trans-[Pt(X)(SO2F)(IMes)2] (X = F, Cl) mit dem Schwefel in der formalen Oxidationsstufe IV wurden durch die Behandlung von [Pt(IMes)2] mit SO2F2 oder SO2ClF erhalten. Die Oxidation des S(=O)F- zum S(=O)2F-Liganden konnte durch Behandlung mit dem Oxygenierungsreagenz 3-Phenyl-2-(phenylsulfonyl)-oxaziridin (Oxaz) bewerkstelligt werden. Eine Oxidation und zugleich Fluorierung der S(=O)F-Einheit in trans-[Pt(F)(SOF)(IMes)2] wurde durch Behandlung mit XeF2 durchgeführt, wobei ein S(=O)F2-Ligand in trans-[Pt(F)(SOF2)(IMes)2]F(HF)n erhalten wurde. Reaktionen von trans-[Pt(F)(SF3)(IMes)2] mit der Lewis-Säure AsF5 oder einer HF-Quelle lässt die Generierung des SF2-Liganden als Teil der kationischen Komplexe trans-[Pt(F)(SF2)(IMes)2]X (X = F(HF)n-, As2F11-) zu. Eine vergleichbare Reaktivität wurde für trans-[Pt(F)(SO2F)(IMes)2] gefunden, wenn NaBArF4 (BArF4- = Tetrakis-[(3,5-trifluoromethyl)phenyl]borat) oder eine HF-Quelle eingesetzt wurden und infolge einer Fluoridabstraktion die Bildung eines SO2-Liganden in trans-[Pt(F)(SO2)(IMes)2]X (X = F(HF)n-, BArF4-) beobachtet wurde. / This work deals with the stabilisation of SFx- (x = 2-3) and SOyFz entities (y, z = 1-2) in the coordination sphere of platinum complexes bearing the N-heterocyclic carbene (NHC) ligand 1,3-bis(2,4,6-trimethylphenyl) 2-imidazolinylidine (IMes). The synthesis of the SF3 complex trans-[Pt(F)(SF3)(IMes)2] was achieved by converting [Pt(IMes)2] with SF4 or SF6. During the SF6 activation additional fluorinated by-products were formed that were characterised by the comparison with independently synthesised compounds. The strong tendency of the SF3 entity to hydrolyse in contact with H2O led to the formation of trans-[Pt(F)(SOF)(IMes)2]. An alternative synthesis of the S(=O)F complex was done by reaction of [Pt(IMes)2] with SOF2. The S(=O)2F complexes trans-[Pt(X)(SO2F)(IMes)2] (X = F, Cl) bearing sulfur ligands in the formal oxidation state IV were accessed by treatment of [Pt(IMes)2] with SO2F2 or SO2ClF. The oxidation of the S(=O)F to the S(=O)2F ligand was achieved by treatment with the oxygenating reagent 3-phenyl 2-(phenylsulfonyl) oxaziridine (Oxaz). An oxidation and fluorination of the S(=O)F group at the same time was done by treatment of trans-[Pt(F)(SOF)(IMes)2] with XeF2 to yield a S(=O)F2 ligand in trans-[Pt(F)(SOF2)(IMes)2]F(HF)n. Reactions of trans-[Pt(F)(SF3)(IMes)2] with the Lewis acid AsF5 or an HF source led to the generation of a SF2 ligand in trans-[Pt(F)(SF2)(IMes)2]X (X = F(HF)n-, As2F11-). A comparable reactivity was found for trans-[Pt(F)(SO2F)(IMes)2], when treated with NaBArF4 (BArF4- = tetrakis-[(3,5-trifluoromethyl)phenyl]borat) or an HF source to yield a SO2 ligand in trans-[Pt(F)(SO2)(IMes)2]X (X = F(HF)n-, BArF4-) by fluoride abstraction.

In dieser Arbeit wird über die Entwicklung von neuartigen PET-Tracern für die In-vivo-Bildgebung von Cystein-Cathepsinen, Lysyloxidasen und Transglutaminase 2 als tumorassoziierte Matrix-modifizierende Enzyme berichtet. Dies beinhaltet im Einzelnen die Identifikation von Leitverbindungen, die Synthese und biochemische Charakterisierung von Analoga, die Etablierung von Methoden für deren Radiomarkierung sowie radiopharmakologische Untersuchungen auf molekularer, zellulärer und organismischer Ebene. In Kapitel 1 dieser Habilitationsschrift wird zunächst auf die Bedeutung der extrazellulären Matrix für die Tumorprogression eingegangen, wobei auch der Entwicklungsstatus Matrix-gerichteter Bildgebungssonden gestreift wird. Da die Hemmung der genannten Enzyme über die bildgebende funktionelle Diagnostik von Tumoren hinaus großes Potential im Hinblick auf die Pharmakotherapie neoplastischer Erkrankungen aufweist, wurde am Schluss von Kapitel 1 ebenso die generelle Bedeutung der PET- und SPECT-Bildgebung für den Prozess der Arzneistoffentwicklung dargelegt, da eine weitere Motivation dieser Arbeit in der Entwicklung von Sonden zur bildgebungsgestützten Therapie lag. Im Kapitel 2 wird eine Übersicht über strukturelle und funktionelle Aspekte der aufgeführten Matrix-modifizierenden Enzyme unter besonderer Berücksichtigung ihrer jeweiligen Funktion im Tumorgeschehen gegeben. Daran anschließend wird in den Kapiteln 3 und 4 der Stand zur Entwicklung von Inhibitoren bzw. Bildgebungssonden für diese Enzyme im Überblick dargestellt. Die Ergebnisse der Arbeit werden im Kapitel 5 präsentiert, wobei die sich Gliederung dieses Kapitels an den publizierten Arbeiten orientiert, die in diese kumulative Habilitationsschrift Eingang gefunden haben. Es handelt sich dabei im Wesentlichen um eine Kurzdarstellung der veröffentlichten Originalartikel, die durch weiterführende Aspekte ergänzt wurden, um den Bezug zwischen den einzelnen Arbeiten herzustellen. Kapitel 6 gibt eine kurze Gesamtzusammenfassung der Arbeit, an das Literaturverzeichnis in Kapitel 7 schließt sich mit Kapitel 8 die kumulative Zusammenstellung der zum Thema der Arbeit vom Autor veröffentlichten Zeitschriftenartikel an.:Vorbemerkungen und Zielstellung 1 1. Einführung 3 1.1. Bedeutung der extrazellulären Matrix für die Tumorprogression 3 1.2. Radiomarkierte Sonden zur Bildgebung der tumorassoziierten extrazellulären Matrix 14 1.3. Bedeutung der radiotracerbasierten Bildgebung in der Wirkstoffentwicklung 19 2. Strukturelle und biochemische Aspekte von Matrix-modifizierenden Enzymen: Cystein-Cathepsine, Lysyloxidasen und Transglutaminase 2 24 2.1. Cystein-Cathepsine 24 2.2. Funktionen von Cystein-Cathepsinen in der Tumorprogression 27 2.3. Lysyloxidasen 32 2.4. Funktionen von Lysyloxidasen in der Tumorprogression 36 2.5. Transglutaminase 2 42 2.6. Funktionen der Transglutaminase 2 in der Tumorprogression 46 3. Stand der Entwicklung von Inhibitoren der betrachteten Matrix-modifizierenden Enzyme 50 3.1. Inhibitoren von Cystein-Cathepsinen 50 3.2. Inhibitoren von Lysyloxidasen 61 3.3. Inhibitoren der Transglutaminase 2 64 4. Stand der Entwicklung von Bildgebungssonden für die betrachteten Matrix-modifizierenden Enzyme 70 4.1. Sonden für Cystein-Cathepsine 70 4.2. Sonden für Lysyloxidasen 74 4.3. Sonden für die Transglutaminase 2 76 5. Eigene Arbeiten zur Entwicklung von Radiotracern einschließlich der Identifikation, Synthese und Evaluierung geeigneter Liganden zur Bildgebung der vorgestellten Targetklassen 80 5.1. Entwicklung zu Cystein-Cathepsine 80 5.1.1. Auswahl der Leitverbindungen 80 5.1.2. Synthese und radiopharmakologische Charakterisierung eines 18F-markierten Azadipeptidnitrils 81 5.1.3. Synthese und radiopharmakologische Charakterisierung eines 11C-markierten Azadipeptidnitrils 87 5.1.4. Cyanohydrazide als potentielle chemoselektive Markierungsbausteine 91 5.1.5. Zusammenfassung und Ausblick 94 5.2. Lysyloxidasen 95 5.2.1. Auswahl der Leitverbindungen 95 5.2.2. Entwicklung einer Methode zur regioselektiven Markierung von Peptiden mit Fluor-18 97 5.2.3. Synthese und Konformationsanalyse eines N-Telopeptid-abgeleiteten Cyclopeptids 103 5.2.4. Radiopharmakologische Charakterisierung von N-Telopeptid-abgeleiteten Peptiden im Melanom-Xenograft-Mausmodell 109 5.2.5. Radiopharmakologische Charakterisierung eines N-Telopeptid-abgeleiteten Peptides in murinen Mammakarzinommodellen 114 5.2.6. Zusammenfassung und Ausblick 118 5.3. Transglutaminase 2 121 5.3.1. Auswahl der Leitverbindungen 121 5.3.2. Entwicklung von Assaymethoden und Synthese der dafür benötigten Substratverbindungen 123 5.3.3. Synthese und in-vitro-pharmakologische Charakterisierung von Nε-Acryloyllysinpiperaziden als irreversible Inhibitoren 137 5.3.4. 18F-Markierung und radiopharmakologische Charakterisierung eines Nε-Acryloyllysinpiperazids als aktivitätsbasierte Sonde 152 5.3.5. Zusammenfassung und Ausblick 167 6. Zusammenfassung und Schlussfolgerungen / Summary and Conclusions 171 7. Literaturverzeichnis 177 8. Kumulative Zusammenstellung der publizierten Arbeiten 243 8.1. Veröffentlichte Arbeiten zur Entwicklung Cystein-Cathepsin-gerichteter Radiotracer und Cyanohydraziden als potentielle Markierungsbausteine 243 8.1.1. Übersichtsartikel: “Cysteine cathepsins: their role in tumor progression and recent trends in the development of imaging probes” 243 8.1.2. Originalartikel: “Synthesis and Radiopharmacological Characterisation of a Fluorine-18-Labelled Azadipeptide Nitrile as a Potential PET Tracer for in vivo Imaging of Cysteine Cathepsins” 280 8.1.3. Originalartikel: “Synthesis and Radiopharmacological Characterisation of an 11C‐labelled azadipeptide nitrile as potential PET tracer for imaging of cysteine cathepsins” 304 8.1.4. Originalartikel: “Synthesis and X-ray Crystal Structure of N’-Cyano-N,N’-dimethyl-4-nitrobenzohydrazide” 319 8.2. Veröffentlichte Arbeiten zur Entwicklung Lysyloxidase-gerichteter Radiotracer und zur selektiven 18F-Markierung Lysin-enthaltender Peptide 328 8.2.1. Originalartikel: “Site-selective radiolabeling of peptides by 18F-fluorobenzoylation with [18F]SFB in solution and on solid phase: a comparative study” 328 8.2.2. Originalartikel: “Synthesis, 18F-labelling and radiopharmacological characterisation of the C-terminal 30mer of Clostridium perfringens enterotoxin as a potential claudin-targeting peptide” 350 8.2.3. Originalartikel: “Cyclopeptides containing the DEKS motif as conformationally restricted collagen telopeptide analogues: synthesis and conformational analysis” 388 8.2.4. Originalartikel: “ Evaluation of Fluorine-18-Labeled α1(I)-N-Telopeptide Analogs as Substrate-Based Radiotracers for PET Imaging of Melanoma-Associated Lysyl Oxidase” 428 8.2.5. Originalartikel: “Targeting lysyl oxidase for molecular imaging in breast cancer” 453 8.3. Veröffentlichte Arbeiten zur Entwicklung von TGase 2-gerichteten Radiotracern sowie von Substratverbindungen und Assaymethoden für dieses Enzym 470 8.3.1. Übersichtsartikel: “Tissue transglutaminase: An emerging target for therapy and imaging” 470 8.3.2. Originalartikel: ”Synthesis and Kinetic Characterisation of Water‐Soluble Fluorogenic Acyl Donors for Transglutaminase 2“ 487 8.3.3. Originalartikel: “Solution-phase synthesis of the fluorogenic TGase 2 acyl donor Z-Glu(HMC)-Gly-OH and its use for inhibitor and amine substrate characterisation” 543 8.3.4. Originalartikel: “A fluorescence anisotropy-based assay for determining the activity of tissue transglutaminase” 562 8.3.5. Originalartikel: “Nε-Acryloyllysine Piperazides as Irreversible Inhibitors of Transglutaminase 2: Synthesis, Structure–Activity Relationships, and Pharmacokinetic Profiling” 589 / This work reports on the development of novel PET tracers for in vivo imaging of cysteine cathepsins, lysyl oxidases and transglutaminase 2 as tumour-associated matrix-modifying enzymes. Specifically, this includes the identification of lead compounds, the synthesis and biochemical characterisation of analogues, the establishment of methods for their radiolabelling, and radiopharmacological studies at the molecular, cellular and organismal levels. Chapter 1 of this habilitation thesis first discusses the importance of the extracellular matrix for tumour progression: In addition, the development status of matrix-directed imaging probes is reviewed. Since the inhibition of the aforementioned enzymes has great potential beyond the imaging functional diagnosis of tumours with regard to the pharmacotherapy of neoplastic diseases, the general importance of PET and SPECT imaging for the drug development process was also outlined at the end of chapter 1, since a further motivation of this thesis was provided by the potential use of probes for imaging-assisted therapy. In chapter 2, an overview of structural and functional aspects of the listed matrix-modifying enzymes is given with particular reference to their respective function in tumour processes. This is followed by an overview of the status of the development of inhibitors and imaging probes for these enzymes in chapters 3 and 4. The results of the work are presented in chapter 5, whereby the structure of this chapter is oriented towards the published work that has found its way into this cumulative habilitation thesis. This chapter is essentially a brief presentation of the original published articles, supplemented by further aspects to establish the relationship between the individual papers. Chapter 6 provides a brief overall summary of the thesis, and the bibliography in Chapter 7 is followed by Chapter 8, which provides a cumulative compilation of the journal articles published by the author on the topic of the thesis.:Vorbemerkungen und Zielstellung 1 1. Einführung 3 1.1. Bedeutung der extrazellulären Matrix für die Tumorprogression 3 1.2. Radiomarkierte Sonden zur Bildgebung der tumorassoziierten extrazellulären Matrix 14 1.3. Bedeutung der radiotracerbasierten Bildgebung in der Wirkstoffentwicklung 19 2. Strukturelle und biochemische Aspekte von Matrix-modifizierenden Enzymen: Cystein-Cathepsine, Lysyloxidasen und Transglutaminase 2 24 2.1. Cystein-Cathepsine 24 2.2. Funktionen von Cystein-Cathepsinen in der Tumorprogression 27 2.3. Lysyloxidasen 32 2.4. Funktionen von Lysyloxidasen in der Tumorprogression 36 2.5. Transglutaminase 2 42 2.6. Funktionen der Transglutaminase 2 in der Tumorprogression 46 3. Stand der Entwicklung von Inhibitoren der betrachteten Matrix-modifizierenden Enzyme 50 3.1. Inhibitoren von Cystein-Cathepsinen 50 3.2. Inhibitoren von Lysyloxidasen 61 3.3. Inhibitoren der Transglutaminase 2 64 4. Stand der Entwicklung von Bildgebungssonden für die betrachteten Matrix-modifizierenden Enzyme 70 4.1. Sonden für Cystein-Cathepsine 70 4.2. Sonden für Lysyloxidasen 74 4.3. Sonden für die Transglutaminase 2 76 5. Eigene Arbeiten zur Entwicklung von Radiotracern einschließlich der Identifikation, Synthese und Evaluierung geeigneter Liganden zur Bildgebung der vorgestellten Targetklassen 80 5.1. Entwicklung zu Cystein-Cathepsine 80 5.1.1. Auswahl der Leitverbindungen 80 5.1.2. Synthese und radiopharmakologische Charakterisierung eines 18F-markierten Azadipeptidnitrils 81 5.1.3. Synthese und radiopharmakologische Charakterisierung eines 11C-markierten Azadipeptidnitrils 87 5.1.4. Cyanohydrazide als potentielle chemoselektive Markierungsbausteine 91 5.1.5. Zusammenfassung und Ausblick 94 5.2. Lysyloxidasen 95 5.2.1. Auswahl der Leitverbindungen 95 5.2.2. Entwicklung einer Methode zur regioselektiven Markierung von Peptiden mit Fluor-18 97 5.2.3. Synthese und Konformationsanalyse eines N-Telopeptid-abgeleiteten Cyclopeptids 103 5.2.4. Radiopharmakologische Charakterisierung von N-Telopeptid-abgeleiteten Peptiden im Melanom-Xenograft-Mausmodell 109 5.2.5. Radiopharmakologische Charakterisierung eines N-Telopeptid-abgeleiteten Peptides in murinen Mammakarzinommodellen 114 5.2.6. Zusammenfassung und Ausblick 118 5.3. Transglutaminase 2 121 5.3.1. Auswahl der Leitverbindungen 121 5.3.2. Entwicklung von Assaymethoden und Synthese der dafür benötigten Substratverbindungen 123 5.3.3. Synthese und in-vitro-pharmakologische Charakterisierung von Nε-Acryloyllysinpiperaziden als irreversible Inhibitoren 137 5.3.4. 18F-Markierung und radiopharmakologische Charakterisierung eines Nε-Acryloyllysinpiperazids als aktivitätsbasierte Sonde 152 5.3.5. Zusammenfassung und Ausblick 167 6. Zusammenfassung und Schlussfolgerungen / Summary and Conclusions 171 7. Literaturverzeichnis 177 8. Kumulative Zusammenstellung der publizierten Arbeiten 243 8.1. Veröffentlichte Arbeiten zur Entwicklung Cystein-Cathepsin-gerichteter Radiotracer und Cyanohydraziden als potentielle Markierungsbausteine 243 8.1.1. Übersichtsartikel: “Cysteine cathepsins: their role in tumor progression and recent trends in the development of imaging probes” 243 8.1.2. Originalartikel: “Synthesis and Radiopharmacological Characterisation of a Fluorine-18-Labelled Azadipeptide Nitrile as a Potential PET Tracer for in vivo Imaging of Cysteine Cathepsins” 280 8.1.3. Originalartikel: “Synthesis and Radiopharmacological Characterisation of an 11C‐labelled azadipeptide nitrile as potential PET tracer for imaging of cysteine cathepsins” 304 8.1.4. Originalartikel: “Synthesis and X-ray Crystal Structure of N’-Cyano-N,N’-dimethyl-4-nitrobenzohydrazide” 319 8.2. Veröffentlichte Arbeiten zur Entwicklung Lysyloxidase-gerichteter Radiotracer und zur selektiven 18F-Markierung Lysin-enthaltender Peptide 328 8.2.1. Originalartikel: “Site-selective radiolabeling of peptides by 18F-fluorobenzoylation with [18F]SFB in solution and on solid phase: a comparative study” 328 8.2.2. Originalartikel: “Synthesis, 18F-labelling and radiopharmacological characterisation of the C-terminal 30mer of Clostridium perfringens enterotoxin as a potential claudin-targeting peptide” 350 8.2.3. Originalartikel: “Cyclopeptides containing the DEKS motif as conformationally restricted collagen telopeptide analogues: synthesis and conformational analysis” 388 8.2.4. Originalartikel: “ Evaluation of Fluorine-18-Labeled α1(I)-N-Telopeptide Analogs as Substrate-Based Radiotracers for PET Imaging of Melanoma-Associated Lysyl Oxidase” 428 8.2.5. Originalartikel: “Targeting lysyl oxidase for molecular imaging in breast cancer” 453 8.3. Veröffentlichte Arbeiten zur Entwicklung von TGase 2-gerichteten Radiotracern sowie von Substratverbindungen und Assaymethoden für dieses Enzym 470 8.3.1. Übersichtsartikel: “Tissue transglutaminase: An emerging target for therapy and imaging” 470 8.3.2. Originalartikel: ”Synthesis and Kinetic Characterisation of Water‐Soluble Fluorogenic Acyl Donors for Transglutaminase 2“ 487 8.3.3. Originalartikel: “Solution-phase synthesis of the fluorogenic TGase 2 acyl donor Z-Glu(HMC)-Gly-OH and its use for inhibitor and amine substrate characterisation” 543 8.3.4. Originalartikel: “A fluorescence anisotropy-based assay for determining the activity of tissue transglutaminase” 562 8.3.5. Originalartikel: “Nε-Acryloyllysine Piperazides as Irreversible Inhibitors of Transglutaminase 2: Synthesis, Structure–Activity Relationships, and Pharmacokinetic Profiling” 589

This thesis studies how scientists and science were put to use in the passing of the 1962 Water Fluoridation Act. The law was created for a specific purpose: that of facilitating the continuation of the water fluoridation trials that had been under way in Norrköping until January 1962, when they were forced to cease, having been deemed illegal by the Supreme Administrative Court.  By studying the network of scientists who were either directly involved in or explicitly supportive of the Norrköping trials, and their actions as members of the two expert committees formed in the 1950’s by the Royal Board of Medicine, and which would come to greatly influence the legislative process, the thesis examines how personal and research interests transferred from Norrköping into the issue of nationwide fluoridation.  Using analytical tools gathered from Roger Pielke Jr. and Daniel Sarewitz, the thesis utilizes the concept of uncertainty to describe how scientists, in the political process, assumed different roles in order to further the cause of fluoridation on the one hand, but also to maintain an ideal image of the relationship between science and politics. Furthermore, the tension within the concept of scientization is examined, illuminating how the political end result - the law - is made possible by means of a balancing act between science’s claims to objective truth and the value-driven, often ethically charged discourse of politics.   Fianlly, the case of fluoridation is placed in the context of the welfare state and the public health project, where it emerges as a part of a broader political and societal renegotiation of the relationship between the individual and the state, which I argue was taking place in Sweden during ”the long fifties”. / Uppsatsen studerar hur forskare och vetenskap kom till användning i skapandet av 1962 års Lag om tillsättande av fluor till vattenledningsvatten. Lagen kom till med ett specifikt syfte, nämligen att möjliggöra för en fortsättning av de försök med fluoridering av dricksvatten som hade pågått i Norrköping fram till januari 1962, då de tvingats att upphöra efter att ha bedömts som olagliga av Regeringsrätten.  Genom att studera det nätverk av forskare som knöts till Norrköpingsförsöken, antingen som direkt involverade eller som förespråkare, och hur dessa agerade som medlemmar av de två expertkommittéer som tillsattes av Medicinalstyrelsen för att utreda frågan om fluoranvändning i kariesförebyggande syfte, vilka kom att utöva ett betydande inflytande på lagstiftningsprocessen, undersöker uppsatsen hur forsknings- och personliga intressen överfördes från Norrköping till frågan om rikstäckande vattenfluoridering.  Med hjälp av analytiska verktyg hämtade från Roger Pielke Jr. och Daniel Sarewitz, tar uppsatsen fasta på begreppet osäkerhet för att beskriva hur forskarna i den politiska processen antog olika roller, i syfte att dels främja fluorideringen som sådan, men också att upprätthålla rådande ideal om relationen mellan vetenskap och politik. Vidare undersöks spänningen i den process som Roger Pielke kallar scientization, och hur det politiska slutresultatet - lagen - blev verklighet till följd av en balansgång mellan vetenskapens anspråk på objektiv sanning och politikens värderingsdrivna och ofta etiskt färgade diskurs.  Slutligen placeras fallet med vattenfluorideringen i välfärdsstatens och folkhälsoprojektets kontext, där det framträder som en del av en bredare politisk och samhällelig omförhandling av relationen mellan individ och samhälle, som jag menar ägde rum i Sverige under ”det långa femtiotalet”.

La nucléosynthèse du fluor n'est pas encore clairement expliquée. Plusieurs scénarios prédisent que la réaction de capture alpha radiative sur l'azote 15 est la principale réaction de production de fluor. Dans l'expression du taux de cette réaction un paramètre essentiel est manquant, la largeur partielle alpha de la résonance sur le niveau d'énergie E = 4,377 MeV du fluor 19. Une mesure directe est exclue du fait de la très faible valeur attendue de la section efficace. Nous avons déterminé cette largeur alpha par le biais d'une réaction de transfert et une analyse en FR-DWBA (Finite Range Distorted Wave Born Approximation) dans un modèle simplifié de cluster alpha. Cette expérience a été effectuée avec un faisceau de lithium 7 accéléré à 28 MeV sur une cible gazeuse d'azote 15. Les 16 premiers niveaux du fluor ont été étudiés. Les facteurs spectroscopiques ont été extraits pour la majorité de ces niveaux. Les largeurs alpha des niveaux au-dessus du seuil ont été déterminées. Plusieurs largeurs alpha ont été comparées avec des valeurs publiées de mesures directes et l'écart reste dans la plage d'incertitude que nous avons estimée (facteur 2). La largeur alpha du niveau d'énergie E = 4,377 MeV a été déterminée, sa valeur est environ 60 fois plus faible que la valeur utilisée jusqu'à ce jour. L'influence de ce nouveau taux est observée principalement dans les étoiles dites AGB (Asymptotic Giant Branch) lors de phénomènes de pulsations thermiques. Dans ce modèle l'impact de nos mesures est sensible.