DE102010026063A1

DE102010026063A1 - 11C-markiertes Peptid zur Detektion eines krankhaften Gewebes

Info

Publication number: DE102010026063A1
Application number: DE201010026063
Authority: DE
Inventors: Jan Alexander Hiss; Hartmuth C. Kolb; Ursus Krüger; Oliver Lade; Gisbert Schneider; Arno Steckenborn
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: JOHANN WOLFGANG GOETHE-UNIVERSITAET, DE; Siemens AG
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2012-01-05
Also published as: WO2012000862A1

Abstract

Es wird die Verwendung eines Peptids (1) zur Herstellung eines Agens zur Detektion eines krankhaften Gewebes (18) beschrieben. Die Aminosäuresequenz des Peptids (1) stammt dabei von der Aminosäuresequenz eines Proteins ab, das von dem krankhaften Gewebe (18) gebildet wird, und das Peptid (1) bindet an einen humanen Leukozytenantigen (HLA) Komplex (4), der ebenfalls von dem krankhaften Gewebe (18) gebildet wird. Des Weiteren weist das Peptid (1) ein 11C-Kohlenstoffatom auf. Ferner wird ein Radiopharmakon zur Lokalisation eines krankhaften Gewebes (18) beschrieben, das ein solches Peptid (1) umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Peptids zur Herstellung eines Agens zur Detektion eines krankhaften Gewebes. Sie betrifft ferner ein Radiopharmakon zur Lokalisation eines krankhaften Gewebes, das ein solches Peptid umfasst.
In der modernen Diagnostik werden zur Charakterisierung von Krankheiten vor allem biochemische Analysen von Blut, anderen Körperflüssigkeiten und Gewebeproben eingesetzt. Dabei wird die Anwesenheit und Menge von Molekülen untersucht, die für eine bestimmte Krankheit typisch sind. Neben Fremdstoffen und unphysiologischen Stoffwechselprodukten werden auch körpereigene Stoffe nachgewiesen, die beispielsweise nur bei einer Infektion durch Viren oder Bakterien gebildet werden. Dazu zählen vor allem Bestandteile des Immunsystems, insbesondere Antikörper. Durch derartige in vitro Untersuchungen kann das Vorliegen einer Krankheit diagnostiziert werden, es ist aber nicht möglich, auch den genauen Ort des erkrankten Gewebes festzustellen. Zu diesem Zweck werden in der Regel bildgebende Verfahren, wie beispielsweise Röntgen, Ultraschall und Kernspinntomographie verwendet. Mit ihnen lassen sich gut ektopische Zellansammlungen, wie etwa Tumore, oder Schwellungen einzelner Organe lokalisieren. Zeigt ein krankhaftes Gewebe jedoch keine deutlichen morphologischen Auffälligkeiten, oder ist es verhältnismäßig klein, kann es bei traditionellen Untersuchungen leicht übersehen werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Agens bereitzustellen, mit dem ein krankhaftes Gewebe spezifisch und unabhängig von seiner Größe detektiert werden kann. Diese Aufgabe wird durch die Verwendung eines Peptids zur Herstellung eines Agens zur Detektion eines krankhaften Gewebes gelöst. Indem die Aminosäuresequenz des Peptids von der Aminosäuresequenz eines Proteins abstammt, das von dem krankhaften Gewebe gebildet wird und an einen humanen Leukozytenantigen (HLA) Komplex bindet, der ebenfalls von dem krankhaften Gewebe gebildet wird, kann das erkrankte Gewebe spezifisch nachgewiesen werden. Indem das Peptid ein ¹¹C-Kohlenstoffatom aufweist, können selbst wenige Zellen innerhalb eines krankhaften Gewebes an Hand des radioaktiven Signals des Peptids lokalisiert werden.
Der Begriff ”Peptid” bezeichnet eine organische Verbindung aus mindestens zwei, über eine Peptidbindung verknüpften, Aminosäuren. Er umfasst dabei sowohl Oligopeptide aus bis zu ca. zehn Aminosäuren, als auch Polypeptide aus bis zu ca. 30 Aminosäuren, unabhängig von deren Primär-, Sekundär- oder Tertiärstruktur. Dabei sind sowohl natürlich vorkommende als auch biotechnologisch oder synthetisch hergestellte Verbindungen umfasst. Das erfindungsgemäß verwendete Peptid wird so gewählt, dass die Aminosäuresequenz des Peptids von der Aminosäuresequenz eines Proteins abstammt, das von dem krankhaften Gewebe gebildet wird und das Peptid an einen HLA Komplex bindet, der ebenfalls von dem krankhaften Gewebe gebildet wird.
Fast alle Zellen des menschlichen Körpers präsentieren Peptide, bei denen es sich um Fragmente von Proteinen handelt, die sich in ihrem Inneren befinden, auf ihrer Oberfläche. Spezialisierte Zellen des Immunsystems erkennen die Proteinfragmente und unterscheiden, ob sie körpereigenen und fremdem Ursprungs sind. Präsentiert eine Zelle fremde Moleküle, wird sie vom Immunsystem abgetötet und entfernt. Die Präsentation der Fragmente erfolgt durch HLA Komplexe. Der Begriff ”HLA Komplex” bezeichnet ein Transmembranprotein, das auch ”major histocompatibility complex” (MHC) genannt wird. Es ist aus zwei Polypeptidketten aufgebaut, die von dem humanen Leukozytenantigen codiert werden. HLA Komplexe binden kurzkettige Peptide, die beim Abbau von eigenen und fremden Proteinen in der Zelle entstehen, und verankern diese an der Zellaußenseite. Jeder HLA Komplex bindet nur bestimmte Fragmente, so dass die Wechselwirkungen zwischen einem Fragment und einem HLA Komplex von der Größe und der Aminosäuresequenz des Peptids abhängig sind. Der HLA Komplexe binden daher spezifisch an bestimmte Peptide. Die Zelle verfügt daher über eine große Anzahl unterschiedlicher HLA Komplexe, die sich in ihrer jeweiligen Bindungsspezifität unterscheiden. Dadurch kommt es zu spezifischen Kombinationen von Peptiden und HLA Komplexen auf derselben Zelle. Weil das erfindungsgemäß verwendete Peptid von der Aminosäuresequenz eines Proteins abstammt und an einen HLA Komplex bindet, die beide von dem selben krankhaften Gewebe gebildet werden, kann das krankhafte Gewebe mit dem Peptid nachgewiesen werden.
Die Aminosäuresequenz eines Fragments, das von einem bestimmten Protein des krankhaften Gewebes abstammt, kann ermittelt werden, indem aus Proben des krankhaften Gewebes HLA-Fragment-Komplexe isoliert werden. Anschließend werden die gebundenen Fragmente mittels ”reversed Phase HPLC” vom HLA Komplex getrennt ( WO 2004/085461 ) und unter Verwendung massenspektroskopischer Verfahren sequenziert. Alternativ dazu ist es auch möglich die Sequenz der Fragmente, ausgehend von der Sequenz des vollständigen Proteins, oder durch eine Computersimulation vorherzusagen (Hiss JA et al. 2007; Walshe VA et al. 2009). Das Peptid wird nach der Sequenz des Fragments hergestellt und bindet spezifisch an den entsprechenden HLA Komplex auf der Oberfläche des krankhaften Gewebes, ohne an HLA Komplexe anderer Zellen zu binden. Vorzugsweise wird das Peptid dabei so gewählt, dass die Bindung zwischen dem Peptid und dem HLA Komplex einen linearen Koeffizient, sog. kD-Wert, von ≤ 100 nM, bevorzugt von ≤ 10 nM, am meisten bevorzugt von 7,5 nM aufweist.
Der Begriff ”krankhaftes Gewebe” bezeichnet Zellen, Teile von Organen oder ganze Organe, die ihre physiologische Funktion nicht oder nicht in vollem Umfand erfüllen. Dazu zählen beispielsweise mit Viren oder Bakterien infizierte Zellen, hypertrophes Gewebe, entzündete Gewebe und Organe, hyperplastisches und neoplastisches Gewebe, etwa Geschwüre, Tumore und Karzinome. Krankhafte Zellen bilden häufig Proteine, deren Expression für eine bestimmte Erkrankung typisch ist, beispielsweise weil sie vom genetischen Material eines Virus oder eines Bakteriums abstammen. Die Zelle präsentiert dann HLA Komplexe auf ihrer Oberfläche, die Fragmente dieser Proteine binden. Indem das Peptid von einem krankheitsspezifischen Protein abstammt, bindet es speziell diese HLA Komplexe und ermöglicht eine zuverlässige Lokalisation des krankhaften Gewebes.
Die Detektion des Peptids erfolgt über seine radioaktive Markierung mit einem ¹¹C-Kohlenstoffatom. Beim Zerfall des ¹¹C-Kohlenstoffisotops werden Positronen, die auch als β⁺-Strahlung bezeichnet werden, gebildet. Stoßen die Positronen auf ein Elektron, bilden sie zwei Photonen, die sich in einem Winkel von 180°, also genau in entgegen gesetzter Richtung, von einander entfernen. Die Photonen können detektiert und daraus die Position der Positronenemission, bzw. des ¹¹C-Kohlenstoffatoms, berechnet werden. Die Integration eines ¹¹C-Kohlenstoffatom in das erfindungsgemäß verwendete Peptid ermöglicht es, sowohl das Vorhandensein, als auch die Position des Peptids nachzuweisen und abzubilden. Zur Herstellung eines erfindungsgemäß zu verwendenden Peptids sind insbesondere die Verfahren, die in den Patentanmeldungen DE 10 2009 035 648.7 , und DE 10 2009 035 645.2 beschrieben werden, geeignet. Des Weiteren kann auch die Menge an Peptiden, die sich an einer bestimmten Stelle befindet, quantifiziert werden.
Ein Vorteil der Verwendung eines ¹¹C-markierten Peptids liegt in seinem Aufbau aus körpereigenen Aminosäuren, wodurch es für den Organismus verträglich ist. Das Peptid und seine einzelnen Aminosäuren sind nicht toxisch, sie können natürlich verstoffwechselt, abgebaut und ausgeschieden werden. Durch die Verwendung eines integrierten ¹¹C-Kohlenstoffatoms kann außerdem vermieden werden, dass ein radioaktiver Fremdstoff, wie beispielsweise ¹⁸Fluor, ¹³³Xenon, oder ⁶⁸Gallium, in den Organismus eingebracht werden muss.
Ein weiterer Vorteil des direkt mit ¹¹C markierten Peptids liegt in dem günstigen Signal/Hintergrund Verhältnis während der Detektion des Peptids. Das Peptid bindet an den HLA Komplex, mit dem es eine stabile, für den enzymatischen Abbau schwer zugängliche, Verbindung bildet. Freie, ungebundene Peptide werden dagegen rasch verstoffwechselt und aus dem Organismus ausgeschieden, weil sie von endogenen Enzymen zügig abgebaut werden. Dadurch entsteht ein starkes und spezifisches Signal an der Position des HLA Komplexes, und das Hintergrundsignal wird minimiert.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Peptid ca. acht bis ca. zehn Aminosäuren auf. Die Peptidbindungsstelle des HLA Komplexes besteht in einer tiefen Spalte, die von den N-terminalen Enden der beiden Polypeptidketten gebildet wird. Sie ist äußerst beweglich in ihrer Konformation, so dass HLA Komplexe Moleküle unterschiedlicher Größe binden können. Die Bindungsaffinität ist jedoch zu Peptiden von acht bis zehn Aminosäuren am stärksten, so dass die entstehenden HLA-Peptid-Komplexe besonders stabil und gegen enzymatischen Abbau geschützt sind.
In einer vorteilhaften Ausführungsform bindet das Peptid an die Peptidbindungsstelle des HLA Komplexes. Menschliche Zellen bilden eine Vielzahl unterschiedlicher HLA Komplexe, die unterschiedliche Arten von Proteinfragmenten binden. Prinzipiell werden HLA I und HLA II Komplexe unterschieden, wobei HLA I Komplexe vor allem Proteine binden, die aus dem Zytoplasma der Zelle stammen und HLA II Komplexe solche, die zur Membran der Zelle gehören. Innerhalb dieser zwei Klassen werden die HLA Komplexe wiederum an Hand der Sequenz ihrer Polypeptidketten unterschieden. Die Bindungsspezifität zwischen einem HLA Komplex und einem bestimmten Peptid ergibt sich aus der Bindungsspalte des HLA Komplexes. Die anderen Teile des Komplexes unterscheiden sich nicht stark unter den verschiedenen Arten von HLA Komplexen. Indem das Peptid an die Bindungsstelle bindet und nicht mit anderen Aminosäureseitenketten des Komplexes interagiert, wird gewährleistet, dass es spezifisch an den HLA Komplex des krankhaften Gewebes bindet. Dadurch können Hintergrundsignale minimiert werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Agens ein Radiopharmakon. Der Begriff ”Radiopharmaka” bezeichnet Arzneimittel, die Radionuklide enthalten, deren Strahlung zur Diagnostik und Therapie verwendet wird. Die wichtigsten Anwendungsgebiete sind dabei die Onkologie, Kardiologie und Neurologie, aber auch die Arzneimittelforschung. Als Radionuklide werden Gamma- bzw. Beta-Strahlen emittierende Nuklide, zum Beispiel ¹³³Xenon, ^99mTechnetium, ⁶⁸Gallium, und ¹⁸Fluor, verwendet. Sie werden üblicherweise über Komplexbildner wie Diethylentriaminpentaacetat (DTPA) 1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetraacetic acid (DOTA) oder Ethylendiamintetraacetat (EDTA) an Mono- oder Polysaccharide gebunden. Die Nuklide werden, je nach der Art ihrer Strahlung, mittels Szintigraphie, Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT) oder Positronen-Emissions-Tomographie (PET) detektiert. Aufgrund ihrer unphysiologischen Bestandteile können herkömmliche Radiopharmaka jedoch Nebenwirkungen, wie anaphylaktische oder allergische Reaktionen, im Körper eines Patienten verursachen. Die Verwendung eines Peptids aus körpereigenen Aminosäuren reduziert diese Gefahr deutlich, weil weder das Peptid selbst, noch seine Abbauprodukte toxisch sind. Zudem ist Kohlenstoff, im Gegensatz zu Technetium oder Xenon, ein im Körper vorkommendes Element, das natürlich verstoffwechselt werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das ¹¹C-Kohlenstoffatom ein Carbonylkohlenstoffatom einer Aminosäure. Die Carbonylgruppen sind Teil der Peptidbindungen zwischen den Aminosäuren und liegen im Inneren des Peptids. Dadurch ist gewährleistet, dass das ¹¹C-Kohlenstoffatom nicht vom Peptid abgespalten wird, wie es etwa bei einer Seitenkette einer der Aminosäuren möglich wäre.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das ¹¹C-Kohlenstoffatom das Carbonylkohlenstoffatom der N-terminalen Aminosäure des Peptids. Diese Ausführungsform ist besonders bevorzugt, weil das Peptid direkt nach dem Anbringen der ¹¹C-markierten Aminosäure verwendet werden kann. ¹¹C-Kohlenstoff hat eine Halbwertszeit von nur ca. 20 Minuten, so dass die Strahlungsdosis desto höher gewählt werden muss, je mehr Zeit zwischen der Synthese des Peptids und seiner Verwendung liegt. Wird die ¹¹C-Markierung mit der N-terminalen Aminosäure und damit im letzten Schritt der Synthese angebracht, kann das Peptid sofort nach seiner Synthese verwendet werden. Auf diese Weise wird die Zeitspanne zwischen der Verarbeitung des ¹¹C-Kohlenstoffs und dem Einsatz des Peptids reduziert, so dass der Strahlungsverlust während der Herstellung des Peptids minimiert wird. Deshalb kann die Strahlendosis, die bei der Verarbeitung des ¹¹C-Kohlenstoffs eingesetzt werden muss um eine bestimmte Strahlungsstärke des Produkts zu gewährleisten, entsprechend geringer sein. Die Herstellung wird dadurch kostengünstiger und die Strahlenbelastung für das technische Personal, welches das Peptid herstellt, verringert.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Peptid mindestens eine D-Aminosäure auf. Mit Ausnahme des Glycins besitzen alle Aminosäuren an ihrem alpha-C-Kohlenstoffatom ein chirales Zentrum und können daher als Konfigurationsisomere, nämlich als D- oder L-Aminosäure, vorliegen. Endogene Peptide und Proteine sind weitgehend aus Aminosäuren in L-Konfiguration aufgebaut. Zudem arbeiten die meisten natürlichen Proteasen und Peptidasen stereoselektiv und verstoffwechseln hauptsächlich L-Aminosäuren. Daher dauert der Abbau von D-Aminosäuren durch körpereigene Enzyme länger als der von L-Aminosäuren. Dieser Umstand kann verwendet werden, um die Halbwertszeit eines Proteins oder Peptids zu verlängern, indem neben L-Aminosäuren auch D-Aminosäuren verwendet werden (Neundorf I et al., 2008). Dadurch kann die pharmakologische Clearance, also die Zeit bis das Peptid aus dem Organismus ausgeschieden ist, positiv beeinflusst werden. Bei dem Austausch einzelner L-Aminosäuren gegen ihre D-Konfiguration ist jedoch darauf zu achten, dass die Bindungsspezifität des Peptids nicht verändert wird. Eine weitere Möglichkeit, die pharmakologische Clearance des Peptids zu beeinflussen, besteht darin einzelne der Aminosäuren des Peptids durch nicht natürliche Aminosäuren mit ähnlichen chemischen Eigenschaften zu ersetzen. Die nicht natürlichen Aminosäuren werden langsamer verstoffwechselt, weil die körpereigenen proteolytischen Enzyme speziell an den Abbau natürlicher Aminosäuren angepasst sind. Bei der Modifizierung des Peptids sollten die nicht natürlichen Aminosäuren jedoch so gewählt werden, dass die Bindungsaffinität des Peptids nicht verändert wird. Darüber hinaus sind auch andere chemische Modifikationen einzelner Aminosäuren des Peptids möglich, um die Halbwertszeit des Peptids gezielt zu beeinflussen. Beispielsweise kann die endständige Aminogruppe des Peptids durch eine Isonitrilgruppe ersetz werden. Eine solche Modifikation reduziert die, von der Aminogruppe vermittelte, Interaktion mit proteolytischen Enzymen, ohne die Bindung zwischen dem erfindungsgemäß verwendeten Peptid und dem Antikörper zu verändern.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Radiopharmakon zur Lokalisation eines krankhaften Gewebes, das ein Peptid mit einem ¹¹C-Kohlenstoffatom umfasst. Die Aminosäuresequenz des Peptids stammt dabei von der Aminosäuresequenz eines Proteins ab, das von dem krankhaften Gewebe gebildet wird, und das Peptid bindet an einen humanen Leukozytenantigen (HLA) Komplex, der ebenfalls von dem krankhaften Gewebe gebildet wird. Dadurch können mit dem Radiopharmakon selbst wenige Zellen eines krankhaften Gewebes spezifisch nachgewiesen werden.
Auf Grund der Vorteile des enthaltenen Peptids bietet das erfindungsgemäße Radiopharmakon ein sensitives und spezifisches Agens, um die Position eines krankhaften Gewebes in vivo zu bestimmen. Das Radiopharmakon wird dem Patienten verabreicht und die darin enthaltenen Peptide verteilen sich, auf Grund ihrer Größe, schnell und effizient in dessen Körper. Sie binden entsprechend dem chemischen Gleichgewicht mit dem zelleigenen Peptid an den HLA Komplex des krankhaften Gewebes und sammeln sich an dessen Oberfläche. Dieses Gewebe kann beispielsweise ein Entzündungsherd, durch Viren oder Bakterien infizierte Zellen oder ein Tumor sein. Die Häufung der radioaktiv markierten Peptide wird mittels Positronen-Emissions-Tomographie (PET) nachgewiesen und so die genaue Position der infizierten Zellen, der Entzündung oder des Tumors im Körper des Patienten bestimmt.
Auf ähnliche Weise können auch gesunde Zellen, die ein spezielles Protein exprimieren, detektiert werden. Dazu wird das erfindungsgemäß verwendete Peptid so gewählt, dass seine Aminosäuresequenz von einem bestimmten, natürlicherweise gebildeten Protein abstammt. Das Peptid bindet dann an die Zellen, die dieses Protein bilden, weil die Zellen entsprechende HLA Komplexe auf ihrer Oberfläche präsentieren. Durch die Markierung des Peptids mit einem ¹¹C-Kohlenstoffatoms kann mittels Positronen-Emissions-Tomographie (PET) gezeigt werden, an welche Zellen des Körpers das Peptid gebunden hat.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist das ¹¹C-Kohlenstoffatom ein Carbonylkohlenstoffatom einer Aminosäure, bevorzugt das Carbonylkohlenstoffatom der N-terminalen Aminosäure des Peptids.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Radiopharmakon ein PET Biomarker. Die PET ist ein etabliertes Verfahren um die Strahlung radioaktiver Elemente zu erfassen und ihre Position zu bestimmen (Massoud TF, Gambhir SS, 2003). Mit Hilfe von ringförmig um den Patienten angeordneten Detektorgeräten werden Schnittbilder erstellt, auf denen die Zerfallsereignisse in ihrer räumlichen Verteilung im Körperinneren dargestellt werden. Die PET ermöglicht es auch, die Menge an markierten Molekülen in einem Gewebe quantitativ zu bestimmen.
Außerdem wird ein Verfahren zur Lokalisation eines krankhaften Gewebes in einem Organismus offenbart, umfassend die Schritte a) Bereitstellen eines Peptids, b) Verabreichen des Peptids an den Organismus, c) Detektieren des Peptids in dem Organismus mittels Positronen-Emissions-Tomographie (PET). Dabei stammt die Aminosäuresequenz des Peptids von der Aminosäuresequenz eines Proteins ab, das von dem krankhaften Gewebe gebildet wird, und das Peptid bindet an einen humanen Leukozytenantigen (HLA) Komplex, der von dem krankhaften Gewebe gebildet wird. Des Weiteren weist das Peptid ein ¹¹C-Kohlenstoffatom auf.
Mit dem erfindungsgemäß verwendeten Peptid wird ein HLA Komplex im Inneren eines Organismus detektiert und lokalisiert, so dass die Verteilung des HLA Komplex im Körper eines Patienten beobachtet werden kann. Auf diese Weise kann beispielsweise die Größe oder Ausdehnung einer Infektion oder eines Tumors bestimmt werden. Das erfindungsgemäß verwendete Peptid ist daher hervorragend zur Beobachtung von Verlauf und Erfolg einer Behandlung, sog. Therapiemonitoring, geeignet.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen erläutert.
1 zeigt schematisch die Bindung zwischen einem Peptid 1 und einem humanen Leukozytenantigen (HLA) Komplex 4, der auf der Oberfläche eines krankhaften Gewebes 18 angeordnet ist.
Das Peptid 1 umfasst neun Aminosäuren 2, von denen die N-terminale Aminosäure 3 mit einem ¹¹C-Kohlenstoffatom radioaktiv markiert ist. Die radioaktive Markierung ist durch einen Stern (*) dargestellt. Das Peptid 1 ist in der Peptidbindungsstelle 5 des HLA Komplexes 4 angeordnet. Die Peptidbindungsstelle 5 wird aus zwei hoch variablen Domänen gebildet, wodurch eine spezifische Affinität zwischen dem HLA Komplex 4 und dem Peptid 1 entsteht. Der HLA Komplex 4 ist ein integrales Membranprotein, das durch eine Zellmembran 6 der Zellen des krankhaften Gewebes 18 hindurch reicht. Er weist einen extrazellulären 7 und einen intrazellulären 8 Bereich auf. Die Peptidbindungsstelle 5 befindet sich an dem extrazellulären Bereich 7 des HLA Komplexes 4. Die Zellmembran 6 ist grau schraffiert dargestellt.
Das ¹¹C-markierte Peptid 1 bindet spezifisch an die freie Peptidbindungsstelle 5 des HLA Komplexes 4, nicht aber an andere Moleküle. Das Peptid 1 kann zur Detektion des HLA Komplexes 4 verwendet werden, indem die beim Zerfall des ¹¹C-Kohlenstoffatoms abgegebenen Positronen mittels Positronen-Emissions-Tomographie (PET) nachgewiesen werden. Der Ort der Positronenemission entspricht dem Ort des Peptids 1 und des daran gebundenen HLA Komplexes 4. Bildet ein krankhaftes Gewebe 18 den HLA Komplex 4, kann es durch das Peptid 1 detektiert werden.
Zur Lokalisation eines krankhaften Gewebes 18, zum Beispiel eines Tumors, im Rahmen einer Krebsdiagnose, wird einem Patienten ein Radiopharmakon verabreicht, welches das ¹¹C-markierte Peptid 1 enthält. Das Peptid 1 bindet spezifisch an den HLA Komplex 4, den die Zellen des Tumors 18 bilden. Dadurch sammelt sich das Peptid 1 an dem Tumor 18. Diese Anhäufung wird durch PET visualisiert und so die Verteilung des HLA Komplexes 4 bzw. die Position des Tumors 18 im Körper des Patienten bestimmt. Auf diese Art lassen sich auch neu gebildete Metastasen, die den HLA Komplex 4 bilden, mittels PET aufspüren. Außerdem können die durch die Visualisierung des Tumors 18 gewonnenen Informationen dazu dienen, die Medikation eines Tumortherapeutikums zum Beispiel Wirkstoffmenge und Verabreichungsplan, entsprechend der Position, Größe und Verteilung des Tumors 18 einzustellen.
2 zeigt eine Darstellung eines Peptids 1 mittels chemischer Formel.
Das Peptid 1 umfasst neun Aminosäuren 2 der folgenden Sequenz: Glycin – Valin – Leucin – Prolin – Alanin – Leucin – Prolin – Glutamin – Valin.
Das N-terminale Glycin ist mittels Strukturformel dargestellt, die folgenden Aminosäuren 2 durch ihren jeweiligen Drei-Buchstaben Code. Die Sequenz des Peptids ist auch in SEQ ID Nr.: 1 angegeben. Das Carbonylkohlenstoffatom des N-terminalen Glycins ist ein ¹¹C-Kohlenstoffatom, dargestellt durch die Ziffer 11 oberhalb des Carbonylkohlenstoffatoms.
Das Peptid 1 wird mit herkömmlichen Proteinsyntheseverfahren hergestellt und die ¹¹C-markierte N-terminale Aminosäure 3 im letzten Schritt hinzu gefügt, weil die Halbwertszeit des ¹¹C-Kohlenstoffisotops bei nur ca. 20 Minuten liegt. Indem die Peptidsynthese mit der ¹¹C-markierten Aminosäure abgeschlossen wird, kann das Peptid 1 nach der radioaktiven Markierung sofort verwendet werden.
Das Peptid der Sequenz SEQ ID Nr.: 1 stammt von dem humanen Glycoprotein Choriongonadotropin (hCG-beta) (SEQ ID Nr.: 2) ab, welches während der Schwangerschaft die Funktionen eines Hormons erfüllt. Es beeinflusst die Entwicklung des Embryos, insbesondere die Differenzierung von Trophoblasten und die embryonale Blutgefäßbildung. Darüber hinaus wird hCG-beta aber auch von Zellen verschiedener Tumorarten, wie zum Beispiel Brust-, Leber- und Lungentumor, gebildet. Das hCG-beta wird von den Tumorzellen in kürzere Peptide abgebaut und in Form von Komplexen aus HLA und hCG-beta-Peptiden auf der Zelloberfläche präsentiert. Dabei wird das Peptid der SEQ ID Nr.: 1 in der Peptidbindungsstelle 5 des HLA Komplexes 4 gebunden und der Gesamtkomplex auf der Zellmembran der Tumorzellen verankert. Dadurch befinden sich HLA Komplexe 4 mit einer spezifischen Affinität zu dem Peptid der SEQ ID Nr: 1 an dem Tumor 18, so dass dieser mit dem ¹¹C-markierten Peptid der SEQ ID Nr.: 1 detektieren werden kann.
3 zeigt eine schematische Darstellung (stark vereinfacht nach Faller A, Schünke M, Der Körper des Menschen, Thieme, 2008) eines Blutkreislaufsystems 10 eines Organismus und die Verteilung eines Peptids 1 darin.
Das Blutkreislaufsystem 10 umfasst verschiedene schematisch dargestellte Organe, wie Lunge 12, Herz 13, Leber 14, Darm 15 und Niere 16 und die Hauptadern 11, welche diese Organe verbinden. Das Peptid 1 ist durch Dreiecke entlang der Adern 11 dargestellt. Die Abbauprodukte 17 des Peptids 1 sind durch einzelne Striche innerhalb der Umrisse der Niere 16 dargestellt. Links der Mitte des Blutkreislaufsystems 10 ist zusätzlich ein krankhaftes Gewebe 18, zum Beispiel ein Tumor oder eine Entzündung, dargestellt, das HLA Komplexe 4 trägt, an die wiederum Peptide 1 angelagert sind.
Die Verteilung des Peptids 1 im Blutkreislaufsystem 10 umfasst vier Phasen, die entlang der Darstellung von oben nach unten aufgeführt sind.

Phase I: Das Peptid 1 wird in das Blutkreislaufsystem 10 des Organismus injiziert.
Phase II: Über das Blutkreislaufsystem 10 wird das Peptid 1 in die Organe 12, 13, 14, 15, und 16 des Organismus transportiert.
Phase III: Das zirkulierende Peptid 1 bindet spezifisch an die HLA Komplexe 4, und sammelt sich an dem krankhaften Gewebe 18, weil dieses den HLA Komplex 4 bildet.
Phase IV: Nicht gebundenes Peptid 1 wird schnell verstoffwechselt und enzymatisch abgebaut. Der Organismus unterscheidet nicht zwischen eigenen Peptiden und dem Peptid 1, weil es aus Aminosäuren 2, 3 aufgebaut ist, die den körpereigenen Molekülen entsprechen. Die Abbauprodukte 17 des Peptids 1 und der Aminosäuren 2, 3 sammeln sich vorwiegend in der Niere 16 von wo aus sie über die Blase und den Harnleiter ausgeschieden werden.

Referenzen:

WO 2004/085461
Faller A, Schünke M; Der Körper des Menschen; Thieme-Verlag; 2008
Hiss JA, Bredenbeck A, Losch FO, Wrede P, Walden P, Schneider G; Design of MHC I stabilizing peptides by agent-based exploration of sequence space; Protein Eng Des Sel. 2007 Mar; 20(3): 99–108.
Massoud TF, Gambhir SS; Molecular imaging in living subjects: seeing fundamental biological processes in a new light; Genes Dev. 2003 Mar 1; 17(5): 545–80.
Neundorf I, Rennert R, Franke J, Közle I, Bergmann R; Detailed analysis concerning the biodistribution and metabolism of human calcitonin-derived cell-penetrating peptides; Bioconjug Chem. 2008 Aug; 19(8): 1596–603.
Walshe VA, Hattotuwagama OK, Doytchinova IA, Wong M, Macdonald IK, Mulder A, Claas FH, Pellegrino P, Turner J, Williams I, Turnbull EL, Borrow P, Flower DR; Integrating in silico and in vitro analysis of peptide binding affinity to HLA Cw*0102: a bioinformatic approach to the prediction of new epitopes; PLoS One. 2009 Nov 30; 4(11): e8095.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2004/085461 [0006]
DE 102009035648 [0008]
DE 102009035645 [0008]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Hiss JA et al. 2007 [0006]
Walshe VA et al. 2009 [0006]
Neundorf I et al., 2008 [0016]
Massoud TF, Gambhir SS, 2003 [0021]
Faller A, Schünke M, Der Körper des Menschen, Thieme, 2008 [0034]

Claims

Verwendung eines Peptids (1) zur Herstellung eines Agens zur Detektion eines krankhaften Gewebes (18), dadurch gekennzeichnet, dass a) die Aminosäuresequenz des Peptids (1) von der Aminosäuresequenz eines Proteins abstammt, das von dem krankhaften Gewebe (18) gebildet wird, b) das Peptid (1) an einen humanen Leukozytenantigen (HLA) Komplex (4) bindet, der von dem krankhaften Gewebe (18) gebildet wird, und c) das Peptid (1) ein ¹¹C-Kohlenstoffatom aufweist.
Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Peptid (1) ca. acht bis ca. zehn Aminosäuren (2) aufweist.
Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Peptid (1) an die Peptidbindungsstelle (5) des HLA Komplexes (4) bindet.
Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Agens ein Radiopharmakon ist.
Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das ¹¹C-Kohlenstoffatom das Carbonylkohlenstoffatom einer Aminosäure (2), vorzugsweise der N-terminalen Aminosäure (3) des Peptids (1) ist.
Radiopharmakon zur Lokalisation eines krankhaften Gewebes (18) umfassend ein Peptid (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Aminosäuresequenz des Peptids (1) von der Aminosäuresequenz eines Proteins abstammt, das von dem krankhaften Gewebe (18) gebildet wird, das Peptid (1) an einen humanen Leukozytenantigen (HLA) Komplex (4) bindet, der von dem krankhaften Gewebe (18) gebildet wird, und das Peptid (1) ein ¹¹C-Kohlenstoffatom aufweist.
Radiopharmakon nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das ¹¹C-Kohlenstoffatom das Carbonylkohlenstoffatom einer Aminosäure (2), vorzugsweise der N-terminalen Aminosäure (3) des Peptids (1) ist.
Radiopharmakon nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Positronen-Emissions-Tomographie (PET) Biomarker ist.