Unnatural Amino Acid Substitutions to Improve In Vivo GRPR-Targeting Capability of [68Ga]Ga-SP01011 for Cancer Imaging.

چکیده اصلی

Gastrin-releasing peptide receptor (GRPR) shows elevated expression in several malignancies and represents an attractive target in cancer imaging and radioligand therapy. However, improving in vivo stability without compromising high tumor uptake and low pancreatic uptake remains a key challenge for the development of GRPR-targeted radiopharmaceuticals. In the present study, we investigated whether incorporating unnatural amino acid substitutions at potential cleavage sites of the previously reported GRPR-targeted agonist [68Ga]Ga-SP01011 (Ga-DOTA-Pip-d-Phe-Gln7-Trp8-Ala9-Val10-Gly11-His12-Leu13-Ac6c14-NH2; Ac6c: 1-amino-1-cyclohexanecarboxylic acid) could enhance in vivo stability without compromising tumor-targeting capability. SP01012, SP01013, and SP01019 incorporating NMe-His12, Ala(tBu)13 and Tle10/NMe-His12 substitutions, respectively, were synthesized by Fmoc solid-phase peptide synthesis and obtained in 22-60% yield. Their corresponding nonradioactive Ga complexes were obtained in 58-89% yield by reacting the DOTA-conjugated precursors with excess GaCl3 in acetate buffer, and the products were subsequently purified by HPLC. In vitro competition binding assays demonstrated that the Ki values of Ga-SP01012, Ga-SP01013 and Ga-SP01019 were 1.36 ± 0.12, 11.5 ± 0.89 and 2.29 ± 0.77 nM, respectively. All three ligands retained agonistic characteristics as confirmed by the calcium release assay. Their 68Ga-labeled analogs were obtained by reacting the precursors with [68Ga]GaCl3 in HEPES buffer with microwave heating (100 °C, 1 min). Following HPLC purification, 68Ga-labeled tracers were obtained in 33-47% decay-corrected radiochemical yield with radiochemical purities >95%. PET/CT imaging together with ex vivo biodistribution analyses conducted at 1 h postinjection in PC-3 tumor-bearing mice demonstrated clear tumor visualization and predominantly renal excretion for all three tracers. Among them, [68Ga]Ga-SP01012 containing the NMe-His12 substitution alone, had the most favorable profile, with the highest tumor uptake (15.8 ± 0.65% ID/g), low pancreas uptake (1.27 ± 0.32% ID/g), and improved in vivo plasma stability (78.1 ± 0.83% intact tracer at 15 min postinjection compared to 63.5 ± 6.24% for [68Ga]Ga-SP01011). In contrast, [68Ga]Ga-SP01019, containing both Tle10 and NMe-His12 substitutions, showed the highest plasma stability (88.3 ± 2.90% intact tracer at 15 min postinjection), but this was accompanied by lower tumor uptake (12.4 ± 1.54% ID/g) and markedly increased pancreas uptake (23.7 ± 3.47% ID/g). [68Ga]Ga-SP01013, containing the Ala(tBu)13 substitution, showed reduced GRPR binding affinity and lower tumor uptake (8.33 ± 1.41% ID/g). Our findings indicate that [68Ga]Ga-SP01012 is a potential PET tracer for visualizing GRPR-expressing tumors, and the NMe-His12 substitution is a favorable modification for the design of GRPR-targeted agonist-based radiopharmaceuticals.

ترجمه فارسی چکیده

گیرنده پپتید آزادکننده گاسترین (GRPR) در چندین سرطان بیان بالایی دارد و هدف جذابی برای تصویربرداری و رادیولوگاند درمان است. اما بهبود پایداری درون‌زندگی بدون کاهش جذب تومور و افزایش جذب پانکراس، چالش اصلی توسعه داروهای رادیوفارماکولیستی هدف‌دار GRPR است. در این مطالعه، بررسی شد که آیا جایگذاری آمینو اسیدهای غیرطبیعی در سایت‌های احتمالی برش پپتید آگونیست هدف‌دار GRPR قبلی [68Ga]Ga-SP01011 می‌تواند پایداری درون‌زندگی را بدون کاهش قابلیت هدف‌گیری تومور بهبود بخشد. پپتیدهای SP01012، SP01013 و SP01019 که شامل جایگذاری‌های NMe-His12، Ala(tBu)13 و Tle10/NMe-His12 بودند، با استفاده از سنتز پپتید رویی جامد Fmoc سنتز شدند. آزمون‌های رقابتی درون‌زمانی نشان دادند که Ki مقادیر Ga-SP01012، Ga-SP01013 و Ga-SP01019 به ترتیب 1.36 ± 0.12، 11.5 ± 0.89 و 2.29 ± 0.77 نانومتر است. تصویربرداری PET/CT و تحلیل توزیع بیودستribution در موش‌های حامل تومور PC-3 پس از تزریق ۱ ساعت، تصویربرداری واضح تومور و دفع کلیوی را برای همه رادیولوگاند‌ها نشان داد. [68Ga]Ga-SP01012 که تنها شامل جایگذاری NMe-His12 بود، پروفایل مطلوب‌تری داشت: بیشترین جذب تومور (15.8 ± 0.65% ID/g)، جذب پانکراس کم (1.27 ± 0.32% ID/g) و پایداری پلاسما بهبود یافته (78.1 ± 0.83% در ۱۵ دقیقه پس از تزریق). در مقابل، [68Ga]Ga-SP01019 که شامل هر دو جایگذاری Tle10 و NMe-His12 بود، پایداری پلاسما بیشتری داشت (88.3 ± 2.90%) اما جذب تومور کمتری (12.4 ± 1.54% ID/g) و جذب پانکراس بسیار بیشتر (23.7 ± 3.47% ID/g) داشت. [68Ga]Ga-SP01013 که شامل جایگذاری Ala(tBu)13 بود، جذب GRPR و جذب تومور را کاهش داد (8.33 ± 1.41% ID/g). یافته‌ها نشان می‌دهد که [68Ga]Ga-SP01012 یک رادیولوگاند PET پتانسیل برای تصویربرداری تومورهای بیان‌کننده GRPR است و جایگذاری NMe-His12 یک اصلاح مطلوب برای طراحی داروهای رادیوفارماکولیستی مبتنی بر آگونیست‌های هدف‌دار GRPR است.

متن کامل اصلی