Imaging of ABC transporters with positron emission tomography – new insights from the development of new radiotracers
Description
Adenosine triphosphate-binding cassette (ABC) transporters, such as P-glycoprotein (Pgp), breast cancer resistance protein (BCRP) and multidrug resistance-associated protein 1 (MRP1), form through their ability to transport a multitude of chemically unrelated compounds across cellular membranes a powerful physiological defense system which protects the body from exposure to xenobiotics. Historically, ABC transporters have been implicated in multidrug resistance (MDR) in cancer, but more recent evidence suggests that changes in ABC transporter function and expression at the blood-brain barrier (BBB) occur in several neurological disorders, such as epilepsy, Alzheimer's and Parkinson's disease. To better understand the role of ABC transporters in disease a tool is needed to assess their function and expression in-vivo. The nuclear imaging technique positron emission tomography (PET), which enables measurement of tissue concentration levels of radiolabeled compounds, has great potential for studying ABC transporters in-vivo, provided the availability of suitable radiotracers and imaging protocols. In this thesis the interaction of new radiotracers with Pgp and BCRP was investigated in order to assess their suitability for PET imaging. The radiolabeled Pgp inhibitors [11C]tariquidar and [11C]elacridar had been initially developed to visualize Pgp density at the BBB but had failed to provide useful, quantifiable brain PET signals. In this thesis, the suitability of [11C]tariquidar and [11C]elacridar to visualize Pgp density in tumors was investigated. An experimental murine tumor model comprising a wild-type and a Pgp overexpressing variant was developed and binding characteristics of [11C]tariquidar and [11C]elacridar as well as two other newly developed PET tracers ([11C]MC113 and [11C]HM30181) were systematically evaluated. These studies showed, that contrary to the BBB, radiolabeled Pgp inhibitors were able to assess Pgp density in tumors, which may find application in clinical PET imaging. Additionally, following observations made during this thesis, the capability of [11C]tariquidar to image BCRP function at the murine BBB was evaluated, which resulted in a novel BCRP PET imaging protocol. Some results of this thesis are currently under investigation in clinical studies, which may enhance our current understanding of ABC transporters in humans. (author)
Availability note (English)
Available from Library of the Medical University of Vienna, Waehringer Guertel 18-20, Postfach 100, 1097 Vienna (AT)
Abstract (German)
Adenosintriphosphat - bindende Kassette (ABC) -T ra n sporter wie P - Glykoprotein (Pgp), breast cancer resistance protein (BCRP) und multidrug resistance - associated protein 1 (MRP1) formen aufgrund ihrer Fähigkeit zum Transport einer Reihe von chemisch nicht - verw andten Verbindungen durch zelluläre Membranen ein wirksames physiologisches Verteidigungssystem welches den Körper vor den schädigenden Auswirkungen körperfremder Substanzen schützt. Historisch betrachtet, wurden ABC - Transporter mit der Multi Drug Resiste nz (MDR) von Tumoren in Verbindung gebracht, allerdings deuten neuere Erkenntnisse darauf hin, dass Änderungen in Funktion und genetischer Expression von ABC - Transportern in einigen neurodegenerativen Erkrankungen wie Epilepsie, der Alzheimer - Krankheit und Morbus Parkinson vorkommen. Um die Rolle von ABC - Transportern in diesen Erkrankungen besser verstehen zu können würde man eine Methode benötigen die es erlauben würde, Funktion und genetische Expression nicht - invasiv zu bestimmen. Die nuklearmedizinische bildgebende Methode der Positronen - Emissions - Tomographie (PET), welche die Bestimmung lokaler Gewebskonzentrationen von radioaktiv - markierten Verbindungen ermöglicht , hätte großes Potential zur Erforschung von ABC - Transportern, vorausgesetzt es wären geeignete radioaktiv markierte Moleküle (Radiotracer) und Studienprotokolle verfügbar. Die vorliegende Dissertation erforscht die Wechselwirkung neuer Radiotracer mit Pgp und BCRP mit dem Ziel deren Eignung als PET - Radiotracer zu beurteilen. Die radioaktiv markierten Pgp Inhibitoren [11C]T ariquidar und [11C]E lacridar wurden ursprünglich zur Visualisierung der Pgp - Dichte an der Blut - Hirn - Schranke (BHS) entwickelt, zeigten dort jedoch aber kein brauchbares, quantifizierbares PET Signal. In dieser Dissertation wird die Eignung von [11C]T ariquidar und [11C]E lacridar zur Darstellung der Pgp - Dichte in Tumoren untersucht. Ein experimentelles Maus - Tumormodell, welches aus einer Wil d- Typ Variante und einer Pgp - überexprimierenden Variante besteht, wurde entwickelt und die Bindungseigenschaften von [11C] T ariquidar und [11C] El acridar, sowie von zwei weiteren kürzlich entwickelten Radiotracern ([11C]MC113 und [11C]HM30181) W ANEK T. I MAGING OF ABC TRANSPORTERS WITH PET Zusammenfassung VI wurden systematisch evaluiert. Die durchgeführten Studien zeigten, dass im Tumorgewebe, im Gegensatz zu r BHS, die radioaktiv markierte n Pgp Inhibitoren in der Lage waren die Pgp - Dichte zu bestimmen, eine Erkenntnis welche eventuell Anwendung im klinischen PET - Bereich fi nden könnte. Zusätzlich , aufgrund von Beobachtungen im Zuge dieser Dissertation, wurde das Potential von [11C]T ariquidar zur bildgebenden Darstellung der B CRP - Funktion an der murinen BHS untersucht, was zur Entwicklung eines neuen Studienprotokolls zur bil dgebenden PET Darstellung von BCRP führte. Einige Resultate dieser Dissertation werden derzeit in klinischen Studien untersucht und könnten damit zur Erweiterung unseres derzeitigen Verständnisses von ABC - Transportern in Menschen beitragen. (author)Additional details
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 166 p.
INIS
- Country of Publication
- Austria
- Country of Input or Organization
- Austria
- INIS RN
- 46127229
- Subject category
- S62: RADIOLOGY AND NUCLEAR MEDICINE;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis, Non-conventional Literature
- Descriptors DEI
- ATP; BLOOD-BRAIN BARRIER; CARBON 11; GLYCOPROTEINS; IN VIVO; MICROBIAL DRUG RESISTANCE; NEOPLASMS; POSITRON COMPUTED TOMOGRAPHY; TRACER TECHNIQUES; XENOBIOTICS
- Descriptors DEC
- BETA DECAY RADIOISOTOPES; BETA-PLUS DECAY RADIOISOTOPES; CARBOHYDRATES; CARBON ISOTOPES; COMPUTERIZED TOMOGRAPHY; DIAGNOSTIC TECHNIQUES; DISEASES; EMISSION COMPUTED TOMOGRAPHY; EVEN-ODD NUCLEI; ISOTOPE APPLICATIONS; ISOTOPES; LIGHT NUCLEI; MINUTES LIVING RADIOISOTOPES; NUCLEI; NUCLEOTIDES; ORGANIC COMPOUNDS; PROTEINS; RADIOISOTOPES; SACCHARIDES; TOMOGRAPHY