Katedra anorganické chemie, Přírodovědecká fakulta, Universita Karlova v Praze Cílený design ligandů a komplexů pro medicínské aplikace Učená společnost.

Prezentace na téma: "Katedra anorganické chemie, Přírodovědecká fakulta, Universita Karlova v Praze Cílený design ligandů a komplexů pro medicínské aplikace Učená společnost."— Transkript prezentace:

1 katedra anorganické chemie, Přírodovědecká fakulta, Universita Karlova v Praze Cílený design ligandů a komplexů pro medicínské aplikace Učená společnost České republiky, 21. října 2014 Petr Hermann (aneb “příběhy ligandů”…)

2 Molekulární zobrazování („Molecular and Cellular Imaging“) Zobrazování a charakterizace biologických procesů in vivo na buněčné a molekulové úrovni. Zobrazování a charakterizace biologických procesů in vivo na buněčné a molekulové úrovni. Diagnóza onemocnění a poruch na základě změn v tkáních, které se mohou projevit až na molekulární nebo buněčné úrovni. Tyto změny se zviditelňují pomocí neinvazních zobrazovacích technik. Diagnóza onemocnění a poruch na základě změn v tkáních, které se mohou projevit až na molekulární nebo buněčné úrovni. Tyto změny se zviditelňují pomocí neinvazních zobrazovacích technik. Techniky pro molekulární zobrazování používané v medicíně Tomografie magnetické resonance („Magnetic Resonance Imaging“, MRI) Tomografie magnetické resonance („Magnetic Resonance Imaging“, MRI) Jednopaprsková emisní tomografie („Single-Photon Emission Computed Tomography“, SPECT) Jednopaprsková emisní tomografie („Single-Photon Emission Computed Tomography“, SPECT) Pozitronová emisní tomografie („Positron Emission Tomography“, PET) Pozitronová emisní tomografie („Positron Emission Tomography“, PET) Optické zobrazovaní (fluorescence, luminiscence – organická barviva, biomolekuly, komplexy iontů kovů, „quantum dots“, …) Optické zobrazovaní (fluorescence, luminiscence – organická barviva, biomolekuly, komplexy iontů kovů, „quantum dots“, …) Ultrazvuk, hmotová spektrometrie (MALDI) … Ultrazvuk, hmotová spektrometrie (MALDI) … Diagnostika + cílená terapie => “Theranostics”

3 Molekulární zobrazování („Molecular and Cellular Imaging“)

4 „Molecular Targeting“ Pojem používaný pro cílené směrování látek (léků, kontrastních látek…) k cílové buňce, tkáni/struktuře apod. na základě jejich biologických, chemických nebo fyzikálních vlastností. Pojem používaný pro cílené směrování látek (léků, kontrastních látek…) k cílové buňce, tkáni/struktuře apod. na základě jejich biologických, chemických nebo fyzikálních vlastností. Používají se tzv. konjugáty skládající se obvykle z účinné látky, spojky („spacer/linker“) a „targeting moiety“. Používají se tzv. konjugáty skládající se obvykle z účinné látky, spojky („spacer/linker“) a „targeting moiety“. Ion kovu Bifunkční ligand „Linker“ : oligopeptidový řetězec, poly(ethylenglycol), uhlovodíkový řetězec, oligosacharid atd. Biologicky aktivní molekula : (oligo)peptid, protilátka nebo její fragment, popř. její analog, (oligo)sacharid, hormon, vitamín atd.

5 Pozitronová emisní tomografie – PET „Positron Emission Tomography“ Zobrazuje rozložení radioizotopů, které emitují pozitrony. Detektory jsou naladěny na energii (511 keV)  -fotonů vzniklých anihilací páru pozitron-elektron. Zobrazuje rozložení radioizotopů, které emitují pozitrony. Detektory jsou naladěny na energii (511 keV)  -fotonů vzniklých anihilací páru pozitron-elektron. Poměrně drahá zobrazovací metoda díky ceně přístroje a radioizotopů. Poměrně drahá zobrazovací metoda díky ceně přístroje a radioizotopů. Dobré prostorové rozlišení – až 1 mm 3 – díky současné detekci dvou kolineárních  -fotonů. Dobré prostorové rozlišení – až 1 mm 3 – díky současné detekci dvou kolineárních  -fotonů. Velmi vysoká citlivost – detekce až pikomolárních (10 –12 M ) koncentrací. Velmi vysoká citlivost – detekce až pikomolárních (10 –12 M ) koncentrací. Nejčastěji je používán izotop 18 F a to především ve formě 18 F-DFG pro zobrazování metabolické aktivity. Nejčastěji je používán izotop 18 F a to především ve formě 18 F-DFG pro zobrazování metabolické aktivity. 18 F-DFG

6 Radioizotopy kovů pro diagnostiku a terapii Terapie (  - -zářiče, popř.  -zářiče) izotop  ½ zářenídosah v tkáni 47 Sc3.35 d  - 1.7 mm 67 Cu2.58 d  -,  1.8 mm 90 Y2.66 d  - 12.0 mm 153 Sm1.95 d  -,  3.0 mm 166 Ho1.1 d  -,  8.0 mm 177 Lu6.7 d  -,  0.8 mm 212 Pb10.6 h  - in vivo zdroj pro 212 Bi 213 Bi45.5 min  -, (+ ,  )0.09 mm Nejčastěji používané radioizotopy pro diagnostiku: pro PET: 18 F - pro PET: 18 F -  ½ 110 min,  +, produkce v cyklotronu pro SPECT: 99m Tc - pro SPECT: 99m Tc -  ½ 6 h, IT (“internal transition”), produkce pomocí generátoru 99 Mo/ 99m Tc Diagnostika (  - a  + -zářiče) pomocí metod SPECT a PET izotop  ½ záření 44 Sc3.9 h  + (+EC) 64 Cu12.8 h  +, EC,  - 68 Ga69 min  + (+EC) 111 In67.4 hEC EC = „electron capture“

7 Ligandy jako nosiče radioizotopů kovů OctreoScan OctreoScan , Mallinckrodt OctreoTher OctreoTher , Novartis ( 90 Y- ibritumomab tiuxetan) CHX-DTPA monoklonální protilátka anti-CD20 Zevalin  Zevalin , IDEC Corp. Quadramet Quadramet , Dow 153 Sm EDTMP DOTA-TOC DOTA-TOC 68 Ga-edotreotide, OctreoPharm Sciences SOMScan  SOMScan , OctreoPharm Sciences

8 Makrocyklické ligandy H 4 dota H 4 teta H 3 nota cyclen cyclam tacn

9 Komplexy makrocyklických ligandů [Ga(nota)] [Gd(H 2 O)(dota)] [Gd(H 2 O)(dota)] – [Ga(Hdota)] [Cu(H 2 teta)]

10 Kyseliny fosfonové Kyseliny fosfinové Kyseliny karboxylové R, R‘ = H, (substituovaný) organický řetězec - tetraedrická skupina - dvojsytná kyseliny - silné+středně silné kyseliny - biologicky stabilní vazba P-C - vysoce hydratované látky - dobré donorové schopnosti - velká tendence tvořit silné vodíkové vazby - planární - jednosytné kyseliny - středně silné kyseliny - biologicky odbouratelná vazba C-C - slabší hydratace - dobré donorové schopnosti - tetraedrická skupina - jednosytné kyseliny - spíše silné kyseliny - biologicky stabilní vazby P-C - vysoce hydratované látky - spíše slabé donorové schopnosti - dobrá schopnost tvořit vodíkové vazby Organofosforové kyseliny

11 Ligandy pro komplexaci 68 Ga 3+ generátoru 68 Ge/ 68 Ga Radioizotopy gallia: 68 Ga –  ½ 69 min, 90 %  +, příprava pomocí generátoru 68 Ge/ 68 Ga (komerčně dostupný, cena jedné dávky <10 EUR, ~3 dávky denně), pro PET 67 Ga –  ½ 2.58 d, (EC = „electron capture“), příprava v cyklotronu, pro SPECT 1996 2008 2010 Eckert & Ziegler Německo iThemba LABS Jižní Afrika ITG Garching Německo Cyclotron Co. Obninsk, Rusko

12 Ligandy pro komplexaci 68 Ga 3+ Co by měly umět ligandy pro trojmocné gallium…  Ligandy by měly mít právě 6 koordinujících atomů a měly by vytvářet oktaedrické okolí.  Selektivní komplexace Ga 3+ vůči Zn 2+ (dceřinný prvek). stabilní in vivo kineticky inertní.  Komplexy musí být stabilní in vivo - termodynamicky stabilní a vysoce kineticky inertní. Rychlý vznik komplexu  Rychlý vznik komplexu i za radiochemických podmínek (koncentrace <10 –10 M), nejlépe už při laboratorní teplotě.  Komplexy by měly vznikat už při pH <3.5. Při vyšším pH se vylučuje nerozpustný Ga(OH) 3.  Pro vyšší pH (4–6) by ligandy měly bránit vylučování hydroxidu. vylučování přes ledviny  Komplexy by měly hydrofilní - vylučování přes ledviny. H 4 dota H 3 nota

13 Ligandy pro komplexaci 68 Ga 3+ Struktury komplexů Ga 3+ - Komplexace s deriváty H 4 dota probíhá ve velice úzkém rozmezí pH (2.8–3.5) a při t >90  C. - Komplexace s deriváty H 3 nota nepotřebuje tak striktní podmínky, ale zahřívání je nutné => běžně pH 2–3.8 a při t >60  C. - Oba komplexy jsou extrémně kineticky inertní. - Existuje dostatek různých bifunkčních derivátů. Nejčastější je použití H 4 dota ve formě monoamidu. - Dutina H 3 nota má velikost takřka optimální pro ion Ga 3+. [Ga(nota)] [Ga(Hdota)] Data z literatury

14 Snadný vznik komplexů „ out-of-cage “ => podobně jako u acyklických ligandů Velká kyselost skupiny P–OH Fosfinová skupina „odtahuje“ elektrony => nízká bazicita aminových skupin cyklu Snadný (tj. rychlý) vznik komplexů Ga 3+ (už k kyselých roztocích) Oktaedrická koordinace Oktaedrická koordinace Makrocyklický ligand => kinetická inertnost Makrocyklický ligand => kinetická inertnost Deriváty tacn pro komplexaci Ga 3+

15 [Ga(H 3 TRAP-Pr)] H 3 notp H TRAP-Pr H 3 notp hm H 3 notp Ph NOPO

16 Komplexace Ga 3+ ligandy typu TRAP Dissociační konstanty a konstanty stability Distribuční diagram systému Ga 3+ –TRAP-Pr, Ga:L = 1:1 log K GaL H 3 nota TRAP-Pr 29.6326.24 log K ZnL log K CuL 21.80 21.99 16.88 16.85 > > 5.745.44 >> pK A (dusíkové atomy kruhu) 13.1711.48 H 3 notp H 21.91 13.04 13.43 3.01 10.74 H 4 dota 26.05 20.8 a 22.3 a 9.72 12.9 a Hodnoty z literatury. Velká selektivita pro trojmocné gallium … ! H 3 notp hm 23.30 16.12 15.53 3.85 11.47 > >

17 Sledováno pomocí 1 H, 31 P{ 1 H} a 71 Ga NMR spektroskopie; Ga:L 1:1, ~0.005–0.02 M, pokojová teplota, různá pH. H 3 nota TRAP-Pr pH 1 6 dnů 15 min H 3 notp H 15 dnů H 4 dota žádná kompl. H 3 notp Ph – H 3 notp hm 60 min pH 2.8 <5 min 220 min – – <5 min Dekomplexace v 6 M vodné HClO 4 při pokojové teplotě nepozorována během >8 měsíců !! “Chemické” podmínky pH 0 žádná kompl. 12 dnů 240 dnů žádná kompl. – 31 dnů Časová změna 31 P{ 1 H} NMR spekter po smíšení Ga 3+ s TRAP-Pr (Ga:L = 1:1, pH 0.8) Časová změna 71 Ga NMR spekter po smíšení Ga 3+ s TRAP-Pr (Ga:L = 1:1, pH 0.8) [ Ga ( H 2 O) 6 ] 3+ H6LH6L Komplexace Ga 3+ ligandy typu TRAP

18 „Non-Carrier-Added“ (tj. radiochemické) podmínky Komplexace 68 Ga 3+ ligandy typu TRAP Beznosičové 68 Ga : 60–80 MBq => chemické n(Ga) = ~0.6–0.8 pmol; při různých teplotách, pH a molárním poměru ligand : 68 Ga. Komplexace 68 Ga (c L = 3  M, pH 3.3, 25 o C) Komplexace 68 Ga (c L = 10  M, 5 min, 95 o C) Komplexace 68 Ga při různých koncentracích liganů (5 min, pH 3.3, 94 o C) Chování podobné H 3 nota: 2x acetáty + 1x fosfinát Chování podobné TRAP-Pr: 1x acetát + 2x fosfinát

19 Vliv kovových nečistot Značení s 68 Ga v přítomnosti přebytku Fe 3+ Značení s 68 Ga v přítomnosti přebytku Zn 2+ Fe : L = 1 : 1 10–20 MBq = 0.1–0.2 pmol Ga; c Ga ~1–2 nM, 95 o C, pH 3 and c L = 3  M Zn : L = 1 : 1 => Komplexy fosfinových analogů H 3 nota mohou být přímo použity pro značeni s 68 Ga … - Velká selektivita pro ion Ga 3+ je založena na termodynamických i kinetických vlastnostech. Komplexace 68 Ga 3+ ligandy typu TRAP

20 Konjugáty TRAP-Pr s oligopeptidy … TRAP-(RGD) 3 : Připraveno běžnou syntézou peptidů na pevné fázi. Bylo připraveno mnoho jiných konjugátů – s různými oligopeptidy a různými „linkery“, s biotinem, s fluorescenčními značkami, listovou kyselinou … IC 50 = 0.19 nM (pro receptor  v  3 ) Specifická aktivita až 5000 GBq/µmol Rychlá a reprodukovatelná syntéza, 15 min, radiochemický výtěžek >97%

21 Konjugáty TRAP-Pr s oligopeptidy Obrázek z „microPET“ (75 min p.i.) myši mající na obou ramenech (vlevo: M21L – nízká exprese receptoru  v  3 ; vpravo: M21 – vysoká exprese receptoru  v  3 ).

22 Konjugáty TRAP-Pr s oligopeptidy 68 Ga-Avebetrin 68 Ga-Avebetrin, 100 MBq (rakovina slinivky, MIP, 30 min p.i.) 18 F-galaktóza-RGD, 200 MBq (rakovina prsu, MIP, 60 min p.i.) Snímky: Dr. Ambros Beer, Dept. Nucl. Medicine, Technical Univ. Munich

23 Konjugáty TRAP-Pr s oligopeptidy Patient nr. Tumor type PET tracer uptake  3 integrin immunohistochemistry TotalPeri- phery CentralTotalVesselsTumor cells 1HCC(+)+Ø+ (+) focal 2HCC+++++++ 3HCC++ + + 4PDAC++ + (+) 5CCC+++ Ø++ Ø Imunohistochemická data: Dr. Katja Steiger, Helmholtz-Zentrum, Mnichov, Německo. 68 Ga-Avebetrin Použití 68 Ga-Avebetrin – korelace mezi PET a expresí integrinu  3 v cévách.

24 H n do3aP R Fosfonové kyseliny R = OH, OEt H 4 dota Fosfinové kyseliny R = H, CH 2 OH, CH 2 CH 2 CO 2 H, CH 2 NH 2, Větší hydratace –P(R)O 2 H => snazší eliminace z těla přes ledviny Malá změna struktury => vlastnosti podobné H 4 dota Další substituce na atomu fosforu=> jemné ladění vlastností => jiná třída bifunkčních ligandů Fosforové deriváty cyklenu jako ligandy, atd.

25 Stabilita komplexů Termodynamická stabilita komplexů logK ML Gd 3+ Cu 2+ Zn 2+ Ca 2+ 24–25 24.7 27.5 24–25.5 21–22 22.3 20.8 25.92 23.39 16–17 17.3817.2 > ~ Podobná data pro Mg 2+, Co 2+, Ni 2+, Cd 2+, Pb 2+, La 3+ – Lu 3+ Distribuce v systému Gd 3+ –H 5 do3ap H 5 do3ap Celková bazicita ligandů (disociační / protonizační konstanty) H 4 dota H 5 do3ap (fosfonová kys.) H n do3ap R H n do3ap R 11.74 logK 1 9.76logK 2 13.83 10.35  logK 1-4 >~ 35.0 30.330–32 12–12.7 9–9.6 (fosfinové kys. fosfonové estery)

26 Stabilita komplexů Kinetická inertnost (  ½, pH 2, 25  C) H 4 dota H 5 do3ap (fosfonová kys.) H n do3ap R (fosfinové kys.) H n do3ap R (fosfinové kys.) R = CH 2 CH 2 CO 2 H R = CH 2 CH 2 CO 2 H 23.5 h a Ce 3+ Gd 3+ Eu 3+ Y 3+ 15.8 h ~900 h a 196 h 187 h 95 h a 6.9 h 0.96 h17.7 h4.4 h 18.9 h CH 2 -Ph-p-NH 2 a Hodnoty z literatury In vitro a in vivo stabilita - Afinita komplexů H n do3ap R ke krevním bílkovinám a hydroxoapatitu stejná jako pro komplexy H 4 dota, tj. velice malá. - Zkoumáno pro komplexy s radioizotopy 111 In, 90 Y, 153 Sm a 166 Ho. - U všech komplexů jsou biodistribuce prakticky stejné. - Způsob vylučování z těla je identický – především přes ledviny.

27 Komplexy s ionty lanthanoidů [Y(H 2 O)(Hdo3ap ABn )] [Tb(H 2 O)(Hdo3ap)] – [Eu(H 2 O)(do3ap H )] –

28 Ligandy s bis(fosfonovou) skupinou BPAMDBPAPD BPPED - Komplexy Ln 3+ jsou kineticky inertní. - Za radiochemických podmínek je nutné provádět komplexaci za vysoké teploty. - Komplexy vznikají za radiochemických podmínek s poměrně malým molárním přebytkem ligandů. - Komplexy jsou velice hydrofilní, vylučují se přes ledviny. - Komplexy mají vysokou afinitu (jsou směrovány) ke kostem. (ke tkáním s vysokým obsahem vápníku)

29 Skupina bis(fosfonová) jako skupina pro „bone targeting“ Kyselina difosforečná („difosfáty“ = „pyrofosfáty“) Kyseliny bis(fosfonové) tzv. „bis(fosfonáty)“ tzv. „bis(fosfonáty)“ Komplexy s 99m Tc (pro SPECT) jsou jedny s nejčastěji používaných radiofarmak vůbec… („bone scanning“, „bone scintigraphy“)

30 Ligandy s bis(fosfonovou) skupinou Co by měly umět radiofarmaka pro „bone targeting“… afinitu ke kostní tkání  Vysokou a selektivní afinitu ke kostní tkání (hydroxoapatitu).  Zvýšenou akumulaci v „aktivní“ tkáni. stabilní in vivo kineticky inertní.  Komplexy musí být stabilní in vivo - termodynamicky stabilní a vysoce kineticky inertní. Rychlý vznik komplexu  Rychlý vznik komplexu i za radiochemických podmínek (koncentrace <10 –8 M). Rychlé vylučování přes ledviny  Rychlé vylučování přes ledviny.  Malý molární přebytek ligandu vůči radioizotopu. Látky s geminální bis(fosfonovou) skupnou Makrocyklické ligandy EDTMP DOTP

31 Ligandy s bis(fosfonovou) skupinou Komplexy nejsou vhodné jako kontrastní látky pro MRI – ve vysokých koncentracích jsou toxické… 72 h po podání - 55 % radioaktivity je lokalizováno na kostech ! Biodistribuční studie (krysy) s komplexem 177 Lu-BPAMD (75–80 MBq) Snímek CT/SPECT Ale velice vhodné pro radioizotopy…

32 Ligandy s bis(fosfonovou) skupinou - Ligandy jsou schopné komplexovat 68 Ga za radiochemických podmínek. - Především komplex 68 Ga-BPAMD má vysokou lokalizaci na kostní tkáni => první kontrastní látka pro zobrazování kostí pomocí PET (kromě Na 18 F). M. Fellner et al.: Eur. J. Nucl. Med. Mol. Imag. 2010, 37, 834 „Image of the Month“ s komplexem 68 Ga-BPAMD 68 Ga PET 68 Ga PET/CT Na 18 F PET - 68 Ga-BPAMD byl dosud použit pro zobrazení kostních metastáz u několika desítek pacientů... - Terapeutická dávka (beznosičové 177 Lu, ~1 GBq) komplexu 177 Lu-BPAMD poprvé použita v lednu 2010 (Bad Berka, Německo)…

33 Ligandy s bis(fosfonovou) skupinou „Theranostics“ … BPPED => 55 % případů – snížení kostního metabolismu => 35 % stabilní metabolismus vápníku => 10 % „progresive deasease“ velice dobrá tolerance (až 7 GBq) : 3 z 22 pacientů popsali mírné obtíže 68 Ga pro diagnostiku => 177 Lu pro terapii 177 Lu, první skupina pacientů: BPAMD

34 NO2A-P BP BPAMD 68 Ga: 15–25 min, 60 o C - nekomplexuje; 95 o C - radiochemický výtěžek max. 80 %; je nutné další čištění. 68 Ga: 10 min, 60–95 o C, radiochemický výtěžek vždy >95 %; čištění není potřeba !! Derivát tacn s bis(fosfonovou) skupinou: NO2A-P BP Navázání na kosti, 60 min p.i. Na 18 F [ 99m Tc]MDP MDP

35 Derivát tacn s bis(fosfonovou) skupinou: NO2A-P BP Zobrazování pomocí 68 Ga-NO2AP BP : rakovina prsu, kostní metastázy. PET/CT study, 24 pacientů, průměrný věk 44 let, duben 2013 – květen 2014. Souhlas mezi výsledky PET pomocí Na 18 F a 68 Ga-NO2A-P BP => 94 %. AIIMS Hospital New Delhi, Prof. A. Malhortra, Dr. C. S. Bal

36 Bimodální kontrastní látka s 68 Ga 3+ -Gd 3+ pro PET/MRI 1. Gd 3+ přebytek, RT, pH 5, 12 h, RT 3. 68 Ga, 95 o C, pH 4, 10 min 4. Vyčištění pomocí malé kolonky 2. Přebytek DTPA, RT, ultrafiltrace

37 Bimodální kontrastní látka s 68 Ga 3+ -Gd 3+ pro PET/MRI Obrázek z MRI před podáním kontr. látky Obrázek z MRI Překryv PET / MRI Obrázek z PET První bimodální kontrastní látka PET/MRI testovaná na zvířeti (krysa) 25 min po injekci kontrastní látky

38 Ligandy pro selektivní komplexaci Cu 2+ Co by měly umět ligandy pro dvojmocnou měď…  Ligandy by měly odpovídat koordinačním požadavkům Cu 2+, tj. k.č. 5–6 a vytvářet spíše oktadrické okolí.  Selektivní komplexaci Cu 2+ vůči Zn 2+ a Ni 2+ (mateřské/dceřinné prvky). stabilní in vivo kineticky inertní.  Komplexy musí být stabilní in vivo - termodynamicky stabilní a vysoce kineticky inertní. Rychlý vznik komplexu  Rychlý vznik komplexu i za radiochemických podmínek (koncentrace <10 –8 M), nejlépe při laboratorní teplotě. vylučování přes ledviny  Komplexy by měly hydrofilní - vylučování přes ledviny.  Stabilizovat měď dvojmocnou vůči jednomocné. Radioizotopy mědi: 64 Cu – t ½ 12.8 hod,  + +  – + EC, příprava v cyklotronu, PET, terapie 67 Cu – t ½ 12.6 dnů,  – + g, příprava v cyklotronu, terapie ( 61 Cu – t ½ 3.3 hod,  + + g, příprava v cyklotronu, PET) a několik dalších s krátkou dobou života H 4 teta cyklam H 4 dota H 3 nota

39 Fosfonové/fosfinové deriváty cyklamu pro komplexaci Cu 2+ 1,8-H 4 te2p 1,8-H 2 te2p OEt 1,4-H 4 te2p H 2 te1p Hte1p Ph 1,8-H 4 Me2 te2p

40 Fosfonové/fosfinové deriváty cyklamu pro komplexaci Cu 2+ 1,8-H 4 te2p 1,8-H 2 te2p OEt 1,8-H 4 te2p 26.41 (2  ) pK A (dusíkové atomy kruhu) 11.76 12.49 pK A (fosforové skupiny) 10.31 11.64 5.36 6.786.05 0.65 25.72 (2  ) 10.16 11.37 2.655.19 6.56 1,4-H 4 te2p 1,8-H 2 te2p OEt H 2 te1p Hte1p Ph Dissociační konstanty >>~ > 1,8-H 4 Me2 te2p 11.47 12.17 6.33 7.20 ~

41 Fosfonové/fosfinové deriváty cyklamu pro komplexaci Cu 2+ - Všechny ligandy jsou selektivní pro komplexaci Cu 2+. - Ion Ni 2+ je komplexován extrémně pomalu při pH roztoku 4–6 (až týdny při 25 o C). - Komplexy s Cu 2+ jsou úplně vytvořeny už při pH ~4. Komplexy s Zn 2+ se začínají tvořit teprve nad pH ~4. 27.3 log K CuL (pc-isomer) 1,8-H 4 te2p 1,4-H 4 te2p 1,8-H 2 te2p OEt H 2 te1p Hte1p Ph 25.4 19.68 27.21 23.43 Konstanty stability >> < log K ZnL log K NiL 1,8-H 4 Me2 te2p 20.35 21.99 20.16 21.92 24.03 > 17.56 15.55 15.59 --- 21.07 ---

42 Fosfonové/fosfinové deriváty cyklamu pro komplexaci Cu 2+ Izomery - kinetický pentakoordinovaný (pc) vs. termodynamický (trans) pc-[Cu(1,4-H 2 te2p)] pc-[Cu(1,8-H 2 te2p)] trans-O,O-[Cu(1,8-te2p OEt )] trans-O,O-[Cu(1,4-H 2 te2p)]

43 Fosfonové/fosfinové deriváty cyklamu pro komplexaci Cu 2+ Rychlost komplexace - vznik pc-izomeru 1,8-H 4 te2p 1,4-H 4 te2p 1,8-H 2 te2p OEt H 2 te1p Hte1p Ph 7.0 s6.05 min ---8.1 min 1,8-H 4 Me2 te2p 6.0 s 17.7 s Komplexace z 99 % c Cu =10 –5, c L =10 –4 M pH 5.5 Závislost f k 2 (vznik komplexů) na pH Ligandy s fosfonovými skupinami Ligandy s fosfinovými skupinami cyklam

44 Fosfonové/fosfinové deriváty cyklamu pro komplexaci Cu 2+ Závislost rychlosti dekomplexace na koncentraci H + pro komplex pc-[Cu(te1p)]  ½ (5 M HClO 4 25  C ) pc- 1,8-H 4 te2p 1,4-H 4 te2p 1,8-H 2 te2p OEt H 2 te1p Hte1p Ph 11.8 min19.2 min Kysele katalyzovaná dekomplexace 2.15 h 1.31 h 4.11 h trans- 260 d 5.2 d více než 8 měsíců ! --- 1,8-H 4 Me2 te2p 25 s ! ---

45 trans - [ Cu (Hte1p PP ) ] H 3 te1p PP log K CuL ( pc -izomer ) 25.4 log K ZnL log K NiL 20.35 21.99 40 ms ! ° - 99 % formace ( pc -izomer ), pH 6, 25 °C: - Rychlost dekomplexace,  1/2 : pc - 29 s trans - 63 min (5 M aq. HClO 4, 90  C) Fosfonové/fosfinové deriváty cyklamu pro komplexaci Cu 2+

46 Fosfonové/fosfinové deriváty cyklamu pro komplexaci Cu 2+ Radiochemický výtěžek pro značení s beznosičovou 64 Cu po 10 min (vlevo) a 40 min (vpravo) při 25 o C.

47 A co dál? - Najít ligandy s rychlou komplexací radioizotopů lanthanoidů za laboratorní teploty. => značení protilátek nebo jejich fragmentů - Najít ligandy pro selektivní a rychlou komplexaci trojmocného skandia + zkoumat chemii Sc 3+ ve vodném roztoku. => “theranostic pair” 44 Sc/ 47 Sc. - Najít ligandy pro rychlou a především selektivní komplexaci dvojmocné mědi za laboratorní teploty => 64 Cu pro značení protilátek. - Najít ligandy pro čtyřmocné zirkonium. ALE – chemie Zr 4+ ve vodném roztoku prakticky neexistuje… => 89 Zr pro značení protilátek. - Navrhovat a syntetizovat bifunkční ligandy odvozené od těch s vhodnými vlastnostmi => tzv. „click chemistry“. - Další kovové prvky se zajímavými radioisotopy: Co, Mn, Ti, Ag, Hg ….. - Neexistují speciální ligandy pro kovové alfa-zářiče – radioizotopy Ac, Bi, Pb … - Multimodální kontrastní látky: MRI-PET => tomografy jsou komerčně dostupné … PET-fluorescence => „image-guided therapy“, „image-guided surgery“. Kombinace terapeutických a diagnostických radioizotopů.

48 Poděkování - GA ČR (3 granty), GA UK (4 granty), „Výzkumný záměr“ pro PřF UK - COST (D18+D38+BM607)+TD1004+TD1007, 6. rámcový program - EMIL (European Molecular Imaging Laboratories) a DiMI (Diagnostic Molecular Imaging).Peníze… S. Huclier (Nantes University, 44 Sc), H. Stefan + H.-J. Pietzsch (Helmholtz Zentrum, Dresden-Rossendrof, 64 Cu), I. Santos (Inst. Nuclear Technol., Sacavém - Lisbon, radiolanthanoidy), W. Breemann (Erasmus Medical Center, Rotterdam, 177 Lu) Technical University, Munich – ligandy typu TRAP, 68 Ga, MRI-PET Dr. Johannes Notni, Dr. Jakub Šimeček, prof. Hans-Jurgen Wester Johannes Gutenberg University, Mainz – bis(fosfonáty), 68 Ga, 177 Lu, 44 Sc prof. Frank Roesch (+studenti) => Dr. Richard Baum (Bad Berka, Zentralklinik) + prof. A. Malhortra (New Delhi, Indie). Studenti prof. Ivan Lukeš doc. Jan Kotek doc. Vojtěch Kubíček Jana Havlíčková Dr. Ivana Císařová Petra Lebdušková-Fousková Jakub Rudovský Tomáš Vitha Michaela Málková Silvia Füzerová Jan Plutnar Jakub Šimeček Jan Holub Tomáš David Miroslav Pniok Johannes Notni katedra anal. chemie, Masarykova universita, Brno doc. Přemysl Lubal + studenti ÚJF AV ČR, Řež doc. František Melichar ÚACh AV ČR Dr. Kamil Lang FaF UK, Hradec Králové prof. Milan Lázníček doc. Alice Lázničková Ústav makromolekulární chemie, AV ČR, Praha Dr. Martin Hrubý + studenti

49 Děkuji za pozornost http: // www.natur.cuni.cz/anorchem/19 Více informací najdete na: