DE60113683T2

DE60113683T2 - Radiotherapy

Info

Publication number: DE60113683T2
Application number: DE60113683T
Authority: DE
Inventors: Roy H. Larsen; Gjermund Henriksen
Original assignee: Algeta ASA
Current assignee: Bayer AS
Priority date: 2000-07-04
Filing date: 2001-07-04
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2021-07-05
Also published as: JP2004503331A; KR100892002B1; NO20003457L; KR20030029100A; EA200201258A1; EA004899B1; PL206209B1; US7056275B2; US20030166989A1; DE60113683D1; CA2413736C; EP1296722B1; PL366070A1; WO2002005859A2; JP5219325B2; CA2413736A1; DK1296722T3; ATE305313T1; US20060135842A1; AU6773401A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung eines α-Teilchen emittierenden Thorium- oder Actinium-Radionuklids oder eines Knochentargeting-Komplexes davon zur Herstellung eines Arzneimittels zur Anwendung in einem Verfahren der Strahlungsbehandlung erkrankter Knochen beim Menschen oder einem nichtmenschlichen Säuger, bei dem man dem Lebewesen einen Knochentargeting-Komplex des Radionuklids verabreicht.
Ein erheblicher Anteil der Krebspatienten sind von Knochenmetastasen betroffen, und bis zu 85 % der Patienten mit fortgeschrittenen Lungen-, Prostata- und Brustkarzinom entwickeln Knochenmetastasen. Etablierte Behandlungen wie Hormontherapie, Chemotherapie und externe Radiotherapie bewirken oftmals ein zeitweiliges Ansprechen, aber letztlich erleiden die meisten Krebspatienten mit Knochenmetastasen Rückfälle.
Bei der Anwendung von Radionukliden zur Schmerzlinderung und/oder Krebsbehandlung bei Skelettschäden hat man sich bislang Strahlungsemittern für niedrigen linearen Energietransfer (LET) (d.h. β-Emitter) und auch Konversionselektronenemittern bedient. Solche das Knochengewebe präferierenden Radiopharmazeutika waren Bestandteile klinischer Studien, und zwei Produkte, nämlich Strontium-89 (Metastron^TM) und Samarium-153-EDTMP (Lexidronam^TM) wurden vor kurzem zur Schmerzlinderung von Skelettmetastasen zugelassen. Jedoch können solche Niedrig-LET-Emitter aufgrund der Gewebedurchdringungsreichweite der Strahlung nur in Dosen, die zur Schmerzlinderung ausreichen, verwendet werden, nicht jedoch in den höheren Dosen, die zur Tumortherapie erforderlich sind, da erhebliche Myelotoxizität eintritt, bevor ein gegen Tumoren wirksames therapeutisches Dosisniveau erreicht werden kann.
Für mehrere β-Emitter und für den α-Emitter Wismut-212 wurden, ebenso wie für das in vivo-Generatorsystem Blei-212/Wismut-212, radioaktive Chelate mit Präferenz für das Knochengewebe beschrieben. Wie oben beschrieben, wurde für knochenpräferierende β-Emitter bei einem erheblichen Anteil der Patienten mit Skelettmetastasen von Prostata- und Brustkrebs wirksame Schmerzlinderung gezeigt, aber sie haben den Nachteil, dass eine Knochenmarkssuppression eintritt, bevor therapeutische Dosisniveaus erreicht werden. Die Blei-212/Wismut-212-basierten Verbindungen haben zwei Hauptprobleme, die ihr klinisches Potential verringern. Zum einen hat Wismut-212 selbst eine sehr kurze Halbwertszeit (t_1/2 = 60,6 Minuten), und daher zerfällt ein großer Teil der verabreichten Dosis, bevor eine Lokalisation im Knochengewebe und Clearance aus den Weichteilgeweben eintreten, was zu einem unerwünschten Grad der Belastung der Weichteilgewebe führt. Zum zweiten transloziert in vivo ein bedeutender Anteil des Wismut-212, wenn das Blei-212-Mutternuklid (T_1/2 = 10,6 Stunden), das ein β-Emitter ist, in Verbindung mit einem Träger mit Knochenpräferenz verwendet wird, was u. a. zu einer unerwünscht erhöhten Belastung der Niere führt.
Daher gibt es ein starkes Bedürfnis nach neuen Therapien zur Schmerzlinderung und Verzögerung der Tumorprogression.
Wir haben jetzt gefunden, dass α-Partikel-emittierende Actinium- und Thorium-Radionuklide wirksam zur Knochenoberfläche dirigiert werden können, wenn sie zu Knochentargeting-Komplexen, z. B. Chelatkomplexen, komplexiert werden, und auf diese Weise therapeutische, prophylaktische oder schmerzlindernde Strahlungsdosen an der Knochenoberfläche abgeben können, ohne eine unerwünscht hohe Strahlenbelastung der Weichteilorgane wie Niere, Leber und Milz zu verursachen. Als α-Emitter sind diese Radionuklide den konventionell verwendeten β-Emittern überlegen, da die kürzere Durchdringungsreichweite des α-Partikels bedeutet, dass die Strahlenexposition des Knochenmarks geringer ist. Daher zeigen z. B. dosimetrische Berechnungen im Mäusemodell, dass das Dosisverhältnis von Knochenoberfläche zu Knochenmark bei den α-Emittern mit Knochenpräferenz etwa drei Mal höher ist als bei β-Emittern mit Knochenpräferenz.
Somit stellt in einem Aspekt die erfindungsgemäße Verwendung ein Verfahren der Strahlenbehandlung eines Menschen oder nichtmenschlichen Säugers (z. B. eines Menschen, eines Hunds oder einer Maus) bereit, bei welchem man dem Lebewesen eine therapeutische, prophylaktische oder schmerzlindernde Menge eines Knochentargeting-Komplexes eines Radionuklids verabreicht, wobei die Verbesserung darin besteht, als Radionuklid ein aus der Gruppe von α-Partikel-emittierenden Thorium- und Actinium-Radionukliden ausgewähltes Radionuklid zu verwenden.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung eines α-Partikelemittierenden Thorium- oder Actinium-Radionuklids oder eines Knochentargeting-Komplexes davon zur Herstellung eines Arzneimittels zur Anwendung in einem Verfahren der Strahlungsbehandlung eines Menschen oder nichtmenschlichen Säugers, wobei dem Säuger ein Knochentargeting-Komplex des Radionuklids verabreicht wird.
In einem noch weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein radiopharmazeutisches Mittel, umfassend einen Knochentargeting-Komplex eines Radionuklids, ausgewählt unter α-Partikel emittierenden Thorium- und Actinium-Radionukliden, zusammen mit wenigstens einem physiologisch akzeptablen Träger oder Exzipienten.
In einem noch weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Knochentargeting-Komplex eines Radionuklids, ausgewählt unter α-Partikel-emittierenden Thorium- und Actinium-Radionukliden, insbesondere zur Verwendung in der Medizin.
Der Begriff „Knochentargeting" (oder „mit Präferenz für Knochen") bedeutet, dass der Radionuklid-Komplex sich vorzugsweise über das Knochengewebe und nicht in den Weichteilorganen, insbesondere Niere, Leber und Milz, verteilt, z. B. bevorzugter als das Acetat des Radionuklids. Vorzugsweise beträgt das Verteilungsverhältnis (z. B. durch Strahlungsemissionsmessung im Mäusemodell (z. B. an BALB/c-Mäusen) vier Stunden nach intravenöser Verabreichung gemessen) mindestens 3, vorzugsweise mindestens 8, insbesondere mindestens 15 für Femur zu Leber; und/oder mindestens 4, vorzugsweise mindestens 5, insbesondere mindestens 5,5 für Femur zu Niere; und/oder mindestens 5, vorzugsweise mindestens 15, insbesondere mindestens 25 für Femur zu Milz.
Die erfindungsgemäß verwendeten Komplexe sind Komplexe mit einem beliebigen geeigneten Komplexbildner, z. B. Chelatbildner, der geeignet ist, den Komplex zum Knochen zu dirigieren. Phosphonat-Komplexbildner, insbesondere Bisphosphonat- und Polyphosphonat-Komplexbildner, sind besonders bevorzugt, z. B. Phosphonsäureanaloga der Polycarbonsäure-Komplexbildner, die als Träger für paramagnetische Atomkerne (wie z. B. Gd und Dy) in Kontrastmitteln für Magnetresonanz-Abbildungsverfahren vorgeschlagen wurden. Solche Polycarbonsäure-Komplexbildner sind in der Patentliteratur von Nycomed, Schering, Mallinckrodt, Bracco und Guerbet ausführlich beschrieben. Geeignete Beispiele solcher Phosphonsäureanaloga umfassen Diethylentriamin-N,N',N''-pentamethylen-phosphonsäure (DTMP) und 1,4,7,10-Tetraazacyclododecan-1,4,7,10-tetramethylenphosphonsäure (DOTMP), d. h. Analoga von DTPA bzw. DOTA.
Die Radionuklide sind vorzugsweise Thorium-227 und Actinium-225; jedoch können auch andere α-emittierende Thorium- und Actinium-Radionuklide verwendet werden, z. B. Thorium-225, Thorium-226, Thorium-228, Actinium-223 und Actinium-224. Die Thorium- und Actinium-Radionuklide können getrennt oder in Kombination miteinander oder in Kombination mit anderen Radionukliden, z. B. α- oder β-Emittern, verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit eine neue Verwendung von Radioisotopen von Actinium und Thorium, z. B. Actinium-225 und Thorium-227, in Kombination mit Chelatormolekülen mit Knochenpräferenz zur Behandlung von Knochenoberflächen und im Zusammenhang mit Knochen stehenden malignen und nicht malignen Erkrankungen. Diese Elemente haben Radioisotope mit Halbwertszeiten von mehreren Tagen, was das Risiko der Translokation – verglichen mit Isotopen mit kürzeren Halbwertszeiten – verringert.
Wir fanden, dass α-Emitter mit unterschiedlichen chemischen Eigenschaften, aber vergleichbaren Halbwertszeiten, in Knochen eingebaut werden können. Obwohl die Knochenablagerung für andere schwere Elemente beschrieben worden ist, würde ihre Anreicherung in einigen Weichteilgeweben es verhindern, diese in ihren kationischen Formen biomedizinisch zu verwenden. Jedoch fanden wir, dass Thorium und Actinium in der Form von Chelaten mit Knochenpräferenz zu den Knochenoberflächen dirigiert und in dieselben eingebaut werden können. Solche Chelate haben im Allgemeinen eine recht schnelle Clearance aus Weichteilgeweben. Weiterhin war die Stabilität der radiomarkierten Verbindungen biomedizinisch relevant, wie durch hervorragende Knochen/Weichteilgewebe-Verhältnisse 4 Stunden nach der Injektion gezeigt, und es konnten vielversprechende Verteilungswerte von Knochen zu normalen Geweben erreicht werden. α-Kaskaden-Emitterserien, die von z. B. Actinium-225 und Thorium-227 ausgehen, können somit in Knochenoberflächen eingebaut und zur Behandlung von Knochenoberflächen und Knochentumoren, ebenso wie von anderen im Zusammenhang mit Knochen stehenden Erkrankungen, verwendet werden. Unseres Wissens sind wir die ersten, die die Herstellung und Verwendung von radioaktiven Chelaten mit Knochenpräferenz, die die Elemente Actinium und Thorium enthalten, beschreiben.
Während der Arbeit an der vorliegenden Anmeldung machten die Erfinder die bedeutsame und unerwartete Entdeckung, dass es möglich ist, Actinium- und/oder Thorium-basierte radioaktive Chelate mit hinreichender in vivo-Stabilität zum Knochenoberflächen-Targeting herzustellen. Dies war deswegen unerwartet, weil Versuche, ähnliche Arten von Chelatoren mit monoklonalen Antikörpern zu verbinden, keine radiomarkierten Produkte mit genügender Stabilität hervorgebracht hatten. Es existieren einige präklinische Daten über die Verwendung von Actinium-225-Chelaten, die mit monoklonalen Antikörpern verbunden waren, für die Krebsbehandlung, aber die Daten zeigten ungenügende in vivo-Stabilität für die getesteten Verbindungen (siehe Davis, et al., Nucl. Med. Biol. 26: 581–589 (1999); Deal et al., J. Med. Chem. 42: 2988–2992 (1999); Feinendegen et al., Radiat. Res. 148: 195 (1997); und McClure et al., "α-emitters for medical therapy : Second bi-annual workshop", Toronto, Canada, June 4–5, 1998, DOE/NE-0116, U.S. Department of Energy, 19901 Germantown Road, Germantown, MD 20874, USA). Außerdem hatte keines der getesteten Chelate Knochenpräferenz (siehe Davis et al., (oben); Deal et al., (oben); and Kaspersen et al., Nucl. Med. Commun. 16: 468–476 (1995)). Die Verwendung von Thorium im molekularen Tumor-Targeting oder Targeting auf Knochenoberflächen ist nach dem Wissen der Erfinder zuvor noch nicht vorgeschlagen worden und stellt einen weiteren Aspekt der Erfindung dar.
Die erfindungsgemäß verwendeten Isotope haben typischerweise Halbwertszeiten von mehreren Tagen (z. B. Thorium-227 : t_1/2 = 18,7 Tage und Actinium-225 : t_1/2 = 10,0 Tage), was (durch die Biosynthese) einen besseren Einbau der Radiopharmazeutika in die Knochenmatrix vor dem Zerfall sichern kann, wodurch Translokation der Tochterradionuklide verhindert werden kann. Weiterhin kann der Zerfall der radioaktiven Serie für Actinium (z. B. Actinium-225) bis zu 4 α und für Thorium (z. B. Thorium-227) bis zu 5 α freisetzen, d. h. im Zielgebiet treten Kaskadenemissionen von in hohem Maße cytotoxischen α-Partikeln auf.
Die erfindungsgemäß verwendeten Verbindungen können hergestellt werden, indem man einen Chelatbildner und/oder Komplexbildner mit Knochenpräferenz mit Thorium- und/oder Actinium-Radionukliden mischt, mit oder ohne nachfolgende Reinigung des radiopharmazeutischen Mittels. Gewünschtenfalls kann ein radiomarkiertes Chelat zuerst hergestellt und dann nachfolgend mit einem Molekül mit Affinität für verkalkte Gewebe konjugiert werden. Eine Reinigung der Endprodukte kann unter Verwendung von Ionenaustauschverfahren erreicht werden.
Somit kann es sich bei diesem Herstellungsverfahren um ein Verfahren zur Herstellung von Chelaten und/oder Komplexen mit Knochenpräferenz, die ein Actinium- und/oder Thorium-Radioisotop enthalten, zur biomedizinischen Verwendung handeln, das oder eine Kombination davon, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man ein oder mehrere Radioisotope mit einem Chelatbildner und/oder Komplexbildner mit Knochenpräferenz kombiniert, mit oder ohne nachfolgende Reinigung des Produkts oder der Produkte.
Wie oben beschrieben, kann der mit dem/den Thorium- und/oder Actinium-Radioisotop oder -Radioisotopen verwendete Träger mit Knochenpräferenz aus der allgemeinen Klasse von Chelatbildnern und/oder Komplexbildnern mit Knochenpräferenz sein, einschließend, aber nicht beschränkt auf, die spezifische Klasse der Bisphosphonate und Polyphosphonate.
Die vorliegende Erfindung offenbart somit die Verwendung eines oder mehrere Actinium- und/oder Thorium-Radioisotope in Verbindung mit einem oder mehreren Chelatbildnern und/oder Komplexbildnern mit Knochenpräferenz zur Herstellung eines pharmazeutisch aktiven Mittels zur Behandlung erkrankter Knochen, einschließlich maligner Erkrankungen und Knochenoberflächen. Die nachfolgenden Beispiele zeigen eine hohe und selektive Aufnahme von Actinium und Thorium, wenn sie mit Chelatoren mit Knochenpräferenz kombiniert werden. Diese Verbindungen können verwendet werden, um die Knochenoberflächen mit α-Partikeln zu bestrahlen, um mikroskopische Ablagerungen von Krebszellen auf den Knochenoberflächen zu inaktivieren, und auch zur Behandlung größerer Knochentumorschäden. Im Vergleich zu den gewöhnlich verwendeten β-Emittern und Konversionselektronen-Emittern kann die Verwendung dieser α-emittierenden Verbindungen die Dosis, die das rote Knochenmark enthält, erheblich verringern, d. h. die Myelotoxizität wird verringert.
Die vorliegende Erfindung beschreibt weiterhin die Verwendung eines erfindungsgemäßen Mittels in einer Kombinationstherapie mit einer anderen therapeutisch aktiven Komponente oder mehreren Komponenten wie z. B., jedoch nicht beschränkt auf, Chemotherapie unter Verwendung von Bisphosphonaten, Chirurgie, externe Bestrahlung, Radiopharmazeutika mit Knochenpräferenz, die Niedrig-LET-Strahlung emittieren, und/oder Hormonbehandlung. Weiterhin können, wenn ein erfindungsgemäßes Mittel zur Therapie und/oder Linderung im Zusammenhang mit nicht malignen und/oder malignen Erkrankungen, die Knochen- und/oder Weichteilgewebe betreffen, verwendet wird, die fraglichen malignen Erkrankungen unter Prostatakrebs, Brustkrebs, Nierenkrebs, Nieren- und Harnwegskrebs, primärem Knochenkrebs, Lungenkrebs und Multiplem Myelom ausgewählt sein, ohne darauf beschränkt zu sein.
Ein erfindungsgemäßes Mittel kann weiterhin in einem Verfahren zur prophylaktischen oder therapeutischen Behandlung von Knochen und Weichteilgeweben bei einem Säuger (wie z. B. einem Hund oder einem Menschen), die durch nicht maligne und/oder maligne Erkrankungen befallen sind, verwendet werden, wobei man dem bedürftigen Säuger eine schmerzlindernd oder therapeutisch wirksame Menge des Mittels verabreicht.
Das Mittel kann z. B. eine physiologisch akzeptable Zubereitung zur intravenösen, oralen, subkutanen oder intraperitonealen Verabreichung sein, das dadurch gekennzeichnet ist, dass sie ein Chelat mit Knochenpräferenz umfasst, das ein Actinium- oder Thorium-Radioisotop oder eine Kombination von diesen umfasst, mit oder ohne Hilfsstoffe zur Verhinderung von Ausfällung und/oder Erzeugung von Kolloiden, zusätzlich zu pharmakologisch akzeptablen Trägern und Exzipienten.
Das oder die Thorium und/oder Actinium tragendeltragenden Chelat oder Chelate mit Knochenpräferenz kann/können, optional in Salzform mit einem physiologisch akzeptablen Gegenion (z. B. Natrium, Calcium, Meglumin usw.) einem Säuger (wie zum Beispiel einem bedürftigen Hund oder Menschen) auf jedem passenden Verabreichungsweg, wie z. B. oral, subkutan, intravenös, intraarteriell oder transkutan, verabreicht werden. Die bevorzugte Verabreichung ist parenteral durch Injektion oder Infusion.
Passende orale Verabreichungsformen umfassen Tabletten, Kapseln, Pulver oder Flüssigkeiten (wie z. B. Suspensionen, Lösungen, Sirupe oder Emulsionen). In Tablettenformulierungen können herkömmliche Exzipienten, Schmiermittel und/oder Bindemittel verwendet werden. Bei Verabreichung in Form von Injektions- oder Infusionslösungen ist der Träger vorzugsweise ein isotoner Kochsalzpuffer mit oder ohne Hilfsstoffe zur Stabilisation des Chelats oder der Chelate, zur Verhinderung der Ausfällung von Chelatorsalzen oder unlöslichen Komplexen und/oder zur Verhinderung der Kolloidbildung.
Das erfindungsgemäß aktive Prinzip kann gleichermaßen zur prophylaktischen, palliativen und therapeutischen Behandlung von nicht malignen und/oder malignen Krankheiten, die Knochen und Weichteilgewebe betreffen, verwendet werden. Die malignen Erkrankungen können, die z. B. unter Prostatakrebs, Brustkrebs, Nieren- und Harnwegskrebs, primärem Knochenkrebs, Lungenkrebs und Multiplem Myelom, und die nicht malignen Erkrankungen unter Autoimmunerkrankungen, die Gelenke und Skelett befallen, z. B. Rheumatoide Arthritis, Skleroderma und Spondylarthropathien ausgewählt sein.
Die physiologisch akzeptable Zubereitung zur erfindungsgemäßen in vivo-Verabreichung umfasst typischerweise einen gelösten Komplex (z. B. ein Salz des Komplexes des Chelators mit den Radionukliden), mit oder ohne Hilfsstoffe zur Verhinderung von Ausfällung und/oder Verhinderung von Kolloidbildung, zusätzlich zu pharmakologisch akzeptablen Trägerstoffen und Exzipienten. Die Konzentration der aktiven Verbindungen in der Zubereitung liegt im Allgemeinen unter der individuellen LD₅₀-Dosis, z. B. bei weniger als 20 % der LD₅₀-Dosis und variiert daher für die verschiedenen Bestandteile. Die Aktivität der Radionuklide hängt von mehreren Faktoren ab, z. B. Halbwertszeit, Energiefreisetzung, Verabreichungsweg und zugrunde liegendes Krankheitsbild oder Erkrankung, und die Dosis variiert zwischen etwa 10 kBq – 2 MBq pro kg Körpergewicht bei Verabreichung in einzelnen oder mehrfachen Dosen an Säuger, wie z. B. Menschen.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin einen Kit zur Herstellung physiologisch kompatibler Lösungen, die ein oder mehrere Radioisotope von Actinium und/oder Thorium und pharmazeutisch akzeptable Trägerstoffe enthalten, zur Behandlung von Knochenoberflächen, primären und/oder metastatischen Tumoren im Skelett usw., gegebenenfalls mit Verabreichungshilfsmitteln. Somit betrifft die Erfindung in einem weiteren Aspekt einem Kit zur Behandlung von Knochenoberflächen oder primären und/oder metastatischen Tumoren im Skelett, welcher umfasst: ein α-Partikel emittierendes Actinium- oder Thorium-Radioisotop und einen Chelator mit Knochenpräferenz zur Herstellung physiologisch kompatibler Lösungen eines Chelats eines Actinium- oder Thorium-Radioisotops; einen pharmazeutisch akzeptablen Trägerstoff; und gegebenenfalls Verabreichungshilfsmittel.
Die vorliegende Erfindung wird jetzt mit Bezug auf die nachfolgenden, nicht begrenzenden Beispiele beschrieben.
Die folgende Liste zeigt den Hauptverlauf der Zerfallsserie von Actinium-225 und seinen Tochterisotopen (Halbwertszeit und Zerfallsart):
²²⁵Ac (10,0 d., α)→ ²²¹Fr (4,8 min., α)→ ²¹⁷At (0,032 s., α)→ ²¹³Bi (47 min., β)→ ²¹³Po (4,2 μs., α)→ ²⁰⁹Pb (3,3 h, β)→ ²⁰⁹Bi (stabil)
Die folgende Liste zeigt den hauptsächlichen Verlauf der Zerfallsserie von Thorium-227 und seinen Tochterisotopen (Halbwertszeit und Zerfallsart):
²²⁷Th (18,7 d., α)→ ²²³Ra (11,4 d., α)→²¹⁹Rn (3,9 s., α)→ ²¹⁵Po (1,8 ms., α→) ²¹¹Pb (36,1 min., β)→ ²¹¹Bi (2,15 min, α)→ ²⁰⁷TI (4,8 min., β)→ ²⁰⁷Pb (stabil)
Die unten beschriebenen Actinium-Experimente wurden mit Actinium-228 durchgeführt. Die Identität der Chemie von Actinium-225 und Actinium-228 kann vernünftigerweise angenommen werden, da aufgrund des niedrigen relativen Gewichtsunterschiedes (etwa 1,3 %) zwischen diesen beiden Isotopen angenommen werden kann, dass die isotopischen Effekte minimal sind. Alle Thorium-Experimente wurden mit Thorium-227 durchgeführt.
Tabelle 1: γ-Strahlen und ihre Wahrscheinlichkeiten beim Zerfall von Thorium-227 und Actinium-225. Nur die häufigste γ-Strahlung wird für jedes Radionuklid aufgeführt.
Materialien
Das in dieser Arbeit verwendete Thorium-232-Tetranitrat und Actinium-227-Oxid waren mehr als 20 Jahre lang gelagert worden. Zwei verschiedene Chargen von Thorium-223-Tetranitrat wurden verwendet, nämlich (1) Th(NO₃)₄·6H₂O (Fluka AG Buchs SG, Schweiz) und (2) Th(NO₃)₄·4H₂O (J. L Baker Chemicai Co., Phillipsburg, NJ, USA). Das Actinium-227 wurde von einer 28 Jahre alten Protactinium-231-Quelle gewonnen. Proben wurden von der Nuclear Chemistry Group, Department of Chemistry, University of Oslo, Oslo, Norwegen, zur Verfügung gestellt.
Ionen-Austauschharze wurden von Bio-Rad (Hercules, CA, USA) geliefert.
Die Ionen-Austauschharze wurden durch Waschen mit Wasser, dann 7 M Salzsäure, gefolgt von Aceton und schließlich Wasser, equilibriert. Vor dem Befüllen der Säulen wurden die Harze in Wasser gelagert.
Das Amberlite XAD7-HP-Harz wurde von Rohm & Haas (Frankfurt, Deutschland) erworben. Das Harz wurde vor der Verwendung mit 2 M Salpetersäure behandelt.
Methoden
Thorium-227 wurde, wie von Müller in Radiochimica Act 9: 181–186 (1968) beschrieben, durch Anionen-Austauschchromatographie in einer Nitratlösung aus einem Actinium-227-Zerfallsgemisch isoliert. Zur Vorbereitung der Chelatbildung wurde das Thorium-227-haltige Eluat bis zur Trockne eingedampft. Danach wurde das Thorium-227 in 0,1 M Salpetersäure aufgelöst.
Beispiel 1 – Präparation von Actinium-228
Actinium-228 wurde durch eine Kombination von Lösungsmittelextraktion und Ionenaustausch gewonnen.
Lösungsmittelextraktionsverfahren zur Trennung von Thorium und Radium: Als Generatormaterial für Actinium-228 dienendes Radium-228 wurde durch Extraktion aus Thorium-232 isoliert. Eine Menge von 15–20 g Thorium-232 Tetranitrathydrat wurde in 20 ml 0,1 M Salpetersäure aufgelöst, in einer 250 ml-Scheidetrichter gegeben und mit 3 × 70 ml einer 2M Lösung von Di(2-ethylhexyl)orthophosphorsäure (HDEHP) in Heptan in Kontakt gebracht. Die vereinigten wässrigen Phasen aus vier Extraktionsansätzen, von denen jeder aus dem Extraktionsverfahren von 15–20 g Thorium-232-Tetranitrathydrat stammte, wurden dreimal mit 30 ml Heptan gewaschen. Danach wurde die wässrige Lösung auf 10 ml eingedampft. Anschließend wurden zwei Extraktionen der Lösung mit 20 ml Heptan durchgeführt. Zur Vorbereitung auf das Ionenaustauschverfahren wurde die Lösung durch eine Säule von Amberlit XAD-7HP-Harz zur Entfernung von Resten organischer Verbindungen eluiert.
Beispiel 2 – Ionenaustauschverfahren zur Trennung von Radium und Actinium
Ein Beispiel der Trennung von Radium und Actinium unter Verwendung starker Kationenaustauschharze wurde von Campbell in Can. J. Chem. 37: 1094–1101 (1959) beschrieben, worauf vollinhaltlich Bezug genommen wird. Die Radium-228 und Actinium-228 enthaltende Lösung, erhalten gemäß obiger Beschreibung, wurde auf eine 3 × 50 mm Säule von AG50W-X12 aufgetragen. Die Säule wurde mit 10 ml 1 M Salpetersäure gewaschen. Blei-212, Wismut-212, Radium-224 und Radium-228 wurden danach mit 3 M Salpetersäure eluiert, die Lösung wurde einen Monat lang gelagert, um das co-eluierte Radium-224 zerfallen zu lassen.
Zur Gewinnung von Actinium-228-Quellen wurde die Radium-228 in 3 M Salpetersäure enthaltende Lösung bis zur Trockne eingedampft. Das Radionuklid wurde unter Verwendung von 1 ml 1 M Salpetersäure aus dem Gefäß ausgelaugt. Diese Lösung wurde auf eine 3 × 40 mm Säule von AG50W-X12 aufgetragen. Wiederum wurde Radium-228 in 3 M Salpetersäure eluiert. Actinium-228 wurde in 6 M Salpetersäure eluiert, die Lösung wurde dann bis zur Trockne eingedampft und zur Vorbereitung auf den chemischen Chelatbildungsschritt in 0,1 M Salpetersäure aufgelöst.
Beispiel 3 – Herstellung von koordinativen Komplexen
20–30 ml einer 50 mM wässrigen Lösung von DTMP oder DOTMP, mit Ammoniumacetat auf pH 5–5,5 eingestellt, wurden den Radionukliden in 50 bis 100 μl von 0,05–0,1 M Salpetersäure zugesetzt. Der pH-Wert wurde mit Ammoniumacetat auf 5–5,5 eingestellt, das Reaktionsgemisch wurde 10 Stunden lang (für Thorium) oder eine Stunde lang (für Actinium) auf 60 °C gebracht. Danach wurde jeder Radionuklidkomplex auf einer 2 × 20 mm Säule aus Chelex-100-Kationenaustauschharz eluiert. Etwa 80 % des Thorium-227 wurden aus der Säule eluiert, während der entsprechende Wert für Actinium-228 bei 50 bis 60 % lag (unter Berücksichtigung des Verfalls).
Lösungen zur Injektion wurden durch Verdünnung der Komplexe in einem 0,1 M Natrium-N-morphvlinethansulfonat-Puffer (NaMES), gefolgt von Filtration durch sterile 0,22 μm-Spritzenfilter (Nylonmembran, 5 mm Durchmesser, Whatman, Maidstone, UK) hergestellt.
Herstellung von Thorium-227 in Ammoniumacetat/MES-Lösung
Thorium-227 zur Injektion als schwach komplexiertes Kation wurde hergestellt, indem man die 0,1 M Salpetersäure-Lösung mit Ammoniumacetat neutralisierte, dann die Lösung auf die gewünschte Aktivitätskonzentration mit 0,1 M MES-Puffer verdünnte, gefolgt von Sterilfiltration.
Beispiel 4 – Biadistributionsversuche
Die Biodistribution von an Polyphosphonat gebundenem Thorium und Actinium wurden an Mäusen untersucht.
BALBIc-Mäuse mit einem Körpergewicht im Bereich von 11–16 g wurden in den Biodistributionsversuchen verwendet. Jedem Tier wurden in paarweise markierten Arrangements die Verbindungen durch intravenöse Injektion von 100–200 μl der Zubereitung verabreicht. Die Verbindungen Actinium-228-DOTMP, Thorium-227-DOTMP, Thorium-227-DTMP und Thorium-227-acetat/MES wurden untersucht. Ungefähr 5 kBq Thorium-228 und 5 KBq aktivem Actinium-228 wurden injiziert. Die Tiere wurden durch Genickbruch getötet. Für jedes Paar von Verbindungen wurde die Gewebsdistribution in 3 Mäusen bestimmt. Die Gewebsverteilung wurde für Actinium-228-DOTMP, Thorium-227-DOTMP, Thorium-227-DTMP und Thorium-227-acetat nach 4 Stunden bestimmt.
Im Allgemeinen wurde die Radioaktivität in den Gewebeproben unter Verwendung eines Natriumiodid/Kalium-Detektors vom Napf-Typ und durch Flüssig-Szintillationszählung (Beckmann LS6500, Beckmann, Fullerton, CA, USA) bestimmt. Thorium-227 wurde unter Verwendung eines HPGe-Detektors (Canberra, CT, USA) und gleichfalls durch Flüssig-Szintillationszählung nach Auflösung von Gewebeproben und Zerfall des Actinium-228 gemessen. Actinium-228 wurde mit dem HPGe-Detektor und dem Natriumiodid/Kalium-Detektor gemessen. Proben der radioaktiven Zubereitungen der Nuklide wurden als Referenzen verwendet, um physikalischen Zerfall und Überschneidung der Messbereiche bei den Detektionsverfahren zu bestimmen.
Tabelle 2: Gewebsverteilung der knochenpräferierenden Verbindungen 4 Stunden nach der Injektion (% I.D./g ± Standardabweichung

N.V. Keine Daten verfügbar

Die Daten in Tabelle 2 zeigen, dass die actinium- und thoriumhaltigen Polyphosphonate hervorragende Verteilungsverhältnisse von Knochen zu Weichteilgewebe zeigen, was auf ausreichende Stabilität des Chelator-Radionuklid-Komplexes für in vivo-Targeting hindeutet. Die Knochenproben aus Femur, Schädel und Rippe zeigen durchweg sehr viel höhere Aufnahme als die untersuchten Weichteilorgane.

Die Daten für das gelöste Thorium-227-Acetat sind in Tabelle 3 dargestellt. Es ist zu sehen, dass die Knochenaufnahme kationischen Thoriums hoch und mit den für die Polyphosphonat-Komplexbildner mit Knochenpräferenz beobachteten Werten vergleichbar ist; jedoch macht seine Affinität für einige Weichteilgewebe, z. B. Leber und Milz, dieses Material für in vivo-Knochentargeting ungeeignet. Tabelle 3: Gewebsverteilung von Thorium-227-Acetat (% der injizierten Dosis pro g ± Standardabweichung) 4 Stunden nach der Injektion (n = 2)

Blut	1,2 ± 0,4
Niere	7,7 ± 0,7
Leber	56,5 ± 9,4
Femur	23,4 ± 6,9
Schädel	18,9 ± 7,6
Rippe	14,6 ± 4,4
Lunge	2,6 ± 0,4
Muskel	1,1 (n = 1)
Herz	2,6 ± 0,4
Gehirn	< 0,1
S.I	2,3 ± 0,1
L.I.	1,7 ± 0,1
Milz	14,2 ± 2,8
Magen	4,6 ± 1,0

Daten für die Biodistribution kationischen Actiniums bei Mäusen wurden vor kurzem veröffentlicht (siehe Davis et al., (oben); und Deal et al., (oben)) und zeigen, dass dieses Element als kationische Spezies (d. h. als gelöstes Actiniumacetat) ebenfalls im Verhältnis zur Aufnahme in Weichteilgewebe keine genügend selektive Aufnahme in Knochen zeigt, um sich alleine als Therapeutikum mit Knochenpräferenz zu eignen.
Verglichen mit kationischem Radium-223 sechs Stunden nach der Injektion (siehe Tabelle 4) zeigten Thorium-227-DTMP, Thorium-227-DOTMP und Actinium-228-DOTMP 4 Stunden nach der Injektion bessere Verhältnisse von Femur zu Blut und Femur zu Gewebe einiger Organe, obwohl das Radium mehr Zeit für die Clearance aus Weichteilgeweben hatte.
Tabelle 4: Verhältnisse von Femur zu Weichteilgewebe für kationisches Radium-223 im Vergleich zu Chelaten von Actinium-228 und Thorium-227 mit Knochenpräferenz bei BALB/c-Mäusen.
Somit ist es, obwohl Actinium und Thorium als Kationen keine ausreichende Selektivität für Knochen besitzen, möglich, Radiopharmazeutika mit Knochenpräferenz, d. h. zum therapeutischen Targeting von Skelettoberflächen geeigneten Verteilungsverhältnissen von Knochen zu Weichteilgewebe herzustellen, indem man Actinium- und/oder Thorium-Radioisotope mit z. B. Polyphosphonaten mit genügender Komplexierungskraft kombiniert. Diese Verbindungen zeigen, verglichen mit dem knochenpräferierenden Alkalimetall Radium-223, mitunter eine noch schnellere Clearance aus Weichteilgeweben.

Claims

Verwendung eines alpha-Teilchen emittierenden Thorium- oder Actiniumradionuklids oder eines Knochentargeting-Komplexes davon zur Herstellung eines Arzneimittels zur Anwendung in einem Verfahren der Strahlungsbehandlung erkrankter Knochen beim Menschen oder einem nicht-menschlichen Säuger, bei dem man dem Säuger einen Knochentargeting-Komplex des Radionuklids verabreicht.
Verwendung nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Radionuklid um Actinium-225 oder Thorium-227 handelt.
Verwendung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei es sich bei dem Komplex um einen Phosphonat-, Biphosphonat- oder Polyphosphonatkomplex handelt.
Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei es sich bei der Behandlung um ein Verfahren der therapeutischen Behandlung und/oder Schmerzlinderung von Erkrankungen handelt, die die Knochen betreffen.
Radiopharmazeutisches Mittel, umfassend einen Knochentargeting-Komplex eines alpha-Teilchen emittierenden Thoriumradionuklids, zusammen mit wenigstens einem physiologisch akzeptablen Träger oder Exzipienten.
Mittel nach Anspruch 5, wobei es sich bei dem Radionuklid um Thorium-227 handelt.
Mittel nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei es sich bei dem Komplex um einen Biphosphonat- oder Polyphosphonatkomplex handelt.
Mittel nach einem der Ansprüche 5 bis 7, außerdem umfassend einen Knochentargeting-Komplex eines alpha-Teilchen emittierenden Actiniumradionuklids.
Knochentargeting-Komplex eines alpha-Teilchen emittierenden Thoriumradionuklids.
Komplex nach Anspruch 9 zur Anwendung in der Medizin.
Komplex nach Anspruch 9 oder 10 von Thorium-227 und einem Biphosphonat- oder Polyphosphonatkomplexierungsmittel.
Kit zur Behandlung von Knochenoberflächen oder primären und/oder metastatischen Krebsarten des Skeletts, umfassend ein alpha-Teilchen emittierendes Actinium- oder Thoriumradioisotop und einen Chelatbildner mit Selektivität für Knochengewebe zur Herstellung physiologisch kompatibler Lösungen eines Actinium- oder Thoriumradioisotop-Chelats; und einen pharmazeutisch akzeptablen Träger.
Kit nach Anspruch 12, außerdem umfassend Verabreichungshilfsmittel.