Synthèse et imagerie cardiaque des ligands 18F sélectifs pour les récepteurs 1-adrénergiques

Les β 1- et β 2-adrénorécepteurs (β -AR) jouent un rôle important dans la régulation de la fonction cardiaque et ont été largement étudiés au cours des dernières décennies, 1,2 comme les changements dans le nombre et le nombre de cardiaques β -Les RA ont été associés à plusieurs maladies du cœur, y compris l’ischémie myocardique, 3 l’insuffisance cardiaque congestive, 4 cardiomyopathie, 5 et l’hypertension.6 Dans le cœur humain sain, β 1-AR est le sous-type dominant (ratio 4: 1 β 1: β 2-AR) et largement distribué. Cependant, dans le cœur défaillant, une diminution prévisible de la densité cardiaque et de la densité AR-1 (rapport 3: 2, densité de 2-AR observée dans le tissu cardiaque des patients atteints d’insuffisance cardiaque post-mortem) , associée à une activité sympathique accrue, augmentant les taux de noradrénaline et d’adrénaline d’origine cardiaque, conduit à une désensibilisation plus poussée et à une régulation négative ultérieure des 1-AR, ainsi qu’à une diminution de la contractilité cardiaque, caractéristique de l’insuffisance cardiaque7. En outre, il a été démontré que la régulation négative de la 1-AR précède l’insuffisance cardiaque clinique et peut en effet être un marqueur clinique précoce du dysfonctionnement ventriculaire gauche.8 À ce jour, le cœur humain a été largement étudié par tomographie par émission de positrons. ) et la tomographie par émission de photon unique (SPECT) pour évaluer le flux sanguin myocardique et le métabolisme du substrat.9 Cependant, ces techniques d’imagerie n’ont pas encore réalisé l’opportunité d’une évaluation non invasive de la densité, de la distribution et de l’occupation 10 L’identification de la population à risque de développer une insuffisance cardiaque avant la survenue de symptômes cliniques améliorerait considérablement la prise en charge des patients. ainsi que la stratification d’une population de patients qui bénéficierait de la mise en place d’un défibrillateur cardioverteur implantable (DCI) .12A ce jour, cependant, aucun radioligands optimal pour l’imagerie cardiaque et SPT n’est disponible, 13 où le traceur le plus étudié chez les patients atteints de maladies cardiovasculaires est le ligand non sélectif [11C] CGP-12177.14. Malheureusement, sa capacité démontrée de visualisation et de quantification de la densité de -AR seul plutôt que la population de-1-AR spécifiquement est moins utile pour l’évaluation des maladies cardiaques15. Par contraste, l’antagoniste sélectif de l’ARX 89, 406 (1; Schéma 1) a déjà été montré pour produire un blocage efficace de β 1-AR pendant l’exercice chez les patients souffrant d’angine de poitrine.16 En tant que tel, Schaefer et al. ont choisi ce composé comme leur structure principale dans le développement de nouveaux ligands sélectifs de 1-AR pour la TEP et le SPECT17. 19 Notamment, les auteurs ont développé un dérivé O-méthyle de 1, marqué au carbone 11 ( [11C] OMe-ICI 89, 406; [11C] 2), qui présentait une affinité et une sélectivité élevées pour β 1-AR in vitro. Malheureusement, les études in vivo n’ont pas démontré de liaison spécifique élevée au myocarde β 1-AR; On a observé un métabolisme rapide et une forte liaison non spécifique dans le myocarde. 20Schéma 1Synthèse de ICI 89, 406 et Analogues Notre objectif dans la présente étude était d’élargir le profil d’activité de la structure et d’évaluer de multiples dérivés marqués au 18F études d’imagerie vivo.21,22 Traditionnellement, ICI 89,406 avec un très petit ensemble de dérivés non fluorés ont été préparés via l’ouverture d’époxyde catalysé par un acide de (S) – (oxiran-2-ylméthoxy) benzonitrile avec une amine fonctionnalisée de manière appropriée (schéma 1). Divers ligands fluorés préparés dans notre étude ont tiré profit de cette approche de déconnexion synthétique, où plusieurs amines fonctionnalisées ont d’abord été préparées puis exposées à une série de (S) – (oxiran-2-ylméthoxy) benzonitriles substitués pour créer un ensemble divers de composés avec les régions A et B comme montré dans le graphique 1.Chart 1Diverse Moeties pour les régions A et B liées via le ICI 89,406 Backbone En conjonction, deux stratégies synthétiques complémentaires ont été développées pour générer les dérivés amino-urée fonctionnalisés requis. Au sein de chaque analogue, la liaison urée centrale a été construite par condensation du tert-butyl-2-aminoéthylcarbamate avec soit un isocyanate disponible dans le commerce, soit un p-nitrophénylcarbamate généré in situ (Schémas 2 et 3 et Supporting Information) .Scheme 2Scheme 3Synthesis of Carbamates 38, 40, 51 – 60, 63 et 65Dans certains cas, des manipulations supplémentaires de groupes fonctionnels ont été nécessaires pour achever la construction avant la réaction avec les (S) – (oxiran-2-ylméthoxy) benzonitriles substitués, tandis que dans d’autres, Pour générer plus de radioligands plus efficacement, la procédure de radiosynthèse que nous avons choisie pour le marquage des composés a utilisé un processus en deux étapes bien établi de multiples précurseurs phénoliques avec divers substituants alkyles marqués au 18F (Schéma 4) .24 Une station de radiosynthèse robotisée, capable de conduire des procédures de radiosynthèse en plusieurs étapes , a été développé et évalué avec nos phénols précurseurs sélectionnés.Schéma 4Pour la préparation des fluorures d’alkyle marqués au 18F conjugué, des matériaux précurseurs ont été nécessaires qui contiennent des groupes partants activés tels que des esters sulfonates (par exemple, tosylates, mesylate). Les dérivés primaires ont été préférés en raison de leur facilité de déplacement avec le fluor-18 par rapport aux dérivés secondaires, qui éliminent souvent dans les conditions de fluoration basiques. En gardant ces réserves à l’esprit, nous avons d’abord généré les radioligands marqués 18F [18F] fluoroéthyl- (41) et [18F] fluoropropyl tosylate (62) à partir de leurs précurseurs respectifs de bis-tosylate en utilisant une combinaison de méthodes publiées.25 Réaction subséquente de 41 et 62 avec des précurseurs de phénol 47 ou 49 dans des conditions standards de Williamson ont donné une purification par Chromatographie en phase liquide à haute performance (CLHP) (31% de conversion après 30 minutes, voir les informations complémentaires pour plus de détails). . Notamment, pour chaque radiotraceur, 25 mCi du composé final a été isolé à partir de 500 mCi de [18F] NaF à haute pureté radiochimique; le temps de synthèse total était de 120 minutes. Les valeurs d’activité spécifique variaient de 750 à 2000 mCi / μ mol en fonction de la concentration radioactive finale. De manière significative, le procédé de marquage en une seule étape, ([18F] KF, K222, MeCN, 90 ° C, 15 min), en utilisant les dérivés de tosylate dérivés de [18F] 5 – (&#x0003c, 2% de rendement radiochimique). Les efforts de synthèse initiaux ont été dirigés vers l’introduction d’un atome de fluor dans la région B de 1 (tableau 1). Il est important de noter que les fluorures aromatiques 3 et 4 ont tous deux présenté une forte activité de liaison à l’AR-1 (CI50 = 0,2 et 0,1 nM, respectivement) et sélectivité 2-AR (69- et 150 -fold, respectivement), révélant une préférence modeste pour la localisation du fluor en position para du cycle aromatique. En variante, l’extension de la fonction méthoxy en 2 au dérivé fluoroéthoxy 5 a entraîné une augmentation de la sélectivité de 3 fois tout en maintenant la puissance de liaison de 1-AR.26 Il est intéressant de noter qu’une extension supplémentaire pour produire une fonction fluoropropoxy (6) a entraîné β la puissance de liaison de 1-AR et la sélectivité du sous-type par rapport à 2. Le maintien du groupe fluoroéthoxy en 5 avec transposition à la méta-position a, cependant, amélioré la puissance de 1-AR avec une sélectivité réduite (p. 5 et 7, tableau 1). La relocalisation de l’atome de fluor de la région B (5) à la région A comme dans 12 a induit une diminution marquée de la puissance et de la sélectivité de 1-AR β Enfin, lorsque le groupe fluoroéthoxy a été remplacé par un dérivé amino fluoré, la puissance et la sélectivité de 1-AR ont diminué significativement (8). Pris ensemble, la substitution du fluor a été mieux toléré sur l’anneau B en ce qui concerne à la fois la puissance et la sélectivité de 1-AR.Tableau 1 Analogues fluorés de ICI 89 406 (1) et OMe-ICI 89 406 (2) Des études antérieures ont identifié # x003b2; des analogues ICI 89 406 sélectifs de 1-AR, qui contiennent un résidu d’acide carboxylique dans la position para de l’anneau B.27 Par conséquent, un ensemble d’analogues fluorés (9 – 11), qui contiennent un schéma de substitution connexe, ont été préparés. Les composés 9 et 10 présentent une activité de liaison modérée à β 1-AR (IC50 = 21 et 2 nM, respectivement), tout en maintenant une bonne sélectivité 2-AR (164- et 70- pli, respectivement, tableau 1) cristallisation. La transposition de l’atome de fluor de la région A à la région B (11) a de nouveau entraîné une augmentation significative de l’activité et de la sélectivité de liaison de 1-AR par rapport à 9 et 10. Bien que les composés 9 et 11 aient été comparables dans leur profil de sélectivité à 3 – 7, la puissance de liaison de 1-AR était environ 10 fois plus faible. Malgré de nombreux rapports de ligands 1-AR qui contiennent un pharmacophore aryloxy propanolamine, beaucoup d’entre eux En fait, les composés ne sont pas sélectifs pour β 1-AR.28 Considérant que 5 – 7 contiennent à la fois le squelette aryloxy propanolamine et un système aromatique substitué par l’urée (région B), on peut conclure que β La puissance et la sélectivité du 1-AR sont en fait attribuées à ces caractéristiques structurelles supplémentaires. En tant que tel, des études de structure d’activité (SAR) supplémentaires ont été menées pour évaluer les exigences structurelles dans le squelette aryloxy propanolamine des ligands 5   7 nécessaires pour maintenir la puissance et la sélectivité. Par exemple, l’introduction d’un hétéroatome dans le cycle B des structures mères 4 et 5 a donné les dérivés de pyridine fluorés 14 et 13, respectivement. Notamment, 14 présentaient une diminution de 3 fois de la puissance de 1-AR &#x003b2 et une augmentation de près de 2 fois de la sélectivité de 1-AR par rapport à 4, tandis que le composé 13 maintenait β 1-AR activité, bien qu’avec une sélectivité nettement diminuée par rapport à 5. Le remplacement de l’atome de fluor en 14 par de l’iode ou du brome a donné les composés 15 et 16, qui présentaient une activité et une sélectivité accrues de 1-AR; 15 et 16 peuvent prouver des cibles structurelles intéressantes comme radiotraceurs PET marqués avec 124I et 76Br. L’introduction d’un atome d’azote supplémentaire dans l’anneau B de 16 a généré un analogue de pyrimidine fluorée, qui a entraîné une diminution mineure de la puissance de 1-AR. et sélectivité (17; IC50 = 0,35 nM; 163 fois), tandis que le remplacement du cycle B par des hétérocycles à 5 chaînons tels que le thiazole (18) ou le tétrazole (19) s’est avéré préjudiciable à la fois à la puissance et à la sélectivité Il n’est pas surprenant que la substitution de l’anneau B par des hétérocycles saturés comme en 20 et 21 ait nettement diminué la puissance et la sélectivité et confirmé les exigences structurelles aromatiques décrites ci-dessus. Une petite structure et le profil d’activité de la fonction urée dans le lieur reliant les régions A et B dans 5 & spplus 7 ont également été générés, où l’élimination de l’un ou l’autre atome d’azote dans la fonctionnalité urée de 4 et 14 24 et 23, respectivement, ont abouti à une diminution de l’activité et de la sélectivité de 10 fois. Le remplacement du groupement urée par un lieur sulfonamide (25) s’est également avéré préjudiciable. Globalement, aucun groupe fonctionnel amélioré n’a été identifié. En résumé, les composés 3 – 7, 13 et 14, contenant chacun un atome de fluor, présentaient une liaison de 1-AR (IC50 = 0,04 – 0,30 nM) et une bonne sélectivité pour les récepteurs (50 – 450 fois) adaptée aux études d’imagerie. Nos critères pour la sélection des radioligands étaient les suivants: (a) β 1-affinité de liaison, < 1 nM; (b) β 1 / β 2 sélectivité > 50; (c) des valeurs de cLogD modérées; et (d) facilement marqué avec du fluor-18. Les composés 5 – 7 ont donc été sélectionnés comme candidats représentatifs pour le marquage au fluor-18 lorsqu’ils ont atteint nos critères de sélection, fourni une gamme de valeurs d’activité et de sélectivité, et maintenu une valeur cLogD près de 1. x02013; 7 chez les rats Sprague & Dawley (SD) sont résumés dans le tableau 2. En général, une extraction élevée des radiotraceurs du pool sanguin dans des tissus tels que le coeur, les poumons et le foie a été observée 30 minutes après l’injection. L’absorption cardiaque des composés [18F] 5 – 7 était de 0,48, 0,42 et 0,62% ID / g, à 30 min, avec des rapports cœur / poumon correspondants de 1: 2, 1: 1,5 et 1: 1,27, respectivement. Des valeurs similaires ont également été observées entre le cœur et le foie. Dans ces cas, l’absorption des radioligands [18F] 5 – 7 ne semble pas affectée par la position ou la longueur de la chaîne latérale fluoroalkyle.Tableau 2Biodistribution de [18F] -ICI 89,406 Analogues dans RatsabConsidérant la faible expression du récepteur β 1 sous-type, l’absorption préférentielle observée de ces traceurs dans le tissu pulmonaire est probablement de nature non spécifique. Bien que ce détail concorde avec la littérature publiée20, plusieurs auteurs rapportent des défis associés à la démonstration in vivo de la sélectivité du sous-type, notamment l’atteinte d’un équilibre approprié entre l’activité spécifique et l’occupation des récepteurs et la médiation des effets pharmacologiques des agents bloquants préférés (c.-à-d. bradycardie du métaprolol).Malgré la réalisation de niveaux appropriés d’activité spécifique dans la présente étude, la distribution tissulaire observée compliquera probablement les futures études de blocage in vivo. Malgré une faible puissance statistique, les études de dissection abrégées in vivo décrites ci-dessus aident à établir des différences brutes dans la distribution des composés et facilitent le développement SAR. . Des études plus approfondies, statistiquement pertinentes sont toutefois nécessaires pour distinguer les différences de distribution subtiles et finaliser la sélection des candidats potentiels. Des études d’imagerie par TEP dynamique réalisées sur des rats SD ont confirmé les résultats de la biodistribution. Les trois radiotraceurs étaient clairement visualisés dans le myocarde et le foie 30 minutes après l’injection; cependant, à 60 min, un lavage important des trois radiotraceurs a été observé. Fait important, aucune interférence provenant de l’absorption dans les poumons n’a été détectée (figure ​ (figure1) .1). L’étude du métabolisme in vivo du [18F] 7 a révélé une perte progressive de l’espèce parente au fil du temps, commençant à 83% et se terminant à 44% (2 et 30 min respectivement); un échantillon d’urine de 30 minutes contenait 76% des espèces parentes. Deux métabolites uniques ont été observés par analyse HPLC.Figure 1Images du coeur du rat à 30 min. (a) axe long horizontal, (b) axe court, et (c) axe long vertical. Considérant la proximité des données dérivées de [18F] 5 – 7, composé [18F] 7 a été choisi comme exemple représentatif pour plus évaluation in vivo détaillée. Les diagrammes d’activité de temps générés par une étude plus approfondie de [18F] 7 ont montré une absorption rapide du radiotraceur du pool sanguin dans le myocarde, les poumons et le foie après 5 min postinjection, après quoi un niveau stable du traceur a été observé. observée dans les tissus sanguins, cardiaques et pulmonaires, alors que les niveaux hépatiques diminuaient de façon marquée avec le temps (figure ​ (figure2) .2). Fait important, l’étude d’imagerie dépendant du temps a montré que [18F] 7 s’accumule dans le tissu cardiaque dans les minutes qui suivent l’injection. Cible: les rapports d’organes non ciblés sont restés relativement stables au fil du temps (Figure 3; 3; Informations de support) .Figure 2Time – courbes d’activité à partir des données d’imagerie de [18F] 7.Figure 3Images de [18F] 7 dans le coeur du rat à divers points temporels. (a) Axe long horizontal, (b) axe court et (c) axe long vertical. En conclusion, plusieurs dérivés marqués au 18F du ligand 1-sélectif ICI 89, 406 ont été développé et évalué en tant que traceurs d’imagerie cardiaque potentiels Une étude de structure et d’activité étendue a identifié une série de ligands sélectifs fluorés substitués par β 1, avec une forte affinité β 1-AR et β 1 / β 2 sélectivité L’évaluation in vivo de [18F] 5 – 7 chez des rats SD a démontré l’absorption des radiotraceurs dans le coeur (0,48 – 0,62% ID / g), poumon (0,63 – % ID / g), et foie (1,03 – 1,14% ID / g) tissu, les résultats ont été confirmés par μ étude d’imagerie TEP. Malgré une visualisation claire du myocarde, le considerabl L’absorption de ces traceurs dans des tissus non ciblés laisse supposer un manque de liaison spécifique, ce qui peut limiter l’application globale des données d’imagerie actuelles et l’utilité générale de la conception pharmacophore existante. Les études futures tenteront de concilier ces problèmes de sélectivité et viseront à réduire l’absorption hépatique et à améliorer la rétention cardiaque globale.