TY  - THES
A1  - Schumann, Anne
T1  - Development of GIPR antagonists for targeted radiotherapy in neuroendocrine neoplasms
N2  - Die Theorie der zielgerichteten Radiotherapie basiert auf der Überexpression von spezifischen Rezeptoren auf der Oberfläche von entarteten Zellen. In präklinischen Studien konnte der Gastric inhibitory polypeptide receptor (GIPR) in besonders hoher Dichte in neuroendokrinen Neoplasien (NENs) identifiziert werden, wohingegen er in gesundem Gewebe kaum vorkommt (Waser 2012). Die Verwendung von Somatostatinrezeptor 2 (SSTR2) bindenden Molekülen, welche mit radioaktiven Isotopen verbunden sind, wird in der klinischen Praxis zur Diagnose und Therapie (Theranostik) von NEN´s eingesetzt, wodurch die Tumorzellen gezielt sichtbar gemacht oder zerstört werden können.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung von Molekülen mit besonders hoher Affinität gegenüber dem GIPR zum Einsatz in der zielgerichteten Radiotherapie. Es sollte die Hypothese überprüft werden, ob ein neuartiger GIPR Antagonist bei der Detektion von GIPR-positiven Tumoren, bessere Ergebnisse als der GIPR Agonist GIP(1-30) generieren kann. (Reubi 2017). Darüber hinaus wurde auch ein direkter Vergleich mit dem SSTR2 Agonist DOTATATE und Antagonist JR11 für die Detektion von NENs angestellt.
Die im Rahmen der Arbeit entwickelten neuen GIPR-bindenden Antagonisten sind nicht von GIP abgeleitet. Die Konjugation mit DOTA erlaubt die Komplexbildung mit diagnostischen (z.B. 111In) und therapeutischen Radionukliden (z.B. 177Lu). Unter der Vielzahl entwickelten Verbindungen, war das Molekül 3BP-3775 der vielversprechendste Kandidat für eine klinische Weiterentwicklung. Es zeigte sich ein hohe GIPR Affinität und langanhaltende Rezeptorbindung in vitro und darüber hinaus bei in vivo Versuchen eine starke und persistente Aufnahme in den Tumor. Die geringe Verteilung in den Nieren repräsentiert dabei die herausragenden Eigenschaften von 3BP-3775 im Gegensatz zu bereits publizierten Daten mit GIP abgeleiteten Verbindungen (Gourni 2014). Mit 177Lu-3BP-3775 konnte zum ersten Mal eine therapeutische Wirksamkeit eines GIPR-Binders nachgewiesen werden. Mittels in vitro Rezeptor Autoradiographie wurde zudem gezeigt, dass ein neu entwickelter GIPR Antagonist (111In-3BP-3626) eine 6-fach höhere Bindung an gastroenteropankreatische (GEP) und bronchiale NENs zeigt als der heute klinisch relevanteste SSTR2 Agonist DOTATATE. Zwar war die Bindung des SSTR2 Antagonist JR11 vergleichbar stark, jedoch wurde bei JR11 eine deutlich höhere Bindung in gesundem Gewebe detektiert, weshalb sich für 3BP-3626 ein zu favorisierendes Tumor-zu-Hintergrund Bindungsverhältnis errechnen ließ. Die Bindung des GIPR Agonisten 111In GIP(1 30) war in allen untersuchten Proben sehr gering. Anhand der Ergebnisse ergab sich folgende Reihenfolge bei der Beurteilung der untersuchten Verbindung und ihrer Fähigkeit NENs gezielt zu detektieren: 111In 3BP 3626 ~ 111In-JR11> 111In-DOTATATE > 111In-GIP(1-30).
Die erfolgreiche Entwicklung von neuartigen Molekülen für zielgerichtete Anwendungen gegen den GIPR bildet das Kernstück der vorliegenden Arbeit. Die erzielten in vitro und in vivo Ergebnisse sind die Grundlage für die Weiterentwicklung des GIPR Antagonisten 3BP-3775 um dessen klinischen Einsatz in der Radiotherapie von GEP- und bronchialen NENs zu realisieren.
N2  - Receptors predominantly expressed on tumor cells represent one of the key prerequisites of targeted radiotherapy. The gastric inhibitory polypeptide receptor (GIPR) has emerged as a promising target due to its substantial overexpression in neuroendocrine neoplasms (NENs) and virtual absence in healthy tissues (Waser 2012). So far, only radiolabeled peptides targeting the somatostatin receptor 2 (SSTR2) are approved for targeted radiotherapy of inoperable, metastatic NENs.
The aim of this thesis was to develop highly affine GIPR tracers for targeted radiotherapy by continuous in vitro and in vivo characterization of peptide sequence modifications. It was hypothesized that a GIPR antagonist might increase the sensitivity to detect GIPR-positive tumors relative to the agonist GIP(1-30), as shown for SSTR2 tracers (Reubi 2017). Further comparison to the SSTR2 agonist and antagonist (DOTATATE, JR11) should allow compound ranking regarding their ability to detect NENs.
The novel GIPR-targeting antagonists were conjugated to DOTA, enabling complexation of diagnostic (e. g. 111In) and therapeutic radionuclides (e. g. 177Lu). Among the high number of compounds screened, 3BP-3775 proved to be the most promising candidate for further preclinical and clinical development. High GIPR affinity and long receptor residence time in vitro were reflected in strong tumor uptake and retention in vivo. Low initial kidney accumulation and fast subsequent clearance represented a major advantage relative to previously described GIPR-targeting molecules (Gourni 2014). Furthermore, administration of 177Lu-3BP-3775 demonstrated for the first time strong therapeutic efficacy of a GIPR-targeting compound. In vitro receptor autoradiography with 111In-3BP-3626 (GIPR antagonist) demonstrated up to 6-fold higher signals in gastroenteropancreatic and bronchial NENs, relative to the clinically utilized SSTR2 agonist 111In-DOTATATE. Both receptor antagonists, however, revealed similar signal strength. In contrast to 111In-JR11, 111In-3BP-3626 showed no binding to non-target tissues, which led to higher tumor-to-background ratios for 111In-3BP-3626. Signal strength of the GIPR agonist 111In-GIP(1-30) was close to background in all investigated tumor samples. The ranking of compounds according to their ability to detect NENs based on autoradiographic signal intensities was determined to be: 111In-3BP-3626 ~ 111In-JR11> 111In-DOTATATE > 111In GIP(1-30).
In summary, this thesis proposes the application of the GIPR antagonist 3BP-3775 for a targeted radiotherapy in GEP- and bronchial NENs.
KW  - Theranostic
KW  - Neuroendocrine tumors
KW  - targeted therapy
KW  - gastric inhibitory polypeptide receptor
Y1  - 2022
ER  -