Thermodynamic stability, kinetic inertness and relaxometric properties of monoamide derivatives of lanthanide(III) DOTA complexes

A complete thermodynamic and kinetic solution study on lanthanide(III) complexes with monoacetamide (DOTAMA, L1) and monopropionamide (DOTAMAP, L2) derivatives of DOTA (DOTA = 1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetraacetic acid) was undertaken with the aim to elucidate their stability and inertness in aqueous media. The stability constants of GdL1 and GdL2 are comparable, whereas a more marked difference is found in the kinetic inertness of the two complexes. The formation of the Eu(III) and Ce(III) complexes takes place via the formation of the protonated intermediates which can deprotonate and transform into the final complex through a OH-assisted pathway. GdL2 shows faster rates of acid catalysed decomplexation with respect to GdL1, which has a kinetic inertness comparable to GdDOTA. Nevertheless, GdL2 is one order of magnitude more inert than GdDO3A. A novel DOTAMAP-based bifunctional chelating ligand and its deoxycholic acid derivative (L5) were also synthesized. Since the coordinated water molecule in GdL2 is characterized by an exchange rate ca. two orders of magnitude greater than in GdL1, the relaxivity of the macromolecular derivatives of GdL5 should not be limited by the slow water exchange process. The relaxometric properties of the supramolecular adduct of GdL5 with human serum albumin (HSA) were investigated in aqueous solution by measuring the magnetic field dependence of the H-1 relaxivity which, at 20 MHz and 298 K, shows a 430% increase over that of the unbound GdL5 chelate. Thus, Gd(III) complexes with DOTAMAP macrocyclic ligands can represent good candidates for the development of stable and highly effective bioconjugate systems for molecular imaging applications

High kinetic inertness of a bis-hydrated Gd-complex with a constrained AAZTA-like ligand

L

A shortcut to high-affinity Ga-68 and Cu-64 radiopharmaceuticals: one-pot click chemistry trimerisation on the TRAP platform

K

Ultrasonic Dispersion and Relaxation in Morpholine

In order to rationalize the influence of FeIII contamination on labeling with the 68Ga eluted from 68Ge/68Ga-generator, a detailed investigation was carried out on the equilibrium properties, formation and dissociation kinetics of GaIII- and FeIII-complexes of 1,4,7-triazacyclononane-1,4,7-tris(methylene[2-carboxyethylphosphinic acid]) (H6TRAP). The stability and protonation constants of the [Fe(TRAP)]3− complex were determined by pH-potentiometry and spectrophotometry by following the competition reaction between the TRAP ligand and benzhydroxamic acid (0.15 M NaNO3, 25°C). The formation rates of [Fe(TRAP)] and [Ga(TRAP)] complexes were determined by spectrophotometry and 31P-NMR spectroscopy in the pH range 4.5–6.5 in the presence of 5–40 fold HxTRAP(x−6) excess (x = 1 and 2, 0.15 M NaNO3, 25°C). The kinetic inertness of [Fe(TRAP)]3− and [Ga(TRAP)]3− was examined by the trans-chelation reactions with 10 to 20-fold excess of HxHBED(x−4) ligand by spectrophotometry at 25°C in 0.15 M NaCl (x = 0,1 and 2). The stability constant of [Fe(TRAP)]3− (logKFeL = 26.7) is very similar to that of [Ga(TRAP)]3− (logKGaL = 26.2). The rates of ligand exchange reaction of [Fe(TRAP)]3− and [Ga(TRAP)]3− with HxHBED(x−4) are similar. The reactions take place quite slowly via spontaneous dissociation of [M(TRAP)]3−, [M(TRAP)OH]4− and [M(TRAP)(OH)2]5− species. Dissociation half-lives (t1/2) of [Fe(TRAP)]3− and [Ga(TRAP)]3− complexes are 1.1 × 105 and 1.4 × 105 h at pH = 7.4 and 25°C. The formation reactions of [Fe(TRAP)]3− and [Ga(TRAP)]3− are also slow due to the formation of the unusually stable monoprotonated [*M(HTRAP)]2− intermediates [*logKGa(HL) = 10.4 and *logKFe(HL) = 9.9], which are much more stable than the [*Ga(HNOTA)]+ intermediate [*logKGa(HL) = 4.2]. Deprotonation and transformation of the monoprotonated [*M(HTRAP)]2− intermediates into the final complex occur via OH−-assisted reactions. Rate constants (kOH) characterizing the OH−-driven deprotonation and transformation of [* Ga(HTRAP)]2− and [*Fe(HTRAP)]2− intermediates are 1.4 × 105 M−1s−1 and 3.4 × 104 M−1s−1, respectively. In conclusion, the equilibrium and kinetic properties of [Fe(TRAP)] and [Ga(TRAP)] complexes are remarkably similar due to the close physico-chemical properties of FeIII and GaIII-ions. However, a slightly faster formation of [Ga(TRAP)] over [Fe(TRAP)] provides a rationale for a previously observed, selective complexation of 68GaIII in presence of excess FeIII

Synthesis of Symmetrical Tetrameric Conjugates of the Radiolanthanide Chelator DOTPI for Application in Endoradiotherapy by Means of Click Chemistry

K

Synthesis of Symmetrical Tetrameric Conjugates of the Radiolanthanide Chelator DOTPI for Application in Endoradiotherapy by Means of Click Chemistry

Due to its 4 carbonic acid groups being available for bioconjugation, the cyclen tetraphosphinate chelator DOTPI, 1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7, 10-tetrakis[methylene(2-carboxyethylphosphinic acid)], represents an ideal scaffold for synthesis of tetrameric bioconjugates for labeling with radiolanthanides, to be applied as endoradiotherapeuticals. We optimized a protocol for bio-orthogonal DOTPI conjugation via Cu(I)-catalyzed Huisgen-cycloaddition of terminal azides and alkynes (CuAAC), based on the building block DOTPI(azide)4. A detailed investigation of kinetic properties of Cu(II)-DOTPI complexes aimed at optimization of removal of DOTPI-bound copper by transchelation. Protonation and equilibrium properties of Ca(II)-, Zn(II), and Cu(II)-complexes of DOTPI and its tetra-cyclohexylamide DOTPI(Chx)4 (a model for DOTPI conjugates) as well as kinetic inertness (transchelation challenge in the presence of 20 to 40-fold excess of EDTA) were investigated by pH-potentiometry and spectrophotometry. Similar stability constants of CaII-, ZnII, and CuII-complexes of DOTPI (logK(CaL) = 8.65, logK(ZnL = 15.40, logK(CuL) = 20.30) and DOTPI(Chx)4 (logK(CaL) = 8.99, logK(ZnL) = 15.13, logK(CuL) = 20.42) were found. Transchelation of Cu(II)-complexes occurs via proton-assisted dissociation, whereafter released Cu(II) is scavenged by EDTA. The corresponding dissociation rates [kd = 25 × 10−7 and 5 × 10−7 s−1 for Cu(DOTPI) and Cu(DOTPI(Chx)4), respectively, at pH 4 and 298 K] indicate that conjugation increases the kinetic inertness by a factor of 5. However, demetallation is completed within 4.5 and 7.2 h at pH 2 and 25°C, respectively, indicating that Cu(II) removal after formation of CuAAC can be achieved in an uncomplicated manner by addition of excess H4EDTA. For proof-of-principle, tetrameric DOTPI conjugates of the prostate-specific membrane antigen (PSMA) targeting motif Lys-urea-Glu (KuE) were synthesized via CuAAC as well as dibenzo-azacyclooctine (DBCO) based, strain-promoted click chemistry (SPAAC), which were labeled with Lu-177 and subsequently evaluated in vitro and in SCID mice bearing subcutaneous LNCaP tumor (PSMA+ human prostate carcinoma) xenografts. High affinities (3.4 and 1.4 nM, respectively) and persistent tumor uptakes (approx. 3.5% 24 h after injection) confirm suitability of DOTPI-based tetramers for application in targeted radionuclide therapy

Nagy stabilitású indium(III)-komplexek egyensúlyi vizsgálata ligandumkompetíciós módszerrel

Munkám során nagy stabilitású indium(III)-komplexek egyensúlyi vizsgálatával foglalkoztam ligandumkompetíciós módszerrel. A legmegfelelőbb segédligandumnak a fluorid, pikolinát és dipikolinát bizonyult. A dipikolinsav protonálódási állandóit ellenőríztem.Meghatároztam az indium(III)-dipikolinát rendszer stabilitási állandót. Az értékek jó egyezést mutattak az irodalmi adatokkal.BscKémiag

M(III)-pikolinát, dipikolinát komplexek (M=In, Ga, Tl) egyensúlyi vizsgálata NMR és pH-potenciometria alkalmazásával

A munkám célja In(III)-, Ga(III)- és Tl(III)- dipikolinát, illetve pikolinát ligandumokkal alkotott komplexeinek egyensúlyi vizsgálata volt. Erdetileg csak indium(III)komplexekkel terveztünk méréséket, a Ga(III)-at és a Tl(III)-at utólag vontuk be a vizsgálatokba. Az előzetes modellszámolások alapján arra a következtetésre jutottunk, hogy a pikolinsav és dipikolinsav megfelelő segédligandumok lehetnek kiugróan nagy stabilitású fém-komplexek egyensúlyi vizsgálatához, mivel ezek vélhetően képesek, makrociklusos ligandumokat (pl. DOTA és analógjai) kompetitív reakcióban kiszorítani komplexeikből, a pH-metriásan követhető tartományban. A kompetitív reakciókkal történő stabilitási állandók későbbi meghatározásához szükségünk van ezen segédligandumok protonálódási, illetve fém-komplexeik stabilitási és protonálódási állandóira, ezen értékek meghatározását kíséreltem meg a tanulmányaim alatt. A méréseket 4 rendszeren végeztük el: az In(III) – H+ – dipikolinát, In(III) – H+ – pikolinát, Ga(III) – H+ – dipikolinát, valamint Tl(III) – H+ – dipikolinát rendszeren pH-potenciometriás, 1H-, 115In-, 71Ga, és 205Tl-NMR spektroszkópiás mérésekkel. Ezek közül a tallium-dipikolinát komplex viszonylagosan kis stabilitású, nem képes visszaszorítani a hidroxokomplexek és a Tl2O3 képződését, ezért nem volt meghatározható stabilitási állandója. Az indium-pikolinát rendszer esetében mind az 115In-NMR mérésekből becsült logK1=5,7 (±0,5) és logβ2=12,2 (±0,5), mind a pH-potenciometriás titrálással meghatározott logK1=5,6 (±0,4), logβ2=12,3 (±0,1) és logβ3=15,3 (±0,1) stabilitási állandók összhangban vannak az irodalmi adatokkal, amelyek logK1=5,81 és logβ2=11,56, logβ3=15,77 értékűek. A logβ3=15,3 értéket 115In-NMR mérések alapján nem tudtuk alátámasztani, de ez az érték is reálisnak tűnik. Az indium-dipikolinát rendszer pH-potenciometriás módszerrel meghatározott stabilitási állandóira logK1=11,5 és logβ2=20,00 értékeket kaptunk. Az 115In-NMR mérések alapján is becsültük a stabilitási állandókat, ahol logK1=11,3 (±0,5) és logβ2=18,5 (±0,5) értékeket kaptunk. Ebből arra következtetünk, hogy a pH-potenciometriásan meghatározott állandók csak egy felső határt jelentenek, ezeknél némiképp kisebbek a reális állandók, noha az eltérés nem nagy az irodalmi értékekkel (logK1=11,7 és logβ2=18,90) összevetve. A gallium-dipikolinát komplex két stabilitási állandóját sikerült meghatározni a pH-potenciometriás titrálásokkal, amelyekre logK1=9,1 (±0,1) és logβ2=16,89 (±0,07) értékeket kaptunk. Az 71Ga-NMR mérések alapján becsült stabilitási állandók logK1=8,3 (±0,5) és logβ2=16,9 (±0,5) értékek, így a pH-potenciometriásan meghatározott állandókat ebben az esetben is csak egy felső értéknek tekinthetjük. A stabilitási állandók alapján elmondható, hogy az indium-dipikolinát komplex stabilitása nagyobb, mint a gallium-dipikolinát komplexé. A kapott stabilitási állandók alátámasztják, hogy a dipikolinsav megfelelő segédligandum a kiugróan nagy stabilitási állandójú In(III)- és Ga(III)-komplexek egyensúlyi vizsgálatában.MSc/MAVegyészg