Nouveaux radiotraceurs, nouvelles cibles

Cet axe de recherche vise à identifier, synthétiser, radiomarquer et réaliser les premières étapes de caractérisation in vitro et in vivo de nouveaux agents d’imagerie (petites molécules, peptides, anticorps…) permettant d’étudier in vivo de nouvelles cibles pharmacologiques d’intérêt en neurologie et en oncologie. L’identification de nouvelles cibles pharmacologiques à partir de données de la littérature ou en étroite collaboration avec des cliniciens nous conduit à rechercher de nouveaux pharmacophores (études in silico, bibliographie…). Une fois identifiés, ces pharmacophores peuvent être radiomarqués isotopiquement si leur structure chimique le permet (c’est-à-dire par remplacement d’un atome stable par son isotopologue radioactif), ou être modifiés, dans une approche de chimio-modulation orientée, rendant ensuite le radiomarquage possible (Fig. 1.I).

Figure 1: I : Exemple de modulation d’un pharmacophore ciblant les récepteurs cannabinoides de type 2 pour introduire un atome de fluor en vue d'un radiomarquage au fluor-18 [1] ; II : Exemples de références froides, précurseurs et radiotraceurs marqués au fluor-18 et carbone-11 [1,2]

Ces différentes étapes impliquent la mise en œuvre de méthodes standard ou innovantes de synthèse organique pour définir et préparer « le binôme » de molécules : référence froide / précurseur, avant de procéder au radiomarquage proprement dit avec un émetteur de positons à vie brève (11C ou 18F) (Fig. 1.II).

Viennent ensuite les premières caractérisations in vitro (affinité, sélectivité, autoradiographie, passage de la BHE, relations structure-activité, prédiction du métabolisme…) permettant de sélectionner les meilleurs candidats pour les études préliminaires de biodistribution in vivo. Les méthodes in vitro impliquent des études de « binding » pour mesurer l’affinité et la sélectivité des nouveaux composés et des techniques d’autoradiographie pour évaluer leur biodistribution et sélectivité tissulaires (Fig. 2.I). L’évaluation du métabolisme, in vitro et in vivo par des techniques HPLC et LC/MS, de ces futurs agents d’imagerie permet (i) de prédire la présence de (radio)métabolites susceptibles d’interagir avec la cible pharmacologique et entraîner une confusion dans les images ou un biais dans la quantification du signal TEP, (ii) de synthétiser des molécules plus stables in vivo (Fig. 2. II). Ces études précliniques contribuent à optimiser le choix et la structure des candidats potentiels.

Figure 2: I. Autoradiograhie in vitro: Exemple de distribution du traceur [18F]12 et évaluation de sa sélectivité par compétition dans un modèle de surexpression de TSPO [3] ; II. Métabolisme in vitro/in vivo du DPA-714 [4]

Le(s) meilleur(s) candidats sont ensuite évalués in vivo tant pour leur biodistribution que leur métabolisme plasmatique et tissulaire afin de définir les premiers paramètres pharmacocinétiques. Cette dernière étape est réalisée en étroite collaboration avec les équipes de BioMaps spécialisées en imagerie préclinique dans le domaine des maladies du SNC (Fig. 3) ou en oncologie.

Figure 3: I: Biodistribution du composé [18F]2 ; II: Evaluation de la sélectivité pour les récepteurs cannabinoides de type 2; III: Evaluation du métabolisme plasmatique par HPLC [1]

Sont en cours d’études:

  • Les radiotraceurs de la neuroinflammation (TSPO, CB2, P2Y12, CYP):

De nombreux radiotraceurs ont été évalués pour étudier la TSPO, une protéine reconnue comme biomarqueur des processus de neuroinflammation (projet FP7 INMiND 2012-2017) associée à des maladies du SNC. Le [18F]DPA-714, un ligand de la TSPO, a poursuivi son développement jusque chez l’homme, dans plusieurs protocoles cliniques pour le diagnostic et le suivi thérapeutique de maladies neurodégénératives [5,6]. Depuis, d’autres cibles pharmacologiques ont été explorées, comme les récepteurs cannabinoïdes de type 2 (CB2R) avec le [18F]FC0324 [1]. Plus récemment, nous avons débuté la synthèse de nouveaux candidats pour évaluer le rôle des récepteurs P2Y12 dans la neuroinflammation. De par leur implication dans la neuroinflammation et les maladies neurodégénératives, les cytochromes P450 tels que CYP46A1, CYP27A1, CYP7B1 impliqués dans le métabolisme de stéroïdes et en particulier dans l’homéostasie du cholestérol cérébral constituent de nouvelles cibles pharmacologiques originales. Un de nos projets consiste à identifier et caractériser un ligand spécifique du CYP46A1, étudier la distribution et l’activité de cet enzyme cérébral dans des conditions normales et pathologiques. Enfin, le meilleur candidat sera radiomarqué avec le fluor-18 ou le carbone-11 et évalué dans les modèles précliniques de maladies du SNC.

  • Les radiotraceurs en oncologie (protéines du cycle cellulaire)

Nous avons débuté récemment un programme de développement de traceurs pour imager des protéines qui interviennent dans la régulation du cycle cellulaire (p53, AMPK, SK1). Des pharmacophores ont d’ores et déjà été identifiés et des analogues qui pourront être radiomarqués au fluor-18 sont en cours de développement. Une fois obtenus, ces composés seront caractérisés in vitro, puis les meilleurs candidats évalués in vivo dans des modèles adaptés. L’imagerie in vivo de ces protéines, natives ou mutées, pourra permettre de stratifier les patients en fonction des mutations et de mieux adapter les traitements. Nous développons également le radiomarquage isotopique (sans modification de structure) de médicaments anti-cancéreux tels que le [11C]erlotinib, le [18F]binimetinib ou le [18F]crizotinib. L’imagerie TEP de ces médicaments permettra d’obtenir des données pharmacocinétiques et pharmacodynamiques complémentaires et de mieux décrypter les voies de signalisation de ces médicaments et comprendre certains phénomènes de résistance. Enfin, dans le domaine en forte expansion de l’ImmunoTEP (imagerie TEP avec des anticorps ou fragments radiomarqués), nous avons implémenté le radiomarquage d’anticorps au zirconium-89 et nous développons aussi des approches originales de radiomarquages de fragments d’anticorps avec du fluro-18 (voir Nouvelles méthodologies de radiomarquage).

Références

[1] Caillé F, Cacheux F, Peyronneau MA, Jego B, Jaumain E, Pottier G, Ullmer C, Grether U, Winkeler A, Dolle F, Damont A, Kuhnast B. From Structure-Activity Relationships on Thiazole Derivatives to the In Vivo Evaluation of a New Radiotracer for Cannabinoid Subtype 2 PET Imaging (2017), Mol Pharm, 14, 4064-4078. doi:10.1021/acs.molpharmaceut.7b00746

[2] Goutal S, Gerstenmayer M, Auvity S, Caillé F, Mériaux S, Buvat I, Larrat B, Tournier N. Physical blood-brain barrier disruption induced by focused ultrasound does not overcome the transporter-mediated efflux of erlotinib. (2018), J Control Release, 292, 210-220. ] doi:10.1016/j.jconrel.2018.11.009

[3] Damont A, Médran-Navarrete V, Cacheux F, Kuhnast B, Pottier G, Bernards N, Marguet F, Puech F, Boisgard R, Dollé F. Novel Pyrazolo[1,5-a]pyrimidines as Translocator Protein 18 kDa (TSPO) Ligands: Synthesis, in Vitro Biological Evaluation, [18F]-Labeling, and in vivo Neuroinflammation PET Images. (2015), J Med Chem, 58, 7449-7464. doi: 10.1021/acs.jmedchem.5b00932

[4] Peyronneau MA, Saba W, Goutal S, Damont A, Dollé F, Kassiou M, Bottlaender M, Valette H. Metabolism and quantification of [18F]DPA-714, a new TSPO positron emission tomography radioligand. (2013), Drug Metab Dispos, 41, 122-131. doi:10.1124/dmd.112.046342

[5] Hamelin L, Lagarde J, Dorothée G, Leroy C, Labit M, Comley RA, de Souza LC, Corne H, Dauphinot L, Bertoux M, Dubois B, Gervais P, Colliot O, Potier MC, Bottlaender M, Sarazin M. Early and protective microglial activation in Alzheimer’s disease: a prospective study using 18F-DPA-714 PET imaging. (2016), Brain, 139, 1252-1264. doi:10.1093/brain/aww017

[6] Hamelin L, Lagarde J, Dorothée G, Potier MC, Corlier F, Kuhnast B, Caillé F, Dubois B, Fillon L, Chupin M, Bottlaender M, Sarazin M. Distinct dynamic profiles of microglial activation are associated with progression of Alzheimer’s disease. (2018), Brain, 141, 1855-1870. doi:10.1093/brain/awy079.