Scandium complexes : physico-chemical study and evaluation of stability in vitro and in vivo for nuclear medicine application

par Rabha Kerdjoudj

Thèse de doctorat en Chimie théorique, physique, analytique

Sous la direction de Sandrine Huclier.

Soutenue le 04-12-2014

à Nantes, Ecole des Mines , dans le cadre de Matière, Molécules, Matériaux en Pays de la Loire , en partenariat avec Laboratoire SUBATECH Nantes / SUBATECH (laboratoire) .

Le président du jury était Alain Faivre-Chauvet.

Le jury était composé de Loïc Charbonnière, Cyrille Alliot.

Les rapporteurs étaient Petr Hermann, Frank Rösch.

  • Titre traduit

    Complexes de Scandium : étude physico-chimique et évaluation des stabilités in vitro et in vivo pour des applications en médecine nucléaire


  • Résumé

    Parmi les différents isotopes du Scandium qui peuvent être utilisés en médecine nucléaire, on peut citer le ⁴⁷Sc et le ⁴⁴Sc. Le premier se désintègre en émettant un électron associé à un gamma de 159 keV et peut donc être utilisé soit pour faire de la radiothérapie, soit de l’imagerie TEMP. Le ⁴⁴Sc (3.97 h) se désintègre dans 94.27 % des cas en émettant un positron, accompagné d’un photon γ d’énergie égale à 1.157 MeV. Cet isotope est alors un candidat idéal pour des applications en imagerie TEP. Actuellement, le Cyclotron de haute énergie et haute intensité Arronax produit le ⁴⁴Sc et coproduit son état isomérique le ⁴⁴mSc (2.44 j). Le ⁴⁴mSc a des propriétés (Eᵧ=270 keV, 98.8 %) qui permet d’envisager son utilisation comme potentiel générateur in vivo. Les travaux précédents ont permis de montrer que le ligand DOTA est le plus adapté et le plus stable pour le Sc. Ce travail de thèse a pour but de mettre en évidence la faisabilité du générateur in vivo ⁴⁴m/⁴⁴Sc. Dans un premier temps une procédure a été optimisée et validée pour la production du ⁴⁴m/⁴⁴Sc avec une haute activité spécifique et pureté chimique. Le radiomarquage sur des peptides contenant du DOTA a été ensuite développé et optimisé. Des études théoriques et expérimentales ont été réalisées dans le but de démontrer la faisabilité du ⁴⁴m/⁴⁴Sc comme potentiel générateur in vivo. En fin des études de stabilité in vitro sur des complexes radiomarqués du ⁴⁴m/⁴⁴Sc suivi d’études de biodistribution et d’imagerie TEP ont été réalisées.


  • Résumé

    Among the different isotopes of Scandium that can be used in nuclear medicine may be mentioned the ⁴⁷Sc and ⁴⁴Sc. The first decays by emitting an electron associated with a 159 keV gamma can thus be used either for radiotherapy or TEMP imaging. The ⁴⁴Sc (3.97 h) decays in 94.27% in case by emitting a positron, with a γ photon energy equal to 1.157 MeV. This isotope is then an ideal candidate for applications in PET imaging. Currently, the Cyclotron of high energy and high intensity ARRONAX produce ⁴⁴Sc and co-produces the isomeric state the ⁴⁴mSc(2.44 d). The ⁴⁴mSc has properties (Eᵧ = 270 keV, 98.8%), which allows to consider its use as a potential in vivo generator. Previous work had demonstrated that the DOTA ligand is most suitable and stable for Sc. This thesis aims; make in evidence the feasibility of the in vivo ⁴⁴m/⁴⁴Sc generator. Initially a procedure was optimized and validated for the production of ⁴⁴m/⁴⁴Sc with a high specific activity and chemical purity. Radiolabeling of DOTA conjugated peptides was then developed and optimized. Theoretical and experimental studies have been performed in order to demonstrate the feasibility of ⁴⁴m/⁴⁴Sc as a potential in vivo generator. Finally, in vitro stability studies on radiolabeled ⁴⁴m / ⁴⁴Sc complexes were performed, followed by biodistribution studies and PET imaging.


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