Biomaterials for PET diagnosis

Abstract

Lung cancer is a pathology with a high prevalence worldwide, and it generally has a bad prognosis since it is detected in later stages. Aside from the requirement for a faster diagnosis, it is also critical to develop additional techniques or methodologies that can be complementary or improve the PET scan with FDG, which is already an advanced diagnostic tool.BODIPYs are small aromatic compounds with interesting spectroscopic, photophysical, and chemical properties. These last characteristics are best defined by the great structural and substitutive flexibility of the fluorophores. BODIPYs have been investigated for use in a wide range of applications, including brain and cardiac perfusion imaging, due in part to their excellent photochemical stability.PET systems employ radiopharmaceuticals with Fluorine-18 to detect a variety of diseases, being cancer one of the most studied with this methodology. Fluorine-18 has been widely used due to its unique characteristics and ability to label small biomolecules as well as more complex structures. Therefore, if the unique characteristics of BODIPYs can be associated with those of the 18F radioisotope, we may have a very valuable tool for PET-based lung cancer diagnosis.To that end, BODIPYs with Fluorine-19 or alkoxy groups linked to the boron atom were synthesized, characterized by NMR, absorption and emission spectroscopy, and mass spectrometry. Some structural motifs were also evaluated, such as the planarity of the boron atom in relation to the plane of the pyrrole rings, along with the angles of the boron substituents, that may influence the radiolabelling process. Lastly, cytotoxicity and compound uptake by two lung cancer cell lines were assessed through in vitro studies such as MTT, SRB, haemolysis, and cellular uptake assays. From the results obtained, it was possible to confirm that the BODIPYs obtained were the ones initially expected and that two of the six compounds, BODIPYs 3 and 6, showed low cytotoxic effects on metabolic activity and viability. Even so, BODIPY 3 showed slightly better results than BODIPY 6, with greater uptake and less release of haemoglobin.In summary, BODIPYs 3 and 6 appear to be good candidates for investigating the 18F insertion into the structure of the compound. It is worth noting that both compounds include alkoxy groups associated with the boron atom, which was one of the properties we intended to look into in the future to improve the radiolabelling kinetics.

O cancro de pulmão é uma doença com grande prevalência a nível mundial e geralmente com um prognóstico relativamente pobre, uma vez que é detetado em fases tardias. Além da necessidade de um diagnóstico em estadios não tão avançados, é também fundamental o desenvolvimento de outras técnicas ou metodologias que possam complementar ou melhorar o exame PET com FDG, que por si só já é uma das técnicas de diagnóstico mais avançadas.Os BODIPYs são compostos aromáticos com propriedades espectroscópicas, fotofísicas e químicas interessantes. Estas características são mais bem definidas pela grande flexibilidade estrutural e substitutiva destes fluoróforos. Além disso, os BODIPYs têm sido investigados para uma ampla gama de aplicações, incluindo para a obtenção de imagens de perfusão cerebral e cardíaca, devido em parte à sua excelente estabilidade fotoquímica.Os sistemas PET usam radiofármacos com Flúor-18 para detetar uma grande variedade de doenças, sendo o cancro uma das mais estudadas com esta metodologia. O Flúor-18 tem sido amplamente utilizado devido às suas características únicas e à capacidade de marcar pequenas biomoléculas, bem como estruturas mais complexas. Posto isto, se as características exclusivas dos BODIPYs puderem ser associadas às do radioisótopo 18F, podemos ter uma ferramenta muito valiosa para o diagnóstico PET do cancro de pulmão.Para esse fim, BODIPYs com Flúor-19 ou grupos alcóxidos associados ao átomo de boro, foram sintetizados, caracterizados por espectroscopia de RMN, de absorção e emissão e espectrometria de massa. Alguns motivos estruturais também foram avaliados, como a planaridade do boro em relação ao plano dos anéis pirrólicos, bem como os ângulos dos substituintes do boro que podem influenciar a velocidade do processo de radiomarcação. Por fim, a citotoxicidade e a incorporação do composto por duas linhas de células do cancro de pulmão também foram avaliadas por meio de estudos in vitro, tais como os ensaios de MTT, SRB, hemólise e incorporação celular.Pelos dados obtidos, foi possível confirmar que os BODIPYs obtidos foram os inicialmente pretendidos, com os BODIPYs 3 e 6 a apresentarem menor citotoxicidade para a atividade metabólica e para a viabilidade celular. Ainda assim, o BODIPY 3 apresentou resultados ligeiramente melhores, com maior captação por ambas as linhas celulares em estudo e provocando menor libertação de hemoglobina.Em suma, os BODIPYs 3 e 6 parecem ser bons candidatos para serem investigados quanto à incorporação do 18F nas suas estruturas. De realçar que ambos os compostos incluem grupos alcóxidos associados ao átomo de boro, que era uma das propriedades que pretendíamos estudar no futuro para melhorar a velocidade de radiomarcação.