Automated radiosynthesis and evaluation of 18F-fluoropyridinated analogs of losartan and candesartan for imaging the angiotensin II Type 1 receptors by positron emission tomography

Plusieurs maladies rénales et cardiovasculaires présentent une altération de l’expression des récepteurs de type 1 de l'angiotensine (AT1R) et sont traitées par le candésartan ou le losartan. Le radiomarquage de cette famille de molécules développé au sein de notre laboratoire a démontré une liaison spécifique pour les AT1R rénaux chez les rats et les cochons. Le [11C]méthyl-candésartan présente une cinétique supérieure à celle du [11C]méthyl-losartan. Néanmoins, la présence d’un radiométabolite hydrophobe, interférant avec le signal TEP du traceur d’origine, rend la quantification des AT1R complexe. Le [18F]fluoropyridine-losartan est un antagoniste qui possède une affinité de liaison élevée ainsi que peu de métabolites radiomarqués dans les reins de rats. Cependant, sa faible activité molaire ne permet pas de visualiser les niveaux d’AT1R myocardiques présents en faible densité. Le but de cette recherche est de développer les radiosynthèses automatisées d'analogues 18F-fluoropyridinés du candésartan et du losartan en très hautes puretés et activités molaires et d'évaluer l'efficacité du [18F]fluoropyridine-candésartan comme traceur TEP sélectif aux AT1R. Le [18F]fluoropyridine-candésartan et le [18F]fluoropyridine-losartan ont été synthétisés via la cycloaddition de Huisgen catalysée au cuivre(I) entre le 2-[18F]fluoro-3-(pent-4-yn-1-yloxy)pyridine ([18F]FPyKYNE) et un dérivé azidé du candésartan ou du losartan. Le [18F]FPyKYNE est préalablement obtenu par radiofluoration de NO2PyKYNE puis purifié par HPLC, empêchant ainsi la formation de sous-produits nitropyridinés. Après optimisation, les traceurs sont obtenus avec un rendement radiochimique de 11% et des activités molaires (>380 GBq/μmol), des puretés chimiques et radiochimiques (>97%) très élevées. Les tests de contrôle de qualité complet du [18F]fluoropyridine-losartan permettant son utilisation dans des études cliniques futures ont aussi été développés. Le fluoropyridine-candésartan a révélé une affinité élevée (Ki=5,9 nM) dans des membranes exprimant les AT1R, comparable au fluoropyridine-losartan (Ki=5,6 nM) mais inférieure à celle du candésartan (Ki=0,4 nM). Des études d’ultrafiltration ont démontré que le [18F]fluoropyridine-candésartan se lie fortement aux protéines plasmatiques (99,3%). La liaison spécifique aux AT1Rs a été confirmée ex vivo par biodistribution. Une réduction significative (-86%) de la captation dans le cortex rénal de rats prétraités (candésartan ou losartan) est constatée. Des résultats similaires sont obtenus in vitro par autoradiographie avec co-incubation en présence de losartan. La présence de métabolites radiomarqués a été évaluée ex vivo dans du plasma et dans les reins d’animaux témoins ou prétraités (candésartan ou losartan) par HPLC. Le [18F]fluoropyridine-candésartan a été métabolisé en composés radiomarqués hydrophiles, affichant une interférence minimale sur la liaison rénale aux AT1R avec 82% de traceur inchangé dans les reins 20 min après injection. Les images TEP/TC dynamiques du [18F]fluoropyridine-candésartan, acquises pendant 60 min, ont révélé des accumulations élevées et éliminations lentes dans le cortex rénal et le foie avec des rapports tissu-sang élevés. La spécificité de liaison aux AT1R a été démontrée par le blocage des sites de liaison avec du losartan 20 min après l'injection (réductions des rapports tissu-sang dans le cortex rénal (-84%) et dans le foie (-93%)). Aucun changement n'a été observé dans les reins de rats prétraités avec l'antagoniste des AT2R PD123,319, confirmant la sélectivité de liaison pour les AT1R.  Les radiosynthèses reproductibles automatisées, les propriétés de liaison ainsi que la stabilité in vivo font du [18F]fluoropyridine-candésartan et du [18F]fluoropyridine-losartan des radiotraceurs potentiels permettant l’imagerie TEP des AT1R dans plusieurs maladies cardiovasculaires ou rénales, offrant ainsi la possibilité de suivre la progression de ces maladies dans des études longitudinales mais aussi de mieux guider la thérapie. Numerous renal and cardiovascular diseases exhibit alterations in the Angiotensin type 1 receptor (AT1R) levels that are treated with candesartan or losartan. Our previous radiolabeled derivatives of these drugs displayed specific binding for renal AT1R in rats and pigs. [11C]Methyl-candesartan exhibited superior kinetics than [11C]methyl-losartan, but a hydrophobic radiometabolite interfered with the PET signal and AT1R quantification. High binding affinity, full antagonistic efficacy and minimal interference of labeled metabolites in rat kidneys were observed with [18F]fluoropyridine-losartan. However, the tracer’s low molar activity prevented visualization of low-density myocardial AT1R. The aim of this research was to develop automated radiosyntheses of 18F-fluoropyridinated analogs of candesartan and losartan in very high purities and molar activities and to evaluate [18F]fluoropyridine-candesartan efficacy as a selective AT1R PET tracer. [18F]Fluoropyridine-candesartan and [18F]fluoropyridine-losartan were synthesized via the copper(I)-catalyzed Huisgen cycloaddition between 2-[18F]fluoro-3-(pent-4-yn-1-yloxy)pyridine ([18F]FPyKYNE) and an azido-derivative of candesartan or losartan, respectively, followed by acid deprotection and C18-HPLC purification. [18F]FPyKYNE was obtained by radiofluorination of NO2PyKYNE and purified by silica-gel HPLC, preventing the formation of nitropyridinated by-products in the second step. The reaction parameters and purifications were optimized to provide tracers in 11% radiochemical yield with very high molar activities (>380 GBq/μmol), chemical and radiochemical purities (>97%). Full quality control testing of [18F]fluoropyridine-losartan was performed to validate its safe use in future clinical studies. The binding and pharmacokinetic properties of the novel [18F]fluoropyridine-candesartan were evaluated in vitro and ex/in vivo in male Sprague-Dawley rats. Competition binding assays in AT1R-expressing membranes revealed a high affinity of fluoropyridine-candesartan (Ki=5.9 nM), which is similar to fluoropyridine-losartan (Ki=5.6 nM) but lower than candesartan (Ki=0.4 nM). [18F]Fluoropyridine-candesartan bound strongly to plasma proteins (99.3%) as assessed by ultrafiltration. Specific binding was confirmed by ex vivo biodistribution 20 min after tracer injection, with a significant uptake reduction (-86%) in the AT1R-rich kidney cortex of pretreated (candesartan or losartan) rats and by in vitro autoradiography with losartan co-incubation. Radiolabeled metabolites in plasma and kidneys of control and pretreated (candesartan or losartan) animals were analyzed by column-switch HPLC. [18F]Fluoropyridine-candesartan was mainly metabolized to radiolabeled hydrophilic compounds, displaying minimal interference on renal AT1R binding with 82% of unchanged tracer in the kidneys at 20 min post-injection. Dynamic PET/CT images of [18F]fluoropyridine-candesartan, acquired for 60 min at baseline, revealed high accumulation and slow clearance from the kidney cortex and liver with high tissue-to-blood ratios. Binding specificity for AT1R was demonstrated with marked reductions in kidney-cortex (-84%) and liver (-93%) tissue-to-blood ratios at 20 min post-injection, when blocking with losartan. No change was observed in kidneys of rats pre-treated with the AT2R antagonist PD123,319, confirming binding selectivity for AT1 over AT2 receptors. The favorable binding properties and in vivo stability of [18F]fluoropyridine-candesartan support further studies to validate its potential as AT1R PET radioligand. The reproducible automated radiosyntheses developed in my research will allow innovative in-vivo PET imaging of AT1R-expression in several diseases, offering the possibility to follow disease progression in longitudinal studies and guide therapy.

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