Revisión bibliográfica

 

Agentes quelantes bifuncionales utilizados en la síntesis de radiofármacos

 

Bifunctional chelating agents used in the synthesis of radiopharmaceuticals

 

Elisa Leyva Ramos,¹ Socorro Leyva Ramos,¹ Carlos Jesús Cortés García²

 

¹ Centro de Investigación y Estudios de Posgrado, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Autónoma de San Luis Potosí.

² Departamento de Química, Universidad de Guanajuato.

 

Correspondencia   

Dra. Socorro Leyva Ramos
Centro de Investigación y Estudios de Posgrado
Facultad de Ciencias Químicas
Universidad Autónoma de San Luis Potosí
Av. Dr. Manuel Nava No. 6, Zona Universitaria, San Luis Potosí, S.L.P.
México, C.P. 78210 Tel. (444)-826-2440 al 46 ext. 526
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e-mail: sleyva@uaslp.mx

 

Fecha de recepción: 23 de mayo de 2012.
Fecha de recepción de modificaciones: 20 de noviembre de 2012. 
Fecha de aceptación: 15 de diciembre de 2012.

 

Resumen

Los radiofármacos son compuestos orgánicos que contienen átomos de elementos radiactivos. Se han diseñado para utilizarse en diagnóstico o terapia, para liberar pequeñas dosis de radiación ionizante a ciertos tejidos u órganos en el cuerpo. En contraste con la quimioterapia convencional, los radiofármacos actúan contra células malignas con alta especificidad. Generalmente, los radiofármacos consisten en un agente quelante bifuncional, una molécula marcadora, un conector y un radionúclido.

En esta revisión, se presentan los aspectos generales de radiofármacos de marcado específico así como los agentes quelantes bifuncionales más utilizados para la generación de estos medicamentos.

Palabras clave: Radiofármacos, agentes quelantes bifuncionales, radionúclido.

 

Abstract

Radiopharmaceuticals are organic compounds containing atoms of some radioactive elements. They are designed for diagnostic or therapeutic purposes, to deliver small doses of ionizing radiation to certain tissues or organs in the body. Unlike classical chemotherapeutics, radiopharmaceuticals act against malignant cells with high specificity. These compounds contain a bifunctional chelating agent, a targeting molecule, a linker and a radionuclide. In this review, the general aspects of target specific radiopharmaceuticals are presented, as well as, the bifunctional chelating agents most studied in the development of these drugs.

Key words: Radiopharmaceuticals, bifunctional chelating agents, radionuclide.

 

Introducción

Radiofármacos

El proceso de marcado de fármacos comenzó desde 1908 con el Dr. Paul Ehrlich, quien propuso que los agentes quimioterapéuticos podrían unirse covalentemente a sustrato ligantes como anticuerpos, los cuales tienen afinidad y especificidad para marcar tejidos que presentan tumores malignos.¹ Por lo que varios investigadores han estado estudiando diferentes ligantes y agentes quimioterapéuticos para el desarrollo de bioconjugados (figura 1), dando inicio a la era de los radiofármacos con el uso de metales radiactivos (radionúclidos) y diferentes moléculas marcadoras como anticuerpos, péptidos, entre otros.

Los radiofármacos son importantes por sus aplicaciones médicas en diagnóstico o terapia.^2,3 Un radiofármaco de diagnóstico es una molécula marcada con un isótopo de emisión que permite evaluar una enfermedad o eficacia de un tratamiento terapéutico específico.^4-8 Por otro lado, un radiofármaco terapéutico es una molécula diseñada para liberar dosis de radiación ionizante a sitios específicos.

Hay tres formas para suministrar esta radiación: irradiación externa, semillas radiactivas implantables o administración sistémica. Un radiofármaco de marcado específico generalmente contiene una molécula marcadora o biomolécula (BM), un conector, un radionúclido y un agente quelante bifuncional. Este último se conoce como BFCA por su nombre en inglés (bifunctional chelating agent). La molécula marcadora es el acarreador que lleva el radionúclido al sitio receptor del tejido enfermo.

Los radiofármacos más populares en la actualidad son los que contienen radionúclidos de tecnecio (^99mTc) y de renio (^186,188Re), ya que presentan propiedades nucleares favorables para imagen y terapia en el tratamiento de diversas enfermedades, como cardiovasculares (^99mTc, γ 140 Kev, t_1/2= 6 h; ¹⁸⁶Re, β 1.07 Mev, t_1/2=90 h, ¹⁸⁸Re, β 2.21 Mev, t_1/2=17 h). Existen artículos donde se reporta el empleo de varios radionúclidos (¹³¹I, ⁶⁷Ga, ⁶⁷Cu, ^212/213Bi)^3,7,11-17 y la síntesis de quelatos bifuncionales^{1-7,9,10,18-20} que se utilizan para marcar diferentes receptores como anticuerpos, ácidos grasos,¹⁴ péptidos,^{3,7,9-13,16,21-26} esteroides,^27-31 adenovirus,^32,33 y fármacos como tamoxifeno.³⁴

Marcado de biomoléculas utilizando agentes quelantes bifuncionales

Un gran número de técnicas de radiomarcado han sido desarrolladas y extensamente revisadas.^13,35-39 En la técnica conocida como premarcado se emplea un agente quelante bifuncional que forma un complejo con el radionúclido y después se conjuga con la biomolécula marcadora.¹³ En 1985 se utilizó por primera vez esta técnica para unir ⁶⁷Cu a un anticuerpo monoclonal.⁴⁰ Posteriormente, en 1994 se aplicó esta metodología en el marcado de un anticuerpo con ⁹⁰Y y ¹¹¹In (Figura 2).⁴¹

La técnica del postmarcado se basa en la conjugación del BFCA con la molécula marcadora (figura 3), seguido por el radiomarcado del bioconjugado con el radionúclido.^3,42 Este método es el más utilizado en el desarrollo de radiofármacos, ya que no hay pérdida en la actividad biológica de la biomolécula.

Un radiofármaco de diagnóstico requiere que la biomolécula radiomarcada presente una alta captación en el órgano a marcar con una relación señal-ruido diagnósticamente útil en un corto periodo de tiempo. Para lograr este objetivo, la biomolécula marcada debe poseer un tiempo corto de residencia en la sangre, para minimizar la exposición de tejidos sanos a radiactividad. El tiempo de retención en la sangre debe ser lo suficientemente prolongado para permitir que el bioconjugado se una al sitio receptor y logre una acumulación adecuada en el tejido a marcar, permitiendo conseguir imágenes diagnósticamente útiles.

Siendo necesario que el BFCA forme un complejo metálico con alta estabilidad termodinámica para evitar tener competencia con quelatos nativos como la transferrina.

La elección de las características del quelato metálico de un BFCA también depende de la farmacocinética del radiofármaco.^43-45 Para anticuerpos marcados que frecuentemente tienen una vida media alta en el torrente sanguíneo y en el sitio del tumor, el quelato metálico tiene que presentar una alta estabilidad termodinámica y una cinética adecuada para soportar la competencia que existe con los iones metálicos y quelatos nativos en la circulación sanguínea, además de tolerar el metabolismo hepatobiliar. Sin embargo para pequeñas moléculas radiomarcadas, la vida media biológica en el torrente sanguíneo es normalmente más corta que para los anticuerpos marcados. El principal objetivo al elegir un BFCA es minimizar la disociación en vivo del radionúclido.³⁵

Agentes quelantes bifuncionales (BFCAs)

Los agentes quelantes bifuncionales han sido desarrollados para marcar biomoléculas, para el diagnóstico y terapia en vivo.⁴¹ A estos se les considera, la parte más importante de un radiofármaco de marcado específico, ya que coordina al radionúclido y se encuentra unido covalentemente a la molécula marcadora directamente o a través de un conector. En la figura 4 se muestra una representación esquemática de un radiofármaco de marcado específico (Figura 4).³⁵

Las moléculas marcadoras son los acarreadores de los radionúclidos al sitio receptor en vivo y pueden ser macromoléculas como anticuerpos y sus fragmentos, o pequeñas moléculas orgánicas como péptidos entre otros.^10,35,46 La selección de un BFCA esta generalmente determinada por la naturaleza y estado de oxidación del ión metálico. El conector es frecuentemente usado para modificar las propiedades farmacocinéticas del radiofármaco y su biodistribución, alterando la carga neta, lipofilicidad e hidrofilicidad.⁴⁷

En la Figura 5³⁵ se muestran los diferentes conectores que existen (catiónicos, aniónicos, neutros o de corte metabólico). El conector puede ser una simple cadena alifática para incrementar la lipofilicidad, una secuencia de polipéptidos (como poliglicina, poliserina, o ácido poliaspártico) para incrementar la hidrofilicidad y depuración renal, o un polietilenglicol para una lenta extracción de los hepatocitos y sales de amina que modifica la carga neta de estos medicamentos.

Los conectores metabolizables se han usado para los análogos de la somatostatina marcados con ¹¹¹In.⁴⁸ Un conector tetrapeptídico Gly-Gly-Gly-Leu-(ρ-NO₂)-Ar-CONH₂ que ha sido cortado entre los residuos de Gly y Ar se ha usado para modificar las propiedades farmacocinéticas de anticuerpos marcados con ⁹⁰Y. Dependiendo del radionúclido y del BFCA, los grupos conectores son capaces de un rápido metabolismo; por ejemplo la presencia de un éster o disulfuro, pueden incrementar la eliminación de los radiofármacos en la sangre por medio del sistema renal.

El uso de radionúclidos ofrece muchas oportunidades para diseñar nuevos radiofármacos modificando el ambiente de coordinación alrededor del metal con una variedad de agentes quelantes. La química de coordinación del radionúclido metálico determinará la geometría y la estabilidad en solución del quelato metálico. Cada radionúclido presenta una química de coordinación diferente y requiere un BFCA con diferentes átomos donadores y fragmentos ligandos.

La naturaleza del quelato metálico puede impactar significativamente en la biodistribucion del radiofármaco y en su fijación al tumor, ya que modifica el tamaño global y el peso molecular del radiofármaco. Por lo tanto, el diseño y selección del BFCA es muy importante para el desarrollo de un agente terapéutico clínico útil

Requerimientos básicos de un agente quelante bifuncional (BFCA)

Hay varios requerimientos para considerar a un BFCA. La coordinación con el radionúclido debe ser fuerte y formar un complejo relativamente estable, que coincida con la naturaleza y estado de oxidación del radionúclido para evitar un cambio en su estado de oxidación.³⁵ También debe presentar tolerancia hacia la radiólisis, ya que una dosis alta de radiación β, puede producir radicales libres muy reactivos, los cuales ocasionan una descomposición considerable del quelato metálico durante la distribución del radioconjugado ocasionando que este sea altamente tóxico.

Por lo tanto, el BFCA debe de formar un complejo con una alta estabilidad termodinámica, a pH neutro para mantener intacto el radionúclido bajo condiciones fisiológicas así como generar un quelato metálico con la menor cantidad de isómeros posibles.^35,49,50 Además, el BFCA debe tener una alta hidrofilicidad que ayude a su eliminación en sangre y excreción renal.⁵¹

Grupos de conjugación de un radiofármaco

Los ésteres activos, isotiocianatos, maleimidas, hidrazidas, α-haloamidas y perfluoro aril azidas⁹ son grupos funcionales que pueden estar presentes en un BFCA ya que ayudan a la unión covalente de este con la biomolécula (Figura 6). Los ésteres activos se usan para formar un enlace amida entre un ácido carboxílico de un BFCA y un grupo amino de la biomolécula, dentro de los que se encuentran p-nitrofenil, pentafluorofenil, N- hidroxisuccinimida y sulfo- N- hidroxi-succinimida.

El éster de N-hidroxisuccinimida es muy reactivo con una alta selectividad por aminas alifáticas.^3,52-54 La elección de un éster activo para ser usado en la formación del enlace BFCA-biomolécula es parcialmente debida a su reactividad total, pero también a la fácil remoción de los subproductos. Por ejemplo, para un conjugado BFCA-BM insoluble en agua, un éster succinimida es conveniente, ya que tanto la N-hidroxisuccinimida como la sulfo-N-hidroxisuccinimida son muy solubles en agua y fáciles de remover.^53,54 Pero para un conjugado BFCA-BM soluble en agua, los ésteres de p-nitrofenil o pentafluorofenil, pueden ser inclusive una buena opción.⁹

Los isotiocianatos presentan una reactividad intermedia y forman enlaces tio-urea con aminas primarias de proteínas o péptidos. En general son más estables en agua que los ésteres de N-hidroxisuccinimida y reaccionan con aminas en solución acuosa a un pH óptimo entre 9-9.5. Por lo tanto, estos no son apropiados para la modificación de biomoléculas que son sensibles a condiciones alcalinas.

Las maleimidas reaccionan selectivamente con tioles y forman enlaces tio-éter sin ninguna competencia con la histidina u otros grupos reactivos. El pH óptimo para la reacción es cerca de 7, a pH más alto, pueden hidrolizarse formando ácidos maleimídicos no reactivos.^45,55

Las hidrazidas son grupos de conjugación que reaccionan con el aldehído de la biomolécula para formar un conjugado de hidrazona-BM. Estas son apropiadas para biomoléculas que contienen en su estructura un grupo hidroxilo alifático (serina, treonina e hidroxilisina), el cual puede ser oxidado rápidamente con periodato a pH de 7 para generar un aldehído. Las hidrazonas formadas son estables en un pH entre 6 y 8 por 12 horas a 22°C.⁵⁶ Las α-haloamidas son apropiadas para la conjugación con péptidos que contienen un grupo tiol libre. Los haluros (cloro, bromo) de acetilamida son los más usados.^57,58

Las perfluoro aril azidas producen agentes quelantes bifuncionales fotolábiles útiles para el enlace covalente a moléculas marcadoras.³⁶ Estos compuestos son los principales precursores utilizados en fotomarcado.^59,60 Esta técnica es una alternativa atractiva para la unión de los BFCAs a proteínas y anticuerpos,⁶¹ en donde el grupo perfluoro aril azida^59,62-66 produce, a través de radiación electromagnética en el rango del ultravioleta-visible, un intermediario altamente reactivo, que puede ser un nitreno singulete o triplete.^67,68 En el caso del nitreno singulete es posible realizar una inserción eficiente con los enlaces C-H o N-H presentes en la biomolécula, mientras que el nitreno triplete promueve la abstracción de hidrógenos en la biomolécula para formar anilinas o se dimeriza con el mismo para generar azobencenos.⁶⁹

Tipos de agentes quelantes bifuncionales

En la siguiente sección se presentan los agentes quelantes bifuncionales más utilizados en el desarrollo de diferentes radiofármacos, es muy importante seleccionar cuidadosamente el BFCA más adecuado, ya que la conjugación de este con una biomolécula dada requiere condiciones específicas de pH, temperatura y tiempos de reacción.

DTPA (ácido N^α-dietilentriaminopentaácetico). Este pertenece al grupo de los quelatos poliaminocarboxílicos y es un derivado del EDTA, que fue desarrollado por Sundberg y colaboradores⁷⁰ en 1974 (Figura 7a).⁹ El DTPA es un grupo quelato fuerte para lantánidos y algunos iones metálicos de transición incluyendo Mn (II) e In (III), no es un buen ligando para Tecnecio y Renio. El DTPA se puede unir tanto a grandes proteínas como albúminas y anticuerpos^45,55 y a pequeños péptidos como los análogos de la somatostatina.⁷¹ La conjugación del DTPA con macromoléculas se ha realizado con el uso del cloroformiato de isobutilo como agente de acoplamiento.⁷² Para la conjugación con péptidos se han aplicado los derivados del DTPA tales como el anhídrido bicíclico (cDTPA) y el derivado monoreactivo mDTPA (Figura 7 incisos b, c).⁹

El cDTPA fue sintetizado por Krejcarek y Tucker⁷¹ en 1977 y se ha usado por muchos investigadores en medicina nuclear, Hnatowich y colaboradores⁷³ en 1983 desarrollaron un método simple para el acoplamiento covalente del cDTPA con péptidos. La eficiencia de este método es relativamente alta y ofrece algunas ventajas. La reacción se realiza en solución acuosa y se lleva a cabo en un solo paso, el producto secundario de la reacción, es un derivado DTPA doblemente sustituido y un material no reactivo que puede ser fácilmente separado por cromatografía de gel.

Este método es inapropiado para análogos de la somatostatina, debido a que el residuo de la lisina se encuentra situado dentro del sitio activo de la molécula, la conjugación puede resultar en la pérdida de la actividad del enlace al receptor. En 1991, Bakker y colaboradores⁷⁴ propusieron proteger el residuo de la lisina dentro del sitio activo del péptido, antes de la reacción con cDTPA y desprotegerlo después de la conjugación, esto permite una reacción selectiva del grupo amino N-terminal con BFCA. Posteriormente en 1989, Boniface y colaboradores⁷⁵ realizaron el marcado con ¹⁵³Sm del cDTPA con un anticuerpo monoclonal (K-1-21) con células linfáticas, obteniendo un marcado muy eficiente y sin pérdida de la inmunoreactividad del radiofármaco.

Arano y colaboradores⁷² en 1991 sintetizaron el mDTPA con cuatro grupos carboxilos protegidos como ésteres de terbutilo (Figura 7c)⁹ y un grupo carboxílico libre, para permitir la formación de uniones intermoleculares libres con la biomolécula.

Un gran obstáculo en la eficiencia del radiomarcado con conjugados de DTPA es la presencia de metales traza en su preparación, ya que ellos compiten con los radionúclidos en el proceso de marcado. Para evitar esto, se debe de utilizar un exceso del péptido conjugado así como un radionúclido de alta pureza. Se ha visto que los derivados del DTPA pueden formar complejos estables con ¹¹¹In (Figura 8),⁹ debido a que se coordina con ocho átomos donadores, de los cuales tres provienen del grupo amino, cuatro del grupo carboxílico, y el otro del oxígeno del carbonilo del grupo amida.⁷⁶

Una ventaja de usar análogos del DTPA es su rápida cinética de marcado con anticuerpos o fragmentos de anticuerpos debido a que son resistentes a altas temperaturas. Muchos grupos de investigación se han dedicado a la síntesis de conjugados DTPA-biomolécula para mejorar la estabilidad termodinámica y cinética con ⁹⁰Y o ¹¹¹In.⁴¹ Por lo que se han preparado derivados del DTPA, para desarrollar conjugados de primera (Figura 9 incisos a, b)⁹ y segunda generación (Figura 9c).^9,77,78

La primera generación fueron sintetizados por Brechbiel y colaboradores⁷⁹ que reportaron la síntesis del quelato ácido 1-(p-isotiocianato de bencilo)-dietilentriaminopentaacético (Figura 9a)⁹ y su conjugación con un anticuerpo monoclonal (MoAb B72.3) empleado para el diagnóstico del carcinoma humano colon rectal con el radionúclido ¹¹¹In. Posteriormente, Keana y Jeffry⁸⁰ en 1990 reportaron la síntesis de un compuesto similar. Sin embargo, el uso de estos BFCAs ha sido limitado por las complejas separaciones involucradas en su preparación, y por la baja estabilidad in vivo que presentan. Por lo tanto, se preparó una segunda generación de derivados del DTPA (Figura 9c),⁹ en donde se reemplaza uno de los grupos etileno de la estructura del quelato por un grupo ciclohexilo. Tal modificación incrementó la rigidez en la estructura del DTPA y la estabilidad in vivo del radiofármaco.

Recientemente se ha publicado la síntesis de nuevos derivados del DTPA en donde se mejoran las propiedades termodinámicas y cinéticas del BFCA así como la estabilidad in vivo del radiofármaco.⁹ Safavy y colaboradores⁸¹ en el 2002 sintetizaron el ácido N⁴, N^α, N^α, N^ε, N^ε- (pentakis (carboximetil))- N⁴-(carboximetil)- 2,6-diamino-4-azahexanoico hidrazida (Figura 10), el cual fue conjugado con una proteína (Mab Δ CH2HuCC49) para después ser marcado con ⁹⁰Y para el tratamiento de cáncer de colon rectal.

DOTA (ácido 1, 4, 7, 10- tetraazaciclododecano- N, N', N'', N''' - tetraacético) y sus derivados son ejemplos de quelatos macrocíclicos, que surgieron a partir de 1967, cuando Pederson^82,83 dio a conocer la química de los éteres corona. Desde entonces se ha reportado en la literatura un gran número de ejemplos de este tipo de quelatos utilizando una gran variedad de átomos donadores con diferentes iones metálicos, ya que forman complejos metálicos con buena estabilidad termodinámica y cinética adecuada.

El agente quelante DOTA (Figura 11a)⁹junto con sus derivados (Figura 11a)⁹ son una buena alternativa que puede ser utilizada en lugar del DTPA, ya que los complejos metálicos de dicho compuesto han mostrado tener una liberación del radionúclido bajo condiciones fisiológicas.⁴⁸ El DOTA forma complejos muy estables con una variedad de radionúclidos trivalentes, tales como ⁶⁸Ga⁷⁹, ⁹⁰Y, ¹¹¹In, ¹⁴⁹Pm, ¹⁷⁷Lu,^84,85 y radionúclidos divalentes como ²⁷Mg, ⁴⁷Ca, ⁶⁴Cu.⁸⁶

Se han desarrollado dos metodologías de conjugación del DOTA con biomoléculas. En el primer método, uno de los cuatro grupos carboxílicos en la molécula de DOTA es activado para facilitar su reacción con aminas primarias en la biomolécula y formar un enlace amida estable. Mientras que en el segundo método, la biomolécula se une covalentemente a los derivados de DOTA con cadenas laterales (Figura 11 incisos b,c).^5,9,84

En años recientes, Eisenwiener y colaboradores⁸⁷ introdujeron nuevos derivados (Figura 11d)⁹ donde la conjugación se realizó a través del grupo amino de la biomolécula. Los conjugados DOTA son especialmente apropiados para radionúclidos de terapia, ya que pueden ser marcados con ⁶⁷Ga, ⁹⁰Y⁷³ e ¹¹¹In.⁸⁸ De Jong y colaboradores⁸⁹ han demostrado que los conjugados de ⁹⁰Y-DOTA tienen muy buenas propiedades farmacocinéticas in vivo. Sin embargo, en estos conjugados el quelato está situado cerca del péptido, haciendo que el bioconjugado sea más rígido y menos flexible, lo cual provoca que el enlace con el receptor sea más difícil.

Reubi y colaboradores⁹⁰ reportaron complejos de ⁶⁷Ga-DOTA con mejores propiedades farmacológicas. Donde la geometría de coordinación del radionúclido, incrementó la flexibilidad del ligando y permitió una mejor afinidad al sitio de enlace del receptor. Para un tratamiento en radioterapia seguro y potente se requiere un ligando que forme un complejo estable con una cinética de complejación clínicamente aceptable. Por lo que Chong y colaboradores,⁹¹ sintetizaron la segunda generación del DOTA, el DEPA (ácido (7- [2- bis- (carboximetil- amino)-etil]- 4, 10- bis- carboximetil- 1, 4, 7, 10- tetraza- ciclododec- 1-il)- acético), donde evaluaron la estabilidad del quelato con ¹⁷⁷Lu, ^212/213Bi y ^205/206Bi (Figura 12).⁹¹

Muy recientemente el mismo grupo llevó a cabo la síntesis de un nuevo agente quelante bifuncional el c-DEPA (Figura 13),¹⁵ el cual lograron conjugarlo al trastuzumab que es un anticuerpo para el marcado específico de tumores, evaluando la cinética de complejación con el ^205/206Bi. El radiofármaco mostro una alta eficiencia de radiomarcado y buena estabilidad en suero humano durante 72 h, por lo que en base a estos resultados, los autores sugieren que el c-DEPA puede ser un buen agente quelante para radioinmunoterapia utilizando radionúclidos de ^212/213Bi.¹⁵

En 2012, Susuki y colaboradores¹⁶ reportaron la síntesis de un nuevo análogo, el c-DOTA (Figura 14) como agente quelante para el ¹¹¹In, utilizado en la radiodetección, donde el complejo mostró altos rendimientos radioquímicos y buena estabilidad termodinámica.

TETA (ácido 1, 4, 8, 11- tetraazaciclotetradecano- 1, 4, 8, 11-tetraacético) Figura 15,⁹ es uno de los agentes quelates más estudiados para cobre en el marcado de péptidos y anticuerpos en radioterapia. Se han sintetizado varios derivados de este, que se han utilizado en el desarrollo de conjugados de ⁶⁷Cu con anticuerpos para el tratamiento de cáncer de colon.^41,55,92,93 TETA también ha sido exitosamente utilizado como BFCA con análogos de la somatostatina.⁹

El grupo de Yoo⁹⁴ en el 2012 reportaron la síntesis de un nuevo agente quelante tipo TETA. El PCB-TE2A puede acomplejarse con ⁶⁴Cu (Figura 16) ,⁹⁴ teniendo una muy alta estabilidad cinética y adecuada biodistribución, para ser utilizado como radiofármaco de marcado específico.

NOTA (ácido 1,4,7-triazaciclononano-1,4,7-triacético) Figura 17a junto con su derivado fosfonato NOTP (Figura 17b) y éster monoetil NOTPME (Figura 17c) fueron estudiados para su posible uso como radiofármacos.⁹ Se han reportado los complejos de estos agentes quelantes con ^67/68Ga y ¹¹¹in.^85,93,95 Recientemente Jeong y colaboradores⁹⁶ reportaron la conjugación de NOTA con el péptido cíclico Arg- Gly- Asp- D-Tyr- Lys [c (RGDyK)] y marcado con ⁶⁸Ga para estudios de imagen de angiogénesis en el tejido isquémico, obteniendo un alto rendimiento de marcado y alta selectividad a los receptores del péptido cíclico.

Eisenwiener y colaboradores⁹⁷ sintetizaron un derivado monoreactivo de NOTA, el NODAGA (Figura 17d).⁹ Este BFCA es útil para acoplar péptidos con el grupo N-amino terminal tanto en fase sólida como en solución. Los conjugados del NODAGA-biomolécula fueron marcados con ⁶⁷Ga y ¹¹¹In en altos rendimientos y presentaron buenas actividades específicas.

La segunda generación de NOTA fue preparada por Chong y colaboradores⁹⁸ resultando NETA (ácido {4- [2- (bis-carboximetil- amino)- etil]- 7- carboximetil- [1.4.7]triazonan-1-il}-acético)    y NE3TA (ácido {4-carboximetil-7- [2- (carboximetil- amino)- etil]- [1.4.7]triazonan-1-il}-acético) (Figura 18).⁹¹ Estos ligandos fueron evaluados como quelatos con varios metales (⁹⁰Y, ^205/206Bi, ²⁰³Pb, ¹⁷⁷Lu y ⁶⁴Cu) mostrando una buena afinidad por lo que se pueden utilizar en diagnóstico y terapia. En particular, los quelatos de NETA resultaron ser muy efectivos en radioinmunoterapia, donde se emplea un anticuerpo monoclonal para la entrega selectiva del radioisótopo citotóxico.

La tercera generación de estos compuestos fue recientemente propuesta por Gasser y colaboradores⁹⁹ en el 2008, ellos sintetizaron un derivado del 1,4,7-triazaciclononano, (TACN) el ácido 2- (4, 7- bis- (2- piridilmetil)- 1, 4, 7- triazaciclononan- 1-il)-acético (Figura 19),⁹⁹ que contiene tanto un grupo carboxílico para la unión covalente a la biomolécula como dos grupos secundarios piridil. Ellos realizaron el radiomarcado con ⁶⁴Cu y su conjugación con un análogo de la bombesina en la radiodetección del cáncer pancreático. Gasser y colaboradores concluyeron que el bioconjugado presenta una alta estabilidad in vivo y rápida separación renal sin pérdida del radionúclido.

Abrams y colaboradores¹⁰⁰ en 1990 fueron los primeros en reportar el uso de arilhidrazinas, incluyendo el ácido 4-hidrazinobenzoico (HYBA) y el ácido 6-hidrazinonicotínico (HYNIC) (Figura 20),⁹ como agentes quelantes bifuncionales para ^99mTc y su conjugación con anticuerpos policlonales IgG.^100,101 Desde entonces HYNIC se ha usado para el marcado de ^99mTc con anticuerpos,¹⁰² péptidos,¹⁰³ quimiotácticos,¹⁰⁴ γ-globulinas,^101,102 análogos de la somatostatina,¹⁰⁴ receptores para ligandos folatos¹⁰⁵ y polipéptidos.^106-108

La ventaja de utilizar el HYNIC es su alta eficiencia de marcado. El arreglo estructural del HYNIC indica solo la presencia de dos sitios de coordinación del radionúclido. Por ello con un coligando como la tricina, ácido etilen-diamino-acético o glucoheptonato se coordina para completar la esfera de coordinación del radionúclido^109,110 (Figura 21).⁹ La conjugación de los coligandos ayuda a modificar las propiedades farmacocinéticas del radiofármaco.

Se han encontrado que los derivados de HYNIC, junto con fosfinas¹¹⁰,¹¹¹ y tricinas forman complejos ternarios. (^99mTc (HYNIC-Tm) (tricina) (fosfina)) (Tm: molécula marcadora), los cuales son estables en solución, y su hidrofilicidad puede ser modificada cambiando los grupos funcionales unidos a la fosfina o por substitución de la tricina con otros derivados de la glicina.

Desde hace varios años, Liu y colaboradores¹¹² han utilizado un sistema de ligandos ternarios (HYNIC, tricina y trifenilfosfina-3-3'-3''-trisulfonato trisódico) para el marcado de ^99mTc con una gran variedad de pequeñas biomoléculas como:    receptores antagonistas de LTB₄,¹¹³ receptores antagonistas de vitronectina¹¹² y receptores antagonistas de GPIIb/IIIa.¹¹⁴ Este sistema ternario forma complejos con el tecnecio con alto rendimiento y actividad específica mostrando frecuentemente dos formas isoméricas si la biomolécula contiene uno o más centros quirales.

Recientemente se ha propuesto la síntesis de nuevos coligandos, para generar una nueva de clase de quelatos HYNIC, que contienen dentro de su estructura fenilhidrazina, un éter corona con ditiocarbamato y una difosfina conocida como PNP (Figura 22).¹⁰⁸ La combinación de esos tres ligandos con el ^99mTc resulta en la formación de complejos catiónicos que se pueden utilizar en el desarrollo de radiofármacos para imagen en diagnóstico de enfermedades cardiovasculares.

Dentro de los quelatos tetradentados se encuentran triamidotioles N₃S, diamidaditioles N₂S₂ (DADS),^114,115 N₂S₂ monoamidamonoaminaditiol (MAMA),^116,117 diaminotetratioles N₂S₄,¹³ N₂S₂ diaminaditiol (DADT)³ (Figura 23)⁹ y un gran número de sus derivados, que contienen átomos de azufre y nitrógeno, incorporados en la estructura de estos quelatos. Los quelatos N₂S₄ contienen dos átomos donadores de nitrógeno amino y cuatro átomos donadores de azufre, los cuales se han utilizado para el marcado de anticuerpos con ^99mTc y ^186/188Re,^36,118 la presencia de los grupos ti oles permite el acoplamiento con anticuerpos vía unión disulfuro.³

Los quelatos N₂S₂ diamidaditiol (DADS) tienen dos átomos donadores de nitrógeno amida y dos átomos donadores de azufre para formar complejos estables aniónicos de oxotecnecio con el núcleo (Tc=O).³⁺ Los N₂S₂ diamidaditiol y triamidotioles N₃S forman complejos de tecnecio muy estables y solubles en lípidos.¹¹⁹ Fritzberg y colaboradores¹²⁰ fueron los primeros en reportar el uso del 4,5-bis(tioacetamida)pentanoato como BFCA en el marcado de anticuerpos y sus fragmentos con ^99mTc utilizando la técnica del premarcado. Se encontró que el enlace de este BFCA y la incorporación del radionúclido (^99mTc, ^188/186Re) no afectan significativamente las propiedades biológicas de los anticuerpos y sus fragmentos, ya que el radiomarcado solo ocurre en una porción de estas macromoléculas.³ Otros agentes quelantes bifuncionales como N₂S₂ diamidaditiol y triamidaditiol N₃S también se han utilizado para el marcado de biomoléculas, incluyendo proteínas,^121-123 biotina,¹²⁴ péptidos.⁹’ ^116,125,126

N₂S₂ (DADT) forman complejos muy estables con ^99mTc y ^188/186Re. Los quelatos N₂S₂ contienen dos átomos donadores amino y dos átomos donadores tiol, y se han utilizado para el marcado de proteínas, péptidos y oligonucleótidos.

Estos forman complejos con renio y tecnecio altamente lipofílicos,¹²⁷ por lo que se han aplicado en el marcado en sistemas hidrofóbicos.¹²¹ N₃S y N₂S₂ son BFCAs que forman complejos con alta actividad específica. Por ello pueden ser utilizados en la técnica del premarcado. En el caso de pequeñas moléculas (esteroides, péptidos de bajo peso molecular) acomplejan al ^188/186Re en el proceso de marcado de post-conjugación.¹²⁸ Por lo que son utilizados en la síntesis de radiofármacos.¹²⁹

Los quelatos N₂S₂ monoamidamonoamidatiol (MAMA) tienen en su estructura un nitrógeno de amina secundaria, un nitrógeno de amida y dos donadores de azufre, que forman complejos neutros con el tecnecio, evitando que quede sin carga. Estos quelatos se han utilizado para el marcado de tecnecio con biomoléculas tales como ligandos receptores de la progesterona,²⁹ antagonistas receptores plaquetarios GPIIb/GPIIIa¹¹⁷ y transportadores de dopamina.^130,131

Los BFCAs más frecuentemente utilizados son los del tipo MAG₃ (mercaptoacetil-glicilglicilglicina) y MAG₂-GABA (ácido-γ-butírico-mercaptoacetilglicilglicilglicina), los cuales contienen grupos glicina y GABA, respectivamente (Figura 24).⁹ Los grupos GABA son dos unidades de carbono mayor que la glicina; por lo que presentan mejores propiedades fisicoquímicas como alto rendimiento en el marcado de radionúclidos o mayor enlace al receptor debido a los cambios en la organización intramolecular.^36,129

Recientemente Seifert y colaboradores¹³² han reportado la síntesis de quelatos tetradentados del tipo tetratiolato S₄ (Figura 25). Los quelatos S₄ sintetizados fueron acomplejados con el ¹⁸⁸Re, presentando una alta estabilidad in vivo de los complejos así como una alta retención en tejidos marcados y rápida elimación en órganos no marcados. Por lo que Seifert y colaboradores concluyeron que los complejos ¹⁸⁸Re-S₄ cumplen con los requerimientos básicos de un marcado estable y específico a biomoléculas.

 

Conclusiones

La aplicación de radiofármacos con fines de diagnóstico o terapéuticos está ganando importancia rápidamente en medicina nuclear. Moléculas biológicamente activas que interaccionan selectivamente con sitios específicos, en tejidos u órganos humanos son vehículos adecuados para liberar pequeñas dosis de radioactividad. Existen dos métodos en la síntesis de radiofármacos. El premarcado que se basa en la conjugación del BFCA con el radionúclido seguido de su unión a la biomolécula y el postmarcado donde se une el BFCA y la biomolécula seguido del radiomarcado. Este último procedimiento es el más utilizado en la síntesis de radiofármacos. Para esto se han sintetizado varios BFCAs como DTPA, DOTA, NOTA e Hynic. Actualmente no existen muchos ejemplos de radiofármacos en la práctica clínica. La mayoría de ellos son análogos de somatostatina, por lo que es necesario desarrollar nuevos BFCAs bioconjugados que puedan ser preparados por metodologías sencillas y tengan las propiedades fisicoquímicas adecuadas para ser utilizados en diagnóstico o terapia. El desarrollo de nuevos radiofármacos es un trabajo multidisciplinario que requiere la colaboración de científicos en las áreas del campo orgánico, inorgánico, química analítica, bioquímica y medicina nuclear.

 

Agradecimientos

Se agradece al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, CONACYT, por el financiamiento otorgado a través de la beca de maestría (registro No. 230777) y proyectos de investigación (CB-2010-155678, SEP-82585). A la Universidad Autónoma de San Luis Potosí, UASLP (PIFI 2011).

 

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