Radiolabeled peptides have emerged as an attractive platform for diagnostic and therapeutic oncology. However, the 11C-radiolabeling of peptides for positron emission tomography (PET) has been poorly explored, owing to the relatively short half-life of carbon-11 (t1/2 = 20.3 min), and time-consuming multi-step radiochemical reactions. In addition, 18F-radiolabeling via 18F-19F isotopic exchange on the silicon-based fluoride acceptor (SiFA) platform has been hampered by the significant lipophilicity of the SiFA moiety. Herein is described a novel method for the direct, one-step labeling of peptides at the side-chain of cysteine residues on peptides. A regioselective reaction at cysteine residues in the presence of competing amino acid side-chains is presented. Finally, the radiosynthesis of [11C]Cys(Me)-[Tyr3-octreotate] is undertaken as a demonstration of the applicability of the labeling method for peptides of biological interest. This octreotate derivative was obtained in non-decay-corrected radiochemical yields of 11±2% (n=3) with a synthesis time of approx. 30 min. The quaternary ammonium functional group has been introduced to mitigate the lipophilicity of the SiFA moiety. The design and synthesis of cationic SiFA building blocks bearing functional groups amenable to bioconjugation (-SH, -CHO, -maleimido, -N3, -C≡CH, -CO2H) are presented. These building blocks have been assessed for compatibility in bioconjugation reaction conditions. The resulting cationic SiFA-Tyr3-octreotate conjugates applied to 18F-radiolabeling and lipophilicity assessment by the shake-flask method. These peptide conjugates exhibit reduced lipophilicities (logD7.4 = 0.43 – 2.19). Conjugates containing a hydrophilic PEG linker present (logD7.4 = 0.43 – 0.92) have particularly low lipophilicity as compared to noncationic SiFA-TATE (logD7.4 = 2.68). These results demonstrate the feasibility of labeling bioactive peptides with carbon-11 and fluorine-18 for use as PET radiotracers. These novel methods are characterized by facile one-step labeling conditions at room temperature under short reaction times, on the order of seconds or minutes. / L'utilisation de peptides radiomarqués constitue une plateforme de recherche émergente pour le développement de nouveaux outils diagnostiques de même que de nouvelles thérapies en oncologie. Par contre, en raison de sa relative courte demi-vie (t1/2 = 20.3 min) et des réactions de radiochimie impliquant de multiples étapes lui étant associé, le marquage de peptides au carbone-11 pour l'imagerie de tomographie par émission de positons (TEP) demeure largement inexploré. Aussi, le marquage au fluor-18 par échange isotopique 19F-18F suivant la méthodologie SiFA est limité par la lipophilicité marquée du fragment SiFA. Nous décrivons ici une nouvelle méthode, directe et en une seule étape, permettant le marquage au carbone-11 sur la chaine latérale de résidus cytéines au sein de peptides. La faisabilité de même que la régiosélectivité aux résidus cystéines en présence de chaines latérales compétitives seront démontrées. Cette méthodologie est appliquée à la radiosynthèse du peptide d'intérêt biologique [11C]Cys(Me)-[Tyr3-octreotate], lequel est obtenu dans un rendement de 11±2% (n=3) (non-corrigé pour la désintégration) dans un délais d'approximativement 30 min. De plus, l'incorporation de groupements fonctionnels du type ammoniums quaternaires est mise de l'avant comme solution afin d'atténuer la lipophilicité inhérente au fragment SiFA. Ainisi, nous décrivons le design et la synthèse de fragments SiFA cationiques bioconjugables (-SH, -CHO, -maleimido, -N3, -C≡CH, -CO2H). Qui plus est, la compatibilité de ces fragments a été évaluée dans des réactions de bioconjugaison, alors que les dérivés SiFA-Tyr3-octreotate obtenus, ont été radiomarqué au fluor-18 et leur lipophilicité évalué par la méthode shake-flask. Ces peptides conjugués sont caractéristiques d'une lipophilicité réduite (logD7.4 = 0.43 – 2.19), en particulier les dérivés contenant une chaine PEG (logD7.4 = 0.43 – 0.92), comparativement au SiFA-TATE neutre (logD7.4 = 2.68).Considérés dans leur ensemble, ces résultats démontrent la faisabilité des radiomarquages de peptides bioactifs avec des radioisotopes TEP tel que le carbone-11 et le fluor-18. De plus, ces nouvelles approches méthodologiques sont caractérisées par des conditions de radiomarquages favorables: réactions en une étape et à température ambiante de même des temps de réaction de l'ordres quelques secondes à quelques minutes.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.121240 |
| Date | January 2014 |
| Creators | Chin, Joshua Kar Yan |
| Contributors | R Bruce Lennox (Internal/Cosupervisor2), Ralf Schirrmacher (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Science (Department of Chemistry) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses |
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