DE102010005880B4

DE102010005880B4 - Kontrastmittel und Verfahren zum Nachweis von Proteaseaktivität mittels Hyperpolarisation

Info

Publication number: DE102010005880B4
Application number: DE102010005880.7A
Authority: DE
Inventors: Dr. Hengerer Arne; Dr. Schmidt Sebastian; Dr. Wirtz Ralph Markus; Dr. Geppert Christian; Dr. Meyburg Sven; Susanne Schmolke
Original assignee: Siemens Healthcare Diagnostics Products GmbH; Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthcare Diagnostics Products GmbH; Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2010-01-27
Filing date: 2010-01-27
Publication date: 2016-06-23
Anticipated expiration: 2030-01-28
Also published as: DE102010005880A1; US20110229414A1

Abstract

Kontrastmittel für bildgebende Verfahren, umfassend ein Konstrukt, umfassend i) mindestens zwei Kopien eines Substrats für mindestens eine tumorspezifische Protease, und ii) mindestens einen Linker mit mindestens einer Erkennungsstelle für mindestens eine tumorspezifische Protease, wobei sich N- und/oder C-terminal des Substrats R eine Hyperpolarisierungsstelle befindet, und wobei der Linker L derart konfiguriert ist, dass die hydrophoben Enden des Substrats R interagieren und durch nichtkovalente Wechselwirkungen mit den hydrophoben Resten einen zentralen Kern bilden, wobei das Konstrukt vor der Aktivierung durch die tumorspezifische Protease die Konfiguration gemäß 1) besitzt ...

Description

Die Erfindung betrifft Kontrastmittel für bildgebende Verfahren, die ein makromolekulares Konstrukt umfassen, das sowohl eine Aktivierungsstelle für eine Protease als auch eine Hyperpolarisierungsstelle umfasst. Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung dieses Kontrastmittels zusammen mit einem Hyperpolarisierungsmittel zur Verwendung in einem bildgebenden Verfahren zur Diagnose einer Tumorerkrankung sowie ein Verfahren zur Abbildung eines Tumorgewebes unter Verwendung dieses Kontrastmittels nach Hyperpolarisation. Des Weiteren wird ein Verfahren zur Abbildung eines Tumorgewebes in einem Patienten, wobei dem Patienten sowohl das Kontrastmittel als auch ein para-Hydrogen Metal-Templat verabreicht werden, beschrieben. Beschrieben wird ferner ein Verfahren zur Stratifizierung von Patienten durch die kombinierte Verwendung von in-vitro- und in-vivo-diagnostischen Verfahren.
Molekulare Biomarker, die ein Tumorgeschehen frühzeitig anzeigen oder eine Vorhersage über den Verlauf einer Tumorerkrankung erlauben, spielen in der modernen Medizin eine immer bedeutendere Rolle. Mit Hilfe geeigneter Biomarker können Tumorerkrankungen frühzeitig und sicherer diagnostiziert werden. Mit Hilfe einer verbesserten Prognostik aufgrund der Bestimmung molekularer Biomarker kann für Krebspatienten eine optimale Behandlungsstrategie entwickelt werden. Molekulare Biomarker werden auch in der bildgebenden Diagnostik von Tumor- bzw. Krebserkrankungen angewandt. Häufig werden hierfür Kontrastmittel verwendet, welche gezielt an definierte Biomarker im Tumorgewebe anbinden und so die Aussagekraft einer bildgebenden Untersuchung erhöhen.
MR-Kontrastmittel, welche an bestimmte molekulare Biomarker im Zielgewebe anbinden und sich hierdurch lokal anreichern, haben sich für die meisten diagnostischen Anwendungen als wenig geeignet erwiesen. Da die meisten molekularen Biomarker in einer geringen Konzentration vorliegen, kommt es zu keiner für einen Nachweis durch MR ausreichenden lokalen Konzentration der MR-Kontrastmittel im mikromolaren Bereich.
Für einen ortsaufgelösten Nachweis von Biomarkern im submikromolaren Bereich (vorzugsweise nanomolare Sensitivität) ist die bildgestützte Molekulardiagnostik jedoch unumgänglich.
Darüber hinaus ist die Spezifität eines einzelnen Tumormarkers häufig begrenzt, da eine Expression auch in gesunden Geweben oder anderen krankhaft veränderten Gewebsregionen vorzufinden ist.
Verschiedenste Ansätze wurden entwickelt, um molekulare Biomarker mittels MR nachzuweisen (Amplifikationsmechanismen). So wurden enzymatisch aktivierbare Kontrastmittel entwickelt, die in einem inerten Zustand appliziert werden und durch selektiv im Zielgewebe exprimierte Enzyme (beispielsweise Proteasen) in einen aktiven (also mittels MR nachweisbaren) Zustand umgewandelt werden. Ein weiterer Ansatz zur Sensitivitätssteigerung basiert auf Hyperpolarisation des Kontrastmittels (K GOLMAN et al., The British Journal of Radiology, 76 (2003), S. 118–127).
Von besonderer Bedeutung hinsichtlich der Diagnose und Prognose von Tumorerkrankungen ist der Nachweis der Wechselwirkung von Tumorzellen mit dem umgebenden Gewebe. Beispielsweise bedarf es der Aktivierung umliegender gesunder Bindegewebszellen oder der Rekrutierung von Immunzellen oder Knochenmarksstammzellen, damit eine in eine entfernte Körperegion abgewanderte Tumorzelle sich wieder aktiv teilen, zu einer Makrometastase heranwachsen und schließlich in weitere Körperregionen absiedeln kann.
Gewebsuntersuchungen haben ergeben, dass erhöhte und Tumorzell-spezifische mRNA Expressionswerte von Proteasen und insbesondere den Matrix-Metallo-Proteinasen MMP1, MMP2, MMP7, MMP9 und MMP12 mit einer schlechten Prognose von Krebspatienten assoziiert sind (Gentner B et al., Anticancer Res. 2009 Jan; 29(1): 67–74.). Allerdings ist die Expression der MMP mRNA nur in einem vergleichsweise kleinen Teil der Primärtumore nachweisbar. Außerdem führt die Translation der MMP mRNA zunächst nur zur Synthese inaktiver Vorformen der enzymatisch aktiven Proteinversion (= Pro-Enzyme). Darüber hinaus wird die Aktivität der MMP Enzyme noch durch die gleichzeitige Anwesenheit von spezifischen Inhibitoren beeinflusst. Der Nachweis von MMP mRNA bzw. Protein ist demzufolge, trotz der beschriebenen prognostischen Signifikanz in spezifischen Krebspatientensubgruppen, diagnostisch unpräzise.
Es besteht somit ein Bedarf im Stand der Technik, das diagnostische Potential existierender molekularer Biomarker zu erweitern und zu verbessern. Erfindungsgemäß soll somit ein verbessertes Kontrastmittel für bildgebende Verfahren bereitgestellt werden. Weiterhin soll erfindungsgemäß ein verbessertes Verfahren zur Abbildung von Tumorgeweben bereitgestellt werden. Das erfindungsgemäße Kontrastmittel soll einfach und nebenwirkungsarm anwendbar sein. Es soll ferner leicht anwendbar sein, für den Patienten nebenwirkungsarm sein sowie eine sichere Diagnose einer Tumorerkrankung erlauben.
Die Erfindung betrifft eine MR-Kontrastmittelstrategie, die es ermöglicht, zwei Amplifikationsmechanismen zu vereinen: enzymatische Aktivierung und Hyperpolarisation.
Durch Protease-initiierte Spaltung von Linkern können Wirkstoffe, welche Peptidlinker enthalten, gezielt im Körper freigesetzt werden ( DE 10 2007 042 107 A1 ). Peptidlinker können ebenfalls zur gezielten Freisetzung von Kontrastmitteln eingesetzt werden ( DE 10 2007 028 090 A1 ). Überraschenderweise wurde gefunden, dass durch Verbindung dieser beiden Amplifikationsmechanismen die Spezifität einer bildgebenden Untersuchung erhöht wird. Signalamplifikationsmechanismen durch enzymatische Aktivierung und Hyperpolarisation ermöglichen einen Nachweis prognostischer Biomarker ohne Notwendigkeit einer Biopsie bzw. vermindern die Notwendigkeit einer Rebiopsie.
Die Erfindung betrifft ein Kontrastmittel für bildgebende Verfahren, umfassend ein Konstrukt aus i) mindestens zwei Kopien eines Substrats für mindestens eine tumorspezifische Protease, und ii) mindestens einen Linker mit mindestens einer Erkennungsstelle für mindestens eine tumorspezifische Protease, wobei sich N- und/oder C-terminal des Substrats R eine Hyperpolarisierungsstelle befindet, und wobei der Linker L derart konfiguriert ist, dass die hydrophoben Enden des Substrats R interagieren und durch nichtkovalente Wechselwirkungen mit den hydrophoben Resten einen zentralen Kern bilden, wobei das Konstrukt vor der Aktivierung durch die tumorspezifische Protease die Konfiguration gemäß 1) besitzt
und nach der Aktivierung durch die tumorspezifische Protease die Konfiguration gemäß 2) besitzt
wobei L₁/L₂ Linkerfragmente nach der Aktivierung durch die tumorspezifische Protease sind und B die Rückgratstruktur bedeutet. Ferner betrifft die Erfindung dieses Kontrastmittel zusammen mit einem para-Hydrogen Metal-Templat zur Verwendung in einem bildgebenden Verfahren zur Diagnose einer Tumorerkrankung.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Abbildung eines Tumorgewebes, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man das in einem Tumorgewebe angereicherte Kontrastmittel nach Hyperpolarisation durch Kontakt mit para-Hydrogen Metal-Templat mit einem geeigneten bildgebenden Verfahren abbildet. Ferner beschrieben ist ein Verfahren zur Abbildung eines Tumorgewebes in einem Patienten, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man a) einem Patienten das vorstehende Kontrastmittel verabreicht, b) dem Patienten ein para-Hydrogen Metal-Templat verabreicht und c) das Vorhandensein eines Tumors mit einem bildgebenden Verfahren darstellt.
Bevorzugt wird die Auswahl des Kontrastmittels durch vorgeschaltete in vitro diagnostische Verfahren bzw. durch die Verwendung der Ergebnisse, die mit solchen Verfahren gewonnen werden, unterstützt. So wird beispielsweise eine von einem Patienten entnommene Tumorprobe auf das Vorhandensein einer oder mehrerer tumorspezifischer Proteasen getestet. Bei Vorliegen einer oder mehrerer tumorspezifischer Proteasen kann dann gezielt das Kontrastmittel verwendet werden, das eine bzw. mehrere Erkennungsstelle(n) für diese tumorspezifische(n) Protease(n) enthält. Dadurch erhöht sich die Spezifität des bildgebenden Verfahrens, d. h., die Rate der falsch positiven bzw. falsch negativen Ergebnisse lässt sich so minimieren. Dadurch dass dem Patienten gezielt das für dessen Erkrankung geeignete erfindungsgemäße Kontrastmittel verabreicht wird, werden Patienten nicht unnötig mit Kontrastmittelgaben, die belastend für den Stoffwechsel des Patienten sein können bzw. ein allergenes Potential haben können, belastet. Besonders bevorzugt wird auf das Vorliegen folgender tumorspezifischer Proteasen getestet:

– Vorliegen mindestens einer tumorspezifischen Protease, ausgewählt aus MMP7 und/oder PSA
– Vorliegen von MMP9 und MMP7
– Vorliegen von PSA und MMP9 und MMP7
– Vorliegen von PSA und MMP7
– Vorliegen von PSA und MMP9

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Abbildung eines Tumorgewebes, wobei man anhand vorgeschalteter in vitro diagnostischer Verfahren zur Ermittlung des Vorhandenseins eines oder mehrerer tumorspezifischer Proteasen ein geeignetes erfindungsgemäßes Kontrastmittel auswählt und anschließend das in einem Tumorgewebe angereicherte Kontrastmittel nach Hyperpolarisation durch Kontakt mit einem Parahydrogenmetalltemplat mit einem geeigneten bildgebenden Verfahren abbildet. Diese Ausführungsform der Erfindung erlaubt eine frühzeitige Aussage über die Aggressivität bzw. das metastatische Potential einer Tumorerkrankung.
Die Aktivierung der Proteasen erfolgt hochkontrolliert, in spezifischer Abfolge und bedingt im Falle von neoplastischen Erkrankungen das Wechselspiel von Tumorzellen mit Nicht-Tumorzellen. Diese Wechselwirkung erfolgt insbesondere an invasiven Fronten von Tumoren und beim Durchdringen der Basallamina, was ein Charakteristikum zur Unterscheidung von gutartigen und bösartigen Tumoren ist. Die Lokalisierbarkeit der MMP Aktivität in Verbindung mit weiteren bildgebenden Informationen und der aus der Gewebsuntersuchung abgeleiteten Wahrscheinlichkeit des Vorhandenseins dieser Aktivität erhöht synergistisch die Spezifität des Nachweises. Durch die Verwendung des in dieser Erfindung offenbarten Kontrastmittels mit zwei verschiedenen Proteasestellen wird das gleichzeitige Vorhandensein zweier Proteaseaktivitäten in molekularer Ortsauflösung sichtbar. Beide Proteasen müssen an einem Molekül aktiv sein, damit das bildgebende Signal entsteht.
Durch die simultane Messung krebsassoziierter Aktivitäten, die zum einen spezifisch von den Tumorzellen (MMP7) oder von rekrutierten Makrophagen oder durch von Tumorzellen aktivierten Fibroblasten (MMP9) produziert werden, wird die Spezifität des Nachweises erhöht, da verschiedene begrenzt tumorspezifische Marker gleichzeitig vorhanden und aktiv sein müssen.
Durch eine Kombination von in-vitro-Methoden mit dem Ergebnis von in-vivo diagnostischen Methoden gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Individualisierung von Diagnostik und Therapiemaßnahme ermöglicht. Eine bessere Abschätzung der Malignität des Tumors und der Wirksamkeit von Therapien wird erzielt. Dadurch wird Übertherapie verhindert und Untertherapie frühzeitiger entgegengewirkt. Durch die Selektion der am besten geeigneten Patienten für die bildgebenden Verfahren anhand der Ergebnisse der vorgeschalteten in-vitro Diagnostik werden die Vorteile der zusätzlichen bildgebenden Maßnahmen deutlich und die Durchsetzung des veränderten klinischen Arbeitsablaufs erleichtert bei gleichzeitiger Ressourcenersparnis. Die Selektion der Patienten für die Bildgebung verhindert unnötige Belastungen durch die Zusatzuntersuchungen.
Ralph W. Adams publizierte eine Arbeit zur „Reversible Interactions with para-Hydrogen Enhance NMR Sensitivity by Polarization Transfer” (27 March 2009, vol. 323 SCIENCE). Die Publikation beschreibt ein Verfahren zur direkten para-Hydrogenvermittelten Hyperpolarisierung eines Kontrastmittels ohne Notwendigkeit einer Hydrogenierung. Die Hyperpolarisation erfolgt durch temporäre Assoziation eines Substrats mit para-Hydrogen in Gegenwart eines Tansitionsmetal-Zentrums bei geringer Feldstärke.
In der zitierten Publikation wurde als Substrat Pyridin und [Ir(COD)(PCy3)(MeCN)][BF4](Cy = Cyclohexyl und COD = Cyclooctadien) verwendet und ein Iridiumdihydrid-Komplex [Ir(H)2(PCy3)(pyridine)3] entstand. Die Reaktionsbedingungen sind sehr einfach. Ein Schütteln der Reaktanten bei geringer Feldstärke ist ausreichend. Nach diesem Prinzip kann durch unterschiedliche Metalle die Hyperpolarisation auf verschiedene Substrate übertragen werden.
Erfindungsgemäß wird die reversible Interaktion von para-Hydrogen mit dem Substrat verwendet, um ein inertes Kontrastmittel in vivo zu aktivieren. Dazu wird ein Kontrastmittel verwendet, welches ein makromolekulares Konstrukt aus mindestens zwei Kopien eines Substrats für mindestens eine tumorspezifische Protease und mindestens einem Linker mit mindestens einer Erkennungsstelle für mindestens eine tumorspezifische Protease ist. Dabei befindet sich N- und/oder C-terminal des Substrats eine Hyperpolarisierungsstelle. Der Linker ist derart konfiguriert, dass die hydrophoben Enden des Substrats interagieren und durch nichtkovalente Wechselwirkungen mit den lipophilen Resten einen zentralen Kern bilden.
Das Substrat kann jedes beliebige Substrat für eine tumorspezifische Protease sein. Bevorzugt ist das Substrat ein Heterocyclus (Heteroaromat), beispielsweise die aromatischen Aminosäuren Tryptophan oder Histidin. In dem erfindungsgemäßen Konstrukt liegen mindestens zwei Kopien dieses Substrats vor. Bevorzugt liegt das Substrat jedoch in hoher Kopienzahl vor, zum Beispiel im Bereich von 10 bis 500 Kopien, bevorzugt 50 bis 400 Kopien, noch bevorzugter 100 bis 300 Kopien.
Die Kopien des Substrats sind durch einen Linker mit Proteaseerkennungsstellen so verbunden, dass die hydrophoben Enden interagieren und durch nichtkovalente Wechselwirkungen mit den lipophilen Resten einen zentralen Kern bilden. Dieser ist sterisch geschützt, so dass er einem Metallkomplex nicht zugänglich ist.
Ferner können mehrere Linker an eine physiologisch verträgliche Rückgratstruktur gebunden sein. Die grundsätzliche Struktur des Linkers in Bindung an eine Rückgratstruktur ist der beigefügten Figur zu entnehmen. Aus dieser Figur geht hervor, dass an einer flexiblen Rückgratstruktur verschiedene Linker gebunden sind, die einen zentralen Kern bilden. Die Rückgratstruktur besteht aus einem physiologisch verträglichen Polymeren, zum Beispiel Dextran, Stärke, Polylysin. Entsprechende Strukturen sind auf dem Fachgebiet der Pharmazie bekannt. Die Anzahl der gebundenen Linker hängt von der Länge des Linkers ab. Bevorzugt ist ein Linker pro monomere Einheit der Rückgratstruktur vorhanden.
Sofern erforderlich, wird die sterische Abschirmung des zentralen Kerns durch weitere, an den Linker gekoppelte, raumfüllende Reste vermittelt. Derartige Reste sind einem Fachmann bekannt. Ein Beispiel hierfür ist Polyethylenglycol.
Der Linker als solcher ist bevorzugt ein Peptid, zum Beispiel: Ala-Gly-Cys(Me)-His-Ala-Lys(Nma)-NH₂ für die Proteasen MMP-1, MMP-3, MMP-7, MMP-8, MMP-9, MMP-11, MMP-12 und MMP-13.
Auf diesem Linker befindet sich eine Proteaseerkennungsstelle für eine tumorspezifische Protease.
In einer Ausführungsform der Erfindung befindet sich N- und/oder C-terminal an einem MMP-7-Substrat (Proteoglycan, Fibronectin, Elastin, Casein oder eine kurze Proteasezielsequenz (RPLALWRS), die von hydrophoben Resten umgeben ist) ein Hyperpolarisierungssite bzw. Hyperpolarisierungsstelle (Poly-Histidin oder Poly-Tryptophan). Die hydrophobbe Hyperpolarisierungssite vermittelt eine Aggregation der MMP-7-Substrate. Im aggregierten Zustand ist die Hyperpolarisierungssite unzugänglich, erst nach Proteolyse wird diese exponiert. In einer weiteren Ausführungsform werden Proteasestellen verschiedener Proteasen miteinander kombiniert (insbesondere MMP-7 und MMP-9 oder MMP7 und PSA oder MMP9 und PSA), so dass erst die lokale und gleichzeitige Aktivität beider Proteasen die Hyperpolarisationssites freilegt. Dies ermöglicht eine zusätzlich höhere Spezifität beim Nachweis von hochaggressiven Tumoren.
Das erfindungsgemäße Konstrukt kann gegen beliebige tumorspezifische Proteasen gerichtet sein. Beispiele hierfür sind MMP-1, MMP-2, MMP-3, MMP-7, MMP-9 MMP-10, MMP-11, MMP-12, MMP-14, MMP-15, MMP-16, MMP-17, PSA, uPA oder tPA.
Die Hyperpolarisierungsstelle ist beispielsweise der oben genannte Heterocyclus (Heteroaromat), beispielsweise die aromatischen Aminosäuren Tryptophan oder Histidin.
Die Herstellung des vorstehend beschriebenen Konstrukts erfolgt in an sich bekannter Weise nach den Verfahren der klassischen Proteinsynthese.
Für die MR-Bildgebung wird in einem ersten Schritt das vorstehend beschriebene Konstrukt als Prodrug intravenös als Kontrastmittel verabreicht. Dazu wird das Konstrukt in eine geeignete Formulierung für bildgebende Kontrastmittel eingearbeitet. Derartige Formulierungen sind auf dem Fachgebiet bekannt. Das Kontrastmittel wird in an sich bekannten Dosierungen verabreicht. Eine beispielhafte Dosierung ist 0,1 mmol des Konstrastmittels.
Das erfindungsgemäße Kontrastmittel reichert sich durch erhöhte Gefäßdurchlässigkeit im Zielgewebe (Neovaskulatur im Tumor) an oder wird über einen spezifischen Targeting-Mechanismus angereichert. Wird im Zielgewebe die entsprechende tumorspezifische Protease, zum Beispiel MMP-7 oder MMP-9, exprimiert, so wird das Konstrukt fragmentiert und die Hyperpolarisierungsstelle wird exponiert. In einem zweiten Schritt wird das Konstrukt mit para-Hydrogen Metal-Templat in Kontakt gebracht bzw. dieses dem Patienten injiziert. Aufgrund des niedrigen MWT des para-Hydrogen Metal-Templates ist eine hohe Bioverfügbarkeit gegeben und dieses erreicht innerhalb weniger Halbwertszeiten das Zielgewebe, um hier das enzymatisch aktivierte Konstrukt zu hyperpolarisieren. Mittels etablierter MR-Verfahren, die im Stand der Technik bekannt sind, kann so die Aktivität der tumorspezifischen Protease (zum Beispiel MMP-7-Aktivität) lokalisiert werden und damit ein Tumor zielgenau diagnostiziert werden. Beispiele für geeignete bildgebende Verfahren sind MRI oder Sequenz true FISP.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zum Nachweis beliebiger Tumorarten, zum Beispiel Neoplasien von Lunge, Brust, Darm, Prostata, Leber, Hals und Kopf. Das Verfahren eignet sich für die Darstellung von Neoplasien und oder deren Vorstufen.
Vorzugsweise wird das Verfahren bei Patienten, die zuvor mittels Labortests als Hochrisikopatienten stratifiziert wurden, durchgeführt. Hierfür eignet sich der Nachweis erhöhter mRNA-Expression in frischen oder fixierten Biopsaten oder Tumoresektaten mittels Array- oder PCR-Methodiken. Alternativ kann in besonderen Fällen auch die erhöhte Serumkonzentration von MMP-7- oder MMP-9-Protein herangezogen werden. Entsprechende Verfahren zur Stratifizierung von Hochrisikopatienten sind einem Fachmann bekannt.
Beispielhafte Anwendungsmöglichkeiten im Sinne einer kombinierten in-vitro und in-vivo Diagnostik, die über die bisherigen diagnostischen Möglichkeiten hinausgehen, sind im Folgenden für das Prostatakarzinom beispielhaft dargestellt, ohne jedoch die Erfindung hierauf zu beschränken. Vielmehr stellt das erfindungsgemäße Verfahren eine Verbesserung der Diagnostik auch anderer neoplastischer Erkrankungen (Lunge, Darm, Magen, Brust, Ovar, Hals-und-Kopf, Niere, Leber) und verschiedener Stadien der Erkrankung (TNM Stadien 1 bis 4) dar. Die Erfindung ist insbesondere geeignet, gutartige und bösartige Erkrankungen zu unterscheiden, sowie biochemisch aktive Mikrometastasen, die begonnen haben das Mikromilieu zu beeinflussen um zu Makrometastasen heranzuwachsen, frühzeitig zu detektieren.
Besonders bevorzugt für eine erfindungsgemäß verbesserte Prostatakarzinomdiagnostik ist ein Kontrastmittel, in dem die Proteaseschnittstellen für PSA, MMP2, MMP7 und/oder MMP9 kombiniert sind. Insbesondere eine Kombination, die die PSA-Proteaseschnittstelle enthält, ist bevorzugt, da sie eine hohe Prostataspezifität bedingt. Der Schweregrad der Erkrankung lässt sich dann aus der Aktivität an der kombinierten MMP Schnittstelle ableiten. Das Prostata-spezifische Antigen (PSA) ist eine Serinprotease, die u. a. auch Bestandteile der extrazellulären Matrix degradieren kann.
Bei der Diagnostik des Prostatakarzinoms führen erhöhte PSA Serumwerte und weitere klinische Verdachtsmomente zum Beispiel nach digital-rektaler Untersuchung (DRU), herkömmlicher Sonographie bzw. transrektalem Ultraschall (TRUS) in der heutigen Routine zur mehrfachen Biopsienahme. Die feingewebliche Untersuchung der Biopsate ist jedoch häufig nur unzureichend aussagekräftig. So wird die Aussagekraft des histologischen Befunds durch die Tatsache eingeschränkt, dass die Biopsie immer nur Teile der Prostata erfasst. Abschliessend lässt sich zum Beispiel bei einer positiven Biopsie die Ausbreitung eines Prostatakarzinoms erst nach einer Operation beurteilen. Dies führt in einer Vielzahl der Fälle zu einer Übertherapie durch radikale Operationstechniken, die zudem häufig zu einer signifikanten und bleibenden Einschränkung der Lebensqualität (Inkontinenz, Impotenz) führt. Ist hingegen kein krankhaftes Gewebe nachweisbar (negative Biopsie), so kann dies bedeuten, dass tatsächlich kein Karzinom vorhanden ist, oder aber, dass es nicht getroffen wurde, obwohl beispielsweise der PSA-Wert erhöht oder ein Knoten tastbar ist. Die Biopsie kann also ein Prostatakarzinom nicht mit absoluter Sicherheit ausschließen. Deshalb gibt es Empfehlungen trotz der mit der Prostatabiopsie verbundenen Komplikationen (Blutungen, Entzündungen, Allergie, akute Harnverhaltung, etc.), schon bei der ersten Biopsie bis zu 18 Proben zu entnehmen, abhängig vom Prostatavolumen. Dies erhöht die Sicherheit des Ausschlusses wie auch die Erkennungsrate. Bei weiterhin unklarer Befundlage wird eine Rebiopsienahme in ähnlichem Ausmaß erforderlich.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Abbildung eines Tumorgewebes unter Verwendung des erfindungsgemäßen Kontrastmittels beinhaltet folgende Änderungen und Vorteile gegenüber der entsprechenden Verfahren aus dem Stand der Technik:

1) Messung von zusätzlichen Serummarkern i. e. MMP7 und MMP9 zusätzlich zur Messung von PSA. Erhöhte MMP Werte erhärten den Verdacht auf maligne Erkrankung und dienen der Wahl eines adaptierten MMP- und/oder PSA spezifischen Kontrastmittels. Vorteil: erhöhte Spezifität des Tumornachweises durch Kombination mit MMP Markern.
2) Molekulare Gewebsanalyse der mRNA Expression von PSA, MMP1, MMP2, MMP7, MMP9 und MMP12. Erhöhte Expressionswerte von z. B. MMP9 deuten auch ohne Vorhandensein von Tumorzellen im entsprechenden Biopsat auf maligne Entartung und dienen der Wahl eines adaptierten MMP- und/oder PSA spezifischen Kontrastmittels. Vorteile: auch Biopsate ohne Tumoranteil werden auf Grund der Tumorstromareaktion diagnostisch relevant; das Vorhandensein spezifischer MMP Expressionsmuster unterscheidet sich je nach Malignitätsgrad; die Selektion des nachgeschalteten, bildgebenden Verfahrens und des am besten geeigneten Kontrastmittels wird ermöglicht; die Zuordnung der MMP Expressionsmuster zu der Position der jeweiligen Biopsate ermöglicht eine vergleichende Überprüfung bei nachgeschalteter und gegen spezifische MMPs gerichteter Kontrastmittel.
3) Stratifizierte Bildgebung mittels erfindungsgemäßer Kontrastmittel. Vorteile: Erhöhte Spezifität durch kombinierte Analyse der gemessenen Serumproteinwerte, Gewebsexpressionswerte und bildgebend erfassten Aktivitätswerte.
4) Adaptierte Therapie, die zusätzlich zur konventionellen chirurgischen, radiologischen, anti-hormonellen oder chemotherapeutischen Therapie zusätzlich auch eine gegen die Matrix-Metallo-Proteasen gerichtete Therapie umfasst.
5) Monitoring nach erfolgter Therapie mittels wiederholter Bildgebung mit dem entsprechenden Kontrastmittel. Vorteil: Vergleich vor und nach Therapie macht die Wirksamkeit der Therapiemaßnahme insbesondere bei im Körper verbliebenen Tumoranteilen (z. B. bei Behandlung von Knochenmetastasen) frühzeitig quantifizierbar; ein unzureichendes Ansprechen auf die gewählte Therapie ermöglicht eine frühe Therapiemodifikation.

Die beigefügte Figur erläutert die Erfindung näher. Die Figur zeigt das erfindungsgemäße Konstrukt

1) vor der enzymatischen Aktivierung und
2) nach der enzymatischen Aktivierung.

R: = hydrophobes Substrat für die Hyperpolarisation
L: = Linker
L₁/L₂: = Linkerfragment nach enzymatischer Spaltung
B: = backbone (Rückgratstruktur)

Claims

Kontrastmittel für bildgebende Verfahren, umfassend ein Konstrukt, umfassend i) mindestens zwei Kopien eines Substrats für mindestens eine tumorspezifische Protease, und ii) mindestens einen Linker mit mindestens einer Erkennungsstelle für mindestens eine tumorspezifische Protease, wobei sich N- und/oder C-terminal des Substrats R eine Hyperpolarisierungsstelle befindet, und wobei der Linker L derart konfiguriert ist, dass die hydrophoben Enden des Substrats R interagieren und durch nichtkovalente Wechselwirkungen mit den hydrophoben Resten einen zentralen Kern bilden, wobei das Konstrukt vor der Aktivierung durch die tumorspezifische Protease die Konfiguration gemäß 1) besitzt
und nach der Aktivierung durch die tumorspezifische Protease die Konfiguration gemäß 2) besitzt
wobei L₁/L₂ Linkerfragmente nach der Aktivierung durch die tumorspezifische Protease sind und B die Rückgratstruktur bedeutet.
Kontrastmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Linker an eine Rückgratstruktur gebunden sind, wobei die Rückgratstruktur ein physiologisch verträgliches Polymeres ist.
Kontrastmittel nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die tumorspezifische Protease ausgewählt ist aus MMP-1, MMP-2, MMP-3, MMP-7, MMP-9, MMP-10, MMP-11, MMP-12, MMP-14, MMP-15, MMP-16, MMP-17, uPA, tPA und PSA.
Kontrastmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Linker ein Peptid und bevorzugt Ala-Gly-Cys(Me)-His-Ala-Lys(Nma)-NH₂ ist.
Kontrastmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Linker zusätzlich raumfüllende Gruppen zur sterischen Abschirmung des zentralen Kerns trägt.
Kontrastmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hyperpolarisierungsstelle aus Poly-Histidin und Poly-Tryptophan ausgewählt ist.
Kontrastmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zusammen mit einem para-Hydrogen Metal-Templat zur Verwendung in einem bildgebenden Verfahren zur Diagnose einer Tumorerkrankung.
Kontrastmittel zur Verwendung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das bildgebende Verfahren aus MRI oder Sequenz true FISP ausgewählt ist.
Kontrastmittel zur Verwendung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Tumorerkrankung aus Neoplasien von Lunge, Brust, Darm, Prostata, Leber, Hals und Kopf ausgewählt ist.
Verfahren zur Abbildung eines Tumorgewebes, dadurch gekennzeichnet, dass man das in einem Tumorgewebe angereicherte Kontrastmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 6 nach Hyperpolarisation durch Kontakt mit einem para-Hydrogen Metal-Templat mit einem geeigneten bildgebenden Verfahren abbildet.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das bildgebende Verfahren aus MRI oder Sequenz true FISP ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Tumorerkrankung aus Neoplasien von Lunge, Brust, Darm, Prostata, Leber, Hals und Kopf ausgewählt ist.