A Study on Radiolabeling Isatin Derivatives Using Positron Emitters C-11 and F-18 for Apoptosis Imaging

Abstract

Apoptosis is a kind of natural cell death that regulates and maintains the homeosis in our body. It is different from necrosis which is a pathological death of cell that it does not cause the inflammatory reaction. Therefore apoptosis have its own cell signal pathway distinguished from the necrosis. When apoptosis is in the dysregulated state, related disease with the apoptosis can be occurred. Related to that point, study about the apoptosis has an important meaning for therapeutical view of the disease but also research in medicine field. We selected caspase as the target for apotosis positron emission (PET) imaging, because the enzyme can be activated only in the apoptosis cascade. The caspase do not work in necrosis system and it has the function for cleaving the protein which is fundamental for the cell maintenance. Especially caspase3 and caspase7 are the executioner caspases those are one of the caspase subfamily and involved in every apoptosis cascade essentially. Isatin derivatives are well known as good inhibitor of the caspase. If we succeed in labeling of the isatin derivatives with positron emitters, we could make an apoptosis imaging using PET. So we synthesized an isatin derivative, labeled with 11C using 11CH3I module, and then purified it with HPLC. From the radioactivity profile of HPLC, we could identify the final compound with no side products. 11C radioisotope has a short half-life of 20.4 min and is intrinsic element of living things. That is the reason the isotope is safe and biocompatible. We also tried to label various isatin derivatives with 18F, but could not succeed. 11C and 18F labeled isatin derivatives would be good tracers for PET and give a big progress in labeling research on isatin derivatives.

세포고사는 생체 내 항상성을 조절하는 일종의 세포 자연사이다. 이는 세포의 병적인 죽음을 일컫는 괴사와는 구별되는 시스템으로 염증반응을 일으키지 않으며 따라서 괴사와는 구별되는 세포 신호 절달 체계를 가진다. 세포고사가 생체 내에서 적절하게 조절되지 않으면 우리 인체는 이와 연관된 질병을 일으키게 된다. 이와 관련하여 세포고사에 관한 연구는 질병 치료학적인 관점에서나 연구를 위한 목적으로도 중요성을 가진다. 세포고사를 영상화하기 위한 목적으로 세포고사에 특이적으로 작용할 수 있는 표적으로 캐스페이즈를 선택하였다. 캐스페이즈는 괴사에는 작용하지 않고 세포고사에만 특이적으로 작용하는 일종의 효소로써 세포 기능에 필수적인 역할을 하는 단백질을 직접적으로 분해하는 기능을 가진다. 특히 여러 가지 캐스페이즈의subfamily중에 실행자 역할을 하는 executioner 캐스페이즈 3, 캐스페이즈7 은 모든 세포고사 cascade에서 필수적으로 작용하기 때문에 세포고사만을 특이적으로 검출할 수 있는 좋은 표적이 될 수 있다. 이사틴 유도체들은 이미 캐스페이즈의 억제제로서 잘 알려져 있다. 이사틴 유도체에 양전자 방출 핵종을 표지 한다면 세포고사를 PET 영상화 할 수 있을 것이다. 이에 적절한 이사틴 유도체를 합성하고11CH3I module을 이용하여 11C를 표지 한 뒤 HPLC로 분리하는데 성공하였다. 감마 카운터 그래프의 결과와 HPLC그래프의 결과 11CH3I를 통한 치환 반응에서는 얻고자 하는 유도체가 부산물을 만들지 않고 원하는 산물만을 생성하는 것이 확인되었다. 반응 수율을 다소 낮은 점이 있지만 이것은 정제 작업을 줄여 줄 수 있는 좋은 이점이 될 수 있다. 11C 핵종은 반감기가 20.4분으로 매우 짧고 생체 내에 존재하는 원소이으로 생체 내 안전성에서 매우 유리한 동위원소이다. 표지에 성공한 이사틴 유도체들은 추후에 PET 영상을 통한 좋은 추적자가 될 것이며, 더 복잡한 이사틴 화합물의 표지 연구에도 많은 도움이 될 것이다.