Synthese von 1,2,4,5-Tetrazinen für in vivo Click Chemie

Abstract

In der klinischen Diagnostik von Tumoren, Metastasen oder auch Morbus Parkinson ist die Positronen-Emmissions-Tomographie ein gerne eingesetztes Verfahren. Da die dafür verwendeten Radioisotope (18F: 108.9 min, 11C: 20.4 min) sehr kurze Halbwertszeiten aufweisen, kann es zu Problemen kommen, wenn die Anreicherungsgeschwindigkeit des PETTracers im Körper langsam von Statten geht, da dem Patienten dadurch höherer initiale Dosen verabreicht werden müssen. Dieses Problem lässt sich dadurch umgehen, dass man die Anreicherungszeit von der Halbwertszeit entkoppelt, indem man dem sogenannten Pretargeting-Ansatz folgt. In einem ersten Schritt wird dem Patient ein nichtradioaktiver Marker verabreicht, der sich im Zielgewebe anreichert. Nach einer angemessenen Zeitspanne wird in einem zweiten Schritt der radioaktiv markierte Tracer (PDR = Pull-Down-Reagenz) injiziert, welcher selektiv an den Marker bindet und so PET-Imaging ermöglicht. Das PDR muss, um erfolgreich eingesetzt werden zu können einigen Anforderungen, wie hohe Reaktionsraten mit dem Marker, schnelle Verteilung im Körper und hohe Bioorthogonalität genügen. Für die kovalente Verknüpfung zwischen Marker und PDR unter biologischen Bedingungen wird eine bioorthogonale Ligation, im Fall dieser Arbeit, die Diels-Alder Reaktion mit umgekehrtem Elektronenbedarf, benötigt. Hierbei reagiert ein substituiertes 1,2,4,5-Tetrazin mit einem gespannten Cycloocten. Das Tetrazin soll in diesem speziellen Fall als PDR eingesetzt werden, da relativ leicht unterschiedliche Substituenten eingeführt werden können. Für obige, radioaktiv markierte Tetrazine, sollten die Precursor bzw. die nicht radioaktiv markierten Refernezsubstanzen synthetisiert und ihre kinetischen Eigenschaften mittels Stopped-Flow- Analytik bestimmt werden.

Positron-Emission-Tomography (PET) is a diagnostic tool which is mainly used in the diagnosis of tumors, metastases and neurological conditions like morbus Parkinson. The radioisotopes, which are used for PET-imaging have very short halflives (18F: 108.9 min, 11C: 20.4 min). This short time spans can cause problems, when the administered PET-tracers accumulate very slow, in relation to the short half-life of 18F, in the target tissue. If this is the case, higher initial doses have to be administered to the patient. This problem can be solved, if the "Pretargeting-Approach" is used. With that approach the accumulation time is effectively decoupled from the half-lives. Therefore a non-radioactive marker is administered, which is trapped in appropriate cells/tissue. After an appropriate time span, the radioactive Tracer (Pull-Down-Reagent, PDR) is injected and binds selectively to the marker. To achieve good PET-Images, the marker and the tracer have to fulfill some criteria: They have to be bioorthogonal, react selectively with each other with fast reaction kinetics, etc. To achieve this covalent linkage, bioorthogonal ligations, especially the inverse-electron-demand Diels-Alder reaction (IEDDA) in the case of s-tetrazines has to be used. In such a reaction, a possibly substituted 1,2,4,5-tetrazine reacts with very fast kinetics with a strained cyclooctene. The reaction rate can be tuned via modification of the tetrazine or the cyclooctene. In this work, the 3,6-substituted tetrazines where designed as Pull-Down-Reagents due to their biological inertness and easy derivatization. The aim of this work was to synthesize precursors for the shown radioactive marked s-tetrazines and to measure their reaction rates in different solvents utilizing stooped-flow-kinetic measurements.