一种螯合剂(BFCA)通常包含三个部分,分别是金属螯合剂、间隔框架和连接基团(图1)。在靶向肽和放射性核素之间是BFCA,其一端通过直接连接或通过连接子与肽共价连接,而另一端则与金属放射性核素强配位。BFCA的选择在很大程度上取决于放射性金属离子的性质和氧化态,并且需要对任何给定放射性金属的配位化学有深入的了解。连接子通常用于改变放射性药物的药代动力学特性。根据放射性核素和BFCA的不同,能够快速代谢的连接基团可以通过肾脏系统增加放射性标记肽从血液中的清除率。
用于肽受体放射性核素治疗(PRRT)的生长抑素类似物应具备以下特点:
共轭基团应易于连接到肽上。
对 BFCA 进行放射性标记时,应高效且迅速,最好在室温、低浓度条件下进行,且 pH 值应适合生物靶向载体
如果将大环螯合剂用作 BFCAs,螯合剂的空腔大小应与放射性核素的离子半径相匹配,这样所有供体基团才能正确排列,从而实现与金属离子的最佳结合,以提供高稳定性和限制解离。
如果 BFCA 能够承受最终制剂中高剂量的 b -radiation 辐射分解,那是最理想的。然而,已知有几种金属配合物的例子,它们通过使用自由基清除剂和辐射防护剂得以稳定。
BFCA 必须在中性 pH 值条件下形成具有高热力学稳定性和动力学惰性的放射性金属螯合物,以在生理条件下保持金属螯合物的完整性。放射性金属从螯合物中分解往往会导致游离放射性金属离子的释放,这些离子可能会沉积在骨骼上并导致骨髓毒性,尤其是像 90Y 和 177Lu 这样的 +3 价金属。
BFCA 必须形成具有最少空间异构体的金属螯合物。放射性标记肽的肿瘤摄取不仅取决于肽的受体结合亲和力,还取决于药代动力学,而药代动力学又由生物分子和放射性金属螯合物的物理化学性质所决定。异构体的形成可能会对放射性标记肽的生物学特性产生重大影响,因此必须仔细评估
BFCA 必须具有高亲水性,这有助于提高标记和未标记的 BFCA-肽偶联物的血液清除率和肾排泄率。未标记的 BFCA-肽的快速肾清除将最大程度地减少其与放射性标记的 BFCA-肽对受体的竞争。
在肽受体放射性核素治疗(PRRT)中常用的生长抑素类似物(BFCAs)可分为两类:非环状(开链)和大环状(闭链)。可用于验证 BFCAs 在 PRRT 中适用性的特性包括以下几点:
(1)热力学稳定常数,
(2)转螯合反应
(3)酸催化解离常数,以及
(4)血清稳定性。
近年来,人们从成熟的螯合剂出发,开发出了多种无环和大环的 BFCAs(图 3),并将其用于小肽的放射性标记。
非环螯合剂:非环型BFC(双功能螯合剂)的一个显著优势在于,与稳定性相当的环型配合物相比,其金属结合动力学更快,从而实现更快的放射性标记,这对于使用半衰期较短的放射性核素具有重要意义。与环型配体不同,非环螯合剂具有灵活性,能够根据金属离子的大小和几何形状形成螯合环。尽管已开发并使用了多种开链非环BFC,但这些非环螯合剂在溶液中能与多种离子结合的特性可能会因体内配合物的不稳定性而受到影响。在肽受体放射性核素治疗(PRRT)中,DTPA(二乙三胺五乙酸)N3O5螯合剂是最常用的非环双功能螯合剂。使用DTPA类似物作为BFC的一个主要优势是在温和条件下具有快速的放射性标记动力学。然而,当它们用于肽和其他具有缓慢血液清除率的生物分子作为BFCAs时,其金属螯合物的动力学不稳定性成为主要障碍。
大环螯合剂:大环螯合剂通常比相应的非环螯合剂更具优势,因为生成的放射性金属配合物在热力学上更稳定,并且在解离方面动力学惰性显著增强(大环效应)。基于DOTA的大环螯合剂是肽受体放射性核素治疗(PRRT)中最广泛使用的BFCAs,目前也广泛用于制备90Y和177Lu标记的肽。基于DOTA的BFCAs的标记动力学通常较慢,并且取决于放射性标记条件,包括BFCAs-肽浓度、pH值、反应温度和加热时间、缓冲剂及缓冲剂浓度以及是否存在微量金属离子杂质。然而,DOTA配合物在生物系统中竞争环境中表现出的显著动力学稳定性,使得基于DOTA的BFCAs成为最理想的选择。