La demi-vie du Gallium-68 étant faible (67,7 min), il est préférable de réaliser la conjugaison du chélatant avec le vecteur préalablement au radiomarquage.
Comme décrit plus haut, le Gallium est un acide fort et son état d’oxydation est de +III. Cette dernière caractéristique permet au Gallium de se coordonner avec des atomes et des groupements riches en électrons (oxygène, azote, …). Son nombre maximal de coordination est de 6 (2). Plusieurs types de chélateurs ont été décrits (24) mais les principaux utilisés pour complexer le Gallium appartiennent aux groupes des tetradentates et des hexadentates. Plus un chélatant forme des liaisons avec l’atome métallique, plus le complexe est stable.
Un chélateur, pour être un bon candidat au marquage d’un radioélément à visée médicale doit posséder certaines caractéristiques importantes (25) :
- Conjugaison facile et simple pour se fixer à différents vecteurs
- Chimie simple, permettant un processus de fabrication dans des conditions simples (température ambiante, durée de réaction courte,…)
- Inertie vis-à-vis de son environnement afin de pouvoir être utilisé in vivo. En effet, autant que possible il ne doit pas provoquer d’effets indésirables ;
- l’interaction entre le radionucléide et le chélatant doit être forte afin d’éviter tout phénomène de démetallation (constante de stabilité élevée, de préférence supérieure à celle de la transferrine qui est le compétiteur majeur retrouvé in vivo); - son utilisation doit être simple et facilement productible pour pouvoir être utilisé à
grande échelle.
1. Rappels de complexation
Stabilité des complexes : Plusieurs paramètres entrent en jeu et influent sur la stabilité d’un complexe formé par un cation métallique et son ligand. Tout d’abord la capacité du métal à former un complexe stable avec un ligand donné (notée β). La tendance du ligand, qui est considéré comme un donneur d’électrons, à la protonation intervient également (notée pKa). Enfin, l’hydrolyse des cations métalliques, qui conduit à la formation de colloïdes inertes (formation d’hydroxydes métalliques) dans un milieu aqueux, est un phénomène à prendre en compte.
Grâce à ces différents paramètres, il est possible de définir le pM, grandeur qui représente la quantité de métal résiduel après la réaction de complexation.
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On note pM = - log[M] Où [M] est la concentration en métal en solution. Plus le pM a une valeur élevée, plus le ligand a de l’affinité avec le cation métallique.
Inertie cinétique : Il s’agit de la rapidité avec laquelle se forme ou se décompose le complexe formé par le ligand et le métal. Dans l’idéal et pour un complexe utilisé in vivo, on recherche un complexe dont la cinétique de formation est rapide et la cinétique de décomplexation est faible. Mais de telles molécules sont souvent rares et on est obligé d’obtenir un compromis entre les cinétiques de complexation et de décomplexation. Afin d’augmenter la vitesse de la réaction de complexation, le chauffage du milieu de réaction est souvent réalisé, lorsque le ligand n’est pas endommagé par la chaleur.
2. Exemples de chélatants
Un des faits importants à prendre en compte pour la complexation du Gallium-68 et son utilisation in vivo est sa forte similarité avec le Fer, d’un point de vue chimique. Le comportement in vivo du Gallium-68 est donc semblable à celui du Fer. Ce dernier est transporté par la transferrine essentiellement au niveau hépatique (26). Cette protéine a tendance à retirer le Gallium de son ligand si le complexe est de faible affinité, ce qui explique la fixation hépatique du Gallium. La transferrine constitue donc une sorte de « référent » lors des tests des chélatants du Gallium-68 (pM = 21,3 et log β= 20,3).
a) Les chélatants acycliques
Les chélatants acycliques du Gallium-68 sont des composés dont l’interêt est récent et représentent des alternatives aux composés cycliques qui sont plus anciens. De nombreuses molécules intéresssantes ont été étudiées et sont pour la majorité des agents utilisés pour complexer le Fer. Ils ont globalement une cinétique de complexation plus élevée que les chélatants cycliques : un grand nombre des marquages réalisés avec ces molécules peuvent se faire à température ambiante, plutôt rapidement et avec un bon rendement (tableau 6). Parmi les plus décrits, on peut nommer l’H2dedpa (acide 6,6’-(éthane- 1,2diylbis(azanediyl))bis(methylène)dipicolinique) qui possède de bonnes caractéristiques au niveau des paramètres de marquage mais dont la clairance in vivo semble lente (25). Le CP256 est un composé de la famille des 3-hydroxy-4-pyridinone (HPO) et possède pour principal défaut son pH requis pour le marquage, qui trop basique pour le Gallium. Le H4AAZTA (acide N, N’, N’’, N’’(6-amino-6-methylperhydro-1,4-diazepine)-tétra acétique)
montre aussi des bonnes qualités surtout au niveau de ses conditions d’utilisation simples. Enfin, le HBED (acide N,N’-bis[hydroxy-5-(carboxyethyl)benzyl]ethylènediamine-N,N’- diacétique) est considéré actuellement comme le gold standard des chélatants acycliques. Ce dérivé de l’EDTA possède une très grande affinité pour le Gallium-68 et forme des complexes très stables avec ce métal.
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Chélatants Structure Conditions de
marquage Stabilité du complexe avec 68Ga H2dedpa (25,27) pH 4,5 10 minutes Température ambiante Rdt : 97% pM = 27,4 log β = 28,11 CP256 (28) pH 6,5 5 minutes Température ambiante Rdt : 98% H4AAZTA (29) pH 4 1 minute Température ambiante Rdt : 97% log β = 22,2 HBED (2) pH 3,6 10 minutes Température ambiante pM = 28,3 log β = 37,7
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b) Les chélatants cycliques
Les chélatants cycliques sont les premières molécules décrites dans la complexation du Gallium-68. Ce sont principalement des dérivés du cyclène et du TACN (1,4,7 – triazacyclononane). Le métal complexé se retrouve capté au sein d’une sorte de « cage » formée par la molécule. Il est possible d’augmenter le nombre d’interactions avec le radionucléide en ajoutant des groupements donneurs d’électrons sur les chaines latérales des chélatants, ce qui permet d’améliorer la stabilité du complexe. Les chélatants cycliques présentent une bonne inertie de complexation et on n’aperçoit que peu de phénomènes de démétallation in vivo, d’où leur utilisation importante.
Le DOTA (Acide 1, 4, 7, 10-tétraazacyclododecane-N, N’, N’’, N’’’-tétraacétique) est l’une des premières molécules utilisées et sert de référence actuellement dans le marquage du Gallium-68. Malgré une affinité moins forte que la transferrine, sa cinétique de complexation avantageuse permet son utilisation in vivo. Il nécessite par ailleurs d’être chauffé pour réaliser le marquage, ce qui limite son utilisation aux molécules thermoresistantes. Quelques dérivés du DOTA ont été synthétisés pour augmenter la denticité du DOTA et permettre un marquage à température ambiante comme le C-DOTA ou le DOTAGA.
Le NOTA (Acide 1, 4, 7, 10-triaazacyclododecane-N, N’, N’’- triacétique) est un chélatant permettant une réaction de marquage rapide, efficace et sans chauffer le milieu réactionnel. Le complexe est très stable, de géométrie adaptée au 68Ga (plus que le DOTA).
Quelques dérivés du NOTA ont été synthétisés pour permettre le marquage de peptides comme le C-NOTA, NODAGA, le NODASA et le NODAPA.
Les dérivés du TRAP ont été synthétisés à partir de la structure du NOTA. Les complexes formés sont très stables. La réaction de marquage peut s’effectuer dans des conditions simples, sans chauffer et à un pH acide, ce qui est très intéressant pour un marquage au Gallium-68.
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Chélatants Structure Conditions de
marquage Stabilité du complexe avec 68Ga DOTA (27,30) pH 4,0 30 minutes 85°C Rdt : 95% pM = 18,5 log β = 26,1 NOTA (2,31) pH 3,5 10 minutes Température ambiante Rdt : 95% pM = 27,9 log β = 31 Dérivés TRAP (32) pH 3,3 5 minutes 30°C Rdt : 95% log β = 26,2
Tableau 7: Caractéristiques de chélatants acycliques du Gallium-68
De nombreux agents complexant le Gallium ont été décrits ces dernières années. Il semblerait que la tendance aille vers le développement de chélatants acycliques car leurs utilisations et leurs conditions de marquage sont plus faciles à mettre en œuvre. Cependant le DOTA et les dérivés du TRAP constituent des molécules intéressantes et sont utilisés fréquemment dans le cadre d’essais cliniques.
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