Therapie mit Alpha-Strahlern

Zusammenfassung

Abgesehen von dem Nischenprodukt ²²⁴Ra, haben sich Alpha-Emitter in der Radiotherapie bisher noch nicht durchsetzen können. Obwohl in der Literatur seit über 50 Jahren über die potenziellen Möglichkeiten der Alpha-Therapie zur Behandlung von verschiedensten Tumorerkrankungen berichtet wird und Review-Artikel zu diesem Thema nahezu den gleichen Publikationsraum einnehmen wie Originalarbeiten, ist eine klinisch dokumentierbare Effektivität bisher immer noch nicht nachgewiesen. Die Gründe dafür liegen in den besonderen Schwierigkeiten sowohl der Herstellung als auch der biochemischen Beherrschung der Alpha-Radiopharmaka. Der potenziellen und auch in Experimenten durchaus nachgewiesenen Wirksamkeit der Alpha-Radiopharmaka stehen sowohl radiochemische Probleme der Herstellung als auch biochemische Probleme der Stabilität und der Spezifität gegenüber. In den letzten Jahren wird jedoch eine Zunahme der Anstrengungen beobachtet, die Probleme zu überwinden. Dabei spielen die verbesserten Spezifitäten der Antikörper und neue chemische Kopplungs-Strategien eine besondere Rolle. Natürlich hat auch die verbesserte Verfügbarkeit von ²¹³Bi ein breiteres Interssse an Alpha-Therapie-Forschung geweckt. Leider steht einer hohen Effizienz der daraus entwickelbaren Therapieansätze die kurze Halbwertzeit von ²¹³Bi etwas entgegen, so dass mit Erfolg versprechenden Studien wohl erst nach weiteren Optimierungsarbeiten gerechnet werden kann. Andererseits ist der optimale Alpha-Strahler ²¹¹At leider nur sehr beschränkt verfügbar. Aber selbst mit diesem, seit vielen Jahren in Forschungsarbeiten erfolgreich eingesetzten Alpha-Strahler, ist ein klinischer Einsatz bisher nur im experimentellen Maßstab erfolgt.

Abstract

Beside the use of ²²⁴Ra within a very limited application spectrum, alpha emitters have not yet reached a clinical relevance in radiotherapy. Although literature reports have claimed the potential therapeutic usefulness of alpha emitters for over 50 years, evidence based clinical effectivity could not be demonstrated up to now. The reasons for this delay are the difficult production and complex biochemical behaviour of alpha emitters. Although the potential therapeutic effectivity has been demonstrated in experimental settings, radiochemical difficulties concerning the production as well as biochemical problems with respect to stability and specificity of alpha emitting radiotherapeutics have remained unsolved. However in the last years there is an increase of attempts to overcome these problems. These activities have been stirred by an increasing specificity of the available antibodies against different cancer cell types and the development of new coupling strategies for the radionuclides to these antibodies. Obviously the increased interest in alpha emitters is related to the improved availability of ²¹³Bi also. The potential efficiency of this approach is hampered, however, by the short half-life of ²¹³Bi. Therefore more evaluation studies will have to be carried out before any successful applications can be expected. Unfortunately the optimal alpha emitting radionuclide ²¹¹As has a very limited availability. Therefore it has been used in clinical experimental settings only, despite many years of successful experimental evaluations.

Schlüsselwörter

Alpha-Strahler - Radiotherapie - ²¹¹As - ²¹³Bi - ²²⁵Ac - ²²⁴Ra

Key words

Alpha emitter - radiotherapie - ²¹¹As - ²¹³Bi - ²²⁵Ac - ²²⁴Ra

Literatur

• 1 Aaij C, Tschroots W RJM, Lindner L, Feltkamp T WE. The preparation of astine labelled proteins.  Int J Appl Radiat Isotopes. 1974;  26 25-30
• 2 Adams G P, Shaller C C, Chappell L L, Wu C, Horak E M, Simmons H H, Litwin S, Marks J D, Weiner L M, Brechbiel M W. Delivery of the alpha-emitting radioisotope bismuth-213 to solid tumors via single-chain Fv and diabody molecules.  Nucl Med Biol. 2000;  27 339-346
• 3 Allen B J, Rizvi S M, Tian Z. Preclinical targeted alpha therapy for subcutaneous melanoma.  Melanoma Res. 2001;  11 175-182
• 4 Andersen H, Elgqvist J, Horvat G, Hultborn R, Jacobsson L, Jensen H, Karlsson B, Lindegren S, Palm S. Astatine labeled antibodies for treatment of disseminated ovarian cancer.  Clin Cancer Res. 2003;  9 3914S-3921S
• 5 Ballangrud A M, Yang W H, Palm S, Enmon R, Borchardt P E, Pellegrini V A, McDevitt M R, Scheinberg D A, Sgouros G. Alpha-particle emitting atomic generator (Actinium-225)-labeled trastuzumab (herceptin) targeting of breast cancer spheroids: efficacy versus HER2/neu expression.  Clin Cancer Res. 2004;  10 4489-4497
• 6 Carlin S, Akabani G, Zalutsky M R. In-vitro cytotoxicity of 211-At Astatide and 131-I Iodide to glioma tumor cells expressing the sodium/iodide symporter.  J Nucl Med. 2003;  44 1827-1838
• 7 Carson D R, Mackenzie K R, Segre E. Artificially radioactive element 85.  Phys Rev. 1940;  57 1087
• 8 Davis I A, Glowienka K A, Boll R A, Deal K A, Brechbiel M W, Stabin M, Bochsler P N, Mirzadeh S, Kennel S J. Comparison of ²²⁵actinium chelates: tissue distribution and radiotoxicity.  Nucl Med Biol. 1999;  26 581-589
• 9 Doberenz I, Doberenz W, Wunderlich G, Franke W G, Heidelbach J G, Fischer S, Dreyer R, Kessler L. Endoarterielle Therapie eines Zungenkarzinoms mit 211-At-markierten Humanserumalbumin-Mikrosphären - erste klinische Erfahrungen.  NUC Compact. 1990;  21 124-127
• 10 Durbin P W, Asling C W, Johnston M E, Parrott M W, Jeung N, Williams M H, Hamilton J G. The induction of tumors in the rat by Astatine-211.  Rad Res. 1958;  9 378-397
• 11 Friedmann A M, Zalutsky M R, Wung W, Buckingham F, Harper P V, Scherr G H, Wainer B, Hunter R L, Appelman E H, Rothberg R M, Fitch F W, Stuart F P, Simonian S J. Preparation of a biologically stable and immunogenically competent astatinated protein.  Int J Nucl Med Biol. 1977;  4 219-224
• 12 Hamilton J G, Soley M H. Comparison of the metabolism of iodine and of element 85 (Eka-iodine).  Proc Natl Acad Sci. 1940;  26 483-489
• 13 Hamilton J G, Durbin P W, Parrott M W. The accumulation and destructive action of of astatine-211 (eka-iodine) in the thyroid gland of rats and monkeys.  J Clin Endocrinol Metabol. 1954;  14 1161-1178
• 14 Hamilton J G, Durbin P W, Parrott M W. Accumulation of astatine-211 by thyroid gland in men.  Proc Soc Exp Biol Med. 1954;  36 366-369
• 15 Helmeke H J, Mahnke E, Schaardt U, Knapp W H. External targets for the production of 211-At. - Review and status of the target development at the Hannover cyclotron.  Z Med Phys. 2004;  14 195-199
• 16 Henriksen G, Schoultz B W, Michaelsen T E, Bruland O S, Larsen R H. Sterically stabilized liposomes as a carrier for alpha-emitting radium and actinium radionuclides.  Nucl Med Biol. 2004;  31 441-449
• 17 Kuzin V I, Nefedov V D, Norseev Y V, Toropova M A, Khalkin V A. Determination of the boiling point of astobenzene.  Radiokhimiya. 1970;  12 414
• 18 Lassmann M, Nosske D, Reiners C. Therapy of ankylosing spondylitis with ²²⁴Ra-radium chloride: dosimetry and risk considerations.  Radiat Environ Biophys. 2002;  41 173-178
• 19 McDevitt M R, Sgouros G, Finn R D, Humm J L, Jurcic J G, Larson S M, Scheinberg D A. Radioimmunotherapy with alpha-emitting nuclides.  Eur J Nucl Med. 1998;  25 1341-1351
• 20 McDevitt M R, Barendswaard E, Ma D, Lai L, Curcio M J, Sgouros G, Ballangrud A M, Yang W H, Finn R D, Pellegrini V, Geerlings M W, Lee M, Brechbiel M W, Bander N H, Cordon-Cardo C, Scheinberg D A. An alpha-particle emitting antibody ([²¹³Bi]J⁵⁹¹) for radioimmunotherapy of prostate cancer.  Cancer Res. 2000;  60 6095-6100
• 21 McDevitt M R, Nikula T N, Finn R D, Curcio M J, Gansow O A, Geerlings M W, Larson S M, Scheinberg D A. Bismuth labeled anitbodies for therapy of leukemias, lymphomas, and carcinomas: Preclinical studies.  Tumor Targeting. 1966;  2 182
• 22 McDevitt M R, Ma D, Lai L T, Simon J, Borchardt P, Frank R K, Wu K, Pellegrini V, Curcio M J, Miederer M, Bander N H, Scheinberg D A. Tumor therapy with targeted atomic nanogenerators.  Science. 2001;  294 1537-1540
• 23 Meyer G J., Rössler K, Stöcklin G. Preparation and High Pressure Liquid Chromatography of 5-Astatouracil.  J Labelled Comp Radiopharm. 1975;  12 449-458
• 24 Meyer G, Rössler K, Stöcklin G. Reactivity and Selectivity of the Astatine Interhalogen Compounds AtCl and AtBr Towards Simple Aromatic Substrates.  Radiochimica Acta. 1977;  24 81-85
• 25 Meyer G J, Rössler K, Stöcklin G. Reaction of Aromatic Diazonium Salts with Carrier-Free Radioiodine and Astatine. Evidence for Complex Formation.  J Amer Chem Soc. 1979;  101 3121-3123
• 26 Miederer M, McDevitt M R, Borchardt P, Bergman I, Kramer K, Cheung N K, Scheinberg D A. Treatment of neuroblastoma meningeal carcinomatosis with intrathecal application of alpha-emitting atomic nanogenerators targeting disialo-ganglioside GD2.  Clin Cancer Res. 2004;  10 6985-6992
• 27 Mulford D A, Jurcic J G. Antibody-based treatment of acute myeloid leukaemia.  Expert Opin Biol Ther. 2004;  4 95-105
• 28 Petrich T, Helmeke H J, Meyer G J, Knapp W H, Pötter E. Establishment of radioactive astatine and iodine uptake in cancer cell lines expressing the human sodium/iodide symporter.  Eur J Nucl Med. 2002;  29 842-854
• 29 Samson G, Aten A HW. Synthesis and properties of N-alkylastatides.  Radiochimica Acta. 1969;  12 55-56
• 30 Samson G, Aten A HW. Synthesis of Astatobenzene.  Radiochimica Acta. 1970;  13 220-221
• 31 Schwarz U P, Plascjak P, Beitzel M P, Gansow O A, Eckelman W C, Waldman T A. Preparation of ²¹¹At-labeled humanized anti-Tac using ²¹¹At produced in disposable internal and external bismuth targets.  Nucl Med Biol. 1998;  25 89-93
• 32 Smith J A, Mybourgh J A, Neirinckx R D. Specific inactivation of sensitized lymphocytes in vitro, using antigens labelled with astatine 211.  Clin Exp Immunol. 1973;  14 107-116
• 33 Tiepolt C, Gruning T, Franke W G. Renaissance of ²²⁴Ra for the treatment of ankylosing spondylitis: clinical experiences.  Nucl Med Commun. 2002;  23 61-66
• 34 Vaidyanathan G, Zalutsky M R. Targeted therapy using alpha emitters.  Phys Med Biol. 1996;  41 1915-1931
• 35 Van Geel J NC, Fuger J, Koch L. Verfahren zur Erzeugung von Actinium 225 und Wismuth 213. European Patent NB 0 443 479 BI. 1994
• 36 Visser G W, Diemer E L, Kaspersen F M. The preparation of aromatic astatine compounds through aromatic mercury compounds part II: Astatination of pyrimidines and steroids.  J Labelled Comp Radiopharm. 1981;  18 799-807
• 37 Wesley J N, McGee E C, Garmestany K, Brechbiel M W, Yordanov A T, Wu C, Gansow O A, Eckelman W C, Bacher J D, Flynn M, Goldman C K, MacLin M, Schwartz U P, Jackson-White T, Phillip C M, Decker J, Waldman T A. Systemic radioimmunotherapy using a monoclonal antibody, anti-Tac directed toward the alpha subunit of the IL-2 receptor armed with the α-emitting radionuclides Bi-213 or At-211.  Nucl Med Biol. 2004;  31 357-364
• 38 Wilbur D S, Vessalla R L, Stray J E, Goffe D K, Blouke K A, Atcher R W. Preparation and evaluation of para-(211-At)Astatobenzoyl labeled anti-renal cell carcinoma antibody A6H F(ab′)2. In-vivo distribution comparison with para-(125-I)Iodobenzoyl labeledA6H F(ab′)2.  Nucl Med Biol. 1993;  20 917-927
• 39 Yokordo K, Kunii A, Furth J, Durbin P W. Tumor induction with Astatine-211: Characterization of pituitary tumors.  Cancer Res. 1964;  24 683-688
• 40 Zalutsky M R, Friedmann A M. Synthesis of a non-labile astatine-protein conjugate.  J Labelled Comp Radiopharm. 1976;  13 181-182
• 41 Zalutsky M R, Noska M A, Colapinto E V, Garg P K, Bigner D D. Enhanced tumor localization and in-vivo stability of a monoclonal antibody radiolabeled using N-succinimidyl 3-(tri-n-butyl-stannyl)benzoate.  Cancer Res. 1989;  49 5543-5549
• 42 Zalutsky M R, Stabin M G, Larsen R H, Bigner D D. Tissue distribution and radiation dosimetry of astatine-211-labeled chimeric 81C6, an alpha-particle emitting immunoconjugate.  Nucl Med Biol. 1997;  24 255-261
• 43 Zalutsky M R. Targeted radiotherapy of brain tumors.  Brit J Cancer. 2004;  90 469-473
• 44 Zhang M, Yao Z, Garmestani K, Axworthy D B, Zhang Z, Mallett R W, Theodore L J, Goldman C K, Brechbiel M W, Carrasquillo J A, Waldmann T A. Pretargeting radioimmunotherapy of a murine model of adult T-cell leukemia with the alpha-emitting radionuclide, bismuth 213.  Blood. 2002;  100 208-216