Entwicklung eines β-Zell spezifischen Kontrastmittels zur nicht-invasiven Bestimmung der β-Zellmasse

Fragestellung: Da die Sensitivität des Radionuklid-Bildgebung sehr hoch ist (Picomole) glauben wir, dass die Positronen Emissions Tomografie (PET) die Modalität sein wird, die erstmals die nicht invasive Bestimmung der ß-Zell Masse (BZM) des Pankreas in vivo erlauben wird. Bisher scheiterte das Vorhaben am Fehlen eines ß-Zell spezifischen Kontrastmittels. Die Anforderungen diesbezüglich sind aufgrund des ungünstigen Massenverhältnisses von ß- zu nicht von ß-Zellen sehr hoch (humane ß-Zellen erkennen, hohe ß-Zell Spezifität, schnelle Elimination, keine Toxizität, proportional zur BZM). Methodik: Zur Identifizierung eines ß-Zell spezifischen Kontrastmittels haben wir eine Phagen-basierte Single-Chain Antikörper (SCA) Bibliothek wiederholt in Ratten i.v. injiziert, nach 5-minütiger Zirkulation die Inseln isoliert, darüber insel-spezifische SCA's isoliert und nachfolgend charakterisiert. Ergebnisse: Wir konnten vier SCA's (genannt SCA1–4) isolieren, die selektiv humane- und Mäuse- ß Zellen in situ erkennen, in Ratten ß-Zellen in vivo internalisieren, und im Endoplasmatischen Retikulum und Insulin-Granula lokalisiert sind, wie Elektronen Mikroskopische Aufnahmen zeigen. Diese SCA's binden in vivo nicht an andere endokrine Zellen der Insel, exokrine- oder extrapankreatische Gewebe (z.B. Leber). Die Identifizierung der entsprechenden Target-Proteine ist auf dem Weg. Wir konnten zeigen, dass die in vitro Selektivität des SCA1 für ß-Zellen, verglichen mit der Bindung an alpha- oder exokrine Zellen, den Faktor 500: 1 übersteigt. Diese Zahlen übertreffen bei weitem die berechnete Signal-zu-Hintergrund-Ratio die für eine PET-basierte Bestimmung der BZM in vivo benötigt wird und der SCA1 daher möglicherweise deutliche Vorteile gegenüber früher evaluierten Substanzen aufweist. Der SCA1 zeigt zudem eine schnelle (t 1/2 =8min) und hoch-volumige (>650,000 SCA's/ß Zelle) zelluläre Aufnahme in ß Zellen. Wir postulieren einen Membran-Protein oder Rezeptor-getriebenen Prozess, was konsistent mit Beobachtungen für SCA's an anderen Zellpopulationen und konsistent mit den kompetetiven Bindungseigenschaften der SCA's an ß-Zellen wäre. Eine weitere wichtige Charakteristik, die die beschriebenen SCA's für eine diagnostische Applikation in vivo favorisieren, ist die schnelle Elimination von ungebundenen Partikeln aus der Zirkulation (t 1/2 =22min). Zudem konnte in einer Biodistributions-Studie gezeigt werden, dass die Markierungs-Intensität (gemessen mit einem Gamma Counter ex vivo ) kommend vom [ 125 I]-markierten SCA1 nach einer i.v. Applikation in Ratten streng proportional zur BZM war und invers mit den Glukose Exkursionen während eines intraperitonealen Glukosetoleranztest korreliert. Zu guter letzt hat der [ 125 I]-markierte SCA1 keinen Einfluss auf Inselzellfunktion und Turnover. Schlussfolgerungen: Der neu entwickelte SCA1 ist eine sehr viel versprechende Substanz, da er alle Anforderungen, die an ein ß-Zell spezifisches Kontrastmittel gestellt werden, erfüllt.

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