STROKOVNi ČLANEK
Radiooznačeni peptidi v nuklearni medicini
Radiolabelled peptides in nuclear medicine
Marko Krošelj,1 Petra Kolenc Peitl,1 Aljaž Sočan,1 Marijana Leskovec,1 Irena Mlinarič Raščan,2 Tanja Gmeiner2
1	Klinika za nuklearno medicino, Univerzitetni klinični center Ljubljana, Ljubljana, Slovenija
2	Fakulteta za farmacijo, Univerza v Ljubljani, Ljubljana, Slovenija
Korespondenca/ Correspondence:
Tanja Gmeiner, e: tanja. gmeiner@ffa.uni-lj.si
Ključne besede:
radiooznačeni peptidi; teranostiki; radiofarmaki; somatostatin; minigastrin
Key words:
radiolabelled peptides; theranostics; radiopharmaceuticals; somatostatin; minigastrin
Prispelo: 10. 7. 2017 Sprejeto: 12. 9. 2017
Izvleček
Nuklearna medicina pri obravnavi onkoloških bolnikov omogoča slikovni prikaz oziroma ume-ščenost tumorjev, ciljano zdravljenje ter spremljanje uspešnosti zdravljenja. Visoko specifične radiooznačene peptidne učinkovine lahko izkoristimo za ciljanje tumorskih celic, ki imajo na svoji površini čezmerno izražene receptorje za te učinkovine. Enako peptidno učinkovino lahko radiooznačimo tako z diagnostičnimi kot terapevtskimi radionuklidi. Ti teranostični pari učinkovin omogočajo personalizirani pristop pri obravnavi bolnikov. V preglednem članku opisujemo dva sistema teranostičnih parov, ki jih v nuklearni medicini uporabljamo za diagnosticiranje ter zdravljenje tumorjev. Klasičen primer takšnih teranostičnih parov so radiooznačeni analogi somatostatina, ki se rutinsko uporabljajo pri diagnosticiranju ter zdravljenju nevroendokrinih tumorjev (NET) s čezmerno izraženimi receptorji za somatostatin. Radiooznačeni analogi mini-gastrina, ki se vežejo na receptorje za holecistokinin-2, pa so primerni za diagnosticiranje me-dularnega raka ščitnice (MTC), za uporabnost in varnost pri zdravljenju pa še potekajo klinična preskušanja.
Abstract
Nuclear medicine plays an important role in the management of oncology patients. It enables visualization and localization of tumours, targeted radionuclide therapy and monitoring patient response to therapy. Highly specific peptide molecules can target tumour cells with overexpres-sed receptors for regulatory peptides and their analogues. When these peptides are radiolabelled, we can use them either for diagnosis or therapy, depending on the radionuclide used. These theranostic pairs enable nuclear medicine a personalized approach to patient management. The purpose of this review is to describe the overview of radiolabelled peptides and to present two theranostic systems used in nuclear medicine. Classical examples of theranostic pairs are radiolabelled somatostatin analogues that are routinely used in diagnosis and targeted radionuclide therapy of neuroendocrine neoplasms (NEN). On the other hand, radiolabelled minigastrin analogues can be used for the diagnosis of metastatic medullary thyroid carcinoma (MTC) and have a potential to be used also in targeted radionuclide therapy.
Citirajte kot/Cite as: Kroselj M, Kolenc Peitl P, Socan A, Leskovec M, Mlinaric Rascan i, Gmeiner T. [Radiolabelled peptides in nuclear mediane]. Zdrav Vestn. 2018;87(9-10):439-52.
DOI: 10.6016/ZdravVestn.2634
Radiooznačeni peptidi v nuklearni medicini
439
ONKOLOGiJA
1 Uvod
1.1 Radiofarmaki
Nuklearna medicina uporablja odprte vire radioaktivnega sevanja pri di-agnosticiranju in zdravljenju različnih patofizioloških stanj. Pri obravnavi onkoloških bolnikov omogoča nuklearna medicina prikazovanje oz. umeščenost tumorskih celic, ciljano zdravljenje oziroma uničevanje prizadetih/spremenjenih celic in spremljanje uspešnosti zdravljenja. Radiofarmaki so osnova vsakega nuklearnomedicinskega posega in so sestavljeni iz radioaktivne komponente (radionuklida oz. radioizotopa) ter farmacevtske komponente (vektorska ali nosilna molekula), na katero vežemo radionuklid. Za dostavo radioaktivnosti v celice, tkiva oz. organe je odgovorna farmacevtska komponenta, pri čemer izkoriščamo morfološke značilnosti in/ali
Tabela 1: Najpogosteje uporabljeni radionuklidi njihove razpolovne dobe (T1/2), tip sevanja ter na
TARČA	PEPTID	DISTANČNIK RADIOOZNAČEN
BFK
Slika 1: Značilna struktura radiooznačenih peptidnih učinkovin. C-terminalni del peptida, odgovoren za specifično vezavo na tarčo (receptor), distančnik, s katerim vplivamo na farmakokinetiko, ter bifunkcionalni kelator (BFK) za vezavo radionuklida.
(pato)fiziološke procese. Glede na vrsto radionuklida lahko radiofarmake uporabljamo za diagnosticiranje ali zdravljenje (Tabela 1).
Večina radiofarmakov se uporablja v diagnostične namene z uporabo radionuklidov, ki izsevajo bodisi žarke gama (indij-111, tehnecij-99m) ali pozitrone, ki
(PET, SPECT in terapevtski radionuklidi), čin pridobivanja.
	Radionuklid	T1/2	Tip sevanja	Pridobivanje
	ogljik-11 (11C)	20,3 min	ß+ (100 %)	ciklotron
	fluor-18 (18F)	110 min	ß+ (97 %)	ciklotron
	baker-64 (64Cu)	12,8 h	ß+ (19 %)	ciklotron
1— m o_	galij-68 (68Ga)	67,6 min	ß+ (89 %)	generator
	cirkonij-89 (89Zr)	78,4 h	ß+ (23 %)	ciklotron
	jod-124 (124i)	4.17 dni	ß+ (23 %)	ciklotron
1— 0	galij-67 (67Ga)	78,26 h	Y	ciklotron
Cl m	tehnecij-99m (99mTc)	6,0 h	Y	generator
	indij-111 (111in)	67,9 h	Y	ciklotron
	itrij-90 (90Y)	64,0 h	ß-	generator
	jod-131 (131i)	8 dni	ß-	fisija
	lutecij-177 (177Lu)	6,71 dni	ß-	reaktor
	bizmut-213 (213Bi)	45 min	a	generator
440
Zdrav Vestn | september - oktober 2018 | Letnik 87
STROKOVNi ČLANEK
Slika 2: Glavni koraki pri razvoju peptidnih radiofarmakov. Povzeto po Dash A, et al. (3).
se po združitvi z elektronom anihilirajo in izsevajo dva žarka gama pod kotom 1800 (glej poglavje 1.3.). Za zdravljenje oz. ciljano radionuklidno terapijo pa uporabljamo radionuklide, ki pri razpadu izsevajo delce beta (jod-131, lute-cij-177, itrij-90) ali alfa (bizmut-213). Pri interakciji s celicami ti delci povzročijo visoko gostoto poškodb, kar ima za posledico celično okvaro in/ali smrt celice. Citotoksičnost je lahko posledica neposredne ionizacije DNA, ali pa do nje pride posredno preko tvorbe radikalov, ki reagirajo z DNA. Radiofarmaki, označeni s terapevtskimi radionuklidi, morajo v čim večjem obsegu delovati lokalno v
obolelem organu ali tumorju, saj lahko sicer poškodujejo tudi zdrava (netarčna) tkiva, kar lahko vodi v neželene stranske učinke ciljane radionuklidne terapije.
Tumorske celice se od zdravih razlikujejo tudi po tem, da imajo na svoji površini drugače izražene receptorje za regulacijske peptide. Radioznačeni pep-tidi, ki se specifično vežejo na receptorje, so pomembna skupina zdravil, saj imajo visoko afiniteto in specifičnost za ta re-ceptorska mesta in omogočajo vizualiza-cijo in/ali ciljano uničevanje tumorskih celic. Radiooznačeni peptidi so ponavadi sestavljeni iz peptidnega dela, ki je odgovoren za vezavo na receptor, distančnika,
Radiooznačeni peptidi v nuklearni medicini
441
ONKOLOGiJA
s katerim moduliramo farmakokinetič-	1.2 Razvoj radiofarmakov ne lastnosti, ter bifunkcionalnega kela-
torja, ki omogoča vezavo radionuklida Razvoj radiofarmakov je podoben ra-
(Slika 1).	zvoju neradioaktivnih klasičnih zdravil,
Za slikovno diagnostiko ter ciljano	vendar ima zaradi radioaktivne narave
terapijo različnih tumorjev so razvili	tudi določene posebnosti. Pri razvoju
veliko peptidnih radiofarmakov, med	»tradicionalnih« zdravil je eden od ciljev
katerimi jih je kar nekaj v vsakodnevni	doseči povišano plazemsko koncentra-
klinični uporabi. V Tabeli 2 so povzeti	cijo učinkovine, ki naj bi bila za dose-
glavni receptorski tarčni sistemi, ki so	ganje učinka na tarčne organe čimbolj
čezmerno izraženi pri različnih tumor-	konstantna. Pri radiofarmakih pa želimo
jih in so tarče peptidnih radiofarmakov.	doseči sorazmerno hiter plazemski oči-
Kot »dostavni sistem« lahko uporablja-	stek, ki omogoča ravno dovolj časa, da se
mo naravne ali sintetične analoge regu-	radiofarmak nakopiči v tarčnem organu,
lacijskih peptidov.	medtem ko se »preostanek« radiofar-
Tabela 2: Glavna področja razvoja peptidnih radiofarmakov. Faza razvoja: 1 - rutinska klinična uporaba, 2 - klinične študije, 3 - predklinične študije. Povzeto po Fani M, Maecke HR (1).
Tumor	Tarča (receptor)	Peptid	Faza razvoja
Nevroendokrini tumorji (NET), gastroenteropankreatični tumorji, ne-Hodgkingov limfom, paraganglioma, melanom, drobnocelični rak pljuč	SSTR 1-5 (angl. somatostatin receptors); somatostatinski receptorji podtipov 1-5	Somatostatin	1
Rak prostate, trebušne slinavke, želodca, drobnocelični rak pljuč	GRPR (angl. gastrin releasing peptide receptor); gastrin sproscujoci peptid	Bombesin	2
Medularni karcinom ščitnice (angl. medullary thyroid carcinoma, MTC), drobnocelični rak pljuč, astrocitom, stromalni rak jajčnikov	CCK2R (angl. cholecystokinine 2 receptor); receptor za holecistokinin 2)	CCK/gastrin	2
insulinom, gastrinom, feokromocitom, paragangliom, MTC	GLP-1R (angl. glucagon-like peptide-1 receptor); receptor za glukogonu podoben peptid-1	Eksendin	2
Rak možganov, pljuč, jajčnikov, dojk	avp3-integrin	RGD	2
Melanom	MC1R (angl. melanocortin 1 receptor) receptor za melanokortin 1	a-MSH	2
Drobnocelični rak pljuč, rak debelega črevesja, prostate, dojk	NTR1 (angl. neurotensin receptor 1); receptor za nevrotenzin 1	Nevrotenzin	2
Rak dojk, prostate	NPYR (angl. neuropeptide Y receptor); receptor za nevropeptid Y	NPY	3
Glioblastom, astrocitom, MTC	NK1R (angl. neurokinin 1 receptor); receptor za nevrokinin 1	Substanca P	2
Rak dojk, pljuč, prostate	Receptor CXCR4 (angl. C-X-C chemokine receptor type 4); kemokinski receptor C-X-C tipa 4	CXCR4	2
442
Zdrav Vestn | september - oktober 2018 | Letnik 87
STROKOVNi ČLANEK
maka hitro izloči. S tem dosežemo, da je večina radioaktivnosti v tarčnem organu hitro po i.v. aplikaciji. Specifičnost umeš-čenosti pri klasičnih zdravilih ni kritična za razvoj, saj je lahko koncentracija učinkovine visoka tako na mestu, kjer želimo biološki odgovor, kot tudi v netarčnih tkivih. Pri radiofarmakih je specifičnost umeščenosti zelo pomembna, saj se tako izognemo povišanemu sevanju v netarčnih organih, kar ima za posledico slabo kakovost slik in/ali povzročitev sevalnih poškodb v netarčnem tkivu, zato je pri razvoju radiofarmakov osrednjega pomena t. i. razmerje tarčni organ / ozadje (2). Ne glede na omenjene posebnosti ima razvoj peptidnih radiofarmakov podobno pot kot razvoj klasičnih zdravil. Na Sliki 2 so podrobno predstavljeni koraki pri razvoju peptidnih radiofar-makov. Glavna posebnost razvoja radiofarmakov je radiooznačevanje z izbranim radionuklidom, ki usmerja izbor ter optimizacijo metode radiooznačevanja.
Razvoj peptidne kemije omogoča načrtovanje, strukturno analizo ter sintezo novih peptidnih molekul z izboljšanimi lastnostmi (povišana specifičnost, moč vezave na tarčne molekule) za uporabo v nuklearni medicini:
•	Optimizacija vezave na receptorje. Z uporabo računalniškega modeliranja ter informacij o strukturi tarčnih molekul lahko načrtujemo peptide z visoko afiniteto (IC50 vrednosti radio-označenih peptidov v nanomolarnem območju) do tarčnih receptorjev na tumorskih celicah.
•	Izboljšanje kemijskih lastnosti ra-diooznačenih peptidov. S povečanjem hidrofilnosti teh molekul lahko zmanjšamo kopičenje v jetrih in/ ali zmanjšamo vezavo na plazemske proteine.
•	Izboljšanje metabolične (plazem-ske) stabilnosti z vpeljavo nenaravnih D-amino kislin, uporabo ciklič-
nih peptidov ali peptidomimetikov. Razpad radiooznačenih peptidov v plazmi povzroči nastanek metaboli-tov, ki imajo spremenjene farmako-kinetične lastnosti, kar lahko vodi do neželenih učinkov.
•	Uporaba različnih kelatorjev za preprečevanje »sproščanja« radionuklida iz kompleksa. »Sproščanje« radionuklidov lahko predvsem pri uporabi terapevtskih radionuklidov vodi v toksičnost zaradi biodistribu-cije prostega radionuklida (4). Izbrani kelatorji ne smejo vplivati na vezavno kinetiko radiooznačenega peptida, vendar morajo omogočiti stabilno vezavo radionuklida. Nekateri kela-torski sistemi omogočajo vezavo različnih radionuklidov (diagnostičnih, terapevtskih), kar izkoriščamo v t. i. teranostičnem pristopu pri obravnavi bolnikov (5).
•	Naboj, lipofilnost ter stabilnost radiofarmakov in vivo vplivajo na pot izločanja. Z modificiranjem radioozna-čenih peptidov lahko vplivamo na te lastnosti tako, da izločanje radio-označenih peptidov poteka večinoma skozi ledvice, kar je najbolj zaželeno. Na ta način omogočimo najhitrejše izločanje »nevezane« radioaktivnosti, s čimer se izognemo povišanemu sevanju v netarčnih organih.
1.3 Slikovne preiskave v nuklearni medicini
Večina (95 %) vseh nuklearnome-dicinskih postopkov je diagnostičnih. Obstajata dve glavni skupini diagnostičnih preiskav, ki se delita glede na uporabljene radionuklide ter glede na princip zaznavanja radioaktivnosti: 1. Planarna scintigrafija, pri kateri uporabljamo radionuklide, ki neposredno izsevajo žarke gama oz. fotone (sevalci gama) in jih zaznamo s planarno
Radiooznačeni peptidi v nuklearni medicini
443
ONKOLOGiJA
Slika 3: Princip zaznavanja radioaktivnosti. Levo: enofotonska izsevna tomografija oz. SPECT (zaznava fotonov z enim ali večglavim detektorskim sistemom iz različnih kotov). Desno: pozitronska izsevna tomografija oz. PET (zaznava fotonskih parov, ki nastanejo po združitvi pozitrona z elektronom).
kamero gama, s katero lahko prikažemo statične ali dinamične dvodimenzionalne slike.
2. Računalniška tomografija, ki je lahko:
•	Enofotonska izsevna tomografija oz. SPECT (angl. single photon emission computed tomography), pri kateri uporabljamo sevalce gama. Zaznamo jih lahko z eno-ali večglavim detektorskim sistemom iz različnih kotov. Z uporabo rekonstrukcijskih algoritmov obdelamo dobljene podatke ter prikažemo tridimenzionalno sliko porazdelitve radiofarmaka.
•	Pozitronska izsevna tomografija oz. PET (angl. positron emission tomography), pri kateri uporabljamo radionuklide, ki izsevajo pozitrone. Ti se po združitvi z elektronom anihilirajo in izsevajo dva gama žarka pod kotom 180 ° in energijo 511 keV. Ko oba fotona skoraj sočasno zazna obroč detektorjev v snemalniku PET, lahko na osi med mestoma detekcije natančnougotovimo mesto, kjer se je anihilacija zgodila, kar nam da informacijo o mestu kopičenja ra-diofarmaka. (Slika 3).
Pri obeh principih nastane nukle-arnomedicinska slika z detekcijo nekaj milijonov fotonov (planarna scintigra-fija, SPECT) oz. fotonskih parov (PET). Večina novejših snemalnikov je povezanih z rentgensko računalniško tomografijo (angl. computed tomography, CT). Medtem ko nam SPECT oz. PET nudita informacije o funkciji (fiziologiji, patofi-ziologiji) tkiv in organov, nam CT nudi informacijo o morfologiji. S kombinacijo obeh tehnik (SPECT/CT oz. PET/CT) lahko v eni preiskavi pridobimo slikovno informacijo o določenem procesu ter njegovo natančno umestitev. Z združevanjem (fuzijo) informacij lahko občutno izboljšamo diagnostično vrednost nekaterih preiskav. CT poleg morfologije omogoča tudi korekcijo t. i. slabljenja oz. atenuacije žarkov gama. Ti izhajajo iz telesa preiskovanca in različno slabijo glede na njihovo lego v različnih tkivih telesa; npr. v zraku v pljučih je atenuacija minimalna, v kosteh pa obsežna (6,7). Na združeni (zliti) sliki prikazujemo morfološke (CT) podatke v sivi lestvici, funkcijske (SPECT, PET) pa v barvni lestvici in tako funkcijsko informacijo natačno umestimo in prikažemo. Na Sliki 4 je prikazana scintigrafija somatostatinskih receptorjev z radiooznačenimi analogi somatostatina, katerih razvoj podrobneje opisujemo v nadaljevanju.
2 Radiooznačeni analogi somatostatina
Somatostatin je peptidni hormon,ki se izloča predvsem v prebavilih ter možganih in zavira izločanje mnogih endokri-nih hormonov, kot so inzulin, glukagon ter gastrin (8). Biološki odgovor sproži z vezavo na družino somatostatinskih receptorjev, ki je sestavljena iz 5 podti-pov (ssti-sst5), pri čemer so v tumorjih najpogosteje izraženi sst2. V nuklearni medicini so daleč najbolj uporabljeni ra-
444
Zdrav Vestn | september - oktober 2018 | Letnik 87
STROKOVNi ČLANEK
Slika 4: Scintigrafija somatostatinskih receptorjev z radiooznačenim peptidom 99mTc-HYNICTOC. A: morfološki prikaz s CT; B: SPECT; C: zlita slika SPECT/CT; D: SPECT prikaz celotnega telesa. S puščico označeno kopičenje radiofarmaka v repu trebušne slinavke. Vir: Arhiv Klinike za nuklearno medicino, UKC Ljubljana.
diooznačeni analogi somatostatina (sst), ki se uporabljajo pri diagnosticiranju in zdravljenju nevroendokrinih tumorjev (NET). Nevroendokrini tumorji se razvijejo iz celic nevroendokrinega sistema. Prisotni so v številnih organih človeškega telesa (64 % v prebavilih, 28 % v dihalih, preostali pa so NET ščitnice, kože, nad-ledvične žleze ter živčnih celic). So redki tumorji, a njihova incidenca v zadnjih letih narašča. Incidenčna stopnja NET prebavil (GEP NET) je 5,25/100.000 na leto, prevalenca pa je 35/100.000, kar jih uvršča na drugo mesto v skupini tumorjev prebavil. Diagnosticiranje NET zajema klinično sliko, laboratorijske preiskave, kot sta kromogranin A in 5-hi-droksiindolocetna kislina, ter slikovne preiskave. Slikovna preiskava izbire je CT ali MRI v kombinaciji s scintigrafi-jo somatostatinskih receptorjev, ki je kot samostojna slikovna preiskava diagnostično najobčutljivejša (9).
Molekularna osnova za razvoj radio-označenih analogov somatostatina je vi-
soka izraženost receptorjev v plazemski membrani tumorskih celic. Čezmerna iz-raženost ter gostota somatostatinskih re-ceptorjev je dokazana pri večini NET, med katere spadajo GEP NET, feokromoci-tom, paragangliom, nevroblastom in me-ningeom. Pri inzulinomu, limfomih, raku na dojki, hepatocelularnem karcinomu, medularnem raku ščitnice in drobnoce-ličnem raku pljuč pa je incidenca ter gostota receptorjev nižja (10). Somatostatin je pri fizioloških pogojih prisoten v dveh oblikah: kot 14- oz. 28-aminokislinska molekula (SS14 in SS28). Radiooznačeni endogeni peptidi za klinično uporabo niso primerni, saj je njihova stabilnost in vivo neustrezna. Plazemski razpolovni čas somatostatina-14 je le 2-3 min. Za uspešno uporabo v klinični praksi morajo imeti radiooznačeni peptidi plazemski razpolovni čas 1 uro ali več, kar omogoča izvedbo celotnega nuklearno-medicinskega posega (11,12). V ta namen se uporabljajo krajši sintetični oktapeptidi, kot so npr. oktreotid, lanreotid ter vapreotid (8).
Radiooznačeni peptidi v nuklearni medicini
445
ONKOLOGiJA
Slika 5: Strukturna formula oktreotida. Menjava aminokislin na mestu 3 in 8 vodi v zvišano afiniteto do različnih podtipov receptorjev za somatostatin. Na levi strani so strukture bifunkcionalnih kelatorjev (R), ki omogočajo radiooznačevanje z navedenimi diagnostičnimi in terapevtskimi radionuklidi: a) aciklični DTPA (dietilentriamin pentaocetna kislina), b) makrociklični DOTA (1,4,7,10-tetraazaciklododekan-1,4,7,10-tetraocetna kislina) ter c) HYNIC (hidrazinonikotinska kislina). Povzeto po Maecke HR, Reubi JC (12).
Radiooznačeni analogi somatosta-tina, ki so podrobneje opisani v nadaljevanju, imajo optimalne lastnosti za klinično uporabo: vezavno afiniteto do receptorjev v nanomolarnem območju, hitro internalizacijo agonistov po vezavi na receptor, ustrezno farmakokinetiko, izločanje skozi ledvice ter visoko stabilnost kompleksa radionuklid - kelator, zaradi katere ne prihaja do sproščanja radionuklida in vivo.
Na Sliki 5 so predstavljeni klinično najpogosteje uporabljani analogi soma-tostatina. Večinoma uporabljamo ok-tapeptidne derivate, kot so oktreotid, [Tyr3]oktreotid (TOC), [i-Nafc]oktre-
otid (NOC) ter [Tyr3, Thr8]oktreotid (TATE). Za radiooznačevanje peptidne derivate konjugiramo z različnimi bi-funkcionalnimi kelatorji. Prvi široko uporabljeni analog somatostatina je bil z DTPA konjugirani oktreotid, radioozna-čen z indijem-111 (mIn-DTPA-oktreotid; Octreoscan®). Na Kliniki za nuklearno medicino UKC Ljubljana uporabljamo s tehnecijem-99m (99mTc) radiooznačen hidrazinonikotinamid-[Tyr3]oktreotid (99mTc-HYNICTOC), ki ima v primerjavi z registriranim mIn-DTPA-oktreotidom več prednosti: izboljšane farmakokine-tične lastnosti, višjo afiniteto do recep-torja sst2, manjšo sevalno obremenitev
446
Zdrav Vestn | september - oktober 2018 | Letnik 87
STROKOVNi ČLANEK
za preiskovanca ter nižjo ceno (13). Za radiooznačevanje s kovinskimi (3+) radionuklidi namesto DTPA uporabljamo makrociklični kelator DOTA, ki s kovinskimi 3+ radionuklidi tvori ter-modinamsko stabilne komplekse. To omogoča t. i. personalizirano obravnavo bolnikov z uporabo teranostičnih parov, ko isti dostavni sistem uporabimo za radiooznačevanje z različnimi radionuklidi. Tako dobljeni radiofarmaki so uporabni za diagnosticiranje, dozime-trijo in terapijo. Za slikovno diagnostiko lahko z DOTA konjugirani [Tyr3]oktre-otid (DOTATOC) radiooznačimo z mIn (SPECT) ali galijem-68 (PET), kar omogoča umestitev tumorja in/ali metastaz ter oceno prejetega odmerka radioaktivnega sevanja v tumorju in netarčnih tkivih (t. i. dozimetrija). DOTATOC lahko radiooznačimo tudi s terapevtskimi radionuklidi, kot so itrij-90 ter lutecij-177 (sevalca delcev ter bizmut-213 (sevalec delcev a), ki se razlikujejo po dosegu citotoksičnega učinka v tkivu, kar omogoča izbor radionuklida glede na velikost tumorja. Primer odziva bolnika po ciljani radionuklidni terapiji NET je prikazan na Sliki 6.
3 Radiooznačeni analogi minigastrina
Gastrin je linearni peptidni hormon, ki se sintetizira v endokrinih celicah G, ki se nahajajo v antrumu želodca, in se izloča iz njih. Gastrin se izloča pod vplivom dražljajev iz hrane (peptidov in aminokislin), raztegnitve stene želodca ter tudi pod vplivom avtonomnega živčevja. V telesu ga najpogosteje najdemo v treh oblikah: gastrin-34, gastrin-17 ter gastrin-14 (poimenovan tudi mini-gastrin). Glavne funkcije gastrina v telesu so stimulacija peristaltike v želodcu, tankem in debelem črevesu, stimulacija sekrecije HCl, praznjenje želodca, izlo-
čanja inzulina ter stimulacija izločanja HCO3- in encimov pankreasa.
Holecistokinin (CCK) je peptidni hormon, ki se sintetizira in izloča iz endokrinih celic I, ki so v mukozi tankega črevesa. Najdemo ga tudi v centralnem živčnem sistemu in perifernem živčevju, ki oživčuje prebavila, kjer najverjetneje deluje kot nevrotransmiter (14,15). Odgovoren je za krčenje mehurja, izločanje encimov iz trebušne slinavke ter sproščanje Oddijevega sfinktra, kar pospeši izločanje žolča v črevesje. Strukturno sta si gastrin in holecistokinin zelo podobna, saj imata na biološko aktivnem C-terminalnem mestu pet enakih aminokislin (-Gly-Trp-Met-Asp-Phe-NHi). Zaradi teh strukturnih elementov izkazujeta podobne fiziološke ter farmakološke odzive po vezavi na družino membranskih receptorjev, povezanih s proteinom G (16). Holecistokinin se veže na receptor za holecistokinin 1 (CCK1R) ter na receptor za holecistokinin 2 (CCK2R), gastrin pa ima vezavno afiniteto le do CCK2R, ki ga zato imenujemo tudi gastrinski receptor. Odkritje, da sta CCKxR in CCK2R čezmerno izražena pri določenih tipih tumorskih celic, je osnova za razvoj radiooznačenih analogov holecistokinina in gastrina. Pri človeških tumorjih je pogosteje izražen CCK2R, in sicer pri medularnem raku ščitnice (92 %), astrocitomu (65 %) ter stromalnem raku jajčnikov (100 %). V manjšem odstotku so prisotnost CCK2R dokazali pri gastroenteropankreatičnem raku, raku na dojki ter adenokarcino-mu jajčnikov (17,18). Dve raziskavi sta pokazali tudi visoko incidenco CCK2R pri drobnoceličnem raku pljuč (89 % oz. 59 %). Nedrobnocelični raki pljuč teh re-ceptorjev ne izražajo (17,19).
Medularni rak ščitnice (MTC) predstavlja okoli 3,5 % vseh rakov ščitnice in se uvršča med redke bolezni. MTC se ponavadi pojavi kot ščitnični gomolj
Radiooznačeni peptidi v nuklearni medicini
447
ONKOLOGiJA
Slika 6: Odziv bolnika z metastatskim NET na zdravljenje s ciljano radionuklidno terapijo (7400 MBq 177Lu-DOTATATE). Zgoraj: Scintigrafija somatostatinskih receptorjev z 99mTc-HYNIC-TOC pred zdravljenjem (1a-c SPECT posnetki iz različni projekcij: 1a transverzalni, 1b sagitalni in 1c koronalni posnetek; 1d-e zlita SPECT/CT slika). Dobro vidna metastaza v jetrih (rdeča puščica). Spodaj: Kontrolni scintigram z 99mTc-HYNIC-TOC 6 mesecev po terapiji: zmanjšano kopičenje radiofarmaka (velikost in intenzivnost barve), kar kaže na delni odziv bolnika po terapiji (2a-c SPECT posnetki, 2d-e zlita SPECT/CT slika). Vir: Arhiv Klinike za nuklearno medicino, UKC Ljubljana.
ali povečan cervikalni limfni vozel. Je nevroendokrini tumor, ki izhaja iz pa-rafolikularnih ščitničnih celic (celic C), ki sintetizirajo in izločajo kalcitonin ter karcinoembrionalni antigen (CEA). Ker celice C ne izražajo gena za natrij-jo-didni simporter (NIS), metastaze MTC ne kopičijo radioaktivnega jodida, zato je obravnava in zdravljenje te bolezni bolj zahtevno od ostalih vrst ščitnične-ga raka (20). Pri MTC je io-letno preživetje okoli 75 %, vendar se to drastično
zniža pri napredovali oz. metastatski obliki (40 %). MTC ponavadi metastazi-ra v pljuča, jetra, kosti in možgane. Pri večini bolnikov je bolezen ob odkritju že napredovala (21). Kljub agresivnemu kirurškemu zdravljenju se pri skoraj 50 °% bolnikov bolezen ponovno pojavi. Pri prisotnosti metastaz je cilj zmanjšanje simptomov ter izboljšanje kakovosti življenja. Pri metastatskem MTC kemoterapija zaradi omejene učinkovitosti ter visoke toksičnosti ni priporočljiva. Pri
448
Zdrav Vestn | september - oktober 2018 | Letnik 87
STROKOVNi ČLANEK
uporabi novejših zaviralcev tirozin ki-naz, kot sta Vandetanib in Cabozatinib, pa učinkovitost še ni potrjena, hkrati pa se v terapevtskih odmerkih pojavljajo neželeni učinki (22,23). Odkritje, da so receptorji CCK2R pri MTC čezmerno izraženi, je molekularna osnova za razvoj radioznačenih analogov minigastrina kot novih radiofarmakov pri diagno-sticiranju metastatskega MTC. Še pomembnejša pa je možnost uporabe teh analogov v ciljani radionuklidni terapiji MTC, ki bi lahko postala učinkovita metoda zdravljenja metastatskega MTC.
Prvi opisani analog je bil z jodom-131 (131I) radiooznačen humani gastrin-I, ki je sintetični peptid iz 17 aminokislin s piroglutamatnim preostankom na N-terminalnem delu. Ima visoko ve-zavno afiniteto do CCK2R, ne pa tudi do CCK1R (24). V raziskavi, v kateri so primerjali 18 radiojodiranih CCK in gastrinskih analogov, so ugotovili, da je za vezavo na CCK2R pomembno zaporedje štirih aminokislin na C-terminalnem delu peptida (Trp-Met-Asp-Phe-NH2). Zaradi nestabilnosti radiojodiranih analogov, kjer se 131I po internalizaciji ne zadrži v celicah, temveč se iz njih izloči, so preverjali tudi z dietilentriamin pen-taocetno kislino (DTPA) konjugirane analoge, ki so jih radiooznačili z indi-jem-111 (111In). Za razliko od radiojodi-ranih aminokislin se aminokisline, konjugirane z bifunkcionalnimi kelatorji (DTPA, DOTA, ipd.) ter radiooznačeni z radioaktivnimi izotopi kovin, zadržijo v lizosomih, zato ne pride do izplavlja-nja radionuklida iz celice (t. i. "metabolic trapping") (25). V primerjavi različnih analogov minigastrina (gastrin-14; Leu-(Glu)5-Ala-Tyr-Gly-Trp-Met-Asp-Phe-NH2) in vitro so ugotovili, da z zamenjavo levcina z D-glutaminsko kislino pride do zvišanja metabolične stabilnosti, zato so ta analog uporabili tudi v kliničnih preizkušanjih. Kljub dobremu kopičenju
v tumorju se je izkazalo, da je glavna težava tega analoga zelo visok privzem v ledvicah (26).
Nadaljnji razvoj analogov minigastri-na je temeljil na izboljšavah v farmako-kinetiki ter iskanju idealnega radiofar-maka za uporabo pri diagnosticiranju ter predvsem ciljani radionuklidni terapiji tumorjev z izraženimi CCK2R. Problema, s katerima so se raziskovalci soočili, sta nizek privzem radiooznače-nih analogov v tumorsko celico ali visok privzem v ledvicah. Visok privzem radi-ooznačenih peptidov v ledvicah je odgovoren za nefrotoksičnost, ki je glavni neželeni učinek teh analogov pri ciljani radionuklidni terapiji.
V primerjalni študiji treh mini-gastrinskih analogov, označenih s 99mTc, so ugotovili, da lahko privzem radio-označenega peptida v ledvice znižajo s sočasnim injiciranjem peptidov iz po-liglutaminskih kislin (Glu). S študijo na mišjih modelih so ugotovili, da najboljše razmerje med tumorjem ter netarčnimi tkivi izkazuje analog, ki med kelatorjem ter C-terminalnim delom peptida vsebuje dodatno amino kislino glicin (27). Pri študiji z DOTA konjugiranimi mini-gastrinskimi analogi se je z odstranitvijo pentaglutamatnega zaporedja aminokislin iz minigastrina (MG11) privzem v tumor zmanjšal za 3-krat, hkrati pa se je zmanjšal tudi ponovni privzem v ledvicah kar za 20-krat. Izsledki teh študij so nakazali, da uvajanje ustreznega dis-tančnika lahko statistično značilno vpliva na farmakokinetske lastnosti mini-gastrinskih analogov (Slika 7) (28).
Pri nadaljnji optimizaciji in razvoju metabolično stabilnih analogov mini-gastrina je pomemben delež prispevala tudi raziskovalna skupina Klinike za nuklearno medicino UKC Ljubljana. Velik korak naprej v razvoju metabo-lično stabilnih analogov minigastri-na je bila uvedba nenaravnih hidro-
Radiooznačeni peptidi v nuklearni medicini
449
ONKOLOGiJA
/ / \
Slika 7: Zgoraj: Struktura minigastrina (gastrin-14, H-Leu-(Glu)5-Ala-Tyr-Gly-Trp-Met-Asp-Phe-NH2), ki je spojina vodnica pri razvoju radiooznačenih analogov minigastrina. Spodaj: Struktura minigastrinskega analoga PP11 (CP04). Uvedba 6 D- glutaminskih kislin (rdeče) kot distančnik je izjemno izboljšala farmakokinetične lastnosti ter metabolno stabilnost v primerjavi z doslej razvitimi analogi minigastrina.
filnih D-aminokislin v distančniku (Slika 7). Distančnik brez naboja iz 6 D-glutaminov se je izkazal kot optimalna rešitev, saj se je metabolična stabilnost povečala kar do 500-krat v primerjavi z drugimi analogi znotraj serije. Hkrati z zvišanjem stabilnosti se je pri nekaterih analogih znižal ponovni privzem v ledvicah, s čimer se je razmerje tumor proti netarčna tkiva povečalo tudi do 60-krat (29). Nekateri od opisanih analogov so bili testirani pod standardiziranimi pogoji v skupnem evropskem projektu COST (BM0607; Targeted Radionuclide Therapy). 12 minigastrinskih analogov CCK/ so okarakterizirali tako in vitro kot in vivo. V primerjalni študiji so primerjali vezavno afiniteto do receptorjev, internalizacijske lastnosti, biološko sta-
bilnost, metabolizem ter biodistribuci-jo radiooznačenih analogov. Najboljše lastnosti so izkazovale 3 spojine: nabit linearni peptid s 6 D-glutaminskimi kislinami v distančniku (PP11; DOTA-(D-Glu)6-Ala-Tyr-Gly-Trp-Met-Asp-Phe-NH2), divalentni analog (MGD5; DOTA-Gly-Ser-Cys-(Glu-Ala-Tyr-Gly-Trp-Nle-Asp-Phe-N^^) ter ciklični peptid (ciklo- MG1; DOTA-DGlu-(Ala-Tyr)-DLys-Trp-Met-Asp-Phe-NH2 (ci-klo DGlu-DLys)). Za uporabo v fazi I kliničnega preskušanja je bil izbran analog PP11 (oz. CP04), radiooznačen z mIn in 177Lu, saj je zaradi visoke metabolične stabilnost v tkivnih homogenatih in v humanem serumu izkazoval najboljše lastnosti tudi za uporabo v ciljani radio-nuklidni terapiji (30-32).
450
Zdrav Vestn | september - oktober 2018 | Letnik 87
STROKOVNi ČLANEK
4 Zaključek
Visoka specifičnost in afiniteta regulacijskih peptidov oz. njihovih analogov do tarčnih receptorjev na tumorskih celicah je predpogoj za njihovo uspešno uporabo v nuklearni medicini. Z ra-diooznačevanjem teh peptidov lahko do tumorskih celic dostavimo različne radionuklide (diagnostične in terapevtske), kar nuklearni medicini omogoča personalizirani pristop pri obravnavi bolnikov. Slikovna diagnostika omogoča odkrivanje in zamejitev bolezni, načrto-
Literatura
vanje optimalnega načina zdravljenja ter ocenjevanje uspešnosti zdravljenja, ci-ljana radionuklidna terapija pa omogoča tudi uspešno zdravljenje. Dolgoletna uspešna uporaba radiooznačenih analogov somatostatina kaže na velik potencial teranostičnih parov tudi pri ostalih tumorjih s čezmerno izraženimi receptorji za regulacijske peptide. Radiooznačeni analogi minigastrina so se že izkazali kot uspešno diagnostično orodje pri me-tastatskem MTC, za varno in ustrezno zdravljenje pa je potrebno še dodatno klinično preskušanje.
1.	Fani M, Maecke HR. Radiopharmaceutical development of radiolabeled peptides. Eur J Nucl Med Mol imaging. 2012 Feb;39(l Suppl i):S11-30.
2.	Aloj L, Panico MR, Caraco C, Zannetti A, Del Vecchio S, Di Nuzzo C, et al. Radiolabeling approaches for cho-lecystokinin B receptor imaging. Biopolymers. 2002;66(6):370-80.
3.	Dash A, Chakraborty S, Pillai MR, Knapp FF Jr. Peptide receptor radionuclide therapy: an overview. Cancer Biother Radiopharm. 2015 Mar;30(2):47-71.
4.	Cremonesi M, Schuchardt C. Dosimetry for Peptide Receptor Radionuclide Therapy. Baum RP, ur. Therapeutic Nuclear Medicine. Springer; 2014. pp. 769-79.
5.	Baum RP, Kulkarni HR. Theranostics: from molecular imaging using Ga-68 labeled tracers and PET/CT to personalized radionuclide therapy-the Bad Berka experience. Theranostics. 2012;2(5):437-47.
6.	Ležaic L, Fettich J. Zlivanje nuklearnomedicinskih in radioloških preiskav: PET/CT in SPECT/CT. in: Fras Z, Poredoš P, ur. Zbornik prispevkov: 53 Tavčarjevi dnevi; 3.-5. november 2011; Portorož, Slovenija. V Ljubljani: Medicinska fakulteta; 2011. p. 329-37.
7.	Lodge MA, Frey EC. Nuclear Medicine imaging Devices. in: Bailey DL, Humm JL, editors. Todd-Pokropek A, Aswegen Av, ur. Nuclear Medicine Physics: A Handbook for Teachers and Students. Dunaj. iAEA; 2014. pp. 312-97.
8.	Appetecchia M, Baldelli R. Somatostatin analogues in the treatment of gastroenteropancreatic neuroendocrine tumours, current aspects and new perspectives. J Exp Clin Cancer Res. 2010 Mar;29(1):19.
9.	Moltara ME, Ocvirk J. Nevroendokrini tumorji prebavil. ONKOLOGiJA/pregledi. 2011(2):88-92.
10.	Reubi JC. Peptide receptors as molecular targets for cancer diagnosis and therapy. Endocr Rev. 2003 Aug;24(4):389-427.
11.	Schottelius M, Wester HJ. Molecular imaging targeting peptide receptors. Methods. 2009 Jun;48(2):161-77.
12.	Maecke HR, Reubi JC. Somatostatin receptors as targets for nuclear medicine imaging and radionuclide treatment. J Nucl Med. 2011 Jun;52(6):841-4.
13.	Gabriel M, Decristoforo C, Donnemiller E, Ulmer H, Watfah Rychlinski C, Mather SJ, et al. An intrapatient comparison of 99mTc-EDDA/HYNiC-TOC with 111in-DTPA-octreotide for diagnosis of somatostatin receptor-expressing tumors. J Nucl Med. 2003 May;44(5):708-16.
14.	Owyang C, Logsdon CD. New insights into neurohormonal regulation of pancreatic secretion. Gastroenterology. 2004 Sep;127(3):957-69.
15.	Mutt V. Secretin and cholecystokinin. Gastrointestinal hormones. 1988:251-320. https://doi.org/10.1016/ B978-0-12-027311-9.50012-3.
16.	Dufresne M, Seva C, Fourmy D. Cholecystokinin and gastrin receptors. Physiol Rev. 2006 Jul;86(3):805-47.
17.	Reubi JC, Schaer JC, Waser B. Cholecystokinin(CCK)-A and CCK-B/gastrin receptors in human tumors. Cancer Res. 1997 Apr;57(7):1377-86.
18.	Charron CL, Hickey JL, Nsiama TK, Cruickshank DR, Turnbull WL, Luyt LG. Molecular imaging probes derived from natural peptides. Nat Prod Rep. 2016 Jun;33(6):761-800.
19.	Matsumori Y, Katakami N, ito M, Taniguchi T, iwata N, Takaishi T, et al. Cholecystokinin-B/gastrin receptor: a novel molecular probe for human small cell lung cancer. Cancer Res. 1995 Jan;55(2):276-9.
20.	Salavati A, Puranik A, Kulkarni HR, Budiawan H, Baum RP. Peptide Receptor Radionuclide Therapy (PRRT) of Medullary and Nonmedullary Thyroid Cancer Using Radiolabeled Somatostatin Analogues. Semin Nucl Med. Elsevier; 2016. pp. 215-24.
Radiooznačeni peptidi v nuklearni medicini
451
ONKOLOGiJA
21.	Saad MF, Ordonez NG, Rashid RK, Guido JJ, Hill CS Jr, Hickey RC, et al. Medullary carcinoma of the thyroid. A study of the clinical features and prognostic factors in 161 patients. Medicine (Baltimore). 1984 Nov;63(6):319-42.
22.	Sabani M, Jelovac DB, Petrovic MB, Gavric M. Management of Advanced Medullary Thyroid Carcinoma. Journal of Tumor. 2014;2(8):202-7.
23.	Wells SA Jr, Robinson BG, Gagel RF, Dralle H, Fagin JA, Santoro M, et al. Vandetanib in patients with locally advanced or metastatic medullary thyroid cancer: a randomized, double-blind phase iii trial. J Clin Oncol. 2012 Jan;30(2):134-41.
24.	Behr TM, Jenner N, Radetzky S, Behe M, Gratz S, Yücekent S, et al. Targeting of cholecystokinin-B/gastrin receptors in vivo: preclinical and initial clinical evaluation of the diagnostic and therapeutic potential of radiolabelled gastrin. Eur J Nucl Med. 1998 Apr;25(4):424-30.
25.	Gotthardt M, Boermann OC, Behr TM, Behe MP, Oyen WJ. Development and clinical application of peptide--based radiopharmaceuticals. Curr Pharm Des. 2004;10(24):2951-63.
26.	Behe M, Becker W, Gotthardt M, Angerstein C, Behr TM. improved kinetic stability of DTPA- dGlu as compared with conventional monofunctional DTPA in chelating indium and yttrium: preclinical and initial clinical evaluation of radiometal labelled minigastrin derivatives. Eur J Nucl Med Mol imaging. 2003 Aug;30(8):1140-6.
27.	Nock BA, Maina T, Behe M, Nikolopoulou A, Gotthardt M, Schmitt JS, et al. CCK-2/gastrin receptor-targeted tumor imaging with (99m)Tc-labeled minigastrin analogs. J Nucl Med. 2005 Oct;46(10):1727-36.
28.	von Guggenberg E, Sallegger W, Helbok A, Ocak M, King R, Mather SJ, et al. Cyclic minigastrin analogues for gastrin receptor scintigraphy with technetium-99m: preclinical evaluation. J Med Chem. 2009 Aug;52(15):4786-93.
29.	Kolenc-Peitl P, Mansi R, Tamma M, Gmeiner-Stopar T, Sollner-Dolenc M, Waser B, et al. Highly improved metabolic stability and pharmacokinetics of indium-111-DOTA-gastrin conjugates for targeting of the gastrin receptor. J Med Chem. 2011 Apr;54(8):2602-9.
30.	Aloj L, Aurilio M, Rinaldi V, D'Ambrosio L, Tesauro D, Peitl PK, et al. Comparison of the binding and internalization properties of 12 DOTA-coupled and (1)(1)(1)in-labelled CCK2/gastrin receptor binding peptides: a collaborative project under COST Action BM0607. Eur J Nucl Med Mol imaging. 2011;38(8):1417-25.
31.	Laverman P, Joosten L, Eek A, Roosenburg S, Peitl PK, Maina T, et al. Comparative biodistribution of 12 (1) (l)(1)in-labelled gastrin/CCK2 receptor-targeting peptides. Eur J Nucl Med Mol imaging. 2011;38(8):1410-6.
32.	Ocak M, Helbok A, Rangger C, Peitl PK, Nock BA, Morelli G, et al. Comparison of biological stability and metabolism of CCK2 receptor targeting peptides, a collaborative project under COST BM0607. Eur J Nucl Med Mol imaging. 2011 Aug;38(8):1426-35.
452
Zdrav Vestn | september - oktober 2018 | Letnik 87