Search

We recognize 131Ba as a SPECT radionuclide, which provides a diagnostic match for the therapeutic alpha-emitting radionuclides 223Ra and 224Ra. The gamma-emitter barium-131 (t½ = 11.5 d) decays with an energy of 123.8 keV (30% intensity) of the first decay via cesium-131 (t½ = 9.7 d) to stable xenon-131, each by electron capture. Our aim was to develop of a straightforward resin-based radiochemical separation to yield 131Ba with high radionuclide purity. Furthermore, the radiolabeling of the complexing agent macropa with [131Ba]Ba2+ using mild labeling conditions was intended. For this purpose, different TLC systems as reaction control were utilized. The radiopharma-cological characterization of 131Ba-labeled macropa in comparison to uncomplexed [131Ba]Ba2+ was carried out in healthy mice, including biodistribution and small animal SPECT/CT experiments.

Therapieansätze in der Nuklearmedizin mit Radium-223 beschränken sich zurzeit auf die Behandlung von Knochenmetastasen. Ziel ist es, das Anwendungsfeld für Radium-223 zu erweitern. Dafür werden Liganden entwickelt, die Radium-223 stabil binden und gleichzeitig eine spezifische Erkennungssequenz für diverse Krebsentitäten besitzen. Calixkronen mit funktionalisierten Seitenketten sind dafür vielversprechend. Calix[4]krone-6-derivate mit Trifluormethylsulfonyl- [1] und 4-Nitrophenylsulfonyl-Seitenketten wurden synthetisiert und mittels NMR und UV/Vis auf ihre Komplexierungseigenschaften für Ba2+ untersucht. Anschließend wurden mittels eines Extraktionsassays Komplexierungen durchgeführt und die resultierenden Komplexe auf ihre Stabilität in Gegenwart anderer Ionen wie Ca2+ untersucht. Die Extraktionsversuche wurden im Chloroform/Wasser-Zweiphasensystem durchgeführt. Dabei wurde eine wässrige Metallsalzlösung ([133Ba]Ba2+ c.a. bzw. [224Ra]Ra2+ n.c.a.) definierter Konzentration vorgelegt und mit einer definierten Stoffmenge des jeweiligen Liganden in Chloroform für 1 h bei RT extrahiert. Die beiden Calixarenderivate wurden in einer vierstufigen Synthese hergestellt. Anschließende Komplexierungsversuche mit Ba(ClO4)2 verliefen erfolgreich und die Komplexe wurden mittels NMR-Spektroskopie nachgewiesen. Für beide Liganden wurden Stabilitätskonstanten von 5,3-6,3 (Ba2+) bzw. 5,8 (Ra2+) berechnet. Die Radiumkomplexe beider Liganden waren gegenüber Ca2+-Ionen stabil (Release 2+ und Ra2+ als auch auf die Stabilität der resultierenden Komplexe in Gegenwart von zweiwertigen Fremdionen.

Due to their high biological effectiveness and suitable half-lives, there is increased interest in using the radionuclides radium-223 and radium-224 for radiopharmaceutical applications. Xofigo ([223Ra]radium chloride) is a bone-seeking, alpha-emitting radiopharmaceutical with EMA and FDA approval. It is used to treat bone metastasis of castrate-resistant prostate cancer. To expand the possible applications for these promising radionuclides, it is necessary to stably bind the radionuclide within a chelator. Therefore, calixarene-based ligands have been synthesized, which show encouraging affinities to radium ions. In our recent studies, we have already presented the high potential of these ligands. Since radium and barium have similar chemistry, and therefore comparable affinities to our ligands, it is possible to create a matched pair for theragnostic approaches. The radionuclide barium-131 has a suitable physical half-life for therapeutic applications and the potential of being a SPECT nuclide.

Targeted alpha therapy (TAT) is continually focused and discussed in radiopharmaceutical research [1]. By the combination of an alpha emitting radionuclide with a biological targeting unit, tumor cells can be affected very efficiently by inducing a high number of double strand breaks to the DNA. 223Ra and 224Ra are two alpha-emitting radionuclides with suitable half-lives for TAT. 223Ra in form of [223Ra]RaCl2 (Xofigo®) is the only EMA- and FDA-approved alpha-emitting radiopharmaceutical as well as the prime example for the working principle of TAT. Based on its calcimimetic behavior, radium is built into the bone structure. To exploit the therapeutic potential of alpha emitters like 223Ra and 224Ra, novel targeting strategies and carrier systems have to be developed. Therefore, it is worth to examine alternative carriers like nanoparticles, using the principle of co-precipitation of Ra/BaSO4. By the combination of a therapeutic alpha-emitting radionuclide like 223Ra on the one hand and the diagnostically applicable barium radioisotope 131Ba on the other hand with nearly identical physical half-lives it is also possible pursue theragnostic approaches. Thus, our research aims at developing a simple method for the synthesis of small radiolabeled Ra/BaSO4 nanoparticles and testing further surface functionalization regarding the ability of constructing biological targeting moieties.