Nové PSMA radioligandy s mnohočetnými chelatačními jednotkami pro pokročilou radiotherapii rakoviny prostaty

Abstract

Tato diplomová práce se zaměřila na návrh, syntézu, radioaktivní značení a in vitro biologické hodnocení nových radioligandů cílených na prostatický specifický membránový antigen (PSMA) pro teranostické aplikace u pokročilého karcinomu prostaty (PCa). Na základě klinicky ověřených ligandů PSMA-617 a PSMA I&T byly navrženy struktury nesoucí dva chelátory za účelem optimalizace koordinace radiokovů, biologické účinnosti a terapeutického potenciálu. Teoretická část poskytla přehled o PCa, strategiích léčby, klinickém významu PSMA jako molekulárního cíle a klíčových radionuklidech používaných v cílené radionuklidové terapii. Experimentálně byly syntetizovány jak referenční ligandy, tak nové deriváty obsahující chelátory DOTA, DOTAGA a Macropa pomocí optimalizovaných protokolů na pevné fázi. Následně byly purifikovány pomocí reverzní HPLC a jejich identita byla potvrzena pomocí ESI-MS a MALDI-MS. Radioaktivní značení bylo provedeno terapeutickými radionuklidy emitujícími částice alfa, beta minus a Augerovy elektrony (Tb-161, Lu-177, and Ac-225), přičemž bylo dosaženo vysoké radiochemické čistoty a specifické aktivity. Radiolytická stabilita byla hodnocena za fyziologicky relevantních podmínek. Fyzikálně-chemické vlastnosti, včetně lipofility (LogD), byly systematicky hodnoceny. Biologická účinnost byla vyhodnocena pomocí vazebných a internalizačních experimentů na PSMA-pozitivních (C4-2, PC-3 PIP) a PSMA-negativních (PC-3, PC-3 Flu) liniích buněk PCa. Ze všech testovaných sloučenin se jako nejperspektivnější kandidát ukázal ligand PSMA-617-bisDOTA, který vykazoval zlepšenou kinetiku značení napříč různými radionuklidy, vyšší míru internalizace ve srovnání s PSMA-617 a syntetickou dráhu vedoucí k vyšší chemické čistotě ve srovnání s PSMA I&T a jeho deriváty. Tyto výhody by mohly souviset se zvýšenou polaritou sloučeniny, optimalizovaným prostorovým uspořádáním vůči PSMA receptoru a přítomností dvou chelátorů, které mohou napomáhat efektivnější komplexaci radiokovů. Závěrem tato práce poskytuje cenné poznatky o významu racionálního návrhu ligandů pro zlepšení fyzikálně-chemických a biologických vlastností PSMA-cílených radiofarmak. Vyvinutý ligand PSMA-617-bisDOTA vykazuje potenciál pro využití v budoucích teranostických strategiích nejen u PCa.

This master's thesis focused on the design, synthesis, radiolabeling, and in vitro biological evaluation of novel prostate-specific membrane antigen (PSMA)-targeting radioligands for theranostic applications in advanced prostate cancer (PCa). Building upon clinically established ligands PSMA-617 and PSMA I&T, dual-chelator systems were introduced to enhance radiometal coordination, biological performance, and therapeutic potential. The theoretical framework provided an overview of PCa, treatment strategies, the clinical relevance of PSMA as a molecular target, and key radionuclides used in targeted radionuclide therapy. Experimentally, both established ligands and new derivatives incorporating DOTA, DOTAGA, and Macropa chelators were synthesized using optimized solid phase-assisted protocols, purified by RP-HPLC, and confirmed by ESI-MS and MALDI-MS. Radiolabeling was achieved with alpha, beta minus, and Auger electron-emitting therapeutic radionuclides (Tb-161, Lu-177, and Ac-225), reaching high radiochemical purities and specific activities. Radiolytic stability was assessed under physiologically relevant conditions. Physicochemical properties, including lipophilicity (LogD), were systematically evaluated. Biological performance was analysed through binding and internalization assays in PSMA-positive (C4-2, PC-3 PIP) and PSMA-negative (PC-3, PC-3 Flu) PCa cell lines. Among all compounds, PSMA-617-bisDOTA emerged as the most promising candidate, exhibiting superior radiolabeling kinetics across multiple radionuclides, improved internalization compared to PSMA-617, and a scalable synthetic route with higher purities than PSMA I&T and its derivatives. These advantages could be attributed to its increased polarity, optimized spatial presentation toward the PSMA receptor, and the presence of two independent chelating sites facilitating more efficient radiometal complexation. In conclusion, this work provides valuable insights into the role of rational chelator design in enhancing the physicochemical and biological performance of PSMA-targeted radiopharmaceuticals. The development of PSMA-617-bisDOTA establishes a highly promising next-generation ligand that holds strong potential for advancing theranostic strategies in not only PCa.