DOI: https://doi.org/10.1038/s41551-025-01362-3
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40044816
تاريخ النشر: 2025-03-05
المؤلف: Justin H. Wilde وآخرون
الموضوع الرئيسي: أبحاث علوم الأعصاب وعلم الأدوية العصبية
نظرة عامة
في هذه الدراسة، تم تقييم المركب [^19F]FEDV لرد فعله تجاه الأنواع التفاعلية من الأكسجين والنيتروجين (RONS)، مما كشف عن رد فعل منخفض بشكل ملحوظ تجاه بيروكسيد الهيدروجين (H₂O₂) وبيروكسيد التيرت-بيوتيل (t-BuOOH)، مشابه لمركبه الأم، إدارافون. وهذا يشير إلى أن [^19F]FEDV يتفاعل بفعالية مع مجموعة متنوعة من RONS، بما في ذلك الجذور الحرة البيروكسيلية في الطور الدهني والمائي، عبر إمكانيات اختزال مختلفة.
بعد ذلك، قام الباحثون بالتحقيق في تراكم [^18F]FEDV في خلايا الورم العصبي (N2a) المعالجة ببيروكسيد الهيدروجين التيرت-بيوتيل (TBHP)، وهو محفز معروف للإجهاد التأكسدي. تهدف هذه الخطوة إلى توضيح الآثار الوقائية المحتملة لـ [^18F]FEDV في البيئات الخلوية المعرضة للإجهاد التأكسدي.
طرق
في هذه الدراسة، التزمت جميع الإجراءات التجريبية بالبروتوكولات الأخلاقية والسلامة المعمول بها، مع الحصول على موافقة من اللجان المعنية في جامعة فيرجينيا ومستشفى أبحاث الأطفال سانت جود. استخدمت الدراسة خطوط خلايا EMT6 (CRL-2755) وN2a (CCL-131)، التي تم الحصول عليها من ATCC مع شهادات تحليل لضمان أصالتها. تم الحصول على الفئران بشكل موحد، مع ممارسات تربية متسقة عبر المجموعات، وتم تعيينها عشوائيًا إما إلى مجموعات الدراسة المصابة أو الشام. تم الحفاظ عليها في ظروف خاضعة للرقابة، بما في ذلك دورة ضوء/ظلام مدتها 12 ساعة، مع وصول غير محدود إلى الطعام والماء.
شملت التحليلات بناء أحجام الاهتمام (VOIs) من تصوير PET/CT، والتي تم تقييمها من قبل عدة باحثين لتعزيز دقة النتائج. كانت هذه الطريقة المنهجية تهدف إلى ضمان موثوقية وقابلية تكرار النتائج التجريبية.
نتائج
في هذه الدراسة، تم تصنيع المجس الإشعاعي [\(^{18}\text{F}\)]FEDV بنجاح من خلال عملية من خطوتين وثلاث خطوات. بدأت عملية التصنيع بإعداد السلف (1)، وهو ملح ثلاثي الفلورايد من الأمونيوم المحمي بـ boc، مشتق من 4-فلوروفينيل هيدرازين عبر أربع خطوات ذات عائد مرتفع. أسفر الاستبدال الأروماتي النوكليوفيلي لـ (1) مع [\(^{18}\text{F}\)]فلورايد عن المركب (2) مع تحويل شبه كامل في غضون 60 ثانية. بعد الاستخراج من المرحلة الصلبة، تم معالجة (2) بغبار الزنك في وعاء تفاعل جديد، حيث تم تشكيل المنتج النهائي، [\(^{18}\text{F}\)]FEDV، من خلال إزالة الحماية والتكثيف المتزامن بعد إضافة إيثيل أسيتوأسيتات وحمض الهيدروكلوريك، تلاه فترة تسخين مدتها 20 دقيقة.
أسفرت عملية تصنيع [\(^{18}\text{F}\)]FEDV عن عائد نشاط إجمالي قدره 12% ± 1% (n = 8) بعد تنقية HPLC، محققة نقاء إشعاعي يتجاوز 99%. تم تأكيد هوية المركب المصنع من خلال حقن مشترك مع معيار الفلورين-19 الموصوف بالكامل، مما يظهر فعالية وكفاءة طريقة التصنيع الإشعاعي المطورة.
مناقشة
في هذا القسم، يناقش المؤلفون التوصيف في المختبر وفي الجسم الحي للمادة المشعة [^18F]FEDV، المصممة لتصوير الانبعاث البوزيتروني (PET) للأنواع التفاعلية من الأكسجين والنيتروجين (RONS) المرتبطة بالإجهاد التأكسدي في الأمراض التنكسية العصبية. تظهر الدراسة أن [^18F]FEDV يظهر طيف تفاعل واسع مع مختلف المؤكسدات، بما في ذلك الجذور الحرة البيروكسيلية والبيروكسي نيتريت، ويظهر استقرارًا عاليًا في البيئات البيولوجية، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات في الجسم الحي. يبرز المؤلفون أن [^18F]FEDV يكشف بفعالية عن RONS في نماذج الفئران للإجهاد التأكسدي الناتج عن نيتروبروسيد الصوديوم (SNP) والسكتة الدماغية الناتجة عن التخثر الضوئي (PT)، مع زيادات كبيرة في إشارات PET تتوافق مع علامات الضرر التأكسدي.
تشير النتائج إلى أن تصوير [^18F]FEDV-PET يمكن أن يميز بين الإجهاد التأكسدي وعمليات أخرى، مثل تنشيط المناعة الفطرية، كما يتضح من عدم زيادة الإشارات من المجس الضابطة [^18F]FN في نفس النماذج. علاوة على ذلك، تشير الدراسة إلى أن [^18F]FEDV قادر على اكتشاف RONS في أدمغة فئران PS19 المصابة بالتاو، والتي تعتبر ذات صلة بأبحاث مرض الزهايمر. بشكل عام، يقترح المؤلفون أن [^18F]FEDV يمكن أن يكون أداة قيمة لمراقبة الإجهاد التأكسدي في الأمراض التنكسية العصبية، مما قد يساعد في تقييم التدخلات العلاجية وتقدم المرض.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41551-025-01362-3
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40044816
Publication Date: 2025-03-05
Author(s): Justin H. Wilde et al.
Primary Topic: Neuroscience and Neuropharmacology Research
Overview
In the study, the compound [^19F]FEDV was evaluated for its reactivity to reactive oxygen and nitrogen species (RONS), revealing a notably low reactivity to hydrogen peroxide (H₂O₂) and tert-butyl hydroperoxide (t-BuOOH), akin to its parent compound, edaravone. This indicates that [^19F]FEDV effectively interacts with a diverse range of RONS, including both lipid- and aqueous-phase peroxyl radicals, across various reduction potentials.
Subsequently, the researchers investigated the accumulation of [^18F]FEDV in neuroblastoma cells (N2a) treated with t-butyl hydrogen peroxide (TBHP), a known oxidative stress inducer. This step aims to further elucidate the potential protective effects of [^18F]FEDV in cellular environments subjected to oxidative stress.
Methods
In this study, all experimental procedures adhered to established ethical and safety protocols, with approval from the relevant committees at the University of Virginia and St. Jude Children’s Research Hospital. The research utilized EMT6 (CRL-2755) and N2a (CCL-131) cell lines, which were obtained from ATCC along with certificates of analysis to ensure their authenticity. Mice were sourced uniformly, with consistent husbandry practices across cohorts, and were randomly assigned to either the injured or sham study groups. They were maintained under controlled conditions, including a 12-hour light/dark cycle, with unrestricted access to food and water.
The analysis involved the construction of volumes of interest (VOIs) from PET/CT imaging, which were evaluated by multiple researchers to enhance the rigor of the findings. This methodological approach aimed to ensure reliability and reproducibility in the experimental outcomes.
Results
In this study, the radiochemical probe [\(^{18}\text{F}\)]FEDV was successfully synthesized through a two-pot, three-step process. The synthesis began with the preparation of the precursor (1), a boc-protected diazo trimethylammonium triflate salt, derived from 4-fluorophenylhydrazine via four high-yielding steps. The subsequent nucleophilic aromatic substitution of (1) with [\(^{18}\text{F}\)]fluoride yielded compound (2) with nearly complete conversion within 60 seconds. Following solid-phase extraction, (2) was treated with zinc dust in a new reactor vial, where the final product, [\(^{18}\text{F}\)]FEDV, was formed through concurrent deprotection and condensation after the addition of ethyl acetoacetate and hydrochloric acid, followed by a 20-minute heating period.
The synthesis of [\(^{18}\text{F}\)]FEDV resulted in an overall activity yield of 12% ± 1% (n = 8) post-HPLC purification, achieving a radiochemical purity exceeding 99%. The identity of the synthesized compound was confirmed through HPLC co-injection with a fully characterized fluorine-19 standard, demonstrating the effectiveness and efficiency of the developed radiosynthesis method.
Discussion
In this section, the authors discuss the in vitro and in vivo characterization of the radiopharmaceutical [^18F]FEDV, designed for positron emission tomography (PET) imaging of reactive oxygen and nitrogen species (RONS) associated with oxidative stress in neurodegenerative diseases. The study demonstrates that [^18F]FEDV exhibits a broad reactivity spectrum with various oxidants, including peroxyl radicals and peroxynitrite, and shows high stability in biological environments, making it suitable for in vivo applications. The authors highlight that [^18F]FEDV effectively detects RONS in mouse models of oxidative stress induced by sodium nitroprusside (SNP) and photothrombosis (PT) stroke, with significant increases in PET signals correlating with oxidative damage markers.
The findings suggest that [^18F]FEDV-PET imaging can differentiate between oxidative stress and other processes, such as innate immune activation, as evidenced by the lack of increased signals from the control probe [^18F]FN in the same models. Furthermore, the study indicates that [^18F]FEDV is capable of detecting RONS in the brains of PS19 tauopathy mice, which are relevant for Alzheimer’s disease research. Overall, the authors propose that [^18F]FEDV could serve as a valuable tool for monitoring oxidative stress in neurodegenerative diseases, potentially aiding in the evaluation of therapeutic interventions and disease progression.