Chemistry and catalysis advances in organometallic chemistry and catalysis


Download 11.05 Mb.
Pdf ko'rish
bet95/115
Sana23.06.2017
Hajmi11.05 Mb.
#9613
1   ...   91   92   93   94   95   96   97   98   ...   115

Scheme 44.2

Reactions of fac-[Re

3

-H



2

B(tim


Me

)

2



}(CO)

3

] (5) with ethylenediamine and cyclohexyl isonitrile (tim



Me

= 2-mercapto-1-

methylimidazolyl) [38, 39]. (See insert for color representation of the figure.)

PPh


3

pzH


pzH

6

9

10

11

Carbon


Rhenium

Nitrogen


Oxygen

Sulphur


Boron

Phosphorous



Scheme 44.3

Reactions of fac-[Re

3

-H



3

B(tim


Me

)

}(CO)



3

] (6) with triphenylphosphine and pyrazole (tim

Me

= 2-mercapto-1-



methylimidazolyl) [40, 41]. (See insert for color representation of the figure.)

TARGET-SPECIFIC COMPLEXES

595

+

N



N

O

O



H

N

N



O

O

N



N

O

O



+

N

N



O

O

O



H

N

N



O

O

O



N

N

O



O

O

C



C

+

O



O

P

P



P

P

O



O

O

O



O

O

O



O

99m


Tc

99m


Tc

99m


Tc

99m


Tc

C

C



C

C

C



C

N

N



N

N

N



N

OMe


OMe

MeO


MeO

OMe


OMe

+

CO



CO

OC

CO



OC

CO

99m



Tc-DMEOP (12)

99m


Tc-TMEOP (13)

99m


Tc-Sestamibi

99m


Tc-Tetrofosmin

Figure 44.5

Structures of

99m

Tc(I) tricarbonyl complexes with potential as myocardial imaging agents.



Our group studied cationic tris(pyrazolyl)methane technetium tricarbonyl complexes bearing a variety of ether functional

groups at the pyrazolyl rings and/or at the central carbon atom [49–52]. We expected to improve their biodistribution profile,

namely, the heart/liver and heart/lung uptake ratios, as the activity retained in adjacent nontarget organs may hamper the

clinical analysis of the heart images. These studies allowed the identification of the lead complexes 12 and 13 (Fig. 44.5),

which are anchored by the tris(pyrazolyl)methane ligands HC[3,5-(MeOCH

2

)



2

pz]


3

(DMEOP) and HC[3,4,5-(MeOCH

2

)

3



pz]

3

(TMEOP), respectively.



Owing to the relatively low water solubility of these ligands, we prepared the respective sodium complexes [Na

{HC[3,5-


(MeOCH

2

)



2

pz]


3

}

2



]I and [Na

{HC[3,4,5-(MeOCH

2

)

3



pz]

3

}



2

]I (Fig. 44.6). These salts are completely soluble in aqueous

medium and react quantitatively with fac-[

99m


Tc(CO)

3

(H



2

O)

3



]

+

affording the desired compounds (12 and 13) under aqueous



conditions [49].

Complexes 12 and 13 exhibited a significant fast and stable heart uptake, as well as a fast blood and liver clearance. Within

the tricarbonyl approach, only another

99m


Tc(I) complex stabilized by a tridentate PNP ligand bearing a pendant crown ether

has shown a biological behavior comparable to that of 12 and 13 [48]. Our preclinical results were particularly encouraging

for fac-[

99m


Tc(CO)

3

{HC[3,4,5-(CH



3

OCH


2

)

3



pz]

3

}]



+

(13) that exhibited an extremely fast liver clearance compared to

99m

Tc-


Sestamibi and

99m


Tc-Tetrofosmin (Fig. 44.7) [49, 50]. In vivo data indicated that this

99m


Tc(I) tricarbonyl complex improves

the diagnostic accuracy of coronary artery disease, and so deserve to be further evaluated in larger animals and humans as

a myocardial perfusion agent. As described earlier for

99m


Tc-sestamibi, the authors have also shown that complex 13 has

potential for early detection of cancer and noninvasive monitoring of tumor multidrug resistance (MDR) [52].



44.6

TARGET-SPECIFIC COMPLEXES

Advances in proteomics and genomics have significantly improved the understanding of molecular alterations underlying

different diseases, such as changes in expression and functionality of different genes and/or proteins. The noninvasive


596

ORGANOMETALLIC CHEMISTRY OF RHENIUM AND TECHNETIUM FUELED BY BIOMEDICAL APPLICATIONS

O18

O6

N4



N1

N5

N7



N9

N11


C1

C29


Na

Figure 44.6

Molecular structure of the cation of compound [Na

{HC[3,4,5-(MeOCH

2

)



3

pz]


3

}

2



]I.

(a)


(b)

Heart


Liver

(c)


Figure 44.7

Representative SPECT image analysis at 40 min after administration of (a)

99m

Tc-TMEOP (13), (b)



99m

Tc-Sestamibi, and

(c)

99m


Tc-Tetrofosmin. Reproduced with permission from John Wiley & Sons.

imaging of such alterations with target-specific radiopharmaceuticals can contribute to the monitoring of disease onset and

progression, follow-up of innovative therapies in patients, or preclinical models and dosage optimization of novel drugs. In the

past few years, the tricarbonyl technology has been abundantly explored on the design of target-specific radiopharmaceuticals,

based on protein-like molecules (e.g., peptides, peptide nucleic acids, antibodies, nanobodies, or affibodies) or on small

nonpeptidic organic molecules (e.g., amino acids, carbohydrates, folic acid, vitamin B12 derivatives, phosphonates, and

enzyme substrates/inhibitors) [11, 12, 53–59]. For bioactive peptides, important achievements have been already obtained,

based on, for example, the single amino acids chelate technology (SAAC) that allows a highly flexible functionalization

of peptides using solid-phase peptide synthesis (SPPS) [53]. For small nonpeptidic biomolecules, the progresses can be

considered more mitigated despite the significant efforts developed worldwide, namely, on steroid derivatives, amino acids,

and sugars. Several

99m


Tc(CO)

3

-labeled small biomolecules with encouraging in vitro properties have been obtained but,



TARGET-SPECIFIC COMPLEXES

597

so far, none of them have shown sufficiently good biological profile for further clinical evaluation in humans. The present

contribution will not cover all the reported work on the field, to avoid overlap with other comprehensive reviews recently

published [11, 12, 53–60].

We have used the tricarbonyl technology for labeling different bioactive peptides, for example, bombesin analogs,

RGD (Arg-Gly-Asp)-containing peptides, and melanocortin analogs [61–72]. Concerning melanocortin analogs, it is worth

highlighting the achievements obtained on the modulation of their pharmacokinetics, profiting from the versatility of

the pyrazolyl-diamine bifunctional chelators (BFCAs). Following initial studies with linear analogs that have shown

moderate tumor-targeting capability, a lactam bridge-cyclized

α-melanocyte-stimulating hormone (α-MSH) derivative,

βAlaNleCycMSH

hex


, was synthesized and labeled with the fac-[

99m


T(CO)

3

]



+

core using a pyrazolyl-diamine BFCA with

Me substituents at the 3- and 5-positions of the azolyl ring. The resulting radiolabeled cyclic peptide exhibited a very high

tumor uptake in B16F1 melanoma tumor-bearing mice (among the highest values reported in the literature), but showed an

undesirable accumulation of activity in the liver and intestine [66]. Thereafter, the effect of different azolyl-ring substitution

patterns (free carboxylate at the 4-position and/or methyl groups at the 3- and 5-positions) (Fig. 44.8) on the pharmacokinetic

profile of the

99m


Tc(CO)

3

-labeled cyclic



α-MSH derivative was studied.

The different radiopeptides (14–16) displayed subnanomolar binding affinity for the melanocortin type 1 receptor (MC1R)

with high and comparable melanoma uptake in B16F1 melanoma-bearing C57BL/6 mice at 1 h p.i. (between 9.90

± 1.10


%IA/g and 11.82

± 3.91 %IA/g). The presence of carboxylate substituents at the 4-position of the pyrazolyl ring caused

a significant reduction in kidney (circa 90% and 96%) and liver (circa 92% and 88%) uptake, particularly for complex

16 without Me substituents at the 3- and 5-positions, as can be clearly seen in the scintigraphic images presented in

Fig. 44.9. Furthermore, the radiopeptide 16 presented the highest tumor-to-kidney ratio (7.1 at 4 h p.i.) among all the

evaluated

α-MSH lactam-based cyclic radiopeptides [72]. Altogether, these results showed that the versatility and favorable

coordination capability of pyrazolyl-diamine chelators allowed the tuning of the pharmacokinetic properties of

99m


Tc(CO)

3

-



labeled bioactive peptides, without compromising their in vitro and in vivo targeting ability.

Owing to their compact and lipophilic character, the fac-[

99m

Tc(CO)


3

]

+



core has also been studied for the labeling

of central nervous system (CNS) receptor ligands, aiming to find radioactive probes for in vivo monitoring of the

density of these receptors. In particular, several research groups have studied

99m


Tc-labeled aryl-piperazine derivatives

looking for radioactive probes for specific targeting of 5-hydroxytryptamine (5-HT

1A

) receptors, implicated in major



neuropsychiatric disorders such as schizophrenia, anxiety, and depression. Several BFCAs, such as cyclopentadieyls [27],

carboranes [73], and dihydrobis(mercaptoimidazolyl)borates [37, 74], have been explored to achieve this goal. Our group

focused on dihydrobis(mercaptoimidazolyl)borates, which stabilize neutral and lipophilic

99m


Tc-tricarbonyl complexes easily

functionalized with arylpiperazine pharmacophores, through the mercaptoimidazolyl rings. Complexes containing one or

two pharmacophores (Fig. 44.10) were synthesized and biologically evaluated. Most of the complexes presented excellent

N

N



N

NH

2



O

HN

NH



O

H

2



N

N

H



O

NH

N



H

NH

2



O

HN

HN



O

N

H



O

N

HN



O

NH

O



N

H

O



HN

HN

O



R

1

R



2

R

3



99m

Tc

CO



CO

OC

14: R

1

 = R


2

 = R


3

 = H


15: R

1

 = R



3

 = Me, R


2

 = CH


2

COOH


16: R

1

 = R



3

 = H, R


2

 = COOH


+

Figure 44.8

Structures of

99m

Tc(CO)


3

-labeled lactam bridge-cyclized

α-MSH derivatives obtained using different pyrazolyl-diamine

BFCAs.


598

ORGANOMETALLIC CHEMISTRY OF RHENIUM AND TECHNETIUM FUELED BY BIOMEDICAL APPLICATIONS

15

16

Tumor



Liver

Figure 44.9

Scintigraphic images of a melanoma-bearing mouse injected with

99m

T(CO)


3

-labeled melanocortin analogs 15 and 16. [72].



17

Carbon


Rhenium

Nitrogen


Oxygen

Sulphur


Boron

Figure 44.10

Molecular structure of a dihydrobis(mercaptoimidazolyl)borate Re(I) tricarbonyl complex containing two arylpiperazine

pharmacophores [74] (See insert for color representation of the figure.)

nanomolar or subnanomolar affinity (IC

50

values) toward the 5-HT



1A

receptors, when linkers of appropriate length were

used to attach the pharmacophore to the metal moiety. However, all the complexes have shown a relatively poor brain

uptake in mice.

The targeting of enzymes with radioactive probes is considered of great importance in the diagnosis and follow-up of

different oncological pathologies and cardiovascular diseases. Several groups investigated the labeling of enzyme inhibitors

or substrates using the tricarbonyl approach (e.g., carbonic anhydrase [75], histone deacetylase [76], epidermal growth

factor receptor tyrosine kinase (EGFR-TK) [16], and human thymidine kinase (hTK)[77–81]). In our group, we studied

pyrazolyl-diamine Re(I) and

99m


Tc(I) complexes bearing l-arginine derivatives for in vivo nitric oxide synthase (NOS)

targeting (Fig. 44.11) [82–84]. NOS is the eukaryotic enzyme responsible for the endogenous catalytic oxidation of

l-arginine to l-citrulline that generates nitric oxide (NO), a key mammalian signaling mediator in several physiological

processes. Overproduction of NO by iNOS has been linked to many diseases, particularly cancer. In vitro studies with Re

N

N

N



NH

2

O



N

H

COOH



HN

NH

H



N

NO

2



M

CO CO


OC

M = Re (18), M = 

99m

Tc (18a), n = 4



M = Re (19), M = 

99m


Tc (19a), n = 1

n

+

Figure 44.11

Examples of l-arginine-containing M(I) tricarbonyl complexes.


TARGET-SPECIFIC COMPLEXES

599

complexes have shown that the affinity of inhibitor-containing conjugates to iNOS is less affected on metallation than the

substrate-containing conjugates. The Re complexes bearing guanidino-substituted analogs of l-arginine retained considerable

inhibitory action, and are the first examples of organometallic complexes inhibiting the iNOS [82, 83]. Remarkably, a nitro-

arginine-containing Re complex (18) (Fig. 44.11) showed a K

i

value of 6

μM, comparable to that of the organic inhibitor

N

ω

-nitro-l-arginine. Complex 18 also suppressed NO biosynthesis in lipopolysaccharide (LPS)-treated macrophages, but the



99m

Tc congener (18a) did not show any significant uptake in most tissues of LPS-treated mice compared to a control group.

However, the related complex 19a (Fig. 44.11) showed an enhanced uptake in the LPS-treated animal model, due most

probably to iNOS upregulation [83]. These results indicate that this family of complexes may hold promise for the design

of SPECT probes for in vivo targeting of iNOS.

Bisphosphonates (BPs) are a class of small molecules highly important in the treatment of osteoporosis as they inhibit

osteoclatic bone resorption. Owing to their osteotropic properties, the labeling of BPs with

99m


Tc and

186/188


Re can provide

radioactive tools useful for bone scintigraphy and therapy, respectively. Taking this into consideration, the authors’ group

has studied the labeling of pamidronate (PAM) and alendronate (ALN) with the fac-[

99m


Tc(CO)

3

]



+

core using pyrazolyl

diamine chelators (Fig. 44.12) [85, 86].

The resulting

99m

Tc complexes were chemically identified by high performance liquid chromatography (HPLC)



comparison with their corresponding Re surrogates, which were fully characterized. The biological evaluation of the PAM

derivatives (complexes 20a and 21a) in mice has shown a bone uptake comparable to that of a radiopharmaceutical in clinical

use (

99m


Tc-MDP) with a favorable and fast clearance from most soft tissues (Fig. 44.13). Other authors have also labeled

the same BPs with fac-[

188

Re(CO)


3

]

+



using dipyridyl amine (dpa) BFCAs. Most relevantly, preclinical studies of one of

these complexes, fac-[

188

Re(CO)


3

(dpa-ALN)], indicated that it is superior to

188

Re-HEDP, presenting greater accumulation



in regions of high metabolic activity and displaying an enhanced resistance toward in vivo oxidation to perrhenate [87].

N

N



N

NH

2



HN

O

M



CO

CO

OC



P

P

OH



O

O



HO

OH

O



O

M = Re (20), M = 



99m

Tc (20a), n = 1

M = Re (21), M = 

99m


Tc (21a), n = 2

n = 1, 2

n

+

Figure 44.12

BP-containing pyrazolyldiamine M(I) tricarbonyl complexes for bone targeting.

21a


99m

Tc-MDP


Figure 44.13

Planar whole-body gamma camera images of rats injected with complex 21a and

99m

Tc-MDP at 2 h p.i. Reproduced with



permission from The Royal Society of Chemistry. (See insert for color representation of the figure.)

600

ORGANOMETALLIC CHEMISTRY OF RHENIUM AND TECHNETIUM FUELED BY BIOMEDICAL APPLICATIONS

Altogether, these results clearly indicate that these Tc(I)/Re(I) tricarbonyl complexes are a class of complexes with great

potential as bone targeting radiopharmaceuticals for diagnostic or therapeutic applications in nuclear medicine.

Multifunctional

99m


Tc compounds displaying cell-specific uptake and ability to target the nucleus might have potential

for targeted therapy as

99m

Tc is also an Auger electron-emitting radiometal. The design of this type of complexes has



been pioneered by Alberto et al., who have shown that a trifunctional

99m


Tc(I) tricarbonyl complex, containing a pyrene

intercalator and an nuclear localisation signal (NLS) peptide, reaches the nucleus of B16-F1 mouse melanoma cells and

induces much stronger radiotoxic effects than

99m


TcO

4



[88]. Alberto et al. also demonstrated that a [2

+1] Re(I) tricarbonyl

complex bearing acridine orange (AO) as a DNA-binding group can target the nucleus of murine B16F1 cells without

needing a carrier NLS sequence [89]. For this type of application, we have also evaluated pyrazolyl-diamine Re(I)/

99m

Tc(I)


tricarbonyl complexes bearing anthracene (22/22a) and AO groups (23/23a) (Fig. 44.14) [90–92]. We have shown that

this type of complexes rapidly entered the cells and accumulated inside the nucleus. Complex 22a, having the anthracenyl

substituent at the 4-position of the pyrazolyl ring, exhibited pronounced radiotoxicity and induced an apoptotic cellular

outcome [91].

These encouraging results prompted the synthesis of pyrazolyldiamine

99m


Tc(I)/Re(I) tricarbonyl complexes bearing

Bombesin (BBN) analogs and AO intercalators. We have shown that complex 24a, containing the GGG-BBN Bombesin

[7–14] peptide (Fig. 44.14), presented a high cellular internalization in PC3 cells and a remarkably high nuclear uptake

in the same cell line. Live cell confocal imaging microscopy studies (Fig. 44.15) with the Re congener (24) have shown

a considerable accumulation of fluorescence into the nucleus with uptake kinetics similar to that exhibited by 24a. These

compounds are the first examples of

99m

Tc bioconjugates that combine specific cell targeting with nuclear internalization, a



crucial issue for the exploitation of

99m


Tc in Auger therapy [93].

The design of nanoplatforms for in vivo molecular imaging applications and/or drug delivery is a growing field. We

and other groups have explored the tricarbonyl technology to label mannosylated dextran derivatives, aiming the design of

specific nanostructures for sentinel lymph node detection (SLND). To achieve this goal, dextran was functionalized with

pyrazolyldiamine or cysteine chelators to stabilize the fac-[M(CO)

3

]



+

(M

=



99m

Tc, Re) core and with mannose to provide

NH

NH

N



N

M

OC



OC

CO

N



NMe

2

NMe



2

NH

O



N

N

N



NH

2

R



M

CO

CO



OC

M = Re (22), M = 

99m

Tc (22a)



R = H, M = Re (23), M = 

99m


Tc (23a)

R = (CH


2

)

3



CONH-GGG-BBN[7-14], M = Re (24), M = 

99m


Tc (24a)

Figure 44.14

M(I) tricarbonyl complexes functionalized with polyaromatic DNA intercalators and BBN analogs.



Download 11.05 Mb.

Do'stlaringiz bilan baham:
1   ...   91   92   93   94   95   96   97   98   ...   115




Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©fayllar.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling