Opracowanie i walidacja procesu wytwarzania nowego kardioznacznika do oceny perfuzji mięśnia sercowego i diagnostyki choroby wieńcowej w badaniu PET

Celem niniejszej pracy było opracowanie i walidacja procesu wytwarzania nowego kardioznacznika do oceny perfuzji mięśnia sercowego i diagnostyki choroby wieńcowej w badaniu PET. W toku realizacji projektu opracowano i zwalidowano metody radiosyntezy z wykorzystaniem dwóch odrębnych modułów syntezy. Ponadto przeprowadzono szeroki zakres badań in vitro i in vivo umożliwiających kompleksową ocenę profilu bezpieczeństwa opracowywanego kardioznacznika. W części literaturowej pracy omówiono charakterystykę metod diagnostycznych stosowanych w medycynie nuklearnej – SPECT i PET. Zaprezentowano podstawowe zasady ich działania, przeprowadzono analizę porównawczą pod kątem wartości diagnostycznej, a także przedstawiono obecnie dostępne radiofarmaceutyki, metody ich wytwarzania, klasyfikację z uwagi na budowę chemiczną i zastosowanie kliniczne. Ostatni rozdział części literaturowej poświęcono obszarowi kardiologii nuklearnej – zaprezentowano stosowane obecnie kardioznaczniki SPECT i PET uwzględniając ich możliwości oraz ograniczenia. Z uwagi na to, że głównym obszarem prac zespołu Synektik Pharma Sp. z o.o., a co za tym idzie poniższego doktoratu wdrożeniowego, było opracowanie nowego kardioznacznika do oceny perfuzji mięśnia sercowego z wykorzystaniem techniki pozytonowej tomografii emisyjnej, część literaturową zakończono omówieniem wyzwań związanych z projektowaniem nowych radioznaczników perfuzyjnych, wymagań stawianych potencjalnych kardioznacznikom oraz barier wdrożeniowych. Część eksperymentalna poświęcona jest zaprojektowaniu radiosyntezy [18F]SYN2 na syntezerze kapilarnym Modular-Lab Standard. Otwartość układu oraz intuicyjny system projektowania sekwencji syntezy umożliwiły opracowanie i walidację metody wytwarzania kardioznacznika SYN2 do dalszych prac badawczych, uwzględniających badania in vivo jak i in vitro. Prace eksperymentalne objęły m.in. ocenę lokalizacji i wpływu cząsteczki SYN2 na komórki mięśniowe (mysie i ludzkie), badania biodystrybucji i farmakokinetyki [18F]SYN2, ocenę profilu bezpieczeństwa uwzględniającego badania toksyczności, dozymetrii, a także analizę farmakodynamiczną i metaboliczną kardioznacznika. Pozytywne wyniki badań przedklinicznych pozwoliły na rozpoczęcie badań klinicznych I i II fazy. Potwierdzenie bezpieczeństwa farmakologicznego oraz skuteczności diagnostycznej u ludzi otworzyło drogę do kolejnego etapu, jakim było opracowanie i walidacja metody wytwarzania produktu SYN2 z wykorzystaniem syntezera kasetowego Neptis PERFORM. Był to ostatni etap badań pozwalający na zaprojektowanie metody radiosyntezy charakteryzującej się prostotą w przygotowaniu, wydajnością pozwalającą na szeroką dystrybucję radioznacznika oraz spełnieniem rygorystycznych wymagań Dobrej Praktyki Wytwarzania. Realizacja tego etapu otworzyła możliwość prowadzenia wieloośrodkowych badań klinicznych fazy III zarówno w Europie, jak i w Stanach Zjednoczonych. Rozprawa została zakończona podsumowaniem osiągniętych rezultatów oraz nakreśleniem dalszych kierunków rozwoju kardioznacznika, w tym planów transferu technologii do zagranicznych ośrodków produkcyjnych.

The aim of this dissertation was to develop and validate a manufacturing process for a novel cardiac radiotracer intended for the assessment of myocardial perfusion and the diagnosis of coronary artery disease using positron emission tomography. During the course of the project, radiosynthesis methods were designed and validated with the use of two independent synthesis modules. Furthermore, an extensive series of in vitro and in vivo studies was conducted, enabling a comprehensive evaluation of the safety profile of the investigated radiotracer. The literature section of this work discusses the diagnostic methods applied in nuclear medicine, with particular focus on SPECT and PET imaging. The fundamental principles of these techniques were presented, followed by a comparative analysis of their diagnostic value. Current radiopharmaceuticals, their production methods, classification according to chemical structure and clinical application, as well as potential directions for further development were also reviewed. The final chapter of the literature review was devoted to nuclear cardiology, providing an overview of SPECT and PET cardiac tracers currently in use, together with the advantages and limitations. Considering that the primary focus of the Synektik Pharma Sp. Z o.o. research group, and consequently of this industrial doctorate, was the development of a new PET myocardial perfusion radiotracer, the literature review was concluded with a discussion of the key challenges in designing novel perfusion tracers, the essential requirements for candidate compounds, and the major translational barriers. The experimental section of this thesis is dedicated to the development of the radiosynthesis of [18F]SYN2 using the capillary-based Modular-Lab Standard synthesizer. The open architecture of the system and its intuitive sequence design enabled the establishment and validation of a production methods suitable for further preclinical studies. These studies included the evaluation of tracer localization and effects on murine muscle cells and human cardiomyocytes, biodistribution and pharmacokinetics of SYN2 molecule, as well as comprehensive safety assessment encompassing toxicity testing, dosimetry and pharmacodynamic and metabolic analyses. The favourable outcomes of the preclinical phase allowed for the initiation of clinical phase I and II studies. The confirmation of both pharmacological safety and diagnostic efficacy in humas paved the way for the next step, namely the development and validation of manufacturing protocol for SYN2 product using the cassette-based Neptis PERFORM synthesizer. This final stage of the research resulted in a method distinguished by operational simplicity, yield enabling wide distribution of radiotracer, and full compliance with Good Manufacturing Practice standards. Completion of this phase enabled the commencement of multicentre phase III clinical trials in both Europe and the United States. The dissertation concludes with a summary of the objectives achieved and outlines future perspectives for the development of the tracer, including plans for technology transfer for international production facilities.