Seval Beykan

• Peptide receptor radionuclide therapy (PRRT) is a molecular targeted radiation therapy involving the systemic administration of radiolabeled somatostatin receptor binding peptides designed to target with high affinity and specificity receptors overexpressed on tumors. Peptides are applied which either target as agonist (with internalization) or antagonist (little to no internalization). Recently, two novel antagonistic agents have been developed for clinical use: OPS202 and OPS201. 68Ga-labelled OPS202 is used for diagnostic purposes withPeptide receptor radionuclide therapy (PRRT) is a molecular targeted radiation therapy involving the systemic administration of radiolabeled somatostatin receptor binding peptides designed to target with high affinity and specificity receptors overexpressed on tumors. Peptides are applied which either target as agonist (with internalization) or antagonist (little to no internalization). Recently, two novel antagonistic agents have been developed for clinical use: OPS202 and OPS201. 68Ga-labelled OPS202 is used for diagnostic purposes with positron emission tomography and 177Lu-labelled OPS201 is used for the therapy in patients with neuroendocrine tumors (NETs). Both agents are presently under clinical evaluation. Despite the very low internalization rate, the use of somatostatin receptor antagonists which target more binding sites on receptors are expected to result in higher specificity, more favorable pharmacokinetics and higher tumor retention and better visualization than the agonists. The main goal of this thesis was analyzing the biodistribution, biokinetics and internal dosimetry of the recently developed somatostatin receptor antagonists (OPS201 and OPS202) for therapeutic and diagnostic purposes in different species (mice, pigs and patients). In addition, an analysis of the influence of image quantification and the integration of time activity curves on kidney dosimetry in a pig model was carried out. Furthermore, extrapolation methods, which are used for predicting organ absorbed doses for humans based on preclinical animal models, were systematically compared for blood, liver, and kidneys of OPS201 injected species. Based on the OPS202 injected patients’ investigations, 68Ga-OPS202 shows promising biodistribution and imaging properties with tumor contrast which is optimal one hour after injection of the radiotracer. OPS202 is well tolerated and delivers absorbed doses to organs that are lower than those by 18F-FDG and similar to other 68Ga-labeled somatostatin receptor ligands. As a result of 68Ga OPS202 injection, the highest absorbed doses were observed in the urinary bladder (0.10 mGy/MBq) and kidneys (0.84 mGy/MBq). The calculated mean effective dose coefficient of 68Ga-OPS202 injected patients was 0.024 mSv/MBq (3.6 mSv for 150 MBq 68Ga-OPS202 injection) which is similar to other 68Ga-labeled compounds. Based on the OPS201 biokinetics and dosimetry investigations, after the injection of 177Lu-OPS201, a fast blood clearance of the compound is observed in the first phase (half-life: 1.83 h) for each species. 10 min after injection, less than 5% of the injected activity per milliliter of blood circulates in pigs and humans. The analysis of the mice, pig and preliminary patient data provides evidence that, patients enrolled in a phase 1 177Lu-OPS201 trial would not be at risk of overexposure. Based on our results, for 177Lu labelled studies, late time points after 72 h have a great impact on absorbed dose calculations. That is why follow-up times especially at late time points (more than 72 h) are required for the time-integrated activity coefficient (TIAC) calculations in order to represent the area under the curve appropriately and to analyze both biokinetics and dosimetry accurately. In addition, to find the most adequate extrapolation methods that minimize the interspecies differences of dosimetry data, several extrapolation methods from animal to human have been tested. For OPS201 time scaling or combination of relative mass and time scaling results in most similar TIAC values, if the organ mass ratios between the species are high. In time scaling, the scan/sampling time is scaled by using the ratio of the whole body masses of the respective species. In relative mass scaling, the TIACs are scaled based on the ratio of the whole body and organ mass of respective species. Other methods tested showed higher deviations. For the study on the influence of image quantification and the choice of the optimal scanning time points, a study in a pig model, which was performed in collaboration with Aalborg University and Octreopharm Sciences GmbH, was reanalyzed. As kidneys are organs-at-risk in PRRT with 177Lu labelled peptides, several quantification methods, based on 2D and 3D quantitative imaging were chosen. For this purpose, a 3D printed pig kidney phantom was prepared and measured with/without background activities representing the activities in the pig SPECT/CT scans. The phantom dosimetry data based on multiple SPECT/CT images and based on multiple planar images in combination with one SPECT/CT scan (MP1S Imaging) were compared to the pig dosimetry. The calculated TIACs of the phantom with background based on multiple SPECT/CT and MP1S imaging were quite similar to the multiple SPECT/CT based pig TIAC. In addition, in order to investigate the effect of late time points on dosimetry and absorbed dose values in 177Lu therapies, the difference, associated with eliminating the late two scan time points, on the TIACs was analyzed. When the TIACs (including all time points) of the pig based on multiple SPECT/CT and MP1S imaging were investigated, the use of MP1S imaging results in considerably lower TIAC values to the kidney (by a factor of 1.4). With eliminating late time points from the created time activity curve, the factor increases up to 2.4 times with a corresponding increase in TIAC uncertainties. As a consequence, further evaluation of 68Ga-OPS202 for PET/CT imaging and 177Lu-OPS201 for the treatments of NET patients is necessary. In particular, a head-to-head comparison of agonists and OPS peptides with respect to biokinetics, biodistribution and dosimetry would be helpful. In addition, the influence of the late scan time points on dosimetry needs further attention in particular for kidney dosimetry…
• Die Peptidrezeptor-Radionuklidtherapie (PRRT) beinhaltet die systemische Verabreichung von radioaktiv markierten Somatostatinrezeptor-bindende Peptiden. Sie zielt darauf ab, Rezeptoren, die in Tumoren überexprimiert sind, mit hoher Affinität und Spezifität anzusprechen. Es werden Peptide eingesetzt, die entweder als Agonist (mit Internalisierung) oder Antagonist (wenig bis gar keine Internalisierung) wirken. Vor kurzem wurden zwei neue antagonistische Wirkstoffe für den klinischen Einsatz entwickelt: OPS202 und OPS201. 68Ga markiertes OPS202Die Peptidrezeptor-Radionuklidtherapie (PRRT) beinhaltet die systemische Verabreichung von radioaktiv markierten Somatostatinrezeptor-bindende Peptiden. Sie zielt darauf ab, Rezeptoren, die in Tumoren überexprimiert sind, mit hoher Affinität und Spezifität anzusprechen. Es werden Peptide eingesetzt, die entweder als Agonist (mit Internalisierung) oder Antagonist (wenig bis gar keine Internalisierung) wirken. Vor kurzem wurden zwei neue antagonistische Wirkstoffe für den klinischen Einsatz entwickelt: OPS202 und OPS201. 68Ga markiertes OPS202 wird für diagnostische Zwecke mit der Positronen-Emissions-Tomographie und 177Lu markiertes OPS201 für die Therapie von Patienten mit neuroendokrinen Tumoren (NETs) verwendet. Beide Wirkstoffe befinden sich derzeit in der klinischen Erprobung. Trotz der sehr niedrigen Internalisierungsrate wird erwartet, dass der Einsatz von Somatostatinrezeptor-Antagonisten, die mehr Bindungsstellen an Rezeptoren ansprechen, zu einer höheren Spezifität, einer günstigeren Pharmakokinetik und einer höheren Tumorretention und besseren Visualisierung als die Agonisten führt. Das Hauptziel dieser Arbeit war die Analyse der Biodistribution, Biokinetik und der internen Dosimetrie der neu entwickelten Somatostatinrezeptor-Antagonisten (OPS201 und OPS202) für therapeutische und diagnostische Zwecke in verschiedenen Spezies (Mäuse, Schweine und Patienten). Darüber hinaus wurde eine Analyse des Einflusses der Bildquantifizierung und der Integration von Zeitaktivitätskurven auf die Nierendosimetrie in einem Schweinemodell durchgeführt. Zudem wurden Extrapolationsmethoden, die zur Vorhersage der Energiedosen für das Blut, die Leber und die Nieren für den Menschen auf der Grundlage präklinischer Tiermodelle, die mit OPS201 injiziert wurden, systematisch verglichen. Basierend auf den Patientenuntersuchungen mit OPS202 zeigt 68Ga-OPS202 vielversprechende Biodistributions- und Abbildungseigenschaften mit einem Tumorkontrast, der eine Stunde nach Injektion des Radiotracers optimal ist. OPS202 ist gut verträglich; die Energiedosen in den Organen sind niedriger als die von 18F-FDG und ähnlich wie andere 68Ga-markierte Somatostatinrezeptorliganden. Nach einer Injektion von OPS202, das mit 68Ga markiert wurde, wurden die höchsten Energiedosen in der Harnblase (0.10 mGy/MBq) und den Nieren (0.84 mGy/MBq) beobachtet. Der berechnete mittlere effektive Dosiskoeffizienten von Patienten, die mit 68Ga-OPS202 injiziert wurden, betrug 0.024 mSv/MBq (3.6 mSv für 150 MBq 68Ga-OPS202), ähnlich wie bei anderen 68Ga-markierten Verbindungen. Basierend auf den biokinetischen und dosimetrischen Untersuchungen von OPS201 wird nach der Injektion von 177Lu-OPS201 in der ersten Phase (Halbwertszeit: 1.83 h) für jede Spezies eine schnelle Ausscheidung der Verbindung beobachtet. 10 Minuten nach der Injektion zirkulieren weniger als 5% der injizierten Aktivität pro Milliliter Blut bei Schweinen und Menschen. Die Analyse der Daten von Mäusen, Schweinen und vorläufigen Patienten liefert Hinweise darauf, dass Patienten, die in eine 177Lu-OPS201-Studie aufgenommen werden, nicht dem Risiko für eine Überexposition ausgesetzt wären. Basierend auf unseren Ergebnissen werden für 177Lu markierte Studien Nachbeobachtungszeiten insbesondere zu späten Zeitpunkten (mehr als 72 h) für die Berechnungen des zeitintegrierten Aktivitätskoeffizienten (TIAC) benötigt, um die Fläche unter der Kurve angemessen darzustellen und sowohl die Biokinetik als auch die Dosimetrie genau zu analysieren. Späte Zeitpunkte (nach 72 h) haben einen großen Einfluss auf die Berechnung der Energiedosis. Darüber hinaus wurden mehrere Extrapolationsmethoden vom Tier auf den Menschen getestet, um die geeignetsten Extrapolationsmethoden zu finden, die die Unterschiede zwischen den verschiedenen Spezies von Dosimetrie-Daten minimieren. Für OPS201 ergibt die Zeitskalierung oder die Kombination von relativer Masse und Zeitskalierung die ähnlichsten TIAC-Werte, wenn die Organmassenverhältnisse zwischen den Spezies hoch sind. Bei der Zeitskalierung wird die Scan-/Samplingzeit durch das Verhältnis der Ganzkörpermassen der jeweiligen Spezies skaliert. Bei der relativen Massenskalierung werden die TIACs basierend auf dem Verhältnis der Ganzkörper- und Organmasse der jeweiligen Spezies skaliert. Andere getestete Methoden zeigten höhere Abweichungen. Um den Einfluss der Bildquantifizierung und die Wahl der optimalen Scanzeitpunkte zu untersuchen, wurde eine Studie in einem Schweinemodell, die in Zusammenarbeit mit der Universität Aalborg und der Octreopharm Sciences GmbH durchgeführt wurde, neu analysiert. Da die Nieren bei PRRT mit 177Lu markierten Peptiden Risikoorgane sind, wurden mehrere Quantifizierungsmethoden ausgewählt, die auf 2D- und 3D-Bildgebung basieren. Zu diesem Zweck wurde ein 3D gedrucktes Schweine-Nierenphantom vorbereitet und, mit und ohne Hintergrundaktivitäten, die den Aktivitäten in den Schweinescans entsprechen, gemessen und quantifiziert,. Dosimetrie-Daten, die aus dem Schweinescan basierend auf mehreren 3D-Bildern und basierend auf mehreren 2D-Planarbildern in Kombination mit einem SPECT/CT-Bild („MP1S-Imaging“) gewonnen wurden, wurden mit den Ergebnissen der Phantomscans verglichen. Die so ermittelten TIACs des Phantoms mit Hintergrund, basierend auf beiden Bildgebungstechniken, entsprachen in etwa den Ergebnissen derjenigen Schweinedaten, die auf mehrfachen SPECT/CT-Aufnahmen basierten. Um die Auswirkungen der späten Zeitpunkte auf die Dosimetrie und die Werte der Energiedosen in 177Lu Therapien zu untersuchen, wurde außerdem der Unterschied, der mit der Eliminierung der späten zwei Scanzeitpunkte verbunden ist, auf die TIACs analysiert. Wenn auf mehreren SPECT/CT- und Hybrid-Bildern basierten TIACs des Schweins untersucht wurden, war die berechnete TIAC (einschließlich aller Zeitpunkte) basierend auf mehreren SPECT/CT-Bildern im Vergleich zur Hybrid Imaging um den Faktor 1.4 höher. Durch die Eliminierung von späten Zeitpunkten aus der erstellten Zeitaktivitätskurve erhöht sich der TIAC um den Faktor 2.4 mit entsprechend höheren TIAC Unsicherheiten. Daher ist zu folgern, dass eine weitere Evaluierung von 68Ga-OPS202 für die PET/CT-Bildgebung und 177Lu-OPS201 für die Behandlung von NET-Patienten erforderlich ist. Insbesondere wäre ein direkter Vergleich von Agonisten und OPS-Peptiden in Bezug auf Biokinetik, Biodistribution und Dosimetrie hilfreich. Darüber hinaus bedarf der Einfluss der späten Zeitpunkte bei Dosimetrie-Scans weiterer Aufmerksamkeit, insbesondere bei der Nierendosimetrie.…