Development of Alginate-Based Biodegradable Radioactive Microspheres Labeled with Positron Emitter through Click Chemistry Reaction: Stability and PET Imaging Study

体内分布 生物相容性 聚乙烯亚胺 正电子发射断层摄影术 化学 体内 点击化学 放射性核素治疗 微球 放射化学 核化学 材料科学 生物医学工程 组合化学 核医学 化学工程 体外 有机化学 转染 生物化学 医学 生物技术 生物 工程类 基因
作者
Arun Gupta,Ji Yong Park,Hyunjun Choi,Tae Hyeon Choi,Yujin Chung,Dong‐Hyun Kim,Yun‐Sang Lee
出处
期刊:Molecular Pharmaceutics [American Chemical Society]
卷期号:21 (10): 5005-5014 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acs.molpharmaceut.4c00412
摘要

Biodegradable radioactive microspheres labeled with positron emitters hold significant promise for diagnostic and therapeutic applications in cancers and other diseases, including arthritis. The alginate-based polymeric microspheres offer advantages such as biocompatibility, biodegradability, and improved stability, making them suitable for clinical applications. In this study, we developed novel positron emission tomography (PET) microspheres using alginate biopolymer radiolabeled with gallium-68 (68Ga) through a straightforward conjugation reaction. Polyethylenimine (PEI)-decorated calcium alginate microspheres (PEI-CAMSs) were fabricated and further modified using azadibenzocyclooctyne-N-hydroxysuccinimide ester (ADIBO-NHS). Subsequently, azide-functionalized NOTA chelator (N3-NOTA) was labeled with [68Ga]Ga to obtain [68Ga]Ga-NOTA-N3, which was then reacted with the surface-modified PEI-CAMSs using strain-promoted alkyne-azide cycloaddition (SPAAC) reaction to develop [68Ga]Ga-NOTA-PEI-CAMSs, a novel PET microsphere. The radiolabeling efficiency and radiochemical stability of [68Ga]Ga-NOTA-PEI-CAMSs were determined using the radio-instant thin-layer chromatography-silica gel (radio-ITLC-SG) method. The in vivo PET images were also acquired to study the in vivo stability of the radiolabeled microspheres in normal mice. The radiolabeling efficiency of [68Ga]Ga-NOTA-PEI-CAMSs was over 99%, and the microspheres exhibited high stability (92%) in human blood serum. PET images demonstrated the stability and biodistribution of the microspheres in mice for up to 2 h post injection. This study highlights the potential of biodegradable PET microspheres for preoperative imaging and targeted radionuclide therapy. Overall, the straightforward synthesis method and efficient radiolabeling technique provide a promising platform for the development of theranostic microspheres using other radionuclides such as 90Y, 177Lu, 188Re, and 64Cu.
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