Neue Knochentracer für die Diagnose und Therapie von Osteosarkom Patienten

Hintergrund: Das Osteosarkom ist der am häufigsten vorkommende primäre bösartige Tumor des Knochens und entsteht hauptsächlich in der Wachstumsphase. Durch mulitmodale Diagnositk und Therapiemodelle erreichen 70% der Patienten mit lokalisiertem Tumor Langzeitremission. Zum Zeitpunkt der Diagnose haben allerdings bis zu 90% der Patienten sog. Mikrometastasen, ca. 20% sogar klinisch detektierbare Metastasen. Für Patienten mit Metastasen liegt die 5-Jahres Überlebensrate bei 30%, was eine frühzeitige Detektion der Metastasen und effizientere Therapiemethoden, einschließlich zielgerichteter Krebstherapie erfordert. Daher sind neue und effektive diagnostische und therapeutische Werkzeuge für Osteosarkom Patienten dringend gefragt. In den letzen 35 Jahren wurden die verschiedensten nuklearmedizinischen Knochentracer untersucht und getestet. Trotzdem sind deren Aufnahmemechanismen in den Knochen immer noch kontroversiell diskutiert. Obwohl [ 99m Tc]MDP derzeit als Goldstandard zur Diagnose der meisten Knochenerkrankungen dient, ist dieser Tracer für die Diagnose des Osteosarkomes nur von begrenztem Wert, da er fast keine Aufnahme im unreifen Knochengewebe (Osteoid) zeigt und oftmals nicht alle Metastasen erfasst. Nachdem beim Osteosarkom allerdings von den Tumorzellen Osteoid gebildet wird und in den meisten Fällen neben Metastasen in der Lunge und im Knochen auch noch kleinste Metastasen ganz in der Näge des Tumors (sog. Skip Metastasen) entstehen, liegt die Dringlichkeit eines spezifischeren und effizienteren Tracers für diese hochgradig bösartige Krankheit nahe. Da das Ansprechen auf die Therapie und die Langzeit-Überlebensraten zum Großteil von der frühen Detektion aller Metastasen abhängen, ist ein passender Tracer von hoher Wichtigkeit. Daher schlagen wir Zoledronsäure (ZOL), ein N-hältiges Bisphosphonat (N-BP) als passenden Tracer vor. Einerseits, weil es als Bisphosphonat (BP) am mineralisierten Knochengewebe (Hydroxyapatit) bindet, und damit die Resorption der Osteoklasten hemmt, und weil es als N-BP Farnesyl und Geranyl-Geranylierungswege hemmt, was indirekt zum Zelltod der Tumorzellen führt. Da die antitumor Wirkungen von ZOL unbestritten sind, hypothetisieren wir, dass dieses Molekül einen idealen Liganden für einen Knochentracer darstellt. Ziele: Die Entwicklung und Evaluierung von Knochentracern, die eine präzise und frühe Diagnose von Tumor und allen Metastasen erlauben, und zu einer personalisierten Therapie für Osteosarkom Patienten führen. 1. Radiomarkierung von ZOL mit drei verschiedenen Radionukliden: [ 99m Tc], [ 68Ga], [ 153 Sm] 2. Die komparative Evaluierung der drei Tracer mittels (a) in-vivo Model (PET, SPECT) (b) pre-vivo Kochenmodell (c) in-vitro Pathway Model 3. Formulierung der Tracer in liposomale Nanopartikel (a) Entwicklung der Formulierung (b) Evaluaierung in einem in-vivo Modell (PET, SPECT) Material und Methoden: Radiochemie: Radiomarkierung von ZOL mit 3 unterschiedlichen Nukliden [ 99m Tc], [ 68Ga] and [ 153 Sm]; Ermessung der optimalen Reaktionsparameter und Konditionen inklusive Qualitätskontrolle. In-vivo Modell: Evaluaierung der drei Tracer in einem murinen Modell (das humane Osteosarcomtumore und Metastasen zeigt) mit Hilfe von SPECT and PET. Pre-vivo Knochenmodell: Evaluierung der Tracer in-vitro mittels humanem und synthetischem Knochenmaterial. In-vitro pathway Model: Evaluierung der drei Tracer und der zellulären Aufnahmemechanismen mittels Osteosarcom Zelllinien. Nanopartikel Formulierung: Formulierung der drei Tracer in eine liposomale Struktur und Evaluierung deren Biodistribution mittels SPECT and PET. Zusammenfassung und Ausblick: auf der Basis dieser Evaluierungen werden wir entscheiden, ob radioaktiv markierte ZOL in klinischen Studien angewandt wird.

Hintergrund: Das Osteosarkom (OS) ist der am häufigsten vorkommende primäre bösartige Tumor des Knochens und entsteht hauptsächlich bei Kindern in der Wachstumsphase. Die sogenannte 5-Jahres-Überlebensrate liegt für Patienten mit Metastasen unter 25%. Heutzutage gibt es (noch) keine diagnostische Methode, die alle vorhandenen Metastasen verlässlich sichtbar macht. Eine frühzeitige Visualisierung der Metastasen hat bzw. hätte einen direkten Einfluss auf das Therapieregime der Patienten und somit auf deren Überlebensrate. Daher sind neue und effektive diagnostische und therapeutische Werkzeuge für Osteosarkom Patienten dringend gefragt. Zoledronsäure (ZOL) ist ein hoch potentes Bisphosphonat, das am Knochengewebe bindet und direkt sowie indirekt den Zelltod von (Knochen-)Tumorzellen bewirkt. Präklinisch wurde die Wirkung von ZOL als Metastasen hemmend beschrieben. Daher gehen wir davon aus, dass radioaktiv markierte ZOL ein idealer Knochentracer für Patienten mit dieser hochgradig malignen Krankheit ist. Ziel: Die Entwicklung und Evaluierung von Knochentracern, die spezifisch eine präzise und frühe Diagnose vom Primärtumor und allen Metastasen erlauben. Dieses neue Werkzeug ist besonders wichtig für die Patienten, sowie die behandelnden Ärzte, da die Art der Therapie und damit verbundene Langzeit-Überlebensraten von der (frühen) Detektion der Metastasen abhängen. Wichtigste Ergebnisse: Hohe und selektive Bindung von [99mTc]ZOL in vitro (synthetische & humane Knochenkompartments) und in vivo (Spezies: Maus, Hund) Selektive Bindung am Tumor in vivo (OS-Patient der Veterinärmedizinischen Uni Wien: Hund)Selektive Bindung des Tracers an Gewebe von Lungenmetastasen in vitro (Metastasengewebe aus der Lunge von humanen OS Patienten) Zusätzlich: Hohe und selektive Bindung des Tracers in einem Tiermodell (Rheumatoide Arthritis) in vivo und ex vivo Zusammenfassung und Ausblick: Im Rahmen des Projektes konnte die hohe Spezifität von [99mTc]ZOL gezeigt und bewiesen werden. Daher ist geplant den Tracer auf der Basis dieser Evaluierungen in einer (prä-)klinischen Studie mit Hundepatienten anzuwenden. Hunde entwickeln spontan Osteosarkom, die Tumore und Metastasen sind aus tumorbiologischer Sicht direkt mit der menschlichen Erkrankung vergleichbar. Daher sind die gewonnenen Daten vollständig auf den Menschen übertragbar. Die Ergebnisse dieses und des Folgeprojektes sollen schlussendlich allen Osteosarkom-Patienten, insbesondere denen vom St. Anna Kinderspital, zugutekommen.