+ All Categories
Home > Documents > Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE...

Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE...

Date post: 03-Oct-2020
Category:
Upload: others
View: 1 times
Download: 0 times
Share this document with a friend
280
UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific Radiopharmaceuticals for Endogenous Gene Expression and Membrane Receptor Imaging Catarina Alexandra Henriques Xavier Doutoramento em Química Especialidade de Química Inorgânica Tese orientada pela Doutora Isabel Rego dos Santos 2009
Transcript
Page 1: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

 

UNIVERSIDADE DE LISBOA

FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA

Tricarbonyl Complexes for the Design

of Specific Radiopharmaceuticals for

Endogenous Gene Expression and

Membrane Receptor Imaging

Catarina Alexandra Henriques Xavier Doutoramento em Química Especialidade de Química Inorgânica Tese orientada pela Doutora Isabel Rego dos Santos

2009

Page 2: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of
Page 3: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The work described in this thesis was performed in Grupo de Ciências 

Radiofarmacêuticas,  Unidade  de  Ciências Químicas  e  Radiofarmacêuticas, 

Instituto Tecnológico e Nuclear, Sacavém, Portugal, under supervision of Dr. 

Isabel Rego dos Santos. 

The  research  project  was  a  collaboration  between  the  Grupo  de 

Ciências Radiofarmacêuticas and the Medicinal  Inorganic Chemistry Group, 

Institute of Inorganic Chemistry, University of Zurich, Switzerland. The work 

performed  in  Zurich  had  the  supervision  of  Prof.  Dr.  Roger  Alberto.  The 

synthesis  of  Peptide Nucleic Acids  and melting  temperature  studies were 

performed  in the group of Prof. Dr. Stefano Maiorana,  in the Dipartimento 

di  Chimica  Organica  e  Industriale,  Università  degli  Studi  di Milano,  Italy, 

under supervision of Dr. Clelia Giannini. 

The work was  financially  supported  by  Fundação  para  a  Ciência  e  a 

Tecnologia through the PhD grant SFRH/BD/16680/2004.

 

Page 4: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of
Page 5: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

iii

Acknowledgements 

À Doutora  Isabel Rego dos Santos agradeço a forma empenhada e  interessada com 

que me  orientou  e  todo  o  apoio  científico,  essenciais  à  realização  do  trabalho. Agradeço 

ainda o apoio humano e amizade demonstrada.  

I would like to thank Prof. Dr. Roger Alberto for the supervision and the opportunity 

to work in his group that was very important for me and for my scientific career. 

I would like to thank Prof. Dr. Stefano Maiorana for the opportunity to do part of my 

work  in his  lab.  I am grateful  to Dr. Clelia Giannini  for  the supervision and all  the support 

during my time in Milan. 

À Prof. Doutora Maria Helena Garcia  agradeço  ter  aceite  ser  responsável por esta 

tese na Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa. 

À  Doutora  Lurdes  Gano  e  à  Doutora  Paula  Raposinho  agradeço  o  empenho  na 

realização dos estudos de biodistribuição e ensaios biológicos  in vitro, assim como  todo o 

apoio prestado. 

À Doutora Fernanda Marques agradeço os estudos de microscopia de  fluorescência 

assim como alguns dos ensaios biológicos in vitro. 

À Doutora  Célia  Fernandes  agradeço  a  sua  disponibilidade  para  resolver  todos  os 

problemas  relacionados  com  o  HPLC  e  não  só.  Agradeço  também  a  sua  amizade,  boa 

disposição, a sua capacidade de transmitir conhecimentos e de nunca se recusar a nada e a 

ninguém. 

À  Elisabete  Correia  agradeço  a  dedicação  com  que  executou  os  ensaios  de 

biodistribuição e ao Amadeu Rodrigues o apoio técnico. 

Ao Doutor Joaquim Marçalo agradeço a disponibilidade na realização de alguns dos 

espectros de massa apresentados neste trabalho. 

Ao Sr. António Soares agradeço a realização das análises elementares de C, H, N e S 

assim como a sua boa disposição e simpatia. 

Ao  Doutor  José  Rino  (Instituto  de Medicina Molecular)  agradeço  a  realização  dos 

estudos de microscopia de fluorescência. 

Aos meus colegas do Grupo de Ciências Radiofarmacêuticas agradeço a colaboração, 

o  incentivo  e  a  forma  carinhosa  como  sempre  me  trataram.  Agradeço  em  especial  às 

Page 6: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

iv 

Doutoras Raquel, Susana e Rute pela amizade, paciência e  todo o  tipo de ajuda. À Teresa 

obrigada pelo apoio no trabalho na parte da “Orange”. 

Aos  restantes  elementos  da  Unidade  de  Ciências  Químicas  e  Radiofarmacêuticas 

agradeço a simpatia com que me receberam e, em particular, agradeço a todos aqueles que, 

directa ou indirectamente, colaboraram na realização deste trabalho. 

To Dr. Sergio Dall’Angelo I would like to thank the help in the work with the peptide 

synthesizer as well as all the help  in the  lab; thanks for all the good times, good mood and 

friendship. To other people in the lab, Dr. Paulo, Dr. Giusepe, Lubna, Dr. Marco, Dr. Alberto 

and others that I do not mention, thanks for the good times, friendship and help. 

To Dr. Nikos, Dr. Lukas, Dr. Yu, Dr. Paul Schmutz, Dr. Susana, Dr. Fabio, Tooyama and 

Dr. Selvi thanks  for all the help  in the  lab,  friendship and all the good times that we spent 

together. 

To  all  my  Vinzenz  friends,  especially  Utkum,  Estelle,  Marta,  Nerijus,  Vaibhav, 

Tooyama, Yu, Rohit, Ahmad, Tahmineh, Virgil,  Irina and Nico, thanks  for the good times  in 

the Vinzenz House, for the parties, trips and especially for the company and friendship. 

Às minhas amigas Orquídea, Raquel, Margarida e Maria  João, um especial obrigada 

pela amizade, pelas conversas, pelos bons momentos passados e apoio. 

Ao Nuno agradeço o design da capa da tese. 

 

Agradeço ao Instituto Tecnológico e Nuclear por me ter acolhido e à Fundação para a 

Ciência e a Tecnologia pela bolsa de doutoramento (SFRH/BD/16680/2004). 

 

 

À minha família. 

 

 

Page 7: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

v

Resumo  

A  imagiologia  molecular  é  a  visualização  in  vivo  de  biomoléculas  ou  processos 

biológicos  associados  a  certas  patologias,  por métodos  não  invasivos  e  quantitativos,  e 

mediante  interacção da molécula alvo com uma sonda molecular. A  imagiologia molecular 

pode ser utilizada para detecção, caracterização e monitorização em  tempo  real de certas 

patologias, assim como para seguir o efeito das terapias. 

As técnicas nucleares de  imagem, tomografia por emissão de  fotão único  (SPECT) e 

tomografia  por  emissão  de  positrões  (PET),  são  das  mais  relevantes  em  imagiologia 

molecular devido ao seu carácter não  invasivo e à sua elevada sensibilidade, características 

que  se devem essencialmente ao  facto de utilizarem  sondas  radioactivas  (compostos que 

têm  na  sua  composição  um  elemento  radioactivo)  com  elevada  actividade  específica  e 

especificidade. 

A  descodificação  do  genoma  humano  e  consequente  desenvolvimento  na  área  da 

proteómica  tem permitido  identificar  alvos moleculares  (receptores, enzimas,  genes, etc.) 

associados a diferentes patologias, com um  impacto significativo nas áreas da oncologia e 

neurologia. A concepção de sondas radioactivas para visualização desses alvos moleculares é 

uma área de investigação multidisciplinar que necessita da contribuição de disciplinas várias, 

tais como a medicina, a bioquímica, a biologia molecular, a química e a radioquímica, entre 

outras. 

O  principal  objectivo  do  trabalho  apresentado  nesta  tese  foi  contribuir  para  o 

aumento do conhecimento ao nível da concepção de sondas radioactivas para  imagiologia 

molecular  por  SPECT.  Pretendia‐se  conceber  compostos  contendo  a  unidade  fac‐

[99mTc(CO)3]+  estabilizada  por  ligandos  bifuncionais  potencialmente  tridentados  úteis  para 

visualizar a expressão génica endógena (mRNA N‐MYC) e receptores de membrana (MC1R). 

Utilizando  a mesma unidade metálica  e o mesmo  tipo de  ligandos, pretendia‐se  também 

isolar  e  avaliar  compostos  de  Re  e  99mTc  contendo  na  sua  composição  um  derivado  do 

alaranjado  de  acridina.  Este  grupo  é  fluorescente  e  intercala  no  DNA,  pelo  que  estes 

resultados abririam caminho ao estudo de sondas multimodais e/ou ao estudo do interesse 

teurapêutico  do  99mTc  como  emissor  de  electrões  Auger.  Os  ligandos  bifuncionais 

Page 8: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

vi 

seleccionados são derivados de pirazolo‐diaminas e da cisteína, sendo a sua  fórmula geral 

apresentada no esquema seguinte:  

 

 

 

Ligandos bifuncionais contendo unidades pirazolo e cisteína para coordenação ao metal e 

conjugação a biomoléculas (BM) e moléculas fluorescentes (MF).  

 

Para  visualizar  o  mRNA  N‐MYC  (sobre‐expresso  em  certos  tumores  do  sistema 

nervoso  central  e  periférico)  foi  escolhida  uma  sequência  de  ácidos  peptídico‐nucleicos 

(PNA), uma vez que estes ácidos mimetizam o ácido desoxirribonucleico (DNA) e apresentam 

propriedades notáveis de estabilidade e hibridação com o RNA complementar. 

O  trabalho  iniciou‐se  com  a  síntese  e  caracterização  química  e  biológica  de 

complexos modelo de Re e 99mTc estabilizados pelos ligandos indicados no esquema acima e 

contendo unidades de PNA  (monómero e dímero). Estes estudos preliminares mostraram 

que os complexos de  99mTc  se  formavam com elevado  rendimento e pureza  radioquímica, 

apresentavam uma elevada estabilidade  in vitro e  in vivo e um bom perfil biológico (rápida 

depuração  sanguínea  e  eliminação  renal  relativamente  rápida).  Assim,  concluímos  que 

qualquer dos ligandos acima referidos eram adequados para conjugação a uma sequência de 

PNA clinicamente relevante e posterior ligação à unidade fac‐[99mTc(CO)3]+. 

A sequência de PNA escolhida foi N‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐C, pois é complementar 

de uma região do mRNA N‐MYC que pretendíamos visualizar. A preparação de HA GAT CAT 

GCC  CGG  CAT‐LysNH2  foi  realizada  utilizando  técnicas  de  síntese  em  fase  sólida  e  a  sua 

conjugação aos dois ligandos bifuncionais apresentados no esquema acima foi realizada com 

sucesso. A conjugação à cisteína, embora possível, processou‐se com um rendimento muito 

baixo.  Embora  este  processo  de  síntese  pudesse  ser  optimizado,  limitações  de  tempo 

levaram a não prosseguir os estudos com a cisteína. O ligando contendo a unidade pirazolo 

SNH2

O

HO

O

OH

NN

NNH2

O

OH

 MF 

BM

BM 

M

Page 9: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

vii

foi conjugado à sequência HA GAT CAT GCC CGG CAT‐LysNH2, originando o composto Pz‐A 

GAT  CAT  GCC  CGG  CAT‐Lys‐NH2  com  um  rendimento  dentro  do  que  seria  expectável. O 

complexo  fac‐[Re(CO)3(3,5‐Me2pz(CH2)2N((CH2)3COOH)(CH2)2NH2]+  foi  também  conjugado à 

sequência HA GAT CAT GCC CGG CAT‐LysNH2, originando fac‐[Re(CO)3(κ3‐Pz‐A GAT CAT GCC 

CGG  CAT‐Lys‐NH2)]+  (Pz  =  3,5‐Me2pz(CH2)2N((CH2)3CO)(CH2)2NH2).  Este  complexo  e  a 

sequência HA GAT CAT GCC CGG CAT‐LysNH2  foram utilizados em estudos de temperatura 

de fusão (Tm) e os resultados obtidos mostraram que a metalação da sequência não afectava 

o reconhecimento da sequência complementar, nem a estabilidade do duplex formado com 

o DNA. O elevado valor de Tm, 83,5 ± 0,1 °C, deixa também prever uma elevada estabilidade 

in  vivo  do  duplex  formado  pelo  complexo  análogo  de  99mTc  e  o mRNA  alvo. O  complexo 

análogo de 99mTc, fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐Pz‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐NH2)]2+, foi preparado 

quantitativamente fazendo reagir o conjugado Pz‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐NH2 com fac‐

[99mTc(CO)3(OH2)3]+.  Estudos  preliminares  com  células  SH‐SY5Y  do  neuroblastoma 

(expressando o N‐MYC), MCF7 do cancro da mama e PC3 do cancro da próstata mostraram 

uma elevada internalização do complexo fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐Pz‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐

NH2)]2+,  assim  como  uma  retenção  elevada  pelas  células  SH‐SY5Y.  Para  que  possamos 

afirmar que esta  retenção  resulta da  interacção do complexo  radioactivo com o mRNA N‐

MYC,  são  necessários  estudos  com  células  IMR32  que  sobre‐expressam  o mRNA N‐MYC, 

assim como experiências controlo utilizando compostos com uma sequência de PNA análoga 

à que se quer visualizar e/ou com bases diferentes da complementar. O perfil biológico de 

fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐Pz‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐NH2)]2+ em ratinhos CD1 mostrou existir 

uma elevada retenção do complexo no rim (84,64 ± 6,07 % ID/g 4 h p.i.) e no fígado (24,06 ± 

4,99 % ID/g 4 h p.i.). A co‐injeccão do complexo de 99mTc e L‐lisina mostrou que era possível 

reduzir em 63% a retenção renal. No entanto, os valores finais obtidos eram ainda elevados. 

O  ligando pirazolo  foi  também  ligado com sucesso a um derivado do alaranjado de 

acridina  (unidade  fluorescente e  com  capacidade de  intercalar  com o DNA). O  conjugado 

resultante  reagiu  com  fac‐[M(CO)3(OH2)3]+  (M  =  Re,  99mTc),  conduzindo  à  formação  de 

complexos  tricarbonilo  de  Re  e  99mTc  contendo  a  unidade  alaranjado  de  acridina.  O 

radioconjugado apresentou níveis de internalização celular moderados em células B16F1 do 

melanoma murino (7,79% após 5 h incubação), sendo que uma percentagem significativa de 

composto se deslocava rapidamente para o núcleo. Através da microscopia de fluorescência 

e  usando  o  complexo  de  Re,  foi  possível  visualizar  a  sua  localização  no  citoplasma  e  no 

Page 10: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

viii 

núcleo das células. Utilizando o complexo de 99mTc foi possível determinar quanto composto 

permanecia no citoplasma das células e quanto migrava para o núcleo das mesmas. Tendo 

em  conta  que  estamos  na  presença  de  complexos  isoestruturais,  a  combinação  desta 

informação indica que o que estamos a ver e a quantificar são os complexos de Re e 99mTc na 

sua forma intacta. 

Tendo  em  conta  que  o  radioconjugado  tem  na  sua  composição  um  emissor  de 

electrões  Auger  (99mTc)  e  uma  unidade  com  capacidade  para  interactuar  com  o  DNA 

(alaranjado de acridina), e que  se  consegue  chegar ao núcleo das  células,  foi  considerado 

interessante  estudar  a  radiotoxicidade  do  complexo  de  99mTc  para  avaliar  o  potencial 

interesse deste tipo de compostos na concepção de agentes radioterapêuticos. Os estudos 

foram  realizados  com  células  B16F1 mas  não  foi  observado  qualquer  efeito  radiotóxico, 

atribuível  aos electrões Auger. O perfil biológico do  radioconjugado  também  foi  avaliado, 

apresentando uma elevada  retenção no  fígado  (36.12 ± 12.76 %  ID/g 4 h p.i.) e  intestino 

(17.01 ±  5.50 %  ID/g  4 h p.i.)  e uma  excreção  total  reduzida. Um melhor perfil biológico 

poderá  ser  alcançado  desde  que  se  aumente  o  carácter  hidrofílico  do  complexo,  o  que 

poderá acontecer quando se conjugar ao complexo um péptido biologicamente activo. 

Para  visualizar  os  receptores MC1,  sobre‐expressos  nas  células  do melanoma,  um 

análogo  cíclico  da  α‐MSH  (hormona  estimulante  do  crescimento  dos  melanócitos)  foi 

preparado  e  conjugado  ao  ligando  pirazolo‐diamina.  O  composto  obtido,  Pz‐βAla‐Nle‐

cyclo[Asp‐His‐D‐Phe‐Arg‐Trp‐Lys]‐NH2  reagiu  com  fac‐[99mTc(CO)3(OH2)3]+,  conduzindo  à 

formação  de  fac‐[99mTc(CO)3‐(κ3‐Pz‐βAla‐Nle‐cyclo[Asp‐D‐Phe‐Arg‐Trp‐Lys]‐NH2)]2+  com 

elevado  rendimento  e  pureza  radioquímica.  O  radioconjugado  apresentou  uma  elevada 

estabilidade in vitro e in vivo. A ciclização levou à obtenção de uma estrutura mais compacta 

que aumentou a internalização celular (41,8% após 4 h de incubação) e retenção (75% após 

4 h de  incubação)  relativamente  ao  análogo  linear previamente  estudado  (1,6%  e  35,3%, 

internalização e retenção celular, respectivamente). O complexo fac‐[99mTc(CO)3‐(κ3‐Pz‐βAla‐

Nle‐cyclo[Asp‐D‐Phe‐Arg‐Trp‐Lys]‐NH2)]2+ foi injectado em ratinhos com melanoma tendo‐se 

verificado uma fixação elevada no tumor (11,31% ID/g 4 h p.i.), relativamente ao complexo 

análogo linear (0,99% ID/g 4 h p.i.). Apesar dos bons resultados de retenção tumoral, o perfil 

biológico deste complexo necessita ser melhorado no que se refere à retenção no rim e à 

excreção  total.  Tal  melhoria  poderá  ser  alcançada  usando  agentes  bifuncionais  mais 

Page 11: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

ix

hidrofílicos  ou  introduzindo  outros  aminoácidos  na  sequência  peptídica,  desde  que  seja 

preservada a parte biologicamente activa. 

Page 12: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of
Page 13: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

xi

Abstract The work described in this thesis is focused on the design of 99mTc specific probes for 

imaging endogenous gene expression  (N‐MYC mRNA) or membrane receptors  (MC1R). The 

fac‐[99mTc(CO)3]+  was  the  selected  core  and  its  conjugation  to  the  biomolecules  was 

performed using pyrazolyl‐ and cysteine‐containing bifunctional chelators. 

We have  chosen  a PNA  sequence  for  imaging  the N‐MYC mRNA, overexpressed  in 

certain tumors. Once there was no experience on the conjugation of the chelators to PNA 

sequences, model  tricarbonyl  complexes  anchored  on  cysteine‐  and  pyrazolyl‐containing 

chelators bearing PNA units (monomer and dimer) were synthesized and characterized. The 

preparation of the 99mTc model complexes in high yield and the favourable tissue distribution 

profile confirmed the possibility of attaching these chelators to the PNA sequence, H‐A GAT 

CAT  GCC  CGG  CAT‐LysNH2,  complementary  to  the  N‐MYC  mRNA.  Conjugation  of  the 

cysteine‐containing chelator to the PNA sequence was possible but the resulting conjugate 

was obtained  in very  low yield. Optimization of  the  reaction conditions could certainly be 

possible, but  it was not tried due to time  limitations. The pyrazolyl‐containing chelator (Pz‐

Boc) and fac‐[Re(CO)3(3,5‐Me2pz(CH2)2N((CH2)3COOH)(CH2)2NH2]+ (RePz) were conjugated to 

the  PNA  sequence  yielding  Pz‐A  GAT  CAT  GCC  CGG  CAT‐Lys‐NH2  and  the  complex  fac‐

[Re(CO)3(κ3‐Pz‐A  GAT  CAT  GCC  CGG  CAT‐Lys‐NH2)]+.  The  radioactive  analogous  fac‐

[99mTc(CO)3(κ3‐Pz‐A  GAT  CAT  GCC  CGG  CAT‐Lys‐NH2)]2+  was  prepared,  characterized  and 

biologically evaluated. 

The  pyrazolyl‐containing  chelator  was  also  conjugated  to  the  fluorescent  moiety 

acridine orange,  and  isostructural Re and  99mTc  tricarbonyl  complexes were prepared and 

evaluated  in  vitro  and  in  vivo.  These  preliminary  studies were  important  to  evaluate  the 

possibility  of  designing multimodal  probes  and/or  to  explore  the Auger  emitter  99mTc  for 

therapy. 

For  imaging  the MC1  receptors  overexpressed  in melanoma  cells,  a  cyclic  α‐MSH 

analogue  was  conjugated  to  the  pyrazolyl‐containing  chelator  yielding  Pz‐βAla‐Nle‐

cyclo[Asp‐His‐D‐Phe‐Arg‐Trp‐Lys]‐NH2.  The  fac‐[99mTc(CO)3‐(κ3‐Pz‐βAla‐Nle‐cyclo[Asp‐D‐Phe‐

Arg‐Trp‐Lys]‐NH2)]2+ was prepared and studied with B16F1 murine melanoma cells and with 

melanoma bearing mice. 

Page 14: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of
Page 15: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

xiii

Palavras‐chave 

 

Complexos específicos  

Ácidos peptídico‐nucleicos 

Alaranjado de acridina 

Visualização da expressão génica endógena 

Visualização de receptores de membrana  

 

 

Keywords 

 

Specific complexes  

Peptide nucleic acids 

Acridine orange 

Endogenous gene expression imaging 

Membrane receptors imaging 

 

 

 

Page 16: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of
Page 17: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

xv

Contents Acknowledgements ............................................................................................................... iii 

Resumo ..................................................................................................................................... v 

Abstract.................................................................................................................................... xi 

Palavras‐chave .......................................................................................................................xiii 

Keywords ................................................................................................................................xiii 

Contents...................................................................................................................................xv 

Figures .....................................................................................................................................xxi 

Tables .................................................................................................................................... xxvi 

Schemes .............................................................................................................................. xxviii 

Abbreviations........................................................................................................................xxx 

 

Scope and Aim ......................................................................................................................... 1 

 

1.  Introduction ..................................................................................................................... 5 

1.1.  Radiopharmaceuticals ............................................................................................... 5 

1.1.1.  Diagnosis vs Therapy .............................................................................................. 5 

1.1.2.  Perfusion and Specific Radiopharmaceuticals ..................................................... 10 

1.2.  Technetium and Rhenium Coordination Chemistry Relevant for Nuclear Medicine

................................................................................................................................ 16 

1.2.1.  The Technetium‐ and Rhenium‐Tricarbonyl Core................................................ 19 

1.3.  Specific Probes for Endogenous Gene Expression and Membrane Receptors 

Imaging................................................................................................................... 22 

1.3.1.  Antisense Imaging of Endogenous Gene Expression ........................................... 22 

1.3.1.1.  Peptide Nucleic Acids and Diagnosis............................................................. 27 

1.3.1.1.1. PNA Labelling with Different Radionuclides for Imaging Endogenous Gene 

Expression ..................................................................................................... 28 

1.3.2.  Imaging Membrane Receptors with Small Radiopeptides................................... 34 

1.3.2.1.  α‐Melanocyte Stimulating Hormone‐Based Radiopharmaceuticals ............ 35 

Page 18: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

xvi 

1.3.2.1.1.  α‐MSH Analogues.................................................................................... 36 

2.  Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules ............... 41 

2.1.  Introduction ............................................................................................................. 41 

2.2.  Evaluation of Two Chelators for Labelling PNA Units ............................................ 42 

2.2.1.  Synthesis and Characterization of a PNA Monomer and Dimer .......................... 42 

2.2.2.  Synthesis and Characterization of Bifunctional Chelators Bearing a PNA 

Monomer............................................................................................................. 47 

2.2.3.  Synthesis and Characterization of a Bifunctional Chelator Bearing a PNA      

Dimer................................................................................................................... 52 

2.2.4.  Synthesis and Characterization of Rhenium Tricarbonyl Complexes .................. 54 

2.2.5.  Synthesis, Characterization and Biological Behavior of 99mTc Tricarbonyl 

Complexes ........................................................................................................... 61 

2.2.5.1.  Stability in the Presence of Cysteine and Histidine....................................... 63 

2.2.5.2.  Biodistribution and In Vivo Stability.............................................................. 65 

2.3.  Synthesis of Tricarbonyl Complexes Bearing Acridine Orange .............................. 69 

2.3.1.  Synthesis and Characterization of a Pyrazolyl‐Diamine Acridine Orange 

Conjugate ............................................................................................................ 69 

2.3.2.  Synthesis and Characterization of Rhenium and Technetium Tricarbonyl 

Complexes Bearing the Acridine Orange Moiety................................................ 74 

2.3.3.  Studies with B16F1 Cells ...................................................................................... 77 

2.3.3.1.  Cytotoxicity Studies....................................................................................... 78 

2.3.3.2.  Cellular Localization by Fluorescence Microscopy Studies........................... 79 

2.3.3.3.  Internalization, Retention and Radiotoxicity Studies ................................... 80 

2.3.4.  Biodistribution and In Vivo Stability..................................................................... 86 

3.  Peptide Nucleic Acids ‐ Synthesis, Conjugation to Bifunctional Chelators, 

Labelling and Biological Evaluation........................................................................... 93 

3.1.  Introduction ............................................................................................................. 93 

3.2.  Solid Phase Synthesis .............................................................................................. 94 

3.2.1.  Resin ..................................................................................................................... 95 

3.3.  PNA Synthesis .......................................................................................................... 96 

3.4.  Automated Solid Phase Synthesis........................................................................... 98 

Page 19: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

xvii

3.5.  Synthesis of the PNA Sequence ............................................................................ 100 

3.5.1.  Synthesis of Fmoc‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐resin...................................... 100 

3.5.2.  Synthesis and Characterization of H‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐NH2........... 108 

3.6.  Synthesis and Characterization of Pz‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐NH2 and fac‐

[Re(CO)3(κ3‐Pz‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐NH2)]+.......................................... 111 

3.7.  Coupling of the Cysteine‐Containing Chelator to the PNA Sequence ................. 113 

3.8.  UV‐Melting Temperature ...................................................................................... 114 

3.9.  Synthesis and Characterization of fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐Pz‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐

Lys‐NH2)]2+............................................................................................................ 116 

3.10.  In Vitro Stability Studies ........................................................................................ 118 

3.11.  In Vitro Studies in Cells .......................................................................................... 119 

3.12.  Biodistribution and In Vivo Stability ..................................................................... 123 

3.12.1. Biodistribution.................................................................................................... 123 

3.12.1.1. Inhibition of Kidney Uptake ........................................................................ 125 

3.12.2. In Vivo Stability................................................................................................... 126 

4.  Melanoma Targeting with an α‐Melanocyte Stimulating Hormone Analogue 

Labelled with fac‐[99mTc(CO)3]+ ................................................................................ 133 

4.1.  Introduction ........................................................................................................... 133 

4.2.  Synthesis and Characterization of Pz‐βAla‐Nle‐cyclo[Asp‐His‐DPhe‐Arg‐Trp‐Lys]‐

NH2 ....................................................................................................................... 134 

4.3.  Synthesis of fac‐[99mTc(CO)3‐(κ3‐Pz‐βAla‐Nle‐cyclo[Asp‐D‐Phe‐Arg‐Trp‐Lys] ‐

NH2)]2+ .................................................................................................................. 135 

4.4.  In Vitro Stability Studies ........................................................................................ 137 

4.5.  In Vitro Studies in B16F1 Murine Melanoma Cells – Internalization and Cellular 

Retention ............................................................................................................. 138 

4.6.  Biodistribution and In Vivo Stability of fac‐[99mTc(CO)3‐(κ3‐Pz‐βAla‐Nle‐Asp‐DPhe‐

Arg‐Trp‐Lys‐NH2)]2+ .............................................................................................. 141 

5.  Concluding Remarks and Outlook ............................................................................ 149 

6.  Experimental Part ....................................................................................................... 159 

6.1.  Materials ................................................................................................................ 159 

6.2.  Characterization and Purification Techniques ..................................................... 159 

Page 20: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

xviii 

6.3.  Synthesis of Compounds 1 – 17 ............................................................................ 166 

6.3.1.  Tert‐butyl 2‐aminoethylcarbamate (1) .............................................................. 166 

6.3.2.  Methyl 2‐(2‐(tert‐butoxycarbonylamino)ethylamino)acetate (2) ..................... 166 

6.3.3.  2‐(5‐methyl‐2,4‐dioxo‐3,4‐dihydropyrimidin‐1(2H)‐yl) acetic acid (3) .............. 167 

6.3.4.  Methyl‐2‐(N‐(2‐(tert‐butoxycarbonylamino)ethyl)‐2‐(5‐methyl‐2,4‐dioxo‐3,4‐

dihydropyrimidin‐1(2H)‐yl)acetamido)acetate (4)............................................ 168 

6.3.5.  2‐(N‐(2‐methoxy‐2‐oxoethyl)‐2‐(5‐methyl‐2,4‐dioxo‐3,4‐dihydropyrimidin‐1(2H)‐

yl)acetamido)ethanaminium 2,2,2‐trifluoroacetate (5).................................... 169 

6.3.6.  2‐(N‐(2‐(tert‐butoxycarbonylamino)ethyl)‐2‐(5‐methyl‐2,4‐dioxo‐3,4‐

dihydropyrimidin‐1(2H)‐yl)acetamido)acetic acid (6)....................................... 169 

6.3.7.  Methyl N‐[2‐[N’‐[2‐(Boc‐amino)ethyl]‐N’‐(thymin‐1‐

ylacethyl)glycyl]amino]ethyl]‐N‐[(4‐thymini‐1‐yl)acetyl]glycinate (7).............. 170 

6.3.8.  5,11‐bis(2‐(5‐methyl‐2,4‐dioxo‐3,4‐dihydropyrimidin‐1(2H)‐yl)acetyl)‐3,9‐dioxo‐

2‐oxa‐5,8,11‐triazatridecan‐13‐aminium 2,2,2‐trifluoroacetate (8)................. 171 

6.3.9.  (R)‐methyl 2,2,11,11‐tetramethyl‐4‐oxo‐3,10‐dioxa‐8‐thia‐5‐azadodecane‐6‐

carboxylate (9)................................................................................................... 172 

6.3.10. (R)‐2‐(2‐amino‐3‐methoxy‐3‐oxopropylthio)acetic acid (10) ............................ 172 

6.3.11. Methyl 3‐(2‐oxo‐2‐(perfluorophenoxy)ethylthio)‐2‐(2,2,2‐

trifluoroacetamido)propanoate (11)................................................................. 173 

6.3.12. Protected Cysteine‐PNA Monomer Conjugate (12)........................................... 173 

6.3.13. 2‐amino‐3‐(2‐(2‐(N‐(carboxymethyl)‐2‐(5‐methyl‐2,4‐dioxo‐3,4‐

dihydropyrimidin‐1(2H)‐yl)acetamido)ethylamino)‐2‐oxoethylthio)propanoic 

acid (13)............................................................................................................. 174 

6.3.14. Protected Pz‐PNA Monomer Conjugate (14) ..................................................... 175 

6.3.15. 2‐(N‐(2‐(4‐((2‐aminoethyl)(2‐(3,5‐dimethyl‐1H‐pyrazol‐1‐

yl)ethyl)amino)butanamido)ethyl)‐2‐(5‐methyl‐2,4‐dioxo‐3,4‐dihydropyrimidin‐

1(2H)‐yl)acetamido)acetic acid (15).................................................................. 176 

6.3.16. Protected Pz‐PNA Dimer Conjugate (16) ........................................................... 177 

6.3.17. Deprotected Pz‐Dimer (17) ................................................................................ 178 

6.4.  Synthesis of the Rhenium Complexes 18 – 21...................................................... 179 

6.4.1.  Synthesis of fac‐[Re(CO)3(κ3‐ 13)] (18)............................................................... 179 

6.4.2.  Synthesis of fac‐[Re(CO)3(κ3‐15)]CF3COO (19)................................................... 180 

Page 21: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

xix

6.4.3.  Synthesis of fac‐[Re(CO)3(κ3 – 17)]CF3COO (20) ................................................ 181 

6.5.  Synthesis of 99mTc(I) Complexes 21 – 23 ............................................................... 182 

6.5.1.  General Method for Preparing the 99mTc Complexes ........................................ 183 

6.5.1.1.  Synthesis of fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐13)] (21)..................................................... 183 

6.5.1.2.  Synthesis of fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐15)]+ (22) ................................................... 183 

6.5.1.3.  Synthesis of fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐17)]+ (23) ................................................... 184 

6.6.  Synthesis of compounds 24 – 33........................................................................... 184 

6.6.1.  2‐(4‐bromobutyl) isoindoline‐1,3‐dione (24) ..................................................... 184 

6.6.2.  3,6‐bis(dimethylamino)‐10‐(4‐(1,3‐dioxoisoindolin‐2‐yl)butyl)acridinium (25) 185 

6.6.3.  10‐(4‐Amino‐butyl)‐3,6‐bis‐dimethylamino‐acridinium (26) ............................. 185 

6.6.4.  Ethyl 3‐acetyl‐4‐oxopentanoate (27) ................................................................. 186 

6.6.5.  Tert‐butyl 2‐(2,4‐dinitrophenylsulfonamido)ethylcarbamate (28).................... 186 

6.6.6.  Ethyl‐2‐(1‐(2‐hydroxyethyl)‐3,5‐dimethyl‐1H‐pyrazol‐4‐yl)acetate (29) ........... 187 

6.6.7.  Ethyl 2‐(1‐(2‐(N‐(2‐(tert‐butoxycarbonylamino)ethyl)‐2,4‐

dinitrophenylsulfonamido)ethyl)‐3,5‐dimethyl‐1H‐pyrazol‐4‐yl)acetate (30) . 188 

6.6.8.  2‐(1‐(2‐(2‐(tert‐butoxycarbonylamino)ethylamino)ethyl)‐3,5‐dimethyl‐1H‐

pyrazol‐4‐yl)acetic acid (31) .............................................................................. 188 

6.6.9.  10‐(4‐(2‐(1‐(2‐(2‐(tert‐butoxycarbonylamino)ethylamino)ethyl)‐3,5‐dimethyl‐1H‐

pyrazol‐4‐yl)acetamido)butyl)‐3,6‐bis(dimethylamino)acridinium (32) ........... 189 

6.6.10. 10‐(4‐(2‐(1‐(2‐(2‐aminoethylamino)ethyl)‐3,5‐dimethyl‐1H‐pyrazol‐4‐

yl)acetamido)butyl)‐3,6‐bis(dimethylamino)acridinium (33) ........................... 190 

6.6.11. Synthesis of fac‐[Re(CO)3(κ3‐42)]2Br (34) .......................................................... 191 

6.6.12. Synthesis of fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐33)]2+ (35)......................................................... 192 

6.7.  Synthesis of Peptide Nucleic Acids ....................................................................... 192 

6.7.1.  Synthesis of N‐α‐Fmoc‐L‐Lys(Boc)‐resin Novasyn TGR‐PEG‐PS (36).................. 192 

6.7.1.1.  Resin Loading .............................................................................................. 193 

6.7.2.  Automated Solid Phase Synthesis of Peptide Nucleic Acids on the ABI 433A 

Synthesizer ........................................................................................................ 195 

6.7.2.1.  Automated Synthesis of Fmoc‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐resin (37).... 195 

6.7.2.1.1.  General Cleavage Procedure................................................................. 196 

6.7.3.  Manual Solid Phase Synthesis of Peptide Nucleic Acids .................................... 197 

Page 22: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

xx 

6.7.3.1.  Manual Synthesis of Fmoc‐ A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐resin (37) ......... 197 

6.7.3.2.  H‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐NH2 (38) ................................................... 198 

6.7.3.3.  Synthesis of Pz‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐NH2 (39) and fac‐[Re(CO)3(κ3‐

Pz‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐NH2)]+ (40)............................................... 199 

6.7.3.4.  Synthesis of Cyst‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐NH2 (41)........................... 201 

6.7.4.  Synthesis of fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐Pz‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐NH2)]2+ (42) . 202 

6.8.  Synthesis of compounds 43 – 44........................................................................... 202 

6.8.1.  Synthesis of Pz‐βAla‐Nle‐cyclo[Asp‐His‐DPhe‐Arg‐Trp‐Lys]‐NH2 (43) ................ 202 

6.8.2.  Synthesis of fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐Pz‐βAla‐Nle‐cyclo[Asp‐Dphe‐Arg‐Trp‐Lys]‐NH2]2+ 

(44) .................................................................................................................... 203 

6.9.  Partition Coefficient .............................................................................................. 204 

6.10.  In Vitro Stability Studies ........................................................................................ 204 

6.10.1. Stability in the Presence of Cysteine and Histidine............................................ 204 

6.10.2. Stability in Fresh Human Serum......................................................................... 205 

6.10.3. Stability in PBS with 0.2% BSA............................................................................ 205 

6.10.4. Stability in Cell Medium ..................................................................................... 205 

6.11.  Cell Studies............................................................................................................. 205 

6.11.1. Cell Cultures ....................................................................................................... 206 

6.11.2. Cellular Internalization and Retention Studies .................................................. 207 

6.11.3. Nuclear Internalization....................................................................................... 207 

6.11.4. Cell Viability........................................................................................................ 208 

6.11.5. Cytotoxicity of Compounds 33 and 34 ............................................................... 208 

6.11.6. Radiotoxicity of fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐33)]2+ (35)................................................... 209 

6.11.7. Evaluation of Cell Uptake by Fluorescence Microscopy .................................... 209 

6.12.  Biodistribution and In Vivo Stability ..................................................................... 210 

6.12.1. Biodistribution Studies ....................................................................................... 210 

6.12.1.1. Biodistribution Studies in CD‐1 Female Mice.............................................. 210 

6.12.1.2. Biodistribution Studies in C57BL/6 female mice......................................... 213 

6.12.2. In Vivo Stability/Metabolization......................................................................... 215 

References ................................................................................................................. 219 

 

 

Page 23: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

xxi

Figures  

Figure 1.1 – Schematic representation of Auger electrons, α and β‐ particles path lengths 

in a cellular and subcellular environment (arbitrary scaling).  8

Figure 1.2 – Structures of two specific radiopharmaceuticals in clinical use.  13

Figure 1.3 – Representation of  three approaches used  in  the design of specific metal‐

based radiopharmaceuticals.  14

Figure  1.4  –  Rhenium  complexes which mimic  the  structure  of  dihydrotestosterone, 

progesterone and estradiol.  14

Figure 1.5 – Structural model of 99mTc‐CCMSH for melanoma imaging.  15

Figure  1.6  –  Most  studied  technetium  and  rhenium  cores  for  the  development  of 

radiopharmaceuticals (M = Tc, Re).  18

Figure 1.7 – IsoLink® kit and synthesis of fac‐[99mTc(CO)3(OH2)3]+.  19

Figure 1.8 – Examples of bidentate and tridentate bifunctional chelating agents for the 

tricarbonyl core.  21

Figure 1.9 – Schematic illustration of the reporter gene approach.  23

Figure  1.10  –  Schematic  image  showing  the  radiolabelled  antisense  oligonucleotide 

upon hybridization to the complementary target mRNA.  24

Figure 1.11 – Illustration of antisense hybridization imaging approach.  24

Figure 1.12 – General structure of some DNA and RNA analogues and artificial analogues 

used in antisense imaging.  27

Figure 1.13 – DNA and aminoethylglycine‐PNA backbones.  28

Figure 1.14 – Proposed structure for 99mTc‐N‐GlyD(Ala)GlyGly‐Aba‐GCATCGTCGCGG.  29

Figure  1.15  –  Illustration  of  99mTc‐AcGlyD(Ala)GlyGlyAba‐PNA‐AEEA‐D(CysSerLysCys) 

conjugates designed  to bind  to  IGF1  receptor,  internalize and hybridize 

with the CCND1 or c‐MYC mRNA.  30

Figure 1.16 – Illustration of M‐N2S2‐K‐RAS PNA‐IGF1 peptide probes (M = 99mTc or 64Cu).  31

Figure 1.17 – Illustration of 64Cu‐DOTA‐KRAS PNA‐IGF1 peptide radiohybridization probe 

designed  to  bind  to  the  IGF1  receptor,  internalize  and  hybridize  with 

KRAS mRNA.  32

Figure 1.18 – Illustration of 64Cu‐DOTA‐PNA–(Lys)4 probes for UNR mRNA imaging.  32

Page 24: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

xxii 

Figure  1.19  –  Illustration  of  111In‐DOTA‐anti‐BCL‐2  PNA‐Tyr3‐octreotate  for  targeting 

BCL‐2 mRNA.  33

Figure 1.20 – Structures of DOTA‐ReCCMSH(Arg11) for labelling with 111In and 64Cu, and 

CBTE2A‐ReCCMSH(Arg11) for labelling with 64Cu.  38

 

Figure 2.1 – 1H NMR spectrum of PNA monomer 4 in CDCl3.  46

Figure 2.2 – 1H NMR spectrum of PNA dimer 7 in CD3OD.  46

Figure  2.3  –  Mass  spectrum  of  compound  7  in  the  negative  mode  obtained  by 

ESI/QITMS.  47

Figure 2.4 – 1H NMR spectrum of compound 12 in dmso‐d6.  49

Figure 2.5 – 13C NMR spectrum of compound 12 in dmso‐d6.  50

Figure 2.6 – 1H NMR spectrum of compound 15 in CD3OD.  51

Figure 2.7 – 1H NMR spectrum of compound 17 in CD3OD.   53

Figure  2.8  –  Mass  spectrum  of  compound  17  in  the  positive  mode  obtained  by 

ESI/QITMS.  53

Figure  2.9  –  Mass  spectrum  of  compound  18  in  the  negative  mode  obtained  by 

ESI/QITMS.  55

Figure 2.10 – IR spectra of compounds 18, 19 and 20 (KBr).  56

Figure  2.11  –  1H‐1H  g‐COSY  spectrum  of  complex  19  in  CD3OD  and  respective 

attributions.  57

Figure 2.12 – Expansion of the 1H‐1H g‐COSY spectrum of complex 19 in the range 5 – 1.2 

ppm.  58

Figure 2.13 – 1H NMR spectrum of compound 18 in CD3OD.   60

Figure 2.14 – Analytical RP‐HPLC chromatograms of Re complexes 18 (a), 19 (c) and 20 

(e) (254 nm), and corresponding 99mTc complexes 21 (b), 22 (d) and 23 (f) 

(γ trace).  62

Figure 2.15 – Stability of 21 and 23  in the presence of excess of histidine and cysteine 

(37 °C , PBS pH 7.4).  64

Figure 2.16 – Biological data for complexes 21 and 23  66

Figure 2.17 – Analytical RP‐HPLC chromatograms of complex 23, urine and blood serum 

samples collected 1 h after injection (γ trace).  67

Figure 2.18 – 1H NMR spectrum of compound 31 in D2O.  72

Page 25: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

xxiii

Figure  2.19  –  Mass  spectrum  of  compound  33  in  the  positive  mode  obtained  by 

ESI/QITMS.  73

Figure 2.20 – 1H NMR spectrum of compound 33 in D2O.  74

Figure 2.21 – 1H NMR spectrum of complex 43 in CD3OD.  76

Figure 2.22 – Analytical RP‐HPLC chromatograms of the Re complex 34 (254 nm) and the 

purified 99mTc complex 35 (γ trace).  77

Figure 2.23 – Confocal fluorescence microscopy images of B16F1 murine melanoma cells 

after 3 h of exposure to 60 μM of compound 33 and complex 34 (green 

colour) followed by fixation and DNA staining with DAPI (blue colour).  80

Figure 2.24 – Internalization at 37 °C of the radioconjugate 35 in B16F1 cells at different 

time‐points.  82

Figure 2.25 – Internalization at 37 °C expressed as a percentage of total activity for the 

non‐purified and purified radioconjugate 35 (mean ± standard deviation, 

n = 3).  82

Figure  2.26  –  Nuclear  internalization  at  37  °C  in  B16F1  murine  melanoma  cells  of 

purified and non‐purified radiocomplex 35 (mean ± standard deviation, n 

= 3).  83

Figure 2.27 – Activity  internalized  in the nucleus (white and black) and activity outside 

the  nucleus  (black)  in  B16F1 murine melanoma  cells,  after  incubation 

with  purified  or  non‐purified  radiocomplex  35  (mean  ±  standard 

deviation, n = 3).  84

Figure 2.28 – Cellular retention of the internalized radioconjugate 44 (purified and non‐

purified) in B16F1 cells over time at 37 °C (mean ± standard deviation, n = 

3).  85

Figure 2.29 – Cytotoxicity studies of purified  radioconjugate 35  (0.9 – 60 μCi), TcO4‐ = 

[99mTcO4]‐  (40  μCi),  Carb.  =  [99mTc(CO)3(OH2)3]

+  (40  μCi  )  and  Pz‐Ao  = 

compound  33  (2  x  10‐9 M)  in  B16F1  cells  at  37  °C  (mean  ±  standard 

deviation, n = 4).  86

Figure  2.30  – Analytical  RP‐HPLC  chromatograms  of  compound  35,  blood  serum  and 

urine samples collected 1 h after injection (γ trace).  88

 

Page 26: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

xxiv 

Figure 3.1 – General structure of a PNA monomer.  96

Figure 3.2 – Peptide synthesizer Applied Biosystems ABI 433A.  99

Figure 3.3 – Calibration curve for DBU/DMF deprotection of Fmoc‐Lys and quantification 

by gas chromatography.  101

Figure  3.4  –  Automated  synthesis  (ABI  433A):  RP‐HPLC  chromatogram  of  the  crude 

product Fmoc‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys (Absorbance at 260 nm).  109

Figure 3.5 – Manual  synthesis: RP‐HPLC chromatogram of  the crude product Fmoc‐ A 

GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys (Absorbance at 260 nm).  109

Figure  3.6  –  Analytical  RP‐HPLC  chromatograms  of  39  (left)  and  40  (right),  after 

purification (Absorbance at 260 nm).  112

Figure 3.7 – LC‐ESI/QITMS of the crude product 41. A) HPLC chromatogram at 260 nm. 

B) ESI/QITMS of the peak at 17.70 min.  114

Figure 3.8 – Melting profiles of 40:DNA (gray curve) and 38:DNA (black curve).  115

Figure 3.9 – Analytical RP‐HPLC chromatograms of 40 (absorbance at 260 nm) and 42 ( γ 

trace).  117

Figure 3.10 – Analytical RP‐HPLC chromatogram of the reaction of 38 with [99mTc(CO)3]+. 117

Figure  3.11  – Analytical RP‐HPLC  chromatograms of  fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐Pz‐ A GAT CAT 

GCC CGG CAT‐Lys‐NH2)]+2 (42) in human serum at 37  °C, at different time 

points (γ trace).  118

Figure 3.12 – Analytical RP‐HPLC chromatogram of 42 after 4 h  incubation at 37  °C  in 

culture medium (γ trace)  119

Figure 3.13 –  ITLC‐SG chromatogram of compound 42 after 4 h  incubation at 37  °C  in 

culture medium (γ trace).  119

Figure 3.14 – Cell‐associated radioactivity and cellular  internalization of 42 at different 

time points (37 °C) in SH‐SY5Y cells (A), MCF7 cells (B) and PC3 cells (C).  120

Figure 3.15 – Cellular  internalization  in SH‐SH5Y, MCF7 and PC3 cells at different time 

points (37 °C).  121

Figure 3.16 – Cellular retention of  internalized radioconjugate 42  in SH‐SY5Y cells over 

time at 37 °C (mean ± standard deviation, four replicates)  121

Figure 3.17 – Uptake of fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐Pz‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐NH2)]

2+ (42) 

in some more relevant organs (CD‐1 Charles River mice at 1 and 4 h after 

intravenous injection).  124

Page 27: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

xxv

Figure 3.18 – Biological data  for complexes  fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐Pz‐A GAT CAT GCC CGG 

CAT‐Lys‐NH2)]2+  (42)  and  fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐17)]+  (23)  in  CD‐1  Charles 

River female mice.  124

Figure  3.19  –  Reversed‐phase  HPLC  chromatograms  of  the  injected  preparation  of 

complex 42, blood serum, urine and liver homogenate samples collected 

1 h after injection and treated before analysis (γ trace).  127

 

Figure 4.1 – Structure of Pz‐βAla‐Nle‐cyclo[Asp‐His‐D‐Phe‐Arg‐Trp‐Lys]‐NH2 (43).  135

Figure 4.2 – Analytical RP‐HPLC  chromatogram of purified of Pz‐βAla‐Nle‐cyclo[Asp‐D‐

Phe‐Arg‐Trp‐Lys]‐NH2 (43)  135

Figure 4.3 – RP‐HPLC chromatogram of fac‐[99mTc(CO)3‐(κ3‐Pz‐βAla‐Nle‐c[Asp‐D‐Phe‐Arg‐

Trp‐Lys]‐NH2)]2+ (44) (γ trace).  136

Figure 4.4 – TLC chromatogram of 44, after 24 h incubation at 37 °C in culture medium 

(γ trace).  137

Figure  4.5  –  Analytical  RP‐HPLC  chromatogram  of  fac‐[99mTc(CO)3‐(κ3‐Pz‐βAla‐Nle‐

cyclo[Asp‐D‐Phe‐Arg‐Trp‐Lys]‐NH2)]2+ after incubation in human serum at 

37 °C at different time points (γ trace).  138

Figure 4.6 – Cell studies of the radioconjugate 44 in B16F1 cells at different time points 

and temperatures.  139

Figure  4.7  –  Cellular  retention  of  internalized  cyclic  radioconjugate  44  in  B16F1  cells 

over time at 37 °C (mean ± standard deviation, n = 3).  140

Figure  4.8‐  Biodistribution  results  (%  ID/organ)  and  total  excretion  (%  ID)  of  the  fac‐

[99mTc(CO)3‐(κ3‐Pz‐βAla‐Nle‐c[Asp‐DPhe‐Arg‐Trp‐Lys]‐NH2)]

2+  (44)  in 

B16F1 murine melanoma‐bearing  C57BL/6 mice  at  1,  4  and  24  h  after 

intravenous injection.  142

Figure 4.9 – RP‐HPLC  chromatograms of  complex 44, blood  serum and urine  samples 

collected 1 h after injection (γ trace).  145

 

Page 28: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

xxvi 

Tables  

Table 1.1 ‐ γ emitters used in SPECT.  6

Table 1.2 – Positron emitters used in PET.  7

Table 1.3 – Range of Auger electrons, β‐and α particles in tissues.  8

Table 1.4 – Some radionuclides in clinical use or potentially interesting for therapy.   9

Table 1.5 – Perfusion radiopharmaceuticals for diagnosis in clinical use.  11

Table 1.6 – Specific radiopharmaceuticals for diagnosis in clinical use.  12

Table  1.7  –  Regulatory  peptides,  their  function,  target  disease,  cells  expressing 

receptors, and receptor subtypes.  35

Table 1.8 – Structure of α‐melanocyte stimulating hormone (α‐MSH) and some α‐MSH 

analogues.  37

 

Table  2.1  –  Experimental  conditions  used  to  synthesize  complexes  21  –  23  and 

respective retention times.  63

Table 2.2 – Biodistribution results of the 99mTc compounds 21 and 23 at 1 and 4 h after 

intravenous injection (mean ± standard deviation, n = 3).  66

Table 2.3 – Biodistribution of  the  radioconjugate 35  in CD1  female mice at 1 and 4 h 

after intravenous injection (mean ± standard deviation, n = 4).  87

 

Table 3.1 – Commonly used protecting groups for PNA synthesis.  97

Table 3.2 – Biodistribution data of the  fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐Pz‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐

Lys‐NH2)]2+ (42) in CD‐1 Charles River mice, at 1 and 4 h after intravenous 

injection (mean ± standard deviation, n = 4).  123

Table 3.3 – Biodistribution results of fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐Pz‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐

NH2)]2+  (42) with  coinjected or not  L‐Lys  (15 mg)  in CD‐1 Charles River 

mice, at 4 h after  intravenous  injection  (mean ± standard deviation, n = 

4).  126

 

Table  4.1  –  Biodistribution  of  fac‐[99mTc(CO)3‐(κ3‐Pz‐βAla‐Nle‐cyclo[Asp‐D‐Phe‐Arg‐Trp‐

Lys]‐NH2)]2+ (44) in B16F1 murine melanoma‐bearing C57BL/6 mice at 1, 4 

Page 29: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

xxvii

and 24 h, after intravenous injection (mean ± standard deviation, n = 4 – 

5).  141

Table 4.2 – Biodistribution of 44  co‐injected or not with 15 mg of  L‐lysine  in healthy 

C57BL/6  mice,  at  1h  after  intravenous  injection  (mean  ±  standard 

deviation, n =  5).  144

 

Table 6.1 – Calculations for the calibration curve by gas chromatography.  194

Table 6.2 – Data for calculating the Fmoc substitution (FS).  194

Table 6.3 – Experimental conditions for the automated synthesis.  195

Table 6.4 – Experimental conditions for the manual synthesis.  197

Table 6.5 – Experimental conditions for the synthesis of compound 39.  199

Table 6.6 – Experimental conditions for the synthesis of compound 40.  200

Table 6.7 – Experimental conditions for the synthesis of compound 41.  201

Table 6.8 – Biodistribution results of the 99mTc compounds 21 and 23 at 1 and 4 h in CD‐

1  Charles  River  mice,  after  intravenous  injection  (mean  ±  standard 

deviation, n = 3).  211

Table 6.9 – Biodistribution results of the 99mTc compound 35 at 1 and 4 h in CD‐1 Charles 

River mice, after intravenous injection (mean ± standard deviation, n = 4). 212

Table  6.10  –  Biodistribution  results  of  the  99mTc  compound  42  at  1  and  4  h  in  CD‐1 

Charles  River  mice,  after  intravenous  injection  (mean  ±  standard 

deviation, n = 4).  212

Table 6.11 – Biodistribution results of the 99mTc compound 42 co‐injected with lysine at 

4  h  in  CD‐1  Charles  River  mice,  after  intravenous  injection  (mean  ± 

standard deviation, n = 5).  213

Table  6.12  –  Biodistribution  results  of  the  99mTc  compound  44  in  B16F1  murine 

melanoma‐bearing  C57BL/6  mice  at  1,  4  and  24  h  after  intravenous 

injection (mean ± standard deviation, n = 4 ‐ 5)  214

Table 6.13 – Biodistribution of the 99mTc compound 44 co‐injected with 15 mg of L‐lysine 

in  healthy  C57BL/6  mice,  at  1  h  after  intravenous  injection  (mean  ± 

standard deviation, n = 4).  215

 

Page 30: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

xxviii 

Schemes Scheme 2.1 – Pyrazolyl‐ and cysteine‐containing bifunctional chelators for coordination 

to  the  metal  and  conjugation  to  biomolecules  (BM)  and  fluorescent 

molecule (FM).  41

Scheme 2.2 – Synthesis of the protected PNA backbone (2).  42

Scheme 2.3 – Synthesis of the PNA monomer (4).  43

Scheme 2.4 – Synthesis of a PNA Dimer (7).  44

Scheme 2.5 – cis and trans PNA rotamers.  45

Scheme 2.6 – Synthesis of compounds 9 – 13.  48

Scheme 2.7 – Synthesis of the conjugate 15.  49

Scheme 2.8 – Synthesis of 17.  52

Scheme 2.9 – Synthesis of the rhenium complexes 18, 19 and 20.  54

Scheme 2.10 – Synthesis of 99mTc complexes 21, 22 and 23.  61 

Scheme 2.11 – Synthesis of compound 26.  70

Scheme 2.12 – Synthesis of compound 31.  71

Scheme 2.13 – Synthesis of compound 33.  72

Scheme 2.14 – Synthesis of rhenium (34) and technetium (35) complexes.  75

 

Scheme 3.1 – Download of the resin.  100

Scheme 3.2 – Piperidine vs. DBU cleavage of the Fmoc group.  101

Scheme 3.3 – Synthesis cycle of Fmoc‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐resin (37).  103

Scheme 3.4 – Removal of the Fmoc protecting group with piperidine.  104

Scheme 3.5 – Base catalyzed reactions of the amine terminus.  105

Scheme 3.6 – PNA monomer activation with HATU.  106

Scheme 3.7 – Coupling of the activated monomer to the growing PNA chain.  106

Scheme 3.8 – Potential guanidine by‐product when using HATU.  107

Scheme 3.9 – Acetylation of the oligomer with acetic anhydride.  107

Scheme 3.10 – Synthesis of the PNA sequences 38 and conjugates 39 and 40.  111

Scheme 3.11 – Synthesis of conjugate 41.  113

Page 31: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

xxix

Scheme 3.12 –  Synthesis of  the  radioconjugate  fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐Pz‐ A GAT CAT GCC 

CGG CAT‐Lys‐NH2)]2+ (42).  116

 

Scheme 4.1 – Synthesis of the radioconjugate fac‐[99mTc(CO)3‐(κ3‐Pz‐βAla‐Nle‐cyclo[Asp‐

His‐D‐Phe‐Arg‐Trp‐Lys]‐NH2)]2+ (44).  136

 

Scheme 5.1 ‐ Pyrazolyl‐ and cysteine‐containing bifunctional chelators.  149

Scheme 5.2  ‐  Illustration of  the main compounds described  in  this  thesis –  tricarbonyl 

metal complexes and PNA conjugates.  155

 

Page 32: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

xxx 

Abbreviations   A   

A  Adenine 

aa  Amino acid 

Aba  4‐Aminobutyric acid 

Ac  Acetyl 

Ac2O  Acetic anhydride 

AEEA   Aminoethoxyethoxyacetic acid 

aeg  Aminoethylglycine 

Ao  Acridine orange 

Arg  Arginine 

ASON  Antisense oligonucleotide 

Asp  Aspartate 

B   

BFCA  Bifunctional chelating agent 

Bhoc  Benzylhydryloxycarbonyl 

Boc  Tert‐butoxycarbonyl 

Bq  Becquerel 

br  Broad 

C   

C  Cytosine 

CBTE2A  4,11‐Bis(carboxymethyl)‐1,4,8,11‐tetraazabicyclo[6.6.2]hexadecane 

Cbz  Benzyloxycarbonyl 

Ci  Curie (1 Ci = 3.7 x 107 Bq) 

Cys  Cysteine 

D   

d  Doublet 

DBF  Dibenzofulvene 

DBU  1,8‐Diazabicyclo[5.4.0]undec‐7‐ene 

DCA  Dichloroacetic acid 

Page 33: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

xxxi

DCM  Dichloromethane 

DIPEA   N,N‐Diisopropylethylamine 

DMF   N,N‐Dimethylformamide 

DNA  Deoxyribonucleic acid 

DOTA  1,4,7,10‐tetraazacyclododecane‐N,N’,N’’,N’’’‐tetracetic acid 

DTPA  Diethylenetriaminepentaacetic acid 

E   

ESI  Electrospray ionization 

EtOH  Ethanol 

F   

FDA  Food and Drug Administration 

FDG  Fluorodeoxyglucose 

Fmoc   9‐Fluorenylmethoxycarbonyl 

FTICR  Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance  

G   

G   Guanine 

GC  Gas chromatography 

Glu  Glutamic acid  

Gly  Glycine 

H   

h  Hour 

HATU  2‐(1H‐7‐Azabenzotriazol‐1‐yl)‐1,1,3,3‐tetramethyluronium 

hexafluorophosphate 

HBTU  2‐(1H‐Benzotriazole‐1‐yl)‐1,1,3,3‐tetramethyluronium hexafluorophosphate 

His  Histidine 

HPLC   High‐performance liquid chromatography 

HYNIC  6‐Hydrazinopyridine‐3‐carboxylic acid 

I   

IR  Infrared 

ITLC   Instant thin‐layer chromatography 

ITN  Instituto Tecnológico e Nuclear  

Page 34: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

xxxii 

L   

LC   Liquid chromatography 

Lys  Lysine 

M   

m  Multiplet 

MAG3  Mercaptoacetyl‐triglycine 

Met  Methionine 

min  Minute 

Mmt  Monomethoxytrityl or 4‐methoxyphenyldiphenylmethyl 

mRNA  Messenger ribonucleic acid  

MS  Mass spectrometry 

MSH   Melanocyte‐stimulating hormone 

N   

Nle  Norleucine 

NMP  N‐methylpyrrolidone 

NMR  Nuclear Magnetic Resonance 

P   

PBS  Phosphate buffer saline  

PE   Polyethylene 

PEG  Polyethylene glycol 

PET  Positron emission tomography  

Phe  Phenylalanine 

p.i.  Post injection 

PNA  Peptide nucleic acid 

ppm  Part per million 

Pro  Proline 

PS   Polystyrene 

Pz  3,5‐Me2pz(CH2)2N((CH2)3CO)(CH2)2NH2 

Pz‐Boc  3,5‐Me2pz(CH2)2N((CH2)3COOH)(CH2)2NHBoc 

Q   

q  Quartet 

Page 35: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

xxxiii

QIT   Quadrupole Ion Trap  

quint  Quintuplet 

R   

RePz   fac‐[Re(CO)3(3,5‐Me2pz(CH2)2N((CH2)3COOH)(CH2)2NH2]+ 

Rf  Retention factor 

RGD  Arginine‐glycine‐aspartic acid 

RNA   Ribonucleic acid 

RNase H   Ribonuclease H 

RP   Reversed phase 

rpm  Rotation per minute 

S   

s  Singlet 

Ser  Serine 

SPECT  Single Photon Emission Computed Tomography  

SPPS  Solid Phase Peptide Synthesis 

T   

t  Triplet 

T  Thymine 

t1/2    Semi‐disintegration period or Half‐life 

TBTU  2‐(1H‐Benzotriazole‐1‐yl)‐1,1,3,3‐tetramethyluronium tetrafluoroborate 

TFA   Trifluoroacetic acid 

TFMSA  Trifluormethanesulfonic acid  

TGR  TentaGel Rink Amide 

THF  Tetrahydrofuran 

TIS   Triisopropylsilane 

Tm  Melting temperature 

tR  Retention time 

Trp  Triptophan 

Tyr  Tyrosine 

V   

Val  Valine 

Page 36: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

xxxiv 

   

κ  Denticity 

δ  Chemical shift 

ν  Frequency 

 

 

Page 37: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

1

Scope and Aim 

 

Recent  advances  in  non‐invasive  imaging  modalities  have  opened  endless 

opportunities for molecular diagnostic and therapeutic procedures. 

Molecular  imaging  is  the visualization of  in vivo biological or biochemical processes 

associated with certain pathologies, at the cellular or molecular level. The target molecule is 

visualized  in  vivo  by  virtue  of  its  interaction with  a molecular  imaging  probe. Molecular 

imaging  may  be  used  for  early  detection,  characterization  and  real‐time  monitoring  of 

diseases as well as for the follow‐up of therapies. 

In recent years, the field of molecular imaging has broadened and includes different 

imaging modalities. The most explored are computed tomography (CT), magnetic resonance 

imaging  (MRI),  ultrasound  (US),  nuclear  imaging  (single  photon  emission  computed 

tomography  (SPECT)  and  positron  emission  tomography  (PET)),  fluorescence  and 

bioluminescence  imaging  (BLI).  From  all  these  only  fluorescence  and  bioluminescence 

imaging  are  not  in  clinical  use.  From  the  clinical  point  of  view  CT, MRI  and  US  provide 

anatomical and morphological  information and are  in widespread clinical use. On the other 

hand, PET and SPECT are  the ones  in clinical use  that can provide physiological,  functional 

and molecular information.1  

Nuclear molecular  imaging with  PET  and  SPECT  represent  the  prototype  for  non‐

invasive quantitative  tracing of biochemical processes  in  vivo, because  radioactive probes 

can  be  synthesized  at  sufficiently  high  specific  activity,  enabling  the  use  of  tracer 

concentrations  to detect  small‐capacity molecular  systems  in vivo without  interfering with 

the  processes  being  studied.  These  two  techniques  have  some  advantages  such  as 

sensitivity,  the  availability  and  specificity  of  radioactive  probes,  good  temporal  resolution 

(seconds to minutes) and fast examination time (minutes to hours).2  

The decoding of  the human  genome  and  subsequent developments  in proteomics 

enabled  the  identification of  a new  spectrum of  targets  (receptors, enzymes,  genes, etc.) 

associated with certain pathologies, with a significant impact in areas such as oncology and 

neurology. However, the development of specific probes for imaging such targets is a great 

challenge and a demanding task. To achieve such task the contribution of disciplines such as 

Page 38: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

medicine,  biochemistry,  chemistry,  radiochemistry,  molecular  biology,  among  others,  is 

highly desired. 

The main goal of the work described in this thesis was to contribute for the design of 

radioactive probes  for molecular  imaging. Our work was based on  the  radionuclide  99mTc, 

which  still motivates  an  intense  research,  due  to  its  ideal  properties  for  SPECT  imaging, 

interesting  chemistry,  availability  and  cost.  We  have  explored  the  chemistry  and 

radiochemistry  of  the  recently  introduced  fac‐[M(CO)3]+  (M  =  Re,  99mTc)  core  using 

bifunctional  chelating  agents  bearing  vectors with  interest  for  imaging  endogenous  gene 

expression  as well  as membrane  receptors.  Isostructural  Re/99mTc  tricarbonyl  compounds 

bearing  an  acridine‐orange moiety were  also  studied  aiming  to  explore  in  a  latter  stage 

multimodal probes and/or the utility of 99mTc as a therapeutic agent. 

This  thesis  is  organized  in  six  chapters.  In  the  first  chapter  a  brief  and  general 

introduction  is  presented,  giving  particular  attention  to  the  work  published  about 

endogenous gene expression imaging and membrane receptors imaging, namely the MC1R. 

The second chapter is divided in two parts. In the first part are described the synthesis and 

characterization of  the model  tricarbonyl  complexes anchored on pyrazolyl‐ and  cysteine‐

containing chelators bearing PNA units (monomer and dimer) and the biological evaluation 

of the 99mTc complexes. In the second part of the chapter, the conjugation of the pyrazolyl‐

containing chelator  to an acridine orange moiety  is described as well as  the synthesis and 

characterization of the isostructural Re and 99mTc tricarbonyl complexes. In vitro and in vivo 

studies will be also presented and discussed. In the third chapter are described the synthesis 

and  characterization  of  a  PNA  sequence  with  clinical  relevance,  its  conjugation  to  the 

bifunctional  chelators  evaluated  in  the  second  chapter,  the  preparation  of  Re  and  99mTc 

complexes  and  the  biological  evaluation  of  the  99mTc  complex.  In  the  fourth  chapter  are 

presented the conjugation of the pyrazolyl‐containing chelator to a cyclic α‐MSH analogue, 

the labelling of the resulting conjugate with the fac‐[99mTc(CO)3]+, and the in vitro and in vivo 

studies with the 99mTc complex. The conclusions as well as some suggestions for future work 

are presented  in  the  fifth chapter. Finally,  in  the sixth chapter, experimental details about 

the work presented in chapters 2 ‐ 4 are described.  

 

Page 39: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.  Introduction 

Page 40: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of
Page 41: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

1. Introduction 

5

1. Introduction 

 

1.1. Radiopharmaceuticals 

 

Radiopharmaceuticals  are  drugs  containing  a  radionuclide  in  its  composition,  used 

routinely  in nuclear medicine  for the diagnosis or therapy of various diseases. These drugs 

are  used  in  tracer  quantities  and  therefore  have  no  pharmacological  effects.  A 

radiopharmaceutical  can  be  a  small  organic molecule  or  an  inorganic  or  organometallic 

complex which  can  contain or not  in  its  composition a biologically active molecule. These 

biologically  active molecules  can  be macromolecules,  such  as monoclonal  antibodies  or 

antibody fragments, small peptides, inhibitors or substrates of enzymes, among others. 

A radiopharmaceutical approved for clinical use should be sterile, apyrogenic and of 

safe  administration.  Almost  all  radiopharmaceuticals  are  administered  via  intravenous 

injection  but  they  can  also  be  administered  orally  (gastric  emptying)  or  by  inhalation 

(pulmonary ventilation).3 

The radionuclide, essential  in  the composition of a radiopharmaceutical,  is an unstable 

nuclide which  undergoes  a  radioactive  decay  emitting  gamma  rays  (γ)  and/or  subatomic 

particles (α, β‐, β+, Auger electrons). 

 

1.1.1. Diagnosis vs Therapy  

Depending  on  the  medical  application,  diagnosis  or  therapy,  different  physical 

properties  are  required  for  the  radionuclide.  The  important  physical  properties  of  the 

radionuclide are the type and energy of the emitted radiation and/or particles and half‐life 

(t1/2). 

Diagnostic  radiopharmaceuticals  have  in  their  composition  a  gamma‐emitting  (γ) 

radionuclide  for  SPECT, or a positron‐emitting  (β+)  radionuclide  for PET.  For diagnosis  the 

radionuclides should not emit α or β‐ particles and should have a  relatively short half‐life. 

The  radiation emitted by  the  radionuclide or  resulting  from annihilation  crosses  the body 

tissues and is detected by instrumentation that is external to the patient. The half‐life must 

be  short  enough  to  minimize  the  radiation  dose  but  sufficiently  long  for  preparation, 

Page 42: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

1. Introduction 

administration, distribution and accumulation of the radiopharmaceutical in the target organ 

or tissue, as well as for image acquisition. 

For SPECT, gamma‐ray energies between 80 and 300 keV are the most indicated, the 

optimum being between 100 and 200 keV for the instrumentation currently in use in nuclear 

medicine departments.4 Examples of the most used gamma emitters in SPECT are shown in 

table 1.1. 

 

Table 1.1 ‐ γ emitters used in SPECT.5,6

Radionuclide  Half‐life   γ‐Energy (keV)  Abundance (%)  Decay mode*  Production method 

67Ga  3.26 d  93 

184 

300 

393 

40 

20 

17 

EC  Cyclotron: 68Zn(p,2n)67Ga 

99mTc  6.02 h  140  90  IT  99Mo/99mTc Generator 

 111In  2.83 d  171 

245 

90 

94 

EC  Cyclotron: 111Cd(p,n)111In 

123I  13.2 h  159  83  EC  Cyclotron: 124Te(p,2n)123I 121Sb(α, 2n)123I 

201Tl  3.04 d  135 

167 

9.4 

EC  Cyclotron: 203Tl(p,3n)201Pb 

 * EC ‐ electron capture, IT ‐ isomeric transition 

 

Due  to  its  physical  properties  and  availability  (generator),  99mTc  is  the most  used 

radionuclide  in SPECT. Today, over 90% of all diagnostic nuclear medicine  imaging  studies 

carried out worldwide use this isotope. 

 

PET  is based on  the physical principle of annihilation of a positron/electron  (β+/β‐) 

pair, from which two 511 keV photons result. These arise from the mass‐energy conversion 

of the two massive particles and are emitted with an angle of 180° at opposite sides  from 

the annihilation center.5 The double coincidence  in energy and emission of the annihilation 

photons is advantageous for imaging purposes because it allows a simple and comparatively 

precise  localization of the annihilation site. Most of the radionuclides used  in PET are non‐

99mTc β‐ 66 h 

99Mo 

201Pb 201Tl EC

9.3 h 

Page 43: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

1. Introduction 

7

metallic  isotopes  (table  1.2),  such  as  11C,  15O  or  18F.  These  radionuclides  can  replace  the 

natural  elements  in  biologically  active  molecules,  without  disturbing  significantly  their 

biological activity. However, some positron‐emitting radiometals, such as 64Cu and 68Ga, are 

of  great  interest  for  developing  new  PET  radiopharmaceuticals,  due  to  their  physical  and 

chemical properties, and availability. 

Most of the PET radionuclides have the disadvantage of requiring costly technology, 

and  automated  and  sophisticated  methods  of  synthesis,  since  they  are  produced  in 

cyclotrons  and  have  short  half‐lives.  18F‐FDG  is  the  most  widely  used  positron‐emitting 

radiopharmaceutical for PET imaging, making 18F the most used radionuclide in this nuclear 

imaging technique. 18F‐FDG has shown clinical usefulness in cardiology and neurology but is 

used mainly  in oncology,  in the diagnosis, staging and post‐therapy evaluation of oncologic 

patients.7  

 

Table 1.2 ‐ Positron emitters used in PET.5,8,9 

Radionuclide  Half‐life  Decay mode  Abundance (%)  Eβ+(max) (MeV)  Production method 

11C  20.4 min  β+   99.8  0.96  Cyclotron: 14N(p,α)11C; 10B(d,n)11C; 

13N  10.0 min  β+  100  1.19  Cyclotron: 12C(d,n)13N; 16O(p,α)13N; 13C(p,n)13N 

15O  2.0 min  β+   99.9  1.72  Cyclotron: 14N(d,n)15O; 15N(p,n)15O 

18F  1.83 h  β+  

EC 

97 

0.64  Cyclotron: 18O(p,n)18F 

64Cu  12.7 h  β+ 

EC  

β‐  

19 

41 

40 

0.66  Cyclotron: 64Ni(p,n)64Cu 

68Ga  1.1 h  β+  

EC  

90 

10 

1.88:  68Ge/68Ga Generator  

 

 

Therapeutic  radiopharmaceuticals  have  in  their  composition  a  radionuclide  that 

emits ionizing radiation with a high linear energy transfer (LET), to destroy selectively cells or 

Page 44: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

1. Introduction 

tissues.5  For  therapy  the  most  used  radionuclides  are  β‐emitters,  but  some  research 

involving α  and  Auger  electron  emitters  is  also  underway.  These  particles  have  different 

ranges in the tissues: distance travelled until all their kinetic energy is transferred (table 1.3). 

In  figure 1.1  the  range of Auger electrons, α and β‐ particles  in a  cellular and  subcellular 

environment is represented. 

 

 

Table 1.3 ‐ Range of Auger electrons, β‐and α particles in tissues.10 

Particle  Mean tissue range  Best suited for treatment of: 

β‐ (high energy)  1 ‐ 10 mm  Tumor masses 

β‐ (low and moderate energy)  0.1 ‐ 1 mm  Tumor masses 

α (5.3 MeV)  30 ‐ 80 μm (some cells)  Clusters and individual cells 

Auger electrons  < 1 μm (cell nucleus)  Individual cells 

 

 

 

 

Figure 1.1 ‐ Schematic representation of Auger electrons, α and β‐ particles path lengths in a cellular 

and subcellular environment (arbitrary scaling). Note that the major energy deposition of an Auger decay 

occurs in the close vicinity of a few nm, while that of α and β‐ occurs on tracks of 40 ‐ 80 μm and 0.1 ‐ 10 mm, 

respectively.10 

 

 

Table  1.4  shows  some  of  the  radionuclides  in  clinical  use  or with  potential  interest  for 

therapy. 

 

Page 45: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

1. Introduction 

9

Table 1.4 ‐ Some radionuclides in clinical use or potentially interesting for therapy.11,12 

Radionuclide  Half‐life  Emax (MeV) 111Ag  7.5 d  1.05 67Cu  2.6 d  0.57 131I  8.0 d  0.81 90Y  2.7 d  2.27 186Re  3.8 d  1.07 

β‐  emitters 

188Re  17.0 h  2.11 

      Emed.a (keV) 

99mTc  6.0 h  0.96 111In  2.8 d  4.00 123I  13.2 h  7.33 

Auger electrons

 

125I  60.0 h  11.9 

aValues obtained taking into account just the energy released by the Auger electrons. The values of total energy released by the radionuclides by decay are higher. 

 

The choice of a  radionuclide  for  therapy depends on  the  type, energy, half‐life and 

range of the emitted particles, and should take into account the size of the tumor or tissue 

to irradiate. The β‐ particles have a long range tissue penetration (mm) (table 1.3 and figure 

1.1), and  can be used  for  large  solid  tumor,  taking advantage of  the  crossfire effect of β‐ 

particles.10 However, this crossfire might be a disadvantage when targeting small tumor cells 

because it irradiates healthy tissues, leading to undesirable side effects. The α particles have 

higher LET compared to β‐ particles and a path  length  in tissue  in the range of 30  ‐ 80 μm 

(table  1.3  and  figure  1.1),  being  very  cytotoxic.  For  this  reason,  the  α‐emitting 

radiopharmaceuticals are optimal  for  the  treatment of  small  tumors. The Auger electrons 

are less energetic particles and have a smaller range (< 1 μm), having a LET similar to that of 

the α particles, which makes them potentially interesting for therapy. In contrast to α and β‐ 

particles,  treatment based on Auger electron emitters  requires  the  targeting of  individual 

cells,  specifically  the DNA  in  the  nucleus. Despite  the multiple  obstacles  that  have  to  be 

overpassed, Auger electron therapy approaches remain very appealing.  

 

 

 

 

Page 46: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

1. Introduction 

10 

1.1.2. Perfusion and Specific Radiopharmaceuticals 

 

The  radiopharmaceuticals  can  also  be  classified  according  to  their  biodistribution 

characteristics as perfusion or first generation radiopharmaceuticals and specific or second 

generation  radiopharmaceuticals.  Most  of  the  radiopharmaceuticals  in  clinical  use  are 

perfusion  agents  but  presently  most  of  the  research  efforts  are  directed  to  specific 

radiopharmaceuticals for diagnostic and/or therapy. 

 

First generation radiopharmaceuticals are those whose biodistribution and targeting 

capability depend mainly on their  lipophilicity, size and charge. These perfusion agents are 

transported  in  the blood and delivered  to  the  target organ  in  the proportion of  the blood 

flow. A wide variety of compounds were successfully developed for imaging organs, such as 

liver, kidney, bone, heart or brain, giving  information on a pathologic condition. Table 1.5 

lists selected examples of perfusion radiopharmaceuticals in clinical use. 

Page 47: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

1. Introduction 

11

Table 1.5 ‐ Perfusion radiopharmaceuticals for diagnosis in clinical use.3,4,13,14 

Radiopharmaceutical  Chemical structure  Trade name  Applications 

Sodium iodide‐123I  Na123I    Thyroid imaging 

18F‐FDG 

 

 

Neck, head and lung cancer and lymphoma imaging, brain and heart metabolism study 

67Ga(III)‐ citrate  GaH2O

H2O O

O

OH2

O

O

O O

OH

 (proposed structure) 

Neoscan® Hodgkin disease, lymphoma, lung cancer 

111In(III)‐oxyquinoline N

O

N

ON

O In

 

111InOxine® Labelling leukocytes and platelets 

111In(III)‐DTPA  In

N N

NOOO

OO

OO

O

O O

2‐

 

111InDTPA® Imaging of cerebrospinal fluid 

99mTc(V)‐D,L‐HMPAO  N N

N NTc

OH

O

O

 

Ceretec®  Cerebral perfusion imaging 

99mTc(V)‐L,L‐ECD  N N

S STcOH3CH2COOC COOCH2CH3

 Neurolite®  Cerebral perfusion imaging 

99mTc(I)‐Sestamibi  TcC

N

C

N

CN

CNC

N

CN

+OMe

OMe

OMe

OMe

MeO

MeO

 

Cardiollite® 

  Miraluma® 

Myocardial perfusion imaging Breast cancer imaging 

99mTc(V)‐tetrafosmin  P P

P PTc

O

O

+

OEt

OEtEtO

EtO

EtO OEt OEtOEt  

Myoview® Myocardial perfusion imaging 

99mTc(V)‐MAG3 N N

S NTc

O

O

COOH

O

O

 

Technescan®MAG3  Renal Imaging 

99mTc(IV)*‐MDP 

 (possible structure♦) 

TechneScan MDP®  Bone imaging 

99mTc‐HDP  Not known  Osteoscan® HDP  Bone imaging 

* Dominant oxidation state; other oxidation states may be present. ♦ The structure presented  is one possibility, but  it  is 

believed that a mixture of 99mTc‐oligomers is formed. 

Page 48: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

1. Introduction 

12 

In  the  last  decade,  due  to  the  advances  in molecular  biology  and  the  consequent 

identification and comprehension of molecular mechanisms that are  in the base of several 

diseases,  the  most  recent  radiopharmaceuticals  in  the  market  are  specific 

radiopharmaceuticals. The targeting capability of these complexes depends on a biologically 

active molecule, which can be,  for example, a small organic molecule, a  small peptide, an 

antibody,  sugars,  inhibitors or  substrates of enzymes, nucleotides or oligonucleotides. The 

capacity  of  the  biomolecule  to  recognize  a  certain molecular  target  (receptor,  antigene, 

enzyme,  DNA, mRNA,  etc.) will  determine  the  radiopharmaceutical  uptake  in  the  target 

organ or tissue. 

 

Table 1.6 shows some of the specific radiopharmaceuticals approved by FDA (Food and Drug 

Administration) for clinical use.  In figure 1.2 the structures of two of these compounds are 

shown. 

 

Table 1.6 ‐ Specific radiopharmaceuticals for diagnosis in clinical use.3, 13 

Radiopharmaceutical   Biomolecule   Trade name  Applications  111In(III)‐capromab pendetide   Peptide   ProstaScint®  Imaging of prostate cancer 

111In(III)‐octreotide  Peptide   OctreoScan®  Imaging of neuroendocrine tumors 

111In(III)‐satumomab 

pendetide 

Peptide  OncoScint®  Imaging of metastatic disease 

associated with colorectal and 

ovarian cancers 

99mTc(V)‐Apcitide  Peptide   AcuTect®  Imaging of deep vein thrombosis 

99mTc‐Arcitumomab  Monoclonal 

antibody fragment 

CEA‐Scan®  Colorectal cancer imaging 

99mTc(V)‐Depreotide  Peptide  NeoTect®  Imaging of somatostatin receptor‐

bearing pulmonary masses 

 

 

 

 

Page 49: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

1. Introduction 

13

 

 111In‐Octreotide (OctreoScan®) 

 

 99mTc‐Depreotide (NeoTect®) 

 

Figure 1.2 ‐ Structures of two specific radiopharmaceuticals in clinical use. 

 

The  overwhelming  majority  of  diagnostic  metal‐based  radiopharmaceuticals, 

specific or not, currently in clinical use have in their composition a radiometal, such as 111In 

or 99mTc (table 1.5 and table 1.6). 

Since  the  end  of  the  1980s,  an  intensive  research  for  developing  specific 

radiopharmaceuticals with 99mTc is being carried out, but only some cases were successful in 

getting to clinical use (table 1.6). This is a demanding task, since it is necessary to conjugate 

the radionuclide to a biomolecule without  interfering with  its biological properties. For the 

design  of  specific  99mTc  radiopharmaceuticals  there  are  three  general  strategies:  the 

integrated, the hybrid and the bifunctional approach (figure 1.3).4,13,15,16,17,18 

 

Page 50: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

1. Introduction 

14 

 

 

Figure 1.3 ‐ Representation of three approaches used in the design of specific metal‐based 

radiopharmaceuticals. BFCA ‐ BiFunctional Chelator Agent. 

 

The  integrated  approach  involves  the  substitution  of  part  of  a  biologically  active 

molecule  by  a  metal  unit.  This  replacement  must  minimize  changes  in  the  structure, 

molecular  size  and  conformation.  In  figure  1.4  some  examples  of  this  approach  are 

presented.18,19 

 

 

Figure 1.4 ‐ Rhenium complexes which mimic the structure of dihydrotestosterone, progesterone 

and estradiol.18 

 

So  far,  the  integrated  approach  did  not  provide  good  results,  as  the  resulting 

molecules presented low specificity and biological affinity for the steroid receptors. 

 

M

M

Integrated

Hybrid 

Bifunctional

M  BFCA  Spacer  Biomolecule

Page 51: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

1. Introduction 

15

In  the  hybrid  approach,  the  99mTc  is  stabilized  by  functional  groups  naturally 

occurring  or  synthetically  introduced  in  the  biomolecule.  These  groups  are  usually 

tripeptides, such as Gly‐Gly‐Gly, Cys‐Gly‐Gly or Cys‐Gly‐Cys. The small peptide sequence can 

be part of a linear or cyclic polypeptide. In some cases the coordination of the radiometal to 

such amino acids can promote the cyclization of the polypeptide,  improving the affinity for 

the  receptors  and  increasing  the  in  vivo  stability.  An  example  of  such  result  is  shown  in 

figure 1.5.20,21,22  

 

 

 Figure 1.5  ‐ Structural model of  99mTc‐CCMSH  for melanoma  imaging.22 The  linear peptide Acetyl‐Cys‐

Cys‐Glu‐His‐DPhe‐Arg‐Trp‐Cys‐Lys‐Pro‐Val‐NH2,  an  α‐MSH  analogue,  was  cyclized  with  99mTc  through  three 

cysteine. 

 

The  bifunctional  approach  has  been  the most  exploited  for  the  development  of 

specific radiopharmaceuticals. This approach uses a bifunctional chelating agent (BFCA) that 

strongly  coordinates  the  metal  ion,  through  appropriate  coordinating  groups,  and  is 

covalently attached to the biomolecule. The nature of the BFCA depends on the metal and 

its oxidation  state. A  spacer/linker between  the metal  and  the biomolecule may exist,  to 

modulate  either  the  pharmacokinetics  of  the  compound  or  its  biological  activity.  This 

approach  has  been  successfully  used  for  the  development  of  some  of  the 

radiopharmaceuticals shown in table 1.6 and figure 1.2. 

 

 

 

Page 52: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

1. Introduction 

16 

1.2. Technetium and Rhenium Coordination Chemistry Relevant for 

Nuclear Medicine 

 

The first clinical use of 99mTc was in 1961 and involved the utilization of [99mTcO4]‐ for 

thyroid  imaging.  Since  then,  99mTc  assumed  a  great  importance  in  the  development  of 

radiopharmaceuticals, being widely used  in SPECT  imaging.14,18 The continuing study of the 

coordination  chemistry  of  technetium  is  mainly  related  with  its  importance  in  nuclear 

medicine. 

The characterization of 99mTc complexes (obtained at very low concentrations, 10‐10 ‐ 

10‐7)  is usually supported by the synthesis of analogous rhenium complexes. This  is one of 

the  reasons why  rhenium chemistry has acquired great  importance  in  the development of 99mTc radiopharmaceuticals. 

 

Technetium and rhenium are transition metals of group 7 belonging respectively to 

the  2nd  and  3rd  transition  series,  with  atomic  numbers  43  and  75  and  electronic 

configurations [Kr]4d55s2 and [Xe]4f145d56s2, respectively. 

Rhenium, first detected by Noddack, Tacke and Berg  in 1925  in the X‐ray spectra of 

certain mineral  concentrates, was  the  last  of  the  stable  elements  to  be  discovered,  and 

occurs naturally as a mixture of two isotopes: 185Re (37.4%) and 187Re (62.6%). This element 

has  two  radioactive  isotopes  with  interest  in  nuclear medicine:  186Re  and  188Re,  two  β‐ 

emitters  that  can  be  used  in  therapy  (table  1.4).23,24 Due  to  its  ready  availability  from  a 

generator (188W/188Re) and favourable nuclear properties, 188Re  is being  intensively studied 

for the design of radiotherapeutic pharmaceuticals. 

 

Technetium was first predicted by Mendeleev and first isolated by Segré and Perrier 

in 1937.25 It was separated from a molybdenum target plate that had been bombarded with 

deuterons  in  the Berkeley cyclotron. Currently,  there are 21 known  isotopes  (90Tc  ‐  110Tc), 

none of them stable, with half‐lives which go from some seconds to millions of years.14 From 

all the isotopes 99mTc and 99Tc are the most important. The long‐lived isotope 99Tc (t1/2 = 2.12 

x 105 years) is a β‐ emitter (Emax = 0.3 MeV) and is available in milligram amounts. However, 

special  safety measures are necessary when working with  this  isotope,  such as  the use of 

Page 53: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

1. Introduction 

17

glove boxes, safety glasses and specially the ingestion or inhalation should be avoided since 

this  isotope  can  cause  serious  damages  to  biological  tissues.  The  use  of  the  rhenium 

complexes to identify the 99mTc congeners is usually preferable because it avoids the use of 

the radioactive 99Tc. 

 

The importance of 99mTc in nuclear medicine is related to its ideal characteristics:3, 4, 

13,14, 18, 26  

‐ The half‐life of 6 h  is optimal  for diagnostic.  It  is  long enough  to allow  the 

radiopharmaceutical  preparation,  quality  control,  administration  to  the 

patient and image acquisition, and is sufficiently short to induce low doses of 

radiation to the patient; 

‐ The emission of γ radiation, monoenergetic of 140 keV (90%), sufficiently low 

to  prevent  a  high  dose  burden  to  the  patient,  but  sufficiently  high  to 

penetrate biological tissues and emerge from internal organs; 

‐ The availability at reduced prices in commercial 99Mo/99mTc generators is one 

of the greatest advantages of this radionuclide. The 99Mo/99mTc generator was 

developed  in the early 1960s  in the Brookhaven National Laboratory, and  its 

introduction revolutionized the nuclear medicine research and clinical nuclear 

medicine; 

‐ The diverse coordination chemistry, which enables the preparation of a wide 

variety  of  complexes  with  different  physico‐chemical  and  biological 

properties. 

 

Technetium  and  rhenium  present  several  oxidation  states  being  the  chemistry  of 

these  elements  dominated  by  the  formation  of  coordination  complexes.  Technetium 

complexes can have  the metal  in  the oxidation sates  ‐I  (d8)  to +VII  (d0), while  for  rhenium 

complexes  are  known where  the metal presents oxidation  states  ‐III  (d10)  to +VII  (d0).27,28 

These  elements  have  very  similar  atomic  radii  (Tc,  1.36  Å;  Re,  1.37  Å)  so  they  form 

structurally  analogous  complexes.29  Despite  these  similarities,  there  are  differences  that 

should be  taken  into  consideration  in  the preparation of  Tc  and Re  complexes,  the more 

relevant  being  the  higher  kinetic  inertness  and  the  easier  oxidation  of  rhenium 

complexes.14,30  

Page 54: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

1. Introduction 

18 

For both metals,  the most studied oxidation states  for medical applications are +V, 

+IV, +III and +I (figure 1.6). The chemistry of Tc(V) and Re(V) is dominated by the formation 

of oxo‐complexes with the [M=O]3+ or trans‐[O=M=O]+ moieties. The number of oxo ligands 

is  influenced  by  the  nature  of  the  ligands  coordinated  to  the metal. Generally,  π  donor 

coligands  (ex. alcoxides or  thiolates)  favour  the  formation of  complexes with  the  [M=O]3+ 

core, while the complexes with the trans‐[O=M=O]+ unit are stabilized by neutral ligands, like 

primary amines. In lower oxidation states (M(I) ‐ M(III)), the stabilization of the metal center 

needs π acceptor ligands, like isonitriles, phosphines or carbonyls.3,13,17,31  

In the development of 99mTc radiopharmaceuticals the most studied complexes have 

the [Tc=O]3+, [O=Tc=O]+ and [Tc≡N]2+ moieties (figure 1.6), being the [Tc=O]3+ moiety present 

in most of the first generation and specific 99mTc radiopharmaceuticals (table 1.5 and figure 

1.2). 

 

XX

YL

YM

X

Y

M

Y

X X

Y

N

M

Y

X X

Y

O

ML

L L

LL

MOC

X X

CO

X

CO

M

Y

X X

Y

O

O

N

HNO R

NN

M(III)/M(IV) [MO]3+/M(V) [MO2]+/ M(V)

[MN]2+/ M(V) fac‐[M(CO)3]+/ M(I) [M]HYNIC/ M(V)

 

Figure  1.6  ‐  Most  studied  technetium  and  rhenium  cores  for  the  development  of 

radiopharmaceuticals (M = Tc, Re). 

 

Generally, complexes with the [Tc=O]3+ core are stabilized by tetradentate chelators 

with  nitrogen  and  sulfur  donor  atoms.3,4,13,17  To  overcome  some  limitations  of  the  Tc(V) 

oxocomplexes, new cores have been  introduced  in  radiopharmaceutical chemistry  such as 

Page 55: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

1. Introduction 

19

[Tc]‐HYNIC,  [Tc≡N]2+ and  fac‐[Tc(CO)3]+  (figure 1.6). A wide  range of bifunctional chelating 

agents have been studied and explored to stabilize these moieties.3,13,17,18 

 

1.2.1. The Technetium‐ and Rhenium‐Tricarbonyl Core 

 

The  fac‐[M(CO)3]+  (M = Tc, Re) unit  is a promising organometallic core  for  labelling 

biomolecules with  99mTc(I). This  fragment  is very compact, with an almost  spherical  shape 

and the metal center is in the oxidation state +I with electronic configuration d6. 

Alberto  et  al.  succeeded  in  developing  a  normal  pressure  and  a  fully  aqueous‐based 

preparation of the precursor fac‐[M(OH2)3(CO)3]+ (M = 99mTc, 99Tc, Re) in high yield and with 

excellent  (radio)chemical  purity.32,33,34  Initially,  it  was  prepared  by  reduction  and 

carbonylation  of  pertechnetate,  using  borohydrides  and  carbon monoxide.  This  synthetic 

procedure, although being suitable for research, was not adequate for the nuclear medicine 

centres due  to  the use of carbon monoxide. Then, Alberto et al.  introduced a  remarkable 

innovative  procedure  which  consisted  in  using  potassium  boranocarbonate,  K2[H3BCO2], 

which  simultaneously  reduces  the  Tc(VII)  to  Tc(I)  and  is  a  source  of  CO.35  Currently,  the 

synthesis  of  fac‐[99mTc(OH2)3(CO)3]+  can  be  achieved  using  a  kit  formulation,  IsoLink® 

(Mallinckrodt Med. BV). As  shown  in  figure  1.7, by  adding  the  [99mTcO4]‐  to  IsoLink®,  the 

complex fac‐[99mTc(CO)3(OH2)3]+ can be obtained in quantitative yield. 

 

 

Figure 1.7 ‐ IsoLink® kit and synthesis of fac‐[99mTc(CO)3(OH2)3]

+. 

 

 

The  availability  of  this  precursor  represents  a  significant  progress  in 

radiopharmaceutical chemistry.18,36 The major attractions of the fac‐[99mTc(CO)3]+ approach 

include:36,37,38 

‐ Its applicability to a wide range of biologically relevant molecules; 

+ TcOC

H2O OH2

CO

OH2

CO

[99mTcO4]‐

100 °C, 20 min, pH = 11

Kit composition: 

K2[H3BCO2] 

Na2(tartrate) 

Na2B4O7.10H2O 

Na2CO3. 

Page 56: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

1. Introduction 

20 

‐ The  high  thermodynamic  and  kinetic  stability  of  the  resultant  99mTc 

complexes; 

‐ The  high  specific  activity  which  can  be  achieved,  often  without  needing 

purification; 

‐ The relatively low molecular weight of the moiety. 

 

In  the  precursor  fac‐[99mTc(CO)3(OH2)3]+,  the  three water molecules  and  the  three 

carbonyls  are  facially  arranged  around  the  metal  center,  in  a  octahedral  coordination 

geometry. The three water molecules are labile and can be easily replaced by mono‐, bi‐ or 

tridentate  ligand  systems with  different  donor  atom  sets,  electronic  and  stereochemical 

properties. This versatility enabled  the preparation of a wide variety of  complexes, which 

can be  functionalized with different biomolecules.  In  figure 1.8 are presented some of the 

more explored bi‐ and tridentate chelators suitable for the fac‐[99mTc(CO)3]+ moiety. 18, 26, 36,  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 57: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

1. Introduction 

21

Bidentate Bifunctional Chelating Agents  

 

N NTc

COOC CO

OH2

NH2

O

NTc

OC CO

N

OH2

ROC OTc

OC CO

N

OH2

OC

R

+ +

O

R

NN

R

NN

Tc

OC COOH2

OC

+

1 2 43

H

 

Tridentate Bifunctional Chelating Agents 

 

RSNH2

O

O

Tc

OC CO CO

NTc

OC CO

N NTc

COOC CO

ONH2

O

RN

O O

R

OC

Tc

COCO

OC

NN

N NH2

R +

Tc

OC CO

H

CO

NN

R S

NN R

S

B

H

Tc

OC CO CO

R

Tc

OC CO CO

X XX

R+

Tc

COCO

OC

NN

N NH2

+

R

X=N,P,S5 6 7 8

9 10 11 12  

 

Figure 1.8  ‐ Examples of bidentate and  tridentate bifunctional  chelating agents  for  the  tricarbonyl 

core; R = biomolecule. 1 ‐ Functionalized histidine;39,40,41 2 ‐ Functionalized Schiff base; 42,43 3‐ Picolinic 

acid and derivatives;44,45 4 ‐ Bis‐pyrazolyl methane;36 5 ‐ Functionalized cysteine;43,46,47,48,49,50,51,52 6 ‐ N‐

acetic  picolinic  acid  (functionalized);33,40,53  7  ‐  Nε  functionalized  histidine;40,54  8  –

(triaza/tritia)cyclononane;55  9  and  10  ‐  Functionalized  pyrazolyl  diamine  ligand;56,57,58  11  ‐ 

Cyclopentadienyl; 59 12 ‐ Bis(mercaptoimidazolyl)borates.60 

 

Pharmacokinetic studies of different complexes with the fac‐[99mTc(CO)3]+ moiety,  in 

animal models, have shown that tridentate chelators are those presenting, in general, more 

favourable biological profiles.36,40  In part,  this behaviour  reflects  the higher stability of  the 

complexes with tridentate chelators compared with bidentate chelators.13,36 Based on these 

studies,  tridentate  chelators  containing  N‐heterocycles  such  as  imidazoles,40,54 

mercaptoimidazoles,60  pyridines53,61  and  pyrazoles56‐57  have  been  explored  to  develop 

specific  radiopharmaceuticals,  being  conjugated  to  different  biomolecules,  in  particular 

Page 58: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

1. Introduction 

22 

small peptides, sugars, amino acids, nucleotides, agonists or antagonists of central nervous 

system receptors.36,60,62  

 

1.3. Specific  Probes  for  Endogenous  Gene  Expression  and 

Membrane Receptors Imaging 

 

Molecular  imaging owes  its existence  to  the  revolution  in molecular medicine  and 

drug discovery. The decoding of  the human genome and  the subsequent developments  in 

proteomics  provided  a  completely  new  spectrum  of  targets  for molecular  imaging,  being 

proteins  and  gene  expression  some  of  these  targets.  Proteins,  such  as  intracellular, 

transmembrane  and  surface  receptors,  and  cell  surface  or  secreted  antigens  are  often 

present  in  copy numbers  ranging  from  thousands  to millions per  cell, being attractive  for 

SPECT or PET in vivo imaging.63 

Gene expression imaging can be directed to mRNA providing valuable information at 

the  cellular  level.  However,  imaging  of  mRNA  based  on  one‐to‐one  antisense‐target 

interactions still faces considerable challenges, as mRNA is typically present at levels of a few 

hundred to a few thousand molecules per cell. The ability to image the degree, distribution 

and persistence of gene expression will unquestionably be useful  in connection with gene 

therapy.63,64 

In  this  section we will  present  some  of  the  concepts  underlying  the  targeting  of 

mRNA and membrane receptors as well as the state of the art relative to these two targets, 

directly related with the experimental work described in this thesis. 

 

1.3.1. Antisense Imaging of Endogenous Gene Expression 

 

Molecular  imaging  of  gene  expression  is  directed  at  cellular  processes  closer  to 

transcription rather than translation.64 Basically, there are two main approaches to observe 

gene  expression  non‐invasively,  the  indirect  and  the  direct.  Indirect  imaging  involves  the 

expression of a  reporter gene  that  is monitored  in order  to check  the expression of a co‐

transcribed  gene  of  interest.  Both  genes  are  translated  and  the  protein  product  of  the 

Page 59: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

1. Introduction 

23

reporter gene can be visualized using reporter probes that trap them inside the cells (figure 

1.9).65 In this approach exogenous protein function is being visualized. 

 

 

 

Figure 1.9 ‐ Schematic illustration of the reporter gene approach. a, 65 

 

 

The direct approach involves the in vivo direct imaging of mRNA using the antisense 

approach.  This  approach  consists  in  developing  single‐stranded  oligonucleotides  (13  ‐  20 

bases)  with  a  complementary  base  sequence  (i.e.  “antisense”)  to  effectively  locate  and 

hybridize  to  its  target  mRNA  (“sense”  sequence),  through  Watson‐Crick  base‐pairing 

(hydrogen bonds between A and U/T and G with C). The  complementary  sequence when 

radiolabelled (RASON, Radiolabelled Antisense OligoNucleotides) may be used as a probe to 

visualize the target mRNA (i.e. antisense imaging) (figure 1.10 and figure 1.11).63,66 

 

a An  imaging  reporter gene has  to be  introduced  into  the cell by a promoter of choice. Transcription of  the 

imaging  reporter  gene  with  subsequent  translation  of  the  mRNA  leads  to  an  enzyme.  This  enzyme  can 

selectively  trap an  imaging  reporter probe. The  imaging  reporter probe will not be  trapped  in  those cells  in 

which there is no expression of the imaging reporter gene. Note that it is also possible for the imaging reporter 

gene  to encode  for an  intracellular and/or cell  surface  receptor. This  receptor would  then bind  the  imaging 

reporter probe. Levels of  the  trapped probe can be  related  to  levels of  imaging  reporter gene expression  in 

either approach. 

Page 60: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

1. Introduction 

24 

 

 

Figure  1.10  ‐  Schematic  image  showing  the  radiolabelled  antisense  oligonucleotide  upon 

hybridization to the complementary target mRNA. RASON ‐ Radiolabelled Antisense OligoNucleotides. 

 

 

 

Figure 1.11 ‐ Illustration of antisense hybridization imaging approach.b,65 

 

It  is  expected  that  an  oligonucleotide  with  more  than  12  nucleobases  (12‐mer) 

represents  a  unique  sequence  in  the whole  genome,67  so  a  radiolabelled  oligonucleotide 

with 13 ‐ 20 bases is likely to be specific for its target. Since these short oligonucleotides can 

in principle be easily produced, antisense imaging using radiolabelled oligonucleotides may 

offer a wide range of new specific probes. 

b Small radiolabelled antisense oligonucleotides (RASONs) are used to target a small portion of a chosen mRNA. If sufficient levels of mRNA are present, it may be possible to retain the RASONs only in those cells expressing the  mRNA.  Efflux  would  occur  in  other  cells  if  non‐specific  interactions  can  be  minimized.  Because radiolabelling  chemistry  is  made  independently  of  the  RASON  sequence,  different  types  of  mRNA  can potentially be targeted. 

RASONmRNA

Page 61: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

1. Introduction 

25

 

In order to be successfully used as probes, antisense oligonucleotides have to meet 

the following criteria:64‐66,68,69,70 

1. Easy synthesis of the radiolabelled oligonucleotide; 

2. High specific activity of the probe; 

3. Stability of the radiolabelled antisense molecules ‐ resistance to nucleases and 

proteases; 

4. Non‐specific  interaction with other macromolecules (e.g. proteins) should be 

minimized; 

5. High cellular uptake  rates  ‐  the probe should have high accumulation  in  the 

target expressing cells and little in non‐target cells; 

6. High  binding  affinity  and  specificity  to  the  target  mRNA  ‐  the  antisense 

oligonucleotide‐mRNA  duplex  should  have  a  melting  temperature  high 

enough to prevent dissociation of the base pairs at 37 °C; 

7. Prevention of degradation of mRNA after hybridization by RNase H attack.c 

 

Concerning  the  target mRNA,  the number of  copies and  the  concentration of  cells 

expressing the specific mRNA needs to exceed a certain level for antisense imaging, and the 

target region of mRNA needs to be carefully chosen. The mRNA structure  is very complex, 

composed of secondary and tertiary structures.69,71 The secondary structures are composed 

of  many  regions  of  intrachain  base  pairing,  stem‐loops,  hairpins,  etc.  These  secondary 

structures are not good targets for antisense strategies because antisense oligonucleotides 

usually show  lower affinities  for duplex regions.69,72 Therefore, antisense strategies usually 

seek  to  target  only  single‐strand  regions  of mRNA. Due  to  the  limited  knowledge  of  the 

molecular structures,69 one common approach is to target either the initiation codon (AUG) 

and adjacent sequences or the untranslated sequences on either 5’ or 3’ end (5’‐UTR or 3’‐

UTR), hopping the accessibility of these regions.73 Also,  in order to  identify favourable  local 

c The enzyme RNase H is a ribonuclease that cleaves the 3'‐O‐P‐bond of RNA in a DNA/RNA duplex to produce 3'‐hydroxyl and 5'‐phosphate terminated products. RNase H  is a non‐specific endonuclease and catalyzes the cleavage of RNA via a hydrolytic mechanism, aided by an enzyme‐bound divalent metal ion. 

Page 62: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

1. Introduction 

26 

target sequences and to predict the secondary structure of RNA, different computer‐based 

methods have been established.74 

Potential  targets  for antisense  imaging can be  the majority of  targets  for antisense 

chemotherapy  in  preclinical  and  clinical  trials,  for  example  proto‐oncogenes.69,75  Proto‐

oncogenes that have been the object of study  for antisense  imaging are the c‐MYC that  is 

overexpressed  in a variety of cancers,  including breast, bladder, kidney, and  lung cancers, 

and  lymphoma;  CCND1  (cyclin  D1)  and  ERBB2  overexpressed  in  breast  and  pancreatic 

cancers; members of the RAS gene family, H‐RAS, K‐RAS and N‐RAS that are among the most 

frequently mutated oncogenes detected in human tumor, such as colon, lung and pancreatic 

tumors;  B‐cell  lymphoma/leukemia‐2  gene  (BCL‐2)76  overexpressed  in  non‐Hodgkin’s 

lymphoma, lung, colon, prostate, and neuroendocrine cancers, and malignant melanomas.  

 

Naturally occurring oligonucleotides, DNA or RNA, are not good candidates for being 

directly used as probes as  they are  rapidly degradated  in vivo by endo‐ and exonucleases, 

and they can promote degradation of the target mRNA by RNaseH.68,77,7879,80 To increase the 

in vivo stability of oligonucleotides, without significant alteration of their pharmacokinetics 

and  targeting  properties,  many  chemical  modifications  have  been  made  to  the  sugar‐

phosphate  backbone  of  DNA  or  RNA  (figure  1.12).  Some  of  the  analogues  include 

phosphorothioate,81  methylphosphonate,82  2’‐O‐methyl  RNA79,80,83,8485  and  complete 

replacement  of  the  backbone  including  morpholino86  and  peptide  nucleic  acids.87,88,89,90 

Among  these,  peptide  nucleic  acids  (PNAs)  present  remarkable  properties  and  are 

considered good candidates for developing radiolabelled antisense probes. 

 

Page 63: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

1. Introduction 

27

N

HNN

HNN

HN

O

OB

OO

B

OHN

B

O

O

O

B

OO

O

O

B

PO

SO

O

O

B

PS

O

O

O

B

OO

O

O

B

PO

O

O

O

B

PO

O

O

B

OO

O

O

B

PO

O O

O

O

B

PO O

O O O

PN

OPNO

ON

B

O

ON

B

O

ON

B

O PON

O

Phosphorothioate DNA

Methylphosphonate DNA

2'‐O‐methyl RNA

Morpholino

Peptide Nucleic Acids

 

Figure 1.12 ‐ General structure of some DNA and RNA analogues used in antisense imaging. B = base = 

thymine, adenine, cytosine, guanine. 

 

1.3.1.1. Peptide Nucleic Acids and Diagnosis 

 

Peptide nucleic acids have been introduced in 1991, based on the research efforts of 

Ole Buchardt and Peter Nielsen. 91,92 They tried to develop PNAs as specific reagents for gene 

targeting and gene therapy. Nowadays, applications of PNAs can be arbitrarily split into four 

main  categories:  antigene  and  antisense  therapy,  as  tools  for  molecular  biology  and 

functional genomics, as probes for diagnosis and detection, and as biosensors.87,93,94,95,96 

A PNA is a DNA mimic in which a 2‐aminoethylglycine (aeg) linkage generally replaces 

the normal phosphodiester backbone and a methylcarbonyl  linker connects the nucleotide 

bases  to  this  backbone  at  the  amino  nitrogen  (figure  1.13).91,92,94  If  we  compare  the 

structure of a nucleotide with that of a PNA monomer, we can see that they are  identical ‐ 

the  skeleton of  the monomer  is  formed  in both cases by  six atoms and  the  side arm  that 

connects the base (B) to the backbone is two atoms long (figure 1.13). 

 

Page 64: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

1. Introduction 

28 

NH

N

OB

O2

4

51'

3

2'

61

O O

B

PO

2

45

1'

3

2'

6

1 O

O

 

Figure 1.13 ‐ DNA and aminoethylglycine‐PNA backbones. 

 

Unmodified  PNAs  are  not  charged  at  neutral  pH,  are  non‐chiral  and  can  be 

synthesized without  need  of  any  stereoselective  pathway,  following  standard  solid‐phase 

synthetic  protocols  for  peptides.93‐96,97,98  The  amide  (or  peptide)  bonds  in  PNAs  are 

sufficiently different from the α‐amino acid bonds present  in proteins, and therefore PNAs 

are biologically stable and not degradable by cellular proteases and peptidases, and are also 

resistant  to  nucleases.98,99  Despite  all  the  modifications,  PNAs  are  still  able  of  binding 

specifically  to DNA  as well  as  to RNA, obeying  the Watson‐Crick hydrogen bonding  rules. 

PNAs form very stable duplex structures with DNA and RNA (PNA/DNA and PNA/RNA), with 

affinity  and  specificity  substantially  exceeding  that  of  DNA/DNA  and  DNA/RNA 

structures.93,100 Such strong binding is attributed to the lack of charge repulsion between the 

neutral PNA and the DNA or RNA strand. Another consequence of the neutral backbone  is 

that the melting temperature (Tm) values of PNA/DNA duplexes are practically independent 

of  salt  concentration. For  in  vivo applications, very  important PNA properties are  the  fact 

that the uncharged PNA backbone is unlikely to interact with cellular proteins that normally 

bind  to  negatively  charged macromolecules,  PNA  hybridization  does  not  induce  RNase H 

degradation of bound mRNA and they present no sign of any general toxicity.92‐100 

 

1.3.1.1.1. PNA  Labelling  with  Different  Radionuclides  for  Imaging 

Endogenous Gene Expression 

 

Using the bifunctional chelator approach mentioned  in section 1.1.2, different PNAs 

have been  labelled with SPECT  (99mTc,  111In)75,76,88,90,101,102,103,104,105,106,107,108,109 and PET  (18F, 64Cu)78,110,111,112 radionuclides. The labelling of PNAs with 125I for autoradiography studies has 

also been described.113,114  

Page 65: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

1. Introduction 

29

The  labelling of PNAs with  99mTc was  first  reported  in  1997 by Hnatowich  and  co‐

workers.90 They used  the  chelator mercaptoacetyl‐triglycine  (MAG3)  to  stabilize  the metal 

and to conjugate the PNA and tried to prove that in vivo antisense hybridization is possible. 

The authors used mice  implanted  intra‐muscularly  in the  left and  in the contralateral thigh 

with “sense” PNA coupled  to polystyrene beads and beads without PNA,  respectively. The 

antisense  PNA  labelled  with  99mTc  was  then  injected  intraperitonially  and,  23  h  after 

injection,  a  6‐fold  enhancement  of  binding  to  “sense”  PNA  coupled  to  beads  versus 

uncoupled beads was found.90 

Later,  in 2003, Wickstrom and  co‐workers  reported  the  labelling of a  tetrapeptide‐

PNA dodecamer with 99mTc for antisense imaging of c‐MYC mRNA, overexpressed in different 

tumors, namely in breast cancer (figure 1.14).102 The tetrapeptide GlyD(Ala)GlyGly was used 

as BFCA, providing an N4 coordination to 99mTc. 

 

N N

O

NN

O O

HN

OAba

HH

Tc O

GCATCGTCGCGG

  

Figure 1.14 ‐ Proposed structure for 99mTc‐N‐GlyD(Ala)GlyGly‐Aba‐GCATCGTCGCGG. 

 

Tissue  distribution  studies  in mice  bearing  human  breast  tumor  showed  that  the 

uptake of c‐MYC antisense 99mTc‐GlyD(Ala)GlyGly‐c‐MYC PNA was two‐fold greater than the 

corresponding  mismatch  PNA  probe,  and  such  result  was  considered  encouraging.  The 

sequences also showed a good biological profile in normal tissues and organs at 4 and 24 h 

post‐injection.  The  results  were  promising,  but  it  was  necessary  to  increase  the  tumor 

uptake and specificity of the c‐MYC antisense 99mTc‐PNA conjugate.102  

In order to increase the cellular uptake and specificity of PNA sequences to different 

target mRNAs, Wickstrom  and  co‐workers  have  conjugated  a D‐peptide  (D(CysSerLysCys)) 

analogue  of  insulin‐like  growth  factor  1  (IGF1)  specific  for  the  IGF1R  (insulin‐like  growth 

factor 1  receptor), overexpressed  in malignant cells,  to PNA  sequences complementary  to 

CCND1, c‐MYC and KRAS mRNAs.103‐106,111,112 The CCND1 PNA‐IGF1 was  labelled with 99mTc 

and  64Cu  using  the  chelators  GlyD(Ala)GlyGly  and  1,4,7,10‐tetraazacyclododecane‐

N,N’,N’’,N’’’‐tetraacetic  acid  (DOTA),  respectively.103,111  The  c‐MYC  PNA‐IGF1 was  labelled 

Page 66: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

1. Introduction 

30 

with 99mTc using the GlyD(Ala)GlyGly chelator.104 The conjugate KRAS PNA‐IGF1 was labelled 

with 99mTc and 64Cu using as BFCA the bis(S‐benzoylthioglycolyl)diaminoproponoate chelator 

(N2S2) for both radionuclides, and also DOTA in the case of 64Cu.105,112 

99mTc‐AcGlyD(Ala)GlyGly‐CCND1 PNA‐IGF1 peptide and  99mTc‐GlyD(Ala)GlyGly‐c‐MYC 

PNA‐IGF1 peptide antisense probes (figure 1.15) enabled the in vivo visualization of human 

MCF‐7 breast cancer xenografts in immunocompromised mice scintigraphically at 4, 12 and 

24 h after  intravenous administration.103,104  In all experiments,  control  sequences with no 

PNA, mismatched PNA or mismatched peptide yielded no tumor signals, demonstrating that 

non‐invasive mRNA tumors imaging was both receptor‐ and sequence‐specific. 

Figure  1.15  ‐  Illustration  of  99mTc‐AcGlyD(Ala)GlyGlyAba‐PNA‐AEEA‐D(CysSerLysCys)  conjugates 

designed to bind to IGF1 receptor, internalize and hybridize with the CCND1 or c‐MYC mRNA.d,104 

 

Human  MCF‐7  breast  cancer  xenografts  in  immunocompromised  mice  were  also 

imaged by microPET/CT at 4 and 24 h after intravenous injection of 64Cu‐DOTA‐CCND1 PNA‐

IGF1 peptide antisense probe, but not after administration of control probes  (64CuCl2, PNA 

mismatch and peptide mismatch). Preblocking the IGF1 receptors with recombinant human 

IGF1 peptide 30 min before administration of  the antisense probe  64Cu‐CCND1 PNA‐IGF1, 

reduced the PET image intensity to the level of the controls, demonstrating the specificity of 

the probe. The 64Cu‐DOTA‐CCND1 PNA‐IGF1 antisense probe showed a relatively high tumor 

uptake,  2.01  ±  0.43  %  ID/g,  and  high  tumor‐to‐muscle  ratio,  2.72  ±  0.67,  at  4  h  after 

injection.  The  results  confirmed  that  a  receptor‐specific  targeting  peptide  facilitates  the 

d Sintigraphic imaging of γ radiation emitted upon decay of 99mTc might identify sites of high c‐MYC or CCND1 

mRNA expression. CCND1 PNA = CTGGTGTTCCAT; c‐MYC PNA = GCATCGTCGCGG; Aba  ‐ 4‐aminobutyric acid; 

AEEA – aminoethoxyethoxyacetate. 

PNA

Page 67: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

1. Introduction 

31

cellular  uptake  of  a  PNA  probe  into  the  cytoplasm  of  cancer  cells  and  enables  external 

imaging of oncogene mRNA expression in vivo.111 The microPET studies were compared with 

the  scintigraphic  studies  performed  to  visualize  the  same  CCND1 mRNA.103  The microPET 

studies  indicated  that  the  64Cu‐DOTA‐CCND1  PNA‐IGF1  probe  exhibited  faster  and  higher 

tumor  uptake  than  the  corresponding  99mTc‐Ac‐GlyD(Ala)GlyGlyAba‐CCND1  PNA‐IGF1 

analogue. 

The K‐RAS  radioprobes,  99mTc‐N2S2‐K‐RAS PNA‐IGF1 and 64Cu‐N2S2‐K‐RAS PNA‐IGF1, 

enabled scintigraphic or PET imaging of immunocompromised mice bearing human pancreas 

cancer  (figure  1.16).  However,  in  these  studies  no  control  studies were  performed  that 

would be necessary to determine the specificity of the probes, and the labelling yields with 64Cu were very low (10%).105 

 

Figure 1.16 ‐ Illustration of M‐N2S2‐K‐RAS PNA‐IGF1 peptide probes (M = 99mTc or 64Cu).105 

 

The antisense  64Cu‐DOTA‐K‐RAS PNA‐IGF1 probe  (figure 1.17),  radiolabelled  in high 

yield  using  the  DOTA  chelator,  was  administered  intravenously  to  mice  bearing  human 

pancreas cancer and yielded strong  tumor contrast  in PET  images, 8.60 ± 1.39 and 8.99 ± 

4.17 ‐fold more intense in the center of the tumor than in contralateral muscle at 4 h and 24 

h,  respectively.  Control  experiments  with  single  base  K‐RAS  PNA  mismatches,  an  IGF1 

peptide mismatch,  and  studies  in  breast  cancer  xenograft  lacking  K‐RAS mRNA  activation 

yielded weak  tumor  contrast  images.  The  PET  imaging  results  showed  that  K‐RAS mRNA 

overexpression could be detected by radiohybridization with the complementary probe.112 

R =  

Page 68: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

1. Introduction 

32 

 

Figure 1.17 ‐ Illustration of 64Cu‐DOTA‐KRAS PNA‐IGF1 peptide radiohybridization probe designed to 

bind to the IGF1 receptor, internalize and hybridize with KRAS mRNA.112 

 

PNA conjugates for microPET imaging of breast cancer via upstream of N‐RAS mRNA 

(UNR mRNA) were reported by Sun et al.78 The UNR mRNA is an oncogene highly abundant 

and uniquely overexpressed in MCF‐7 breast cancer cell lines. Three antisense UNR PNA (to 

different sites on mRNA) and one sense UNR PNA conjugates, containing four‐lysines for cell 

permeation and DOTA for chelating 64Cu were studied (figure 1.18). 

 

 

 

Figure 1.18 – Illustration of 64Cu‐DOTA‐PNA–(Lys)4 probes for UNR mRNA imaging. 

 

The MCF‐7 tumor‐bearing mice were imaged with all four 64Cu‐DOTA‐UNR PNA‐(Lys)4 

conjugates  using  a microPET  camera,  but  one  antisense  conjugate  showed  better  tumor 

image quality at all time points, with a tumor/muscle ratio of 7.9 ± 3.3 and 6.6 ± 1.1 at 4 and 

24  h  post‐injection,  respectively.  These  ratios  are  among  the  highest  reported  for 

radiolabelled oligonucleotides. However,  these values are  less  than 4‐fold better  than  the 

corresponding  sense  sequence,  indicating  that  factors  other  than  the  sequence 

complementary  to  the  UNR  mRNA  played  a  significant  role  in  tumor  localization.  The 

-

-

antisense KRAS PNA

Page 69: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

1. Introduction 

33

biodistribution date  in the tumor‐bearing mice also showed very high kidney uptake for all 

sequences studied, presenting values higher than 100% ID/g.78 

 

Taking  into  account  that  84%  of  non‐Hodgkin’s  lymphomas  (NHLs)  overexpress 

somatostatin receptors and BCL‐2 mRNA, Lewis and co‐workers prepared 111In‐DOTA‐ BCL‐2 

PNA‐Tyr3‐octreotate  complementary  to  the  translational  star  site  of  BCL‐2 mRNA  (figure 

1.19).76  The  antisense  probe was  able  to  detect Mec‐1  human  small  lymphocytic  tumor 

bearing  mice  by  microSPECT/CT,  but  only  after  48  h  after  injection.  The  two  negative 

controls,  111In‐DOTA‐non‐sense  PNA‐Tyr3‐octreotate  and  111In‐DOTA‐anti  bcl‐2  PNA‐

Ala[3,4,5,6]‐substituted  congener  of  octreotate,  did  not  detect  the  tumors  by 

microSPECT/CT.76 

 

 

Figure 1.19 ‐ Illustration of 111In‐DOTA‐anti‐BCL‐2 PNA‐Tyr3‐octreotate for targeting BCL‐2 mRNA. 

 

Pardridge  and  colleagues  have  employed  ex‐vivo  autoradiography  for  antisense 

detection  of  brain  diseases.  In  one  report,  stably  transfected,  ectopic  C6‐790  rat  gliomas 

expressing  luciferase  were  visualized  using  a  125I‐Tyr‐antisense  PNA‐OX26  antibody 

conjugate but not with  control  sequences.113  In a  second publication, an antibody against 

murine  transferrin  receptor was  conjugated  to  125I‐Tyr‐antisense PNA  targeting huntingtin 

mRNA  in a transgenic mouse model of Huntington’s disease. Quantitative autoradiography 

showed  a  3‐fold  selective  sequestration  of  the  antisense  compound  in  the  brains  of  HD 

(Huntington’s) transgenic mice, compared to controls.114 

 

 

 

 

NH‐CCAGCGTGCGCCAT‐DPhe‐Cys‐Tyr‐D‐Trp‐Lys‐Thr‐Cys‐Thr(OH) 

S S

Page 70: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

1. Introduction 

34 

1.3.2. Imaging Membrane Receptors with Small Radiopeptides 

 

The discovery that certain tumor types (over)‐express receptors for certain regulatory 

peptide hormones dates back to the mid 1980s and early 1990s.115, 116, Since then, there has 

been  an  exponential  growth  in  the  development  of  radiolabelled  peptides  for  diagnosis 

and/or therapy, and currently peptides are the radioactivity vehicles of choice for receptor 

targeting.117,118,119 The best examples illustrating this strategy are radiolabelled somatostatin 

analogues, which are now routinely used in clinics to image tumors expressing somatostatin 

receptors  (OctreoScan®,  figure  1.2)  and  are  promising  for  internal  radiotherapy  in 

patients.119,120,121,122,123 

Small  peptides  offer many  distinct  advantages  over  other  bioactive molecules  like 

proteins  and  monoclonal  antibodies.115,124,125,126  Small  peptides  can  be  easily  and 

inexpensively  synthesized  by  automated  solid  phase  techniques,  and  manipulated 

molecularly to optimize their affinity for a particular receptor and to display a more specific 

biodistribution  pattern.  Peptides  have  the  ability  to  tolerate  the  harsh  conditions  (pH, 

temperature, etc.) of chemical modification and/or radiolabelling and the ability to attach a 

bifunctional  chelating  agent  at  the  C‐  or  N‐  terminus  of  the  peptide.  They  present  low 

toxicity  and  low  immunogenicity.116,124,126  Because  of  their  small  size,  peptides  usually 

display  favourable  pharmacokinetics  characterized  by  high  concentration  in  the  target 

tissues and rapid clearance from the blood and non‐target tissues. Small peptides have the 

ability  to  reach  the  receptors  on  tumor  cells more  efficiently,  and  penetrate  into  tumors 

faster than monoclonal antibodies.17,124,126,127 

 

In table 1.7 examples are given of endogenous peptides whose receptors can be used 

as targets for imaging. 

 

 

 

 

 

 

Page 71: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

1. Introduction 

35

Table  1.7  ‐  Regulatory  peptides,  their  function,  target  disease,  cells  expressing  receptors,  and 

receptor subtypes.116,117,126,127 

Peptide  Function  Target diseases  Receptor 

Bombesin  CNS and GI tract activity  Glioblastomas, SCLC, prostate , breast, gastric, colon and pancreatic cancer 

GRP‐bombesin 

CCK/gastrin  Gallbladder contraction/acid secretion, 

SCLC, GI tumors, pancreatic cancer, adenomas and medullary thyroid cancer 

CCK 1 and 2 

Epidermal growth factor 

Growth promoter  Breast cancer  Epidermal growth factor 

Gastrin releasing pepide 

Promotes gastrin secretion 

Glioblastomas, SCLC, prostate, breast, gastric, colon and pancreatic cancer 

GRP‐bombesin 

α‐MSH  Regulation of skin pigment/CNS 

Melanoma  Melanocortin 1‐5 

Neurotensin  GI and cardiac activity, neuromodulator 

Prostate and pancreatic cancer  Neurotensin 1‐3 

Somatostatin and analogues 

Growth hormone release inhibiting factor 

Neuroendocrine tumors, SCLC, breast cancer, monocytes and lymphocytes 

Somatostatina 1‐5 

Substance P  Vasoactive  Glial tumors, astrocytomas, medullary thyroid and breast cancer 

NK1, NK2 and NK3 

VIP  Vasodilator, growth promoter, immunomodulator 

NSCLC, breast, colon, pancreatic, prostate, bladder and ovarian cancer 

VP 1 and 2 

RGD analogues  Endothelial adhesion molecule 

Tumor– induced angiogenesis  αvβ3 integrin 

α‐MSH = α‐melanocyte‐stimulating hormone; CCK = cholecystokinin; GI = gastrointestinal; GRP = gastrin‐releasing peptide; NK = neurokinin; NSCLC = non‐SCLC; RGD = single‐letter designation for amino acids, Arg‐Gly‐Asp; SCLC = small cell lung cancer; VIP = vasoactive intestinal peptide 

 

 

1.3.2.1. α‐Melanocyte Stimulating Hormone‐Based 

Radiopharmaceuticals 

 

Malignant melanoma  is  a  serious  form  of  cancer with  high mortality  rates.  Early 

detection  of  primary melanoma  is  essential  because  there  is  no  effective  treatment  for 

metastatic melanoma. The melanocortin type 1 receptors (MC1R) have been used as targets 

for melanoma imaging due to their overexpression on human and mouse melanoma cells.20, 

128,129,130,131  Radiolabelled  α‐melanocyte  stimulating  hormone  (α‐MSH)  peptide  analogues 

Page 72: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

1. Introduction 

36 

have been considered very promising candidates for melanoma imaging and therapy due to 

their nanomolar MC1 receptor binding affinities and high receptor‐mediated tumor uptake 

in murine melanoma‐bearing mice and human melanoma xenografts132,133,134,135,136 

 

α‐Melanocyte  stimulating hormone  (α‐MSH)  is a  linear 13‐amino acid peptide  (Ac‐

Ser‐Tyr‐Ser‐Met‐Glu‐His–Phe–Arg‐Trp‐Gly‐Lys‐Pro‐Val‐NH2)  derived  from  the  proteolytic 

cleavage  of  pro‐opiomelanocortin  (POMC)  and  is  the  most  potent  naturally  occurring 

melanotropic peptide that is produced in the brain and pituitary gland.128,137,138,139 

So  far,  the melanocortin  receptor system consists of  five  isoform  receptors  (MC1R‐

MC5R)  and  belongs  to  the  heterodimeric  guanine  nucleotide‐binding  protein  (G‐protein)‐

coupled family of receptors, characterized by the presence of seven transmembrane repeat 

spanning domains.128,138,140,141,142 The melanocortin‐1  receptor  (MC1R)  is expressed  in  skin 

cells  (keratinocytes, melanocytes  and  fibroblasts)  including melanoma  cells,  immune  cells 

and endothelial cells.128 MC1R regulates the amount and type of pigment production and is a 

major determinant of skin phototype and sensitivity to ultraviolet‐light induced damage.139. 

Taking  into  account  that  MC1  receptors  are  expressed  in  melanocytes  and 

overexpressed  in melanoma cells,128,143 and  that α‐MSH has high affinity  for  this  receptor, 

the development of  radiolabelled α‐MSH analogues may be useful  for both detection and 

treatment of melanoma. 

 

1.3.2.1.1. α‐MSH Analogues 

 

The endogenous α‐MSH as  such  is not a good peptide  to be  labelled directly with 

radionuclides, as it is rapidly degradated by proteolytic enzymes.138,139 As a result, several α‐

MSH analogues that possess increased receptor affinity and stability have been synthesized 

(table 1.8). 

Structure‐activity  relationship  studies have  shown  that  the minimal  sequence  in α‐

MSH  required  for  biological  activity  is  the  amino  acid  sequence His6‐Phe7‐Arg8‐Trp9.  The 

replacement of Met4 and Phe7 by Nle4 and DPhe7, respectively, led to the more potent [Nle4, 

DPhe7]‐α‐MSH  (NDP‐MSH) analogue  (table 1.8), which has a  longer half‐life, and  is one of 

the most cited α‐MSH analogue, due to its subnanomolar receptor affinity and resistance to 

enzymatic degradation.138,139,144 

Page 73: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

1. Introduction 

37

 

Table 1.8 ‐ Structure of α‐melanocyte stimulating hormone (α‐MSH) and some α‐MSH analogues. 

Bold:  amino  acid  residues  replaced  in different  analogues  relatively  to  the endogenous peptide  (α‐MSH); 

underline: minimal sequence for biological activity. 

Peptide  Name  aa 

Ac‐Ser1‐Tyr2‐Ser3‐ Met4‐Glu5‐His6–Phe7–Arg8‐Trp9‐Gly10‐Lys11‐Pro12‐Val13‐NH2   α‐MSH  13 

Ac‐Ser‐Tyr‐Ser‐Nle4‐Glu‐His‐D‐Phe7‐Arg‐Trp‐Gly‐Lys‐Pro‐Val‐NH2   NDP‐MSH  13 

Ac‐Cys3‐Cys4‐Glu‐His‐D‐Phe7‐Arg‐Trp‐Cys10‐Lys‐Pro‐Val‐NH2   CCMSH  11 

Ac‐Cys3‐Cys4‐Glu5‐His6‐D‐Phe7‐Arg8‐Trp9‐Cys10‐Arg11‐Pro‐Val‐NH2   CCMSH(Arg11)  11 

Ac‐ Nle4‐Asp5‐His‐D‐Phe7‐Arg‐Trp‐Gly‐Lys10‐NH2   NAPamide  8 

Ac‐ Nle4‐cyclo[Asp5‐His‐D‐Phe7‐Arg‐Trp‐Lys10]‐NH2   MT‐II  7 

βAla3‐Nle4‐Asp5‐His‐D‐Phe7‐Arg‐Trp‐Lys10‐NH2  MSHoct  8 

 

 

For  potential  diagnostic  application,  some  linear  α‐MSH  analogues  such  as 

NAPamide, MSHoct, have been labelled with different PET (68Ga, 64Cu, 18F)135,145,146 and SPECT 

(111In,  67Ga,  99mTc)22,58,134,147,148  radionuclides,  using  DOTA  or  a  pyrazolyl‐diamine  as 

bifunctional chelators, and in the case of 18F the N‐succinimidyl‐4‐18F‐fluorobenzoate. 

Introduction of a  cyclic  constraint may  restrict  the  flexibility of a  lead peptide and 

may  generate  peptides  with  enhanced  potency,  receptor  selectivity  and  enzymatic 

stability.138 The concept of side chain to side chain cyclization of melanocortin peptides has 

been  successfully  applied,  namely  in  the  case  of Ac‐[Cys4,Cys10]‐α‐MSH, which  contains  a 

disulfide  bridge  between  Cys4  and  Cys10  amino  acids.138,149  Another  very  potent  peptide 

agonist, also used  in  the characterization of melanocortin receptors,  is  the cyclic analogue 

melanotan II (MT‐II; table 1.8).138,150 

To  take  advantage  of  the  superior  biological  properties  presented  by  the  cyclic 

peptides, a new family of Re‐ and Tc‐based cyclic α‐MSH analogues, MO[Cys3,4,10,D‐Phe7]‐α‐

MSH3‐13 [M‐CCMSH] (M = Re, 99mTc) has been developed for melanoma targeting.22,129,151 The 

biological evaluation of  the  cyclic  radioanalogues,  99mTc‐CCMSH  (figure 1.5,  section 1.1.2.) 

and  111In‐DOTA‐ReCCMSH,  has  shown  a  significant  tumor  uptake  but  also  a  high  kidney 

accumulation. Substitution of Lys11 by Arg11  led to the compounds 99mTc‐CCMSH(Arg11) and 111In‐DOTA‐ReCCMSH(Arg11)  (figure  1.20), which  present  higher  tumor  uptake  and  lower 

Page 74: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

1. Introduction 

38 

kidney  accumulation.  These  compounds were  considered  as  potential  imaging  probes  for 

primary  and  pulmonary metastatic melanoma detection.152,153  These  analogues were  also 

labelled  with  therapeutic  radionuclides  (188Re  and  212Pb)  and  their  tumor  uptake  and 

therapeutic  efficacy  were  evaluated  in melanoma models.21,132,154,155  For  PET  imaging  of 

melanoma,  the  cyclic  ReCCMSH(Arg11)  peptide was  labelled with  64Cu,  using DOTA  and  a 

cross‐bridged  cyclam  (CBTE2A  =  4,11‐bis(carboxymethyl)‐1,4,8,11‐

tetraazabicyclo[6.6.2]hexadecane) as bifunctional chelators (figure 1.20).156,157 

 

 

 

Figure  1.20 ‐  Structures  of  DOTA‐ReCCMSH(Arg11)  for  labelling with  111In  and  64Cu,  and  CBTE2A‐

ReCCMSH(Arg11) for labelling with 64Cu. 

 

 

Chelators =  

ReCCMSH(Arg11) 

chelator 

Page 75: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.  

Evaluation of Chelators for Labelling 

Biologically Relevant Molecules  

Page 76: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of
Page 77: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules 

41

2. Evaluation  of  Chelators  for  Labelling  Biologically 

Relevant Molecules 

 

2.1. Introduction 

 

The main  goal of  this work was  to  contribute  for  the design of  radioactive probes 

potentially useful for  imaging the N‐MYC mRNA and MC1 membrane receptors. To achieve 

such goal we explored the labelling of a peptide nucleic acid sequence and of a cyclic α‐MSH 

analogue with  the  fac‐[99mTc(CO)3]+ moiety. We  have  also  conjugated  an  acridine  orange 

derivative  to  a  bifunctional  chelator  to  prepare  isostructural  rhenium  and  technetium 

tricarbonyl compounds,  to evaluate  their  localization  in  the cell and also  their cytotoxicity 

and radiocytotoxicity.  In a  later stage, and depending on the results, such complexes could 

be  interesting to explore multimodal probes as well as the therapeutic usefulness of 99mTc 

complexes.  

The  99mTc,  more  specifically  the  fac‐[99mTc(CO)3]+  moiety,  was  chosen  due  to  its 

versatility  and  excellent  properties,  in  terms  of  stability  in  vitro  and  in  vivo,  being  an 

important core for application  in radiopharmaceutical chemistry. The bifunctional chelators 

selected were  the  pyrazolyl‐  and  cysteine‐containing  chelators which  are N3  and N, O,  S 

donors,  respectively  (scheme  2.1).46‐52,56‐58  Both  chelators  contain  a  carboxylic  group 

available to conjugate a biomolecule and in the case of the pyrazolyl‐containing chelator the 

4‐position of the pyrazolyl ring can also be derivatized with a fluorescent molecule (scheme 

2.1). 

 

Scheme 2.1 – Pyrazolyl‐ and cysteine‐containing bifunctional chelators for coordination to the metal 

and conjugation to biomolecules (BM) and fluorescent molecule (FM). 

SNH2

O

HO

O

OH

NN

NNH2

O

OH

 FM 

BM

BM 

M

Page 78: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules  

42 

Once there was no experience on conjugating the cysteine‐ and pyrazolyl‐containing 

chelators  to  PNAs,  we  decided  to  evaluate  the  possibility  of  conjugating  PNA  units 

(monomer and dimer) to these chelators and  to explore the coordination capability of the 

conjugates towards the fac‐[M(CO)3]+ (M = Re, 99mTc) moiety. The evaluation of these model 

complexes would  be  helpful  for  choosing  the most  suitable  chelator  to  label  the  clinical 

relevant PNA sequence with the fac‐[99mTc(CO)3]+ moiety. 

 

In the first part of this chapter we describe the synthesis and characterization of a PNA 

monomer and dimer, their conjugation to the bifunctional chelators, pyrazolyl‐ and cysteine‐ 

containing chelators, and  reactions of  these conjugates with  the  fac‐[M(OH2)3(CO)3]+  (M = 

Re,  99mTc)  precursors.  The  in  vitro  stability  and  the  biological  behaviour  of  the  99mTc 

complexes formed will be also presented. 

In  the  second  part  of  this  chapter  we  describe  the  synthesis  of  a  pyrazolyl‐diamine 

chelator  bearing  an  acridine  orange  moiety  as  well  as  the  synthesis  of  rhenium  and 

technetium  tricarbonyl  complexes. The  cytotoxicity,  radiotoxicity  and  localization of  these 

complexes in B16F1 murine melanoma cells will also be reported. 

 

2.2. Evaluation of Two Chelators for Labelling PNA Units 

 

2.2.1. Synthesis and Characterization of a PNA Monomer and Dimer 

 

The synthesis of the classical aminoethylglycine PNA (aeg‐PNA) backbone protected with 

Boc  in  the N‐terminus  and with  a methyl  ester  in  the  carboxylic  function  is  illustrated  in 

scheme 2.2. 

 

H2N NH2O

HN

ONH

O

O

OHN

ONH2

1 2

i ii

 

Scheme  2.2  ‐ Synthesis  of  the  protected  PNA  backbone  (2).  i)  Di‐terbuthyldicarbonate  ((Boc)2),  1,4‐

dioxane; ii) methylbromoacetate, CH2Cl2. 

 

Page 79: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules 

43

One  of  the  amino  groups  of  ethylendiamine  is  selectively  protected  with  tert‐

butoxycarbonyl  (Boc), originating compound 1,158 which  is alkylated with bromoacetic acid 

ester  yielding  the  aeg‐PNA  backbone monomer  2.159  Then,  the  thymin‐1‐ylacetic  acid  is 

attached to 2 via an amide bond affording the aeg‐PNA monomer 4 (scheme 2.3).160,161 

 

NH

N

O

O

OHN

ON

O

Oi

OHN

ONH

O

O2

3

4

OH

O

NH

N

O

O

O

 

Scheme 2.3 ‐ Synthesis of the PNA monomer (4). i) DMF, DIPEA, HBTU. 

 

The synthesis of the PNA dimer starts with the PNA monomers having the amine and 

the  acid  groups  in  the  free  form.  To  achieve  such  goal,  the  PNA  monomer  4  was 

deprotected, using TFA or NaOH, yielding quantitatively compounds 5  (amine  form) and 6 

(acid  form),  respectively  (scheme  2.4).161  By  reacting  compounds  5  and  6  in DMF,  in  the 

presence of NEt3 and HBTU,  the PNA dimer 7 was obtained  (scheme 2.4) with 62% yield, 

after purification by column chromatography (silica gel, MeOH 0 ‐ 10%)/CH2Cl2). 

 

Page 80: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules  

44 

N

O

NH

O

NH

N

O

O

N

O

NH

O

O

NH

N

O

O

O

O

N

O

NH

O

NH

N

O

O

O

O

O

H3N

O

O

NH

N

O

O

OH

N

O

NH

O

NH

N

O

O

O

O O

CF3COO‐

4

5 6

7

i ii

iii

 

Scheme 2.4 ‐ Synthesis of a PNA Dimer (7). i) CH2Cl2, TFA; ii) NaOH 2N, H3O+; iii) NEt3, HBTU, DMF. 

 

The compounds were characterized by the usual analytical techniques. As shown  in 

figures 2.1 and 2.2,  1H NMR spectra of  the PNA monomer and of  the dimer are  relatively 

complex, due to the presence of rotamers. 

In  solution,  the PNA monomer exists as both  the cis and  trans  rotamers,  the  trans 

conformation  being  slightly  favored,  as  revealed  by  nuclear magnetic  resonance  studies 

(scheme 2.5).96,162,163,164,165 In the trans form, the methylene protons next to the nucleobase 

(8’  in scheme 2.5) are toward the 2‐aminoethyl unit, while  in the cis  isomer those protons 

are on the side of the glycyl unit. These rotamers appear in the NMR spectra due to the high 

barriers of rotation and low rate of exchange around the tertiary amide bond (χ1 = C3’‐N4’‐C7’‐

C8’, torsion angle) of the PNA monomer (scheme 2.5). The two rotamers interconvert on the 

∼1s  time  scale  at  room  temperature.  For  longer  sequences,  the  1H‐NMR  reveals  the 

presence of a multitude of structural species. If there are N residues, 2N possible structural 

species can exist.96 

 

Page 81: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules 

45

NH

N

O O

B

NH

N

O

O

B

trans cis

1'

2'3'

4'

5'

7'8'

χ1

6'

 

Scheme 2.5 ‐ cis and trans PNA rotamers. 

 

In  figure  2.1  and  figure  2.2,  the  1H NMR  spectra  obtained  for  the  protected  PNA 

monomer  (4)  and  for  the  dimer  (7)  are  presented.  In  the  1H NMR  spectrum  of  the  PNA 

monomer, two resonances are observed with different intensities for the H6’ of thymine (T) 

nucleobase, for the methylenic protons H1, H2, H6 and for the NHa (figure 2.1). The relative 

intensity  of  the  resonances  confirmed  the  presence  of  a major  (ma)  species, which was 

assigned to the trans  isomer, according to what  is described  in the  literature.162 As can be 

seen in figure 2.2, the 1H NMR spectrum of the PNA dimer (7) is much more complex, due to 

the  presence  of  different  rotamers  in  solution.  In  this  case  four  different  species  are 

expected  because  there  are  two monomers  that  can  adopt  two  different  conformations 

each  (2N = 22).  For  the H6’ and H6’’ of  thymine, eight different  resonances are observed, 

confirming  the  presence  of  four  different  species  in  solution  (figure  2.2).  The methylenic 

protons H1, H2, H5, H9, H9’ and the CH3 of the thymine base also present several resonances 

being difficult to make their assignment (figure 2.2). 

Page 82: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules  

46 

 

Figure 2.1 ‐ 1H NMR spectrum of PNA monomer 4 in CDCl3. • CH2Cl2, T ‐ thymine, S = solvent. 

 

 

Figure 2.2 ‐ 1H NMR spectrum of PNA dimer 7 in CD3OD. ∗ Residual water, T‐thymine, S = solvent. 

 

2.03.04.05.06.07.08.09.0 ppm 

NH

N

O

NH

N

O

O

O

OO

O

123

45

5a

b

5

6'

6

NHb  NHa

NHa6’ 

6’ 

2

2 6

6

1

1

3

4

CH3‐T  5

2.03.04.05.06.07.0

6’, 6’’ 

CH3‐T 

1

2, 5, 9, 9’

3, 4, 6, 7

∗ 

S

N

O

NH

O

NH

N

O

O

N

O

NH

O

O

NH

N

O

O

O

O12356

478

88

9' 9

6'6''

7.207.307.407.50

ppm 

Page 83: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules 

47

Compound 7 was also characterized by ESI/QITMS that confirmed its formulation. In 

the  spectrum  of  7,  one  group  of  peaks  at m/z  663.2  (most  abundant mass)  is  observed, 

corresponding to the calculated value for [M‐H]‐ (figure 2.3). 

 

 

Figure 2.3 ‐ Mass spectrum of compound 7 in the negative mode obtained by ESI/QITMS. 

 

2.2.2. Synthesis and Characterization of Bifunctional Chelators Bearing 

a PNA Monomer 

 

The  protected  S‐(carboxymethyl‐pentafluorphenyl)‐N‐[(trifluor)carbonyl]‐L‐cysteine 

methyl  ester  (cysteine‐containing  ligand)  (11)  and  3,5‐Me2‐

pz(CH2)2N((CH2)3COOH)(CH2)2NHBoc  (pyrazolyl  diamine  containing  ligand)  (Pz‐Boc) 

bifunctional chelators were prepared to further conjugate the PNA monomer. 

Compound  11  was  prepared  by  a multistep  synthetic  procedure  as  illustrated  in 

scheme 2.6. Briefly, N‐(tert‐Butoxycarbonyl)‐L‐cysteine methyl ester was alkylated with tert‐

buthyl bromoacetate originating compound 9 that was deprotected with trifluoracetic acid 

in CH2Cl2 yielding quantitatively compound 10. Compound 10 was protected  in  the amine 

620 630 640 650 660 670 680 690 700m/z

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

Rel

ativ

e A

bund

ance

663.2

664.2

665.1

631.3

699.1649.3

666.1 701.1633.3 702.0651.3 662.4 667.1 686.1634.3 677.0621.4 648.6 698.4630.7 670.7 703.6637.1 694.7684.1

[M‐H]‐ 

Page 84: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules  

48 

function  and  activated  in  the  acid  position  in  a  one  step  synthesis,  using  excess  of 

pentafluorphenol  trifluoracetic  acid  in DMF  and  reacting  overnight  at  room  temperature. 

After removing the solvent and washing with hexane, compound 11 was obtained as a white 

solid. 

 

HNS O

O

O

OO

SF3COCHN

O

OO

O

F

F

FF

F

NH2

S O

O

NH2

HS O

Oi iiiii

91110

OHO

CF3COO‐

5

H3NN

O

NH

N

O

O

O

O

13

HN N

O

NH

N

O

O

O

OHS

NH2

O

OHO

iv

v

12

HN N

O

NH

N

O

O

O

OS

NHCOCF3

O

OO

 

 

Scheme 2.6 ‐ Synthesis of compounds 9 ‐ 13.  i) tert‐buthyl bromoacetate, NEt3, CH2Cl2;  ii) TFA/CH2Cl2;  iii) 

pentafluorphenol trifluoracetic acid, DMF, pyridine; iv) CH3CN, NEt3; v) MeOH, K2CO3. 

 

Conjugation of 11 to the PNA monomer 5 was performed in CH3CN in the presence of 

NEt3. Compound 12 was  isolated  in 25% yield after purification by column chromatography 

(silica gel, (MeOH (3 ‐ 7%)/CHCl3). The cysteine‐conjugate 13 was then obtained in 74% yield 

after removing the protecting groups with potassium carbonate (scheme 2.6). 

The  3,5‐Me2‐pz(CH2)2N((CH2)3COOH)(CH2)2NHBoc  (Pz‐Boc)  was  synthesized  as 

previously described56 and conjugated to compound 5 in CH3CN, in the presence of NEt3 and 

HBTU.  The  conjugate  14  was  obtained  in  70%  yield  after  purification  by  column 

chromatography (MeOH (5 ‐ 13%)/CHCl3). Compound 15 was obtained in an overall yield of 

50%  after  removing  the  Boc  and  the  ester  protecting  groups  with  TFA  and  K2CO3, 

respectively (scheme 2.7). 

    

Page 85: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules 

49

i

NH

N

O

NH

N

O

O

O

OH

NN NNH2

O

NH

N

O

NH

N

O

O

O

O

NN NNHBoc

O

1514

NN N NHBoc

O

OH

CF3COO‐

5

pz‐Boc

H3NN

O

NH

N

O

O

O

Oii

iii

 

 

Scheme 2.7 ‐ Synthesis of the conjugate 15. i) CH3CN, NEt3, HBTU; ii) CH2Cl2, TFA; iii) MeOH, K2CO3. 

 

Compounds  12  ‐  15  are  air  stable,  soluble  in  polar  organic  solvents  such  as 

dichloromethane,  chloroform  and methanol,  being  compounds  13  and  15  also  soluble  in 

water.  These  compounds were  characterized  by multinuclear NMR  spectroscopy  (1H,  13C, 19F),  RP‐HPLC  and  elemental  analysis  in  the  case  of  15.  To  assign  the  1H  and  13C  NMR 

resonances, 2D experiments, 1H‐1H g‐COSY and 1H‐13C g‐HSQC, were performed. 

As an example, in figure 2.4 and figure 2.5 are presented the 1H and 13C NMR spectra 

of the cysteine conjugate 12 in dmso‐d6. 

 

 

 

Figure 2.4 ‐ 1H NMR spectrum of compound 12 in dmso‐d6. S = solvent, * residual water. 

2.03.04.05.06.07.08.09.010.011.0

3b

3a

S

CH3‐T

10.00

NHb

NHc

6’’

7

7

9

2

9

1,8

5,6

4

NHa

*

NHc 6’’

ppm

HN N

O

NH

N

O

O

O

OS

NH

O

OO

1 23 4 5

6''

76

9

8

a

c

b

O

FFF

Page 86: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules  

50 

 

Figure 2.5 ‐ 13C NMR spectrum of compound 12 in dmso‐d6. S = solvent  

In the 1H NMR spectrum (figure 2.4) we can  identify three different NH resonances, 

one singlet at 11.29 ppm attributed to the NHa of the thymine nucleobase, one doublet at 

10.03 ppm corresponding to the NHb of the cysteine and two triplets at 8.20 (ma) and 8.06 

ppm  (mi) corresponding  to  the NHc of  the amide bond between  the cysteine and the PNA 

monomer. The presence of these two triplets at 8.20 and 8.06 ppm confirms the formation 

of the conjugate and were attributed to the trans and cis rotamers, respectively. These two 

resonances appear as  triplets due  to  the  coupling of NHc with  the H5 protons of  the PNA 

monomer. The H2 of  the  cysteine unit was  identified based on  1H‐1H g‐COSY.  In  fact,  this 

proton is coupled with NHb and with the diastereotopic protons H3a and H3b, which appear as 

separated multiplets at 3.13 and 2.91 ppm. The H4 protons are easily identified because they 

appear as a multiplet at 3.17 ppm at higher field than the H3 protons and are not coupled 

with  any  other  protons.  Another  characteristic  of  this  spectrum  is  the  presence  of  two 

resonances for the H6’’, H7, H8 and H9 due to the presence of two rotamers in solution. 

The attribution of the different resonances in the 13C NMR spectrum of compound 12 

(figure 2.5) was based on 1H‐13C g‐HSQC. The diastereotopic character of the H3a and H3b was 

confirmed  in  the  g‐HSQC  spectrum  by  the  correlation  between  these  protons  and  one 

resonance at 32.2 ppm corresponding to C3. 

102030405060708090100110120130140150160170

1’, 4’, 7’

9’ 4’’

2’

5’’

3’

2’’ 5

6’’ 1’,8,2

7, 9, 6

3

CH3‐T

4

ppm

HN N

O

NH

N

O

O

O

OS

NH

O

OO

1 23 4 5

2''

4''5''

6''

76

9

81'

3' 2'

4'9'

a

c7'

b

O

FF

F

Page 87: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules 

51

The  1H  and  13C‐NMR  spectra  obtained  for  the  pyrazolyl‐conjugate  15  in  CD3OD 

present  the expected  resonances, which have also been assigned based on g‐COSY and g‐

HSQC experiences. 

In figure 2.6 is shown the 1H NMR spectrum of compound 15 with the corresponding 

assignments. The  spectrum presents one  singlet at 5.92 ppm and  two  resonances at 2.29 

and 2.19 ppm attributed to the H4’ and the methyl groups of the pyrazolyl ring, respectively. 

The  aliphatic  protons  of  the  pyrazolyl‐diamine  chelator  H1,  H6  and  H7  appear  as 

diastereotopic protons. As can be observed  in the spectrum, the H7 protons appear as two 

triplets at 2.51 and 2.35 ppm, the H6 protons that should appear as a quintuplet appear as a 

multiplet  (mixture of  two quintuplets)  at  1.97 ppm,  and  the H1  as  a multiplet  (two  close 

triplets) at 4.40 ppm.  It  should also be  referred  that  the methyl groups do not appear as 

singlets but appear as doublets, maybe due to some intra‐ or intermolecular interactions in 

solution. The presence of two rotamers in solution can also be clearly assigned based on the 

H6’’, H10 and H11 protons of the PNA monomer unit. 

 

 

Figure 2.6 ‐ 1H NMR spectrum of compound 15 in CD3OD. S = solvent, * residual water. 

2.03.04.05.06.07.0

6’’ 

4’  10

1

2,3,4,8,9

1110

11

5

3’, 5’ (CH3‐pz) 

CH3‐T 

6 7b 

*

S

ppm 

NH

N

O

NH

N

O

O

O

OH

NN NNH2

O

1

2 3

45 6

78

910

11

3' 5'4'

6''

7a 

Page 88: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules  

52 

2.2.3. Synthesis and Characterization of a Bifunctional Chelator Bearing 

a PNA Dimer 

 

After coupling the pyrazolyl‐diamine chelator (Pz‐Boc) to the PNA monomer (5), in a 

high  yield, we decided  to evaluate  the possibility of  conjugating  also  a PNA dimer  to  the 

same chelator. For that, the Boc protecting group of the PNA dimer 7 was removed with TFA 

and  the  compound  obtained  (8)  was  conjugated  to  3,5‐Me2‐

pz(CH2)2N((CH2)3COOH)(CH2)2NHBoc  (Pz‐Boc)  in  DMF,  in  the  presence  of  NEt3  and  HBTU 

(scheme 2.8). Compound 16 was obtained  in 75% yield after purification by RP‐HPLC. After 

removing the Boc and ester protecting groups of 16 and purification by RP‐HPLC, conjugate 

17 was  obtained. Compounds  16  and  17 were  characterized  by NMR  (1H,  13C,  g‐COSY,  g‐

HSQC), RP‐HPLC, elemental analysis and, in the case of 17, also by ESI/QITMS. 

 

NO

H3NO

NH

N

O

O

NO

NH

O

O

NH

N

O

O NO

NH

O

HN

N

O

O

NO

NH

OO

HN

N

O

O

NN N NH

O

O

ONO

NH

O

HN

N

O

O

NO

NH

OOH

HN

N

O

O

NN N NH2

O

CF3COO‐ ii

8 16 17i

NN N NHBoc

O

OH

pz‐Boc

iii

 

Scheme 2.8 ‐ Synthesis of 17. i) NEt3, HBTU, DMF; ii) CH2Cl2, TFA; iii) K2CO3, MeOH. 

 

As  expected,  the  1H  and  13C  NMR  spectra  of  16  and  17  in  CD3OD  are  relatively 

complex due to the presence of different rotamers. 

From all the resonances found  in the 1H NMR spectra of these compounds, the one 

which gives more information about the number and intensity ratio of rotamers in solution 

are  the  H6’’  and  H6’’’  of  the  thymine  nucleobases.  As  can  be  seen  in  figure  2.7,  eight 

resonances  for  the  H6’’  and  H6’’’  are  observed,  indicating  the  presence  of  four  different 

rotamers in solution. The presence of different rotamers are also identified by the different 

resonances found for the CH3 of the thymine and the methylenic protons H10, H13, H14 and 

H14’ of the PNA dimer unit (figure 2.7). This spectrum  is quite complex and the assignment 

shown in figure 2.7 was based on the 1H‐1H g‐COSY. 

 

 

Page 89: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules 

53

 

 

Figure 2.7 ‐ 1H NMR spectrum of compound 17 in CD3OD. * Residual water, S = solvent. 

 

The formulation of compound 17 was also based on ESI/QITMS. In the spectrum, two 

main groups of peaks were  found at m/z 801.7  (most abundant m/z) and m/z 823.6  (most 

abundant m/z), corresponding to [M+H]+ and [M+Na]+, respectively (figure 2.8). 

 

 

Figure 2.8 ‐ Mass spectrum of compound 17 in the positive mode obtained by ESI/QITMS. 

801.71+

802.61+

803.61+

804.61+

823.61+

824.61+

825.71+

800 805 810 815 820 825 m/z0.0

0.5

1.0

1.5

7x10Intens.

[M+H]+ 

[M+Na]+

2.03.04.05.06.07.0

6’’, 6’’’ 

4’ 

10,13,14,14’

2,3,4,8,9, 11,12 

*

5 6 7 

S

CH3‐T 3’, 5’ (CH3‐pz) 

1 7.107.207.307.407.5060

ppm 

N

O

NH

O

NH

N

O

O

N

O

NH

O

OH

NH

N

O

O

NN N

NH2

O

1

2 3

45 6

78

9 10

11

3' 5'4'

6'''

12 13

1414'

6''

Page 90: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules  

54 

2.2.4. Synthesis  and  Characterization  of  Rhenium  Tricarbonyl 

Complexes 

 

The coordination capability of the BFCA‐PNA conjugates (13, 15 and 17) towards the 

fac‐[Re(CO)3]+ moiety was  evaluated.  Compounds  13,  15  and  17  reacted with  equimolar 

amounts of  the precursor  fac‐[Re(CO)3(OH2)3]Br,166  in  refluxing methanol  for 20 h  (15 and 

17) or in water at 75 °C for 5 h (13) (scheme 2.9). After purification, by preparative RP‐HPLC 

(TFA 0.1%  in H2O/MeOH), complexes  fac‐[Re(CO)3(κ3‐13)]  (18) and  fac‐[Re(CO)3(κ3‐L)]+  (L = 

15 (19); L = 17 (20)) were obtained as white microcrystalline solids with high purity (> 95%). 

 

ReOC

H2O OH2

CO

OH2

CO

NN N

NH2

Re

OC CO CO

+

OSNH2

O

O

Re

OC CO CO

O

i

NH

N

O

NH

N

O

O

O

OH

NH

N

O

NH

N

O

O

O

OH

15 13

17

NN N

NH2

Re

OC CO CO

+

O

NH

N

O

NH

N

O

O

ONH

N

O

NH

N

O

O

O

OH

1819

20

i

ii

 

Scheme 2.9 ‐ Synthesis of the rhenium complexes 18, 19 and 20. i) CH3OH, reflux, 20 h; ii) H2O, 75 °C, 5 h. 

 

After purification,  compounds 18, 19  and 20 were obtained  in 70%, 20%  and 43% 

yield, respectively. 

Compounds 19 and 20 were obtained  in relatively  low yield due to the formation of 

side products, as indicated by the HPLC of the crude. Such side products appear in the HPLC 

Page 91: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules 

55

chromatograms with  retention  times  higher  than  the  retention  times  of  19  and  20.  The 

formation of these products may be explained by hydrolysis of the amide function between 

the pyrazolyl‐diamine chelator and  the PNA unit. However, a complete characterization of 

such species has not been performed. 

 

Compounds 18, 19 and 20 are soluble  in water and  in most common polar organic 

solvents. These complexes are also stable towards air oxidation. The characterization of 18, 

19  and  20  involved  the  usual  spectroscopic  techniques  (IR,  1H,  13C  NMR  and  2D  NMR 

experiences), ESI/QITMS, elemental analysis and RP‐HPLC. 

 

The ESI/QITMS spectra of 18, 19 and 20 present prominent peaks at m/z values which 

are in agreement with the expected for those complexes. The isotopic patterns of the peaks 

were  also  in  agreement  with  the  presence  of  rhenium.  As  an  example,  in  figure  2.9  is 

presented the mass spectrum of 18, where a group of peaks at m/z 713.9 (most abundant 

m/z) is shown, with the expected isotopic distribution for [M‐H]‐ (C19H21N5O11SRe). 

 

 

 

Figure 2.9 ‐ Mass spectrum of compound 18 in the negative mode obtained by ESI/QITMS. 

 

In the IR spectra of 18, 19 and 20, two strong bands appear in the range 1912 ‐ 2039 

cm‐1 which  can  be  assigned  to  the  ν(CO)  stretching  bands  of  the  CO  ligands  of  the  fac‐

[M‐H]‐

Page 92: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules  

56 

[Re(CO)3]+ moiety.46‐52, 56‐58 The IR spectra of these compounds also show medium to strong 

bands  in  the 1678  ‐ 1673  cm‐1  range. These bands were assigned  to  the υ(CO)  stretching 

mode associated to the carbonyl groups of compounds 18, 19 and 20. 

 

 

Figure 2.10 ‐ IR spectra of compounds 18, 19 and 20 (KBr). 

 

No X‐ray  structure was obtained  for 19 and 20 and  the  1H,  13C and 2D  (g‐COSY, g‐

HSQC) NMR studies were essential for the characterization of the complexes. Based on the 

splitting  of  some  resonances,  the  tridentate  coordination mode  of  the  pyrazolyl‐diamine 

19 

20 

18 

υ(C≡O) υ(C=O)

Page 93: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules 

57

conjugates was clear. As an example, it is shown in figure 2.11 and figure 2.12 how the 1H‐1H 

g‐COSY for 19 has been used for the characterization of the complex. 

 

 

 

Figure 2.11 ‐ 1H‐1H g‐COSY spectrum of complex 19  in CD3OD and respective attributions. * Residual 

water, S = solvent.  Protons X = 1 ‐2 and 4 ‐7 are diastereotopic and are assigned as Hxa and Hxb. 

 

H(4)‐pz

H(6’’)‐T 

NH

NH

CH3‐T

10

10

11

11

*

CH3‐pz 

5a

2b 

1a

8,9,2a

1b5b 

4a 

4b 

7a 

7b 

6b 

S

H(4)‐pz CH3‐pz

H(6’’)‐TCH3‐T 

NH 4b

NH 4a

NH NH

6a 

NN N

NH2

Re

CO CO CO

O

NHN

O

NH

N

O

O

O

11

12 3 4

5 6

78

910

6''

OH

+

H(4)‐pz

Expansion in figure 2.12 

H(6’’)‐ CH3‐T

H(4)‐pzCH3‐pz 

NH 4b 

NH NHNH 4a

Page 94: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules  

58 

 

 

Figure 2.12 ‐ Expansion of the 1H‐1H g‐COSY spectrum of complex 19 in the range 5 ‐ 1.2 ppm. 

 

In the 1H NMR spectra of 19  (figure 2.11) and 20, the pattern obtained  for the H6’’, 

methyl  groups  of  the  thymine  nucleobase  and  the  methylenic  protons  of  the  PNA 

monomer/dimer  compares well with  the  pattern  found  for  the  free  conjugates  (15,  17), 

being consistent with the presence of rotamers. The assignment of the H(4) proton and the 

methyl groups of  the pyrazolyl  ring was also very  clear. The H(4) and  the methyl protons 

NH

CH3‐T 

3

10

10

11

11

* CH3‐pz 

5a

2b

1a

8,9,2a

1b5b

4a

4b 

7a

7b 

6b 

S

6a 

1b 2b

1a 2a

1a 1b

5a 6b

5b 6a

2a 2b

4a 3

4b  3 

4a 4b 6b  7b

7a  7b 

7a 6a 

NN N

NH2

Re

CO CO CO

O

NHN

O

NH

N

O

O

O

11

12 3 4

5 6

78

910

6''

OH

+

H(4)‐pz

Page 95: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules 

59

(Me) of  the pyrazolyl  ring are  significantly  shifted downfield  (H(4), Δ= 0.28 ppm; Me, Δ = 

0.15 ppm) relatively to the same resonances in the corresponding free conjugates (15 (figure 

2.6)  or  17  (figure  2.7)),  indicating  coordination  to  the  metal  center.  The  tridentate 

coordination mode of the pyrazolyl‐diamine conjugate was confirmed by the splitting of the 

NH2 protons of the primary amine, as well as by the splitting of the H1, H2 and H4 protons. 

For  each  of  these  protons,  two  resonances  assigned  as  Hxa  and  Hxb  (x  =  1,  2  and  4), 

integrating  for  one  proton  each, were  found,  due  to  the  diastereotopic  character  of  the 

resonances  after  coordination  to  the  metal  center.  The  assignment  of  all  the  other 

resonances of 19 and 20 was also mainly based on 2D NMR studies. 

 

An  important  characteristic  of  the  13C  spectra  of  compounds  19  and  20  is  the 

presence of three resonances for the CO  ligands (C≡O, 195.2, 194.9 and 193.8 ppm for 19; 

194.9, 194.6 and 193.5 ppm for 20) coordinated facially to rhenium. The assignment of the 13C  resonances  was  based  on  1H‐13C  g‐HSQC.  The  most  important  characteristic  of  the 

spectra was the correlation between the geminal diastereotopic protons and the respective 

carbons. 

 

The  formulation  of  complex  18  was  mainly  based  on  ESI/QITMS  and  elemental 

analyses of the HPLC purified product. In fact, the 1H (figure 2.13) and 13C NMR spectra of 18 

were very  complex and  the assignment was very difficult, mainly  in  the  region where  the 

protons of the cysteine fragment may appear. 

As shown  in scheme 2.9, we have considered  that conjugate 13 coordinates  to  the 

metal  through  the  terminal  carboxylic  acid,  the  primary  amine  and  the  sulfur  atom. 

However,  in  this  conjugate  there  are  other  potential  coordination  sites  on  the  cysteine 

fragment. We do not have data  in the solid state or  in solution to support completely such 

proposal.  However,  the  affinity  of  the  fac‐[M(CO)3]+  moiety  for  cysteine  and  cysteine‐

containing  ligands are well documented and  recognized.43,46‐52 Any other possibility would 

require  coordination of  the amide groups  to  the metal  fragment and  this would  certainly 

lead to a less stable complex. 

The complexity of the NMR spectrum was certainly due to the presence of different 

species  in  solution,  as  indicated  by  the  number  of  signals  due  to  the  H6’’  proton  of  the 

thymine  base.  As  can  be  seen  in  figure  2.13,  at  least  three  resonances  with  different 

Page 96: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules  

60 

intensities appear at 7.31, 7.26 and 7.22 ppm. Also, the presence of different resonances for 

the  NH  protons  of  the  cysteine  chelator  indicates  the  presence  of  different  species  in 

solution (figure 2.13). These species can most probably be rotamers and diastereoisomers. 

The  formation  of  diastereoisomers  upon  coordination  of  the  cysteine  chelator  is  clearly 

possible because the sulfur atom has two  lone pairs of electrons and the cysteine chelator 

has a chiral center. Two isomers can equilibrate by inversion of the sulfur configuration. The 

presence of diastereoisomers in rhenium tricarbonyl complexes with cysteine derivatives has 

been observed and studied by others.46,51,52 

The presence of two peaks in the HPLC chromatogram of 18, with retention times of 

19.90 and 19.70 min, may be related to the presence of two diastereoisomers which do not 

interconvert in solution at room temperature (figure 2.14). 

 

 

 

Figure 2.13 ‐ 1H NMR spectrum of compound 18 in CD3OD. S = solvent, *residual water. 

 

The tertiary amine of the pyrazolyl‐diamine chelator is also a pro‐chiral center, but in 

complexes  19  and  20  we  did  not  observe  isomers,  probably  because  there  is  a  fast 

interchange between them. There is a long experience with this chelator conjugated or not 

2.03.04.05.06.07.0

6’’ 

NH  NH NH 

NH 

67

4, 5

CH3‐T 

S*

OSNH2

O

O

Re

OC CO CO

NH

N

O

NH

N

O

O

O

OH12 3

5

6''

7

6

4

ppm

Page 97: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules 

61

to different biomolecules and only recently, in a complex bearing guanidine derivatives, the 

presence of isomers was observed.167 

 

2.2.5. Synthesis,  Characterization  and  Biological  Behavior  of  99mTc 

Tricarbonyl Complexes 

 

The coordination capability of 13, 15 and 17 with 99mTc(I) was evaluated by reacting 

the conjugates with the aquo complex fac‐[99mTc(CO)3(OH2)3]+ (scheme 2.10). 

 

Tc

OC

H2O OH2

CO

OH2

CO

NN N

NH2

Tc

OC CO CO

OSNH2

O

O

Tc

OC CO CO

O

NH

N

O

NH

N

O

O

O

OH

NH

N

O

NH

N

O

O

O

OH

15 13

17

NN N

NH2

Tc

OC CO CO

O

NH

N

O

NH

N

O

O

ONH

N

O

NH

N

O

O

O

OH

2122

23

99m

99m99m

99m

+

+

 

Scheme 2.10 ‐ Synthesis of 99mTc complexes 21, 22 and 23. 

 

The  precursor  fac‐[99mTc(CO)3(H2O)3]+  was  obtained  quantitatively  by  adding  a 

solution of Na[99mTcO4] to an IsoLink® Kit and heating at 100 °C for 30 minutes. After cooling, 

the pH was  adjusted  (∼7.4) with HCl  1N,  to destroy  the  remaining boranocarbonate.  The 

radiochemical purity of the precursor was controlled by RP‐HPLC. 

Page 98: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules  

62 

The precursor  fac‐[99mTc(OH2)3(CO)3]+  reacted  then with  a  solution of 13,  15 or  17  

(10‐4 M) in water, in a total volume of 1 mL. The experimental conditions were optimized in 

terms of reaction time and temperature. 

The  concentration of  99mTc  in  these  reactions  is  very  low  (10‐9 M  ‐ 10‐7 M),  so  the 

characterization of  the  99mTc  compounds are made by  comparing  their HPLC profiles with 

those  of  the  corresponding  Re(I)  tricarbonyl  complexes,  which  were  synthesized  and 

characterized at the macroscopic level. As can be observed in figure 2.14, based on HPLC we 

confirmed  that  the  99mTc  complexes  corresponded  to  the  expected  compounds,  which 

means  they  had  the  same  structure  as  the  rhenium  congeners,  being  formulated  as  fac‐

[99mTc(CO)3(κ3‐13)] (21) and fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐L)]+ (L = 15 (22), 17 (23)). 

The small differences found  in the retention times of the Re and the corresponding 99mTc complexes are due to the detection mode of those complexes. For Re complexes a UV‐

vis detector is used and for 99mTc complexes a γ detector. These two detectors are connected 

in line, which justifies the small differences found in the retention times. 

 

 

 

Figure 2.14 ‐ Analytical RP‐HPLC chromatograms of Re complexes 18 (a), 19 (c) and 20 (e) (254 nm), 

and corresponding 99mTc complexes 21 (b), 22 (d) and 23 (f) (γ trace). 

 

In table 2.1 are shown the experimental conditions used for the preparation of 21 ‐ 

23, the yield of the reactions and the retention time of the 99mTc and Re complexes. 

 

10 15 20 25 10 15 20 25 10 15 20 25

c

df

e

Time (min)  Time (min) Time (min)

Page 99: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules 

63

Table 2.1  ‐ Experimental conditions used to synthesize complexes 21  ‐ 23 and respective retention 

times. 

Complex 

(conjugate) 

Yield 

(%) 

[conjugate] 

(M) 

Time 

(min) 

Temperature 

(°C) 

Retention time 

(min)a 

21 (13)  > 97  10‐4  45  75  19.9, 20.1 (19.7, 19.9) 

22 (15)  > 99  10‐4  45  100  23 (22.4) 

23 (17)  >99  10‐4  45  100  23 (22.5) a The values in parentheses refer to the Re complexes. 

 

Using  the  experimental  conditions  indicated  in  table  2.1,  all  complexes  were 

obtained  in  almost  quantitative  yield,  using  relatively  low  final  concentrations  of  the 

conjugates (13, 15, 17), which means that 21 ‐ 23 were obtained with high specific activity. 

 

2.2.5.1. Stability in the Presence of Cysteine and Histidine 

 

The  in vitro stability studies can predict the stability of the 99mTc complexes  in vivo, 

towards  reoxidation  and  transquelation  of  the  conjugates  (BFCA‐PNA  units)  by  biological 

substrates with  affinity  to  the metal.  These  biological  substrates  can  be  proteins,  amino 

acids or other molecules present in vivo. 

For  complexes  21  and  23,  the  in  vitro  stability was  evaluated  in  the  presence  of 

cysteine  and  histidine,  two  amino  acids  present  in  vivo, with  known  affinity  for  the  fac‐

[99mTc(CO)3]+.39‐41,46‐52 

 

The organometallic 99mTc complexes 21 and 23 were incubated with a large excess of 

the two amino acids (amino acid:conjugates 13 or 17 = 100:1) under physiological conditions 

(37 °C, phosphate buffer saline pH 7.4). After 1, 2, 4 and 6 h of  incubation, aliquots of the 

solutions were collected and analysed by RP‐HPLC. 

As can be seen  in  figure 2.15, no significant  ligand exchange and/or decomposition 

were observed 6 h after  incubation. For 23, 6 h after  incubation with histidine or cysteine, 

the  percentage  of  intact  complex  is  higher  than  93%.  For  21,  the  transquelation  with 

histidine and cysteine  is slightly higher but not significant, as 90% of  the complex  remains 

intact  after  6  h  of  incubation.  Also,  no  reoxidation  of  the  complexes  to  [99mTcO4]‐  was 

Page 100: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules  

64 

observed.  These  findings  indicate  that  21  and  23  have  a  high  kinetic  inertness  and were 

promising to be studied in vivo. 

 

0

20

40

60

80

100

0 2 4 6

incubation time/h

% com

plex 21

cysteine

histidine

0

20

40

60

80

100

0 2 4 6

Incubation time/h

% com

plex 23 

cysteinehistidine

 

Figure 2.15 ‐ Stability of 21 and 23 in the presence of excess of histidine and cysteine (37 °C, PBS pH 

7.4). 

 

These studies were relatively important for compound 21, as the coordination of the 

cysteine  conjugate  (13)  to  the  fac‐[M(CO)3]+  (M=Re,  99mTc) moiety was  ambiguous.  If  the 

coordination  of  13  was  not  through  the  cysteine  chelator  (ONS)  but  through  other 

coordinating groups existing in the molecule (e.g. amide groups), a much lower stability for 

complex 21 would be expected  in the presence of histidine and cysteine. Since the Re (18) 

and 99mTc (21) complexes have the same chemical structure (figure 2.14), these studies were 

helpful  to  characterize  both,  reinforcing  the  fact  that  conjugate  13  is  most  probably 

coordinated by the cysteine chelator to the Re and 99mTc metals. 

 

Page 101: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules 

65

 

2.2.5.2. Biodistribution and In Vivo Stability 

 

Biodistribution 

 

The  biological  behavior  of  21  and  23  was  studied  in  mice,  to  evaluate  their 

pharmacokinetics and in vivo stability. In particular, we were interested in the evaluation of 

blood clearance, route of elimination and preferential retention in some organs. 

In  general,  the  blood  clearance must  be  fast  enough  to  avoid  long  exposure  to 

radiation, and slow enough to allow the radioactive compound to reach the target site. The 

best route of elimination would be renal, as it is normally the fastest. 

The  pharmacokinetic  studies  of  21  and  23 were  performed  in  CD‐1  Charles  River 

female mice. The mice were  intravenously  injected with 100 μl of each preparation via the 

tail vein. At 1 and 2 h post‐injection  (p.i.), mice were sacrificed by cervical dislocation and 

tissues  and  organs  were  removed,  weighted  and  their  activity  measured.  Then,  the 

percentage of injected dose per gram (% ID/g) (table 2.2) or percentage of injected dose per 

organ  (%  ID/organ) was  calculated. The difference between  the  radioactivity  injected  and 

that  in the sacrificed animals  is assumed to be the excretion. For blood, bone and muscle, 

the  activity  is  estimated  assuming  that  it  is  6,  10  and  40%  of  the  total  body  weight, 

respectively.  The  biological  profile  for  both  complexes was  comparable.  A  relatively  fast 

blood clearance was  found  (1.65 ± 0.26 and 0.50 ± 0.03 %  ID/g at 1 h p.i.,  for 21 and 23, 

respectively), and 1 h after injection a fast distribution has taken place (table 2.2). There was 

no significant uptake in the stomach (table 2.2), indicating a high stability of the complexes 

to reoxidation. No preferential uptake in the main organs or tissues was observed, except in 

the liver and intestine. 

 

 

 

 

 

 

 

Page 102: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules  

66 

Table 2.2 ‐ Biodistribution results of the 99mTc compounds 21 and 23 at 1 and 4 h after  intravenous 

injection (mean ± standard deviation, n = 3). 

% ID/g ± standard deviation 

fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐13)] (21)  fac‐[99mTc(CO)3(κ

3‐17)]+ (23) Tissue/organ 

1h   4h   1h   4h  

Blood  1.65 ± 0.26  1.24 ± 0.50  0.50 ± 0.03  0.27 ± 0.01 

Liver  4.46 ± 0.71  4.87 ±  0.66  5.85 ± 1.82  3.57 ± 0.89 

Intestine  9.30 ± 0.83  14.16 ± 2.61  13.41 ± 0.30  17.49 ± 1.44 

Spleen  0.90 ± 0.50  1.39 ± 1.30  1.53 ± 0.53  1.74 ± 0.52 

Heart  0.37 ± 0.09  0.24 ± 0.04  0.24 ± 0.11  0.16 ± 0.01 

Lung  0.90 ± 0.29  0.62 ± 0.22  0.55 ± 0.14  0.46 ± 0.13 

Kidney  3.72 ± 0.74  3.29 ± 0.04  1.34 ± 0.01  0.94 ± 0.02 

Muscle  0.10 ± 0.02  0.09 ± 0.02  0.06 ± 0.01  0.03 ± 0.01 

Bone  0.20 ± 0.02  0.19 ± 0.06  0.11 ± 0.02  0.08 ± 0.01 

Stomach  0.85 ± 0.26  0.52 ± 0.11  1.53 ± 0.19  0.44 ± 0.21 

Pancreas  0.32 ± 0.07  0.22 ± 0.05  0.20 ± 0.05  0.08 ± 0.01 

Excretion (% ID)  69.5 ± 1.4  67.6 ± 3.5  61.2 ± 4.8  64.4 ± 2.8 

 

In  order  to  compare  the  excretion  of  21  and  23,  figure  2.16  shows  the  activity 

present in the liver, intestine and kidney, as well as the total excretion 4 h post‐injection. The 

results are expressed as % of injected dose per organ (% ID/organ). 

 

0

20

40

60

80

100

% ID

/organ

1 4 1 4

KidneyLiver

IntestineExcretion

time/h

21 23

 

Figure 2.16 ‐ Biological data for complexes 21 and 23 

(% ID) 

Page 103: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules 

67

As can be seen in figure 2.16, the overall radioactivity elimination occurred mainly via 

the  renal‐urinary  pathway  for  both  complexes,  as  indicated  by  the  percentage  of  total 

excretion for compound 21 (69.5 ± 1.4 %) and for compound 23 (61.2 ± 4.8 %), at 1 h after 

injection. Nevertheless,  some part of  the  remaining  radioactivity was  retained  in  the  liver 

(4.81 ± 1.04 and 5.57 ± 1.51 %  ID/organ 1 h p.i.  for 21 and 23, respectively) and  intestine 

(16.03 ± 0.77 and 24.05 ± 5.28 % ID/organ 1 h p.i for 21 and 23, respectively), indicating that 

these complexes are also eliminated via the hepatobiliary pathway. 

 

In vivo Stability Studies 

 

To verify  the  in vivo  stability of 21 and 23,  serum and urine were also analyzed by 

radiometric HPLC. The murine serum,  isolated from blood collected 1h after administration 

of  the  complexes,  was  treated  with  ethanol  to  precipitate  the  proteins.  Analysis  of  the 

supernatant  by  RP‐HPLC  showed  no  pertechnetate  or  other  signal  of  decomposition 

products, being complexes 21 or 23 the only species present. The urine collected at 1 h post‐

injection  also  did  not  show  any  metabolites,  demonstrating  the  in  vivo  stability  of  the 

complexes. As an example,  the HPLC  chromatograms of biological  samples  collected  from 

mice injected with 23 are shown in figure 2.17. 

 

 

Figure  2.17  ‐  Analytical  RP‐HPLC  chromatograms  of  complex  23,  urine  and  blood  serum  samples 

collected 1 h after injection (γ trace). 

0 5 10 15 20 25

Urine

Serum

Initial preparation

Time (min)

Page 104: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules  

68 

 

Summarizing, to evaluate the possibility of  labeling with fac‐[99mTc(CO)3]+ a clinically 

relevant  PNA  sequence,  we  have  isolated  and  characterized  two  potentially  tridentate 

chelators  bearing  PNA  units  (13,  15  and  17).  Compounds  13,  15  and  17  react with  fac‐

[M(CO)3(OH2)3]+ yielding the complexes fac‐[M(CO)3(κ3‐13)] (M = Re (18) and 99mTc (21)) and 

fac‐[M(CO)3(κ3‐L)]+ (L = 15 (M = Re (19), 99mTc (22)); L = 17 (M = Re (20), 99mTc (23)). For the 

Re  complexes  19  and  20  NMR  studies  have  been  very  informative  and  a  complete 

assignment  of  the  resonances  was  possible  using  different  techniques.  The  tridentate 

coordination mode  of  the  pyrazolyl‐containing  ligand was  clear  and  also  the  presence  of 

rotamers  in  solution.  For  18  the NMR  data was more  complex  and not  very  informative, 

possibly due  to  the presence of diastereoisomers  and  rotamers  in  solution, which do not 

interconvert at  room  temperature.  In  fact,  in  the HPLC  chromatograms of 18 and 21  two 

peaks were  observed  corresponding, most  probably,  to  the  diastereoisomers  that  do  not 

interconvert  at  room  temperature.  The  99mTc  tricarbonyl model  complexes 21, 22  and 23 

were prepared  in high yield and high radiochemical purity. Complexes 21 and 23 are stable 

against  cysteine and histidine exchange. The biological profiles of 21 and 23  indicate  that 

they were  rapidly  cleared  from blood  and other main organs  into urine, being  the major 

excretory route the renal‐urinary pathway. 

The  formation of stable model complexes  in high yield, together with the  favorable 

pharmacokinetic  profile  of  complexes  21  and  23,  encourage  the  use  of  cysteine‐  and 

pyrazolyl‐containing  chelators  for  labeling  with  fac‐[99mTc(CO)3]+  a  PNA  sequence 

complementary to the N‐MYC mRNA, to be evaluated as an antisense nuclear imaging probe. 

Page 105: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules 

69

 

2.3. Synthesis of Tricarbonyl Complexes Bearing Acridine Orange 

 

2.3.1. Synthesis  and  Characterization  of  a  Pyrazolyl‐Diamine  Acridine 

Orange Conjugate 

 

As  mentioned  before,  the  bifunctional  chelators  pyrazolyl‐diamine  are  powerful 

tridentate chelators towards the  fac‐[M(CO)3]+  (M = Re, 99mTc) moiety,  forming tricarbonyl 

complexes with excellent in vitro and in vivo stability.56‐58 Due to their versatile nature, these 

chelators  can  be  easily  conjugated  to  biologically  active molecules  and/or  to  fluorescent 

moieties through different positions of their  framework.  In this work we have used the 4‐

position  of  the  pyrazolyl  ring  to  conjugate  an  acridine  orange moiety, while  keeping  the 

central amine for later coupling of a biologically relevant molecule. 

For  the  incorporation  of  the  acridine  orange  fragment  at  the  4‐position  of  the 

pyrazolyl  ring  it  was  necessary  to  prepare  the  compound  4‐(HOOCCH2)‐3,5‐

Me2pz(CH2)NH(CH2)2NHBoc,  functionalized  at  the  4‐position  of  the  pyrazolyl  ring with  an 

acid group, and also the amine derivative of acridine orange. 

 

Synthesis of the amine derivative of acridine orange (26) 

 

The synthetic procedure used to prepare the acridine orange amine derivative 26  is 

shown  in  scheme  2.11.  The  first  step  involved  the  alkylation  of  the  commercial  acridine 

orange with N‐(4‐bromobutyl)‐phthalimide (2‐(4‐bromobutyl) isoindoline‐1,3‐dione) (24), in 

p‐xylol and  reflux  for 24 h. The mixture was  then  filtered and  the  collected  solid washed 

with acetone  yielding a  red  compound which was  formulated as 25. Then,  compound 25 

reacted with excess of hydrazine in ethanol to cleave the phthalimide group. After adequate 

work‐up, compound 26 was quantitatively obtained as a red solid. 

 

Page 106: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules  

70 

H2N NH2NN N NN N

H2N

NN Ni

N

O

OBr

N OO

ii

24

25 26

 

Scheme 2.11 ‐ Synthesis of compound 26. i) p‐xylol, reflux 24 h; ii) methanol, room temperature. 

 

 

Synthesis of compound 4‐(HOOCCH2)‐3,5‐Me2pz(CH2)NH(CH2)2NHBoc (31) 

 

The  bifunctional  chelator  4‐(HOOCCH2)‐3,5‐Me2pz(CH2)NH(CH2)2NHBoc  (31)  was 

prepared  by  a  multi‐step  synthetic  procedure  which  is  depicted  in  scheme  2.12.  This 

procedure  followed one previously described, although with  some modifications.168 A key 

step  in  this  synthesis  is  the preparation of  the 4‐(EtOOCCH2)Me2pz(CH2)2OH  (29)  (scheme 

2.12). Compound 29 was obtained by a cyclization reaction between a diketone compound 

(27) and 2‐hydroxyethylhydrazine,  following a previously described method.169 Compound 

31 was then obtained by a Mitsunobu reaction,170 i.e., by reacting compound 29, in excess, 

with NH(DNS)(CH2)2NHBoc (28)171 in THF, in the presence of diethylazodicarboxylate (DEAD) 

and  triphenilphosphine  (PPh3),  at  room  temperature  and  overnight.  The  solvent  was 

removed under vacuum and the obtained solid was purified by column chromatography  in 

silica  gel  (ethyl  acetate  (30  ‐  100%)/hexane).  Then,  the  protecting  groups  2,4‐

dinitrobenzenosulfonilo (DNS) and ester were removed from 30 with K2CO3 in the presence 

of H2O/MeOH, by overnight reaction at room temperature. After evaporation of the solvent, 

the residue was purified by column chromatography (MeOH) yielding compound 31 as oil. 

 

Page 107: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules 

71

NN NNHBoc

O O

+

NN OH

O O

NO2

SO

O HN

NHBoc

NO2

SO O

NNHN

NHBoc

O OH

OO

OO

27

iHN

H2N OH

NHBocH2N

O2NS OOCl

1

O2N

NO2

NO2ii

iii

iv

29 28

30

31  

Scheme 2.12 ‐ Synthesis of compound 31.  i) Ethanol, 0 °C, overnight;  ii ) CH2Cl2, pyridine;  iii) DEAD, PPh3, 

THF; iv) H2O/MeOH, K2CO3. 

 

All the intermediates of these reactions were characterized by NMR spectroscopy. As 

an example,  in figure 2.18  is shown the 1H NMR spectrum of compound 31. The spectrum 

presents one singlet at 3.08 ppm attributed to the H6, two resonances at 2.00 and 1.93 ppm 

assigned to the methyl groups of the pyrazol ring, four triplets (3.97 ‐ 2.55 ppm) due to the 

aliphatic chain and one singlet at 1.24 ppm due to the protons of the Boc protecting group. 

 

Page 108: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules  

72 

 

Figure 2.18 ‐ 1H NMR spectrum of compound 31 in D2O. * Solvent, • impurity. 

 

Coupling of the acridine orange derivative 26 to the pyrazolyl‐diamine 31 

 

The conjugation of the acridine orange derivative 26 to compound 4‐(HOOCCH2)‐3,5‐

Me2pz(CH2)NH(CH2)2NHBoc (31) was performed  in DMF,  in the presence of NEt3 and using 

HBTU  as  activating  agent  (scheme  2.13).  The  mixture  was  stirred  for  24  h  at  room 

temperature. Then,  the solvent was evaporated and  the  red solid obtained was extracted 

with chloroform. The extracts were vacuum dried and the solid obtained was finally purified 

by column chromatography (15% MeOH/2% NH4+/CHCl3), yielding a red solid  in a very  low 

yield.  The  Boc  group  was  then  removed  from  this  compound  using  TFA  and  CH2Cl2  as 

solvent. Compound 33 was obtained as a red solid. 

 

NNHN

NHBoc

O OH

NN N

H2N

NNHN

NH2

O

N

N

N

NH

+

31 26 33

i

ii

 

Scheme 2.13 ‐ Synthesis of compound 33. i) DMF, NEt3, HBTU. ii) TFA, CH2Cl2. 

1.502.002.503.003.504.004.50

6

1 2 3 4

3’, 5’ (CH3‐pz) 

NNHN

NH

O OH

1

2 3

45

3' 5'4'

O

O

5

5

6* 

ppm 

Page 109: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules 

73

This compound  is air stable, soluble  in polar organic solvents such as methanol and 

also soluble in water. Compound 33 was characterized by ESI/QITMS and multinuclear NMR 

spectroscopy (1H, 13C, g‐COSY, g‐HSQC). 

 

The mass  spectrum of  compound  33 presented  two main  groups of peaks  at m/z 

280.1  (most  abundant  mass)  and  m/z  559.2  (most  abundant  m/z),  corresponding  to 

[M+H]2+and [M]+, respectively, confirming the expected formulation for 33 (figure 2.19). 

 

 

Figure 2.19 ‐ Mass spectrum of compound 33 in the positive mode obtained by ESI/QITMS. 

 

The  1H NMR  spectrum of 33  (figure 2.20) presented  two  resonances at high  field, 

attributed to the methyl protons of the pyrazolyl ring (1.90 and 1.75 ppm). For the acridine 

orange,  the  aromatic  protons  are  observed  between  7.15  and  5.68  ppm  and  the methyl 

protons at 2.90 ppm. The methylenic protons of the aliphatic chain between the pyrazolyl 

ring and the acridine appear at 1.42 ppm (H7 and H8), 3.00 ppm (H6) and 3.85 ppm (H9). The 

singlet at 3.10 ppm corresponds  to  the CH2 protons  (H5)  linked  to  the C4’ of  the pyrazolyl 

ring. The aliphatic protons of  the pyrazolyl‐diamine chelator appear at 4.12 ppm  (H1) and 

between 3.34 and 3.27 ppm (H2, H3 and H4). 

 

 

 

[M + H]2+ 

280.1 

[M]+

559.2

280.1 

280.5 

281.0

560.2 

561.2 

559.2 

Page 110: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules  

74 

 

Figure 2.20 ‐ 1H NMR spectrum of compound 33 in D2O. S = solvent. 

 

In the 13C NMR spectrum of 33 all the expected resonances could be observed, being 

the presence of the carbon atoms C5 and C=O easily assigned at 32.1 ppm and 175.8 ppm, 

respectively. 

In  conclusion,  the  1H  and  13C NMR  spectra  obtained  for  33  in D2O  presented  the 

expected  resonances  for  the  acridine  orange  fragment,  the  pyrazolyl  ring  and  its 

substituents, as well as for the methylenic protons of the respective aliphatic chains, being 

in agreement with the proposed structure. 

 

2.3.2. Synthesis  and  Characterization  of  Rhenium  and  Technetium 

Tricarbonyl Complexes Bearing the Acridine Orange Moiety 

 

The reaction of compound 33 with the precursor fac‐[Re(CO)3(OH2)3]Br was studied 

using equimolar amounts of the reagents, methanol as solvent and overnight reflux (scheme 

2.14). After evaporation of the solvent, compound fac‐[Re(CO)3(κ3‐33)]2+ (34) was obtained 

as a red microcrystalline solid with high purity (> 95%) and with 91% of yield. 

2.03.04.05.06.07.08.0

13  12  1110 

1

5

3, 4 

29

6

CH3‐Ao 

3’, 5’ CH3‐pz 

7, 8

S

NNHN

NH2

O

N

N

N

NH

1

2 3

4

5

6 7

89 10

 1112

13

10

 11

12

3'

4'5'

ppm 

Page 111: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules 

75

Compound  34  is  air  and  water  stable  and  soluble  in  methanol  and  water.  The 

characterization of 34 involved the usual spectroscopic techniques (IR, 1H, 13C NMR and 2D 

NMR experiences) and RP‐HPLC. 

 

O

NN

N

NH

NN NH

NH2

Re

OC CO CO

2+

MOC

H2O OH2

CO

OH2

CO

MeOH/ reflux

33

34

( 40', 100 °C)

O

NN

N

NH

NN NH

NH2

Tc

OC CO CO

35

99m33

2+

M = Re, 99mTc

 

Scheme 2.14 ‐ Synthesis of rhenium (34) and technetium (35) complexes. 

 

The IR spectrum of 34 shows the typical fac‐[Re(CO)3]+ carbonyl vibrations at around 

2023 and 1889 cm‐1, together with the bands assigned to the acridine orange and pyrazolyl‐

diamine chelator. 

 

Analysing  the  1H  NMR  of  complex  34  (figure  2.21),  the  pattern  observed  for  the 

pyrazolyl‐diamine  chelator  is  very  similar  to  that  obtained  for  the  congener  complex 

described  in  the  literature56  and  that  of  complexes  19  (figure  2.11)  and  20  described 

previously.  In particular,  this  similarity  is  reflected  in  the multiplicity and chemical  shift of 

the  diastereotopic  protons  CH2  (H1, H2, H3  and H4)  and NHa  (figure  2.11)  of  the  aliphatic 

chain, confirming that chelator 33 is coordinated to the metal center in a tridentate fashion, 

through  the  nitrogen  of  the  pyrazolyl  ring  and  through  the  two  nitrogen  atoms  of  the 

primary and secondary amines. The resonances of the methyl protons of the pyrazolyl ring 

are significantly shifted downfield  (Δ = 0.20 ppm) relatively to the same resonances  in the 

free chelator 33, confirming also the coordination of the nitrogen of the pyrazolyl ring to the 

metal  center.  The  resonances  corresponding  to  the  acridine  orange  and  to  the  aliphatic 

chain appear with a pattern and chemical shifts similar  to what was observed  for  the  free 

chelator 33. 

 

Page 112: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules  

76 

 

Figure  2.21  ‐  1H NMR  spectrum of  complex  34  in  CD3OD.  S  =  solvent,  *  residual water,  •  impurities. 

Protons X = 1, 2, 3 and 4 are diastereotopic and are assigned as Hxa and Hxb; NH2a are also diastereotopic and 

are assigned as NHa and NHa’. 

 

The  13C  NMR  spectrum  of  34  presents  the  expected  resonances  for  the  acridine 

orange  group,  pyrazolyl  ring  and  aliphatic  protons,  and  the  presence  of  the  amide  C=O 

group was  clearly  seen  at  172.9 ppm.  In  the  13C NMR  spectrum  are  also observed  three 

resonances at 194.7, 194.5 and 194.1 ppm due to the carbon atoms of the CO ligands. The 

presence of three resonaces for the CO ligands is due to the asymmetric character of the Re 

complex. 

 

The  fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐33)]2+  (35)  complex was prepared by  reacting  the precursor 

fac‐[99mTc(OH2)3(CO)3]+ with an aqueous solution of 33 ([33] = 8 x 10‐5 M), at 100 °C for 40 

min (scheme 2.15). Complex 35 was obtained in high yield (90%) and was characterized by 

comparing  its HPLC  profile with  that  of  the  corresponding  Re(I)  tricarbonyl  complex  (34) 

(figure 2.22). 

 

2.03.04.05.06.07.08.0

NHa’

13

12

11

10 3a, 4a

9

2a 

1a

6

CH3‐Ao 3’, 5’ CH3‐pz

7

*

NHb NHa

8 3b, 4b

1b 2b 

5

S

ppm

O

NN

N

NH

NN NH

NH2

Re

OC CO CO

1 2 34

5

6

78

910

 11

12

13

10

 11

12

3'

5'

2+

a

b

Page 113: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules 

77

 

Figure 2.22  ‐ Analytical RP‐HPLC  chromatograms of  the Re  complex 34  (254 nm) and  the purified 

99mTc complex 35 (γ trace). 

 

Although  there  are many  factors  that  can  affect  the  in  vitro  or  in  vivo  biological 

behaviour of the 99mTc complex, the lipophilicity is a physico‐chemical characteristic that can 

affect the biodistribution profile, including the route of elimination, as well as the capacity to 

cross  the cell membrane.172,173 The  lipophilicity  (log Po/w) was determined by  the partition 

coefficient  (Po/w)  in  the  biphasic  system  octanol/PBS  (0.1 M,  pH  7.4).  The  log  Po/w  was 

determined to be 0.56 ± 0.02, indicating that complex 35 is moderately lipophilic. 

 

2.3.3. Studies with B16F1 Cells  

Acridine‐based compounds are fluorescent and represent a class of compounds with 

relevance in the development of chemotherapeutic agents, due to their ability to intercalate 

DNA  inhibiting  topoisomerase  enzymes.45,174,,175,176,177 On  the  other  hand,  conjugation  of 

ligands containing intercalators to transition metals has been one of the explored strategies 

to modulate  the  cytotoxicity  of metal‐based  drugs.178  Due  to  this,  it was  considered  to 

evaluate the cytotoxicity of the conjugate 33 and of the corresponding rhenium complex 34. 

These  results would  also be  informative  for  an  evaluation of  the  radiotoxic  effect of  the 

Auger electrons emitted by the 99mTc complex 35. 

The  approach  of  designing  new  potential  therapeutic  agents  based  on  the  Auger 

electron‐emitter  99mTc  has  been  explored  previously.45,57,179,180 Due  to  the  short  range  of 

Auger  electrons,  there  is  a  need  for  preferential  accumulation  of  the  complexes  into  the 

nucleus  of  neoplasic  cells  in  order  to  obtain  significant  DNA  damage  and  therefore  a 

therapeutic  effect.  The  strategy  used  to  achive  this  goal  is  the  design  of multifunctional 

10 20

Re 99mTc

Time (min)

Page 114: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules  

78 

complexes  that  include a DNA‐binding moiety, a carrier  to  transport  the complex  into  the 

nucleus, and/or a tumor‐seeking vector.45,57,179,180,181 Encouraging  in vitro results have been 

reported  that  highlighted  the  relevance  of  99mTc  for  the  development  of  therapeutic 

radiopharmaceuticals.45,57,179,180 

 

2.3.3.1. Cytotoxicity Studies 

 

The  cytotoxicity  of  the  Re  tricarbonyl  complex  34  and  of  the  compound  33  was 

determined by the MTT test. This test was created in 1983 by Tim Mosmann182 and has been 

used by others with some modifications. The  test  indirectly evaluates  the cellular viability, 

measuring the capacity of the mitochondrial enzyme succinato dehydrogenase to reduce the 

3‐(4,5‐dimethylthiazol‐2‐yl‐)‐2,5‐diphenyltetrazolium bromide  (MTT)  to  formazan  (insoluble 

crystals).  In the viable cells (metabolically active), the formazan crystals are retained, being 

necessary its solubilisation with DMSO. The number of viable cells is directly proportional to 

the quantity of  formazan  formed, being  this  value estimated by  the  intensity of  the blue 

colour of the formazan solution. 

 

The studies were performed using B16F1 murine melanoma cell lines. The cells were 

incubated  for  24  h  at  37  °C  with  different  concentrations  (1.2  x  10‐9  ‐  6  x  10‐5  M)  of 

compounds 33 and 34. After incubation, the cells were washed with PBS and incubated with 

MTT  for 3 h at 37  °C. After dissolution of  the  formazan  crystals with DMSO,  the  solution 

absorbance was measured at 595 nm. 

The IC50 values (concentration at which there is 50% of cell death) were found to be 

6.0 ± 1.4 x 10‐6 M and 6.6 ± 1.5 x 10‐6 M for compounds 33 and 34, respectively. Comparing 

these results with previous results obtained  in the Radiopharmacuetical Sciences Group of 

ITN (RSG/ITN),  it can be said that the cytotoxic effects of 33 and 34 are mainly due to the 

acridine  orange  fragment.183  In  fact,  the  corresponding  compounds without  the  acridine 

orange moiety, previously studied, did not present any toxicity when incubated with B16F1 

cells at concentrations as high as 1 mM (conjugate) and 100 μM (rhenium complex).183 

 

 

 

Page 115: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules 

79

2.3.3.2. Cellular Localization by Fluorescence Microscopy Studies 

 

When designing a radiopharmaceutical, it is highly desirable to follow the trafficking 

and fate of the compounds at the cellular and subcellular level in real time. However, this is 

not  achievable  with  the  radioactive  probes  (99mTc),  which  are  more  suitable  to  obtain 

scintigraphic  images  from  tissues  and  organs  inside  the  body,  and  for  quantification. 

Profiting from the similarities of Re and Tc chemistry, fluorescent probes that are based on 

organometallic Re(I) complexes emerged recently as an attractive alternative to bridge this 

gap between in vitro fluorescence‐imaging studies and in vivo radioimaging.45,57,172,179,180 

As  stated  above,  the  objective  is  to  prove  that  the  intrinsic  fluorescence  of  the 

acridine orange chromophore, which was introduced in the 4‐position of the pyrazolyl ring of 

the pyrazolyl‐diamine chelator, enables  the visualization of  the  intracellular  localisation of 

the Re(I)‐tricarbonyl complex. To confirm this possibility, the uptake of complex 34 by B16F1 

murine melanoma cells was studied by  fluorescence microscopy. The cells were  incubated 

for 3 h at 37 °C with 6 x 10‐5 M of compounds 33 and 34. After appropriate treatment, the 

images  were  acquired  by  confocal  fluorescence microscopy.  As  depicted  in  figure  2.24, 

complex 34 and compound 33 could be both detected (green fluorescence) inside the cells, 

in the cytoplasm and  in the nucleus. The cells DNA was stained with DAPI  (4’,6‐diamino‐2‐

phenylindol)  to  localize  the  uptake  in  the  cell,  in  particular  in  the  nucleus.  DAPI  is  a 

fluorescent  probe  commercially  available  that  emits  in  the  blue/cyan  and  enables  the 

localization  of  the  cell  nucleus  because  it  binds  strongly  to  DNA.  Because  DAPI  emits  in 

wavelengths different  from acridine orange,  it  is possible to visualize the co‐localization of 

DAPI and of compounds 33 or 34. 

 

Page 116: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules  

80 

33

34 

 

Figure 2.23 – Confocal fluorescence microscopy images of B16F1 murine melanoma cells after 3 h of 

exposure  to 60 μM of compound 33 and complex 34  (green colour)  followed by  fixation and DNA 

staining  with  DAPI  (blue  colour).  The  detection  of  green  fluorescence  in  the  cells  reveals  that  the 

compounds  entered  the  cell  and  localized  in  the  cytoplasm  and  nucleus.  The  white  arrows  indicate  the 

presence of green fluorescence in the nucleus. 

 

 

The  fluorescence microscopy  studies  revealed  that  compound  33  and  complex  34 

entered the cells and localized in the cytoplasm and in the nucleus. 

 

2.3.3.3. Internalization, Retention and Radiotoxicity Studies 

 

Before  performing  internalization/retention  and  radiotoxicity  studies,  we  have 

evaluated the stability of the 99mTc tricarbonyl complex 35 in cell culture medium (0.2% BSA 

solution  in MEM).  For  that we have  incubated  complex  35 with  cell  culture medium  and 

Page 117: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules 

81

analysed  the mixture by  TLC  at different  time points.  The  radiochromatogram of  the  TLC 

indicated only the presence of complex 35 (Rf = 0.34). No hydrolysed 99mTc species (Rf = 0), 

labelled BSA (Rf = 0), [99mTcO4]

‐ (Rf = 0.85) or fac‐[99mTc(CO)3(OH2)3]

+ precursor (Rf = 0.8) were 

detected. These results indicate that the radioconjugate is stable in the presence of BSA and 

MEM, and confirmed the high ability of the pyrazolyl‐diamine chelator to stabilize the  fac‐

[99mTc(CO)3]+ moiety. 

 

The in vitro biological evaluation of the radioconjugate 35 involved studies of cellular 

internalization and  retention, nuclear  internalization and evaluation of  the  radiotoxicity  in 

B16F1 murine melanoma cells, the same cell line used for the cytotoxicity and fluorescence 

studies of 33 and 34. These studies were performed with the HPLC purified and non‐purified 

radioactive complex 35. Purification of compound 35 has been performed  to  increase  the 

specific  activity  and  radiochemical  purity.  This  purification  was  performed  by  semi‐

preparative  RP‐HPLC.  The  evaporated  product  was  checked  by  RP‐HPLC  and  by  TLC  to 

confirm  its  radiochemical purity, which was higher  than 95%. The  stability of  the purified 

complex  in  cells medium was  also  evaluated,  and  it was  found  that  the  complex was  as 

stable as the non‐purified radiocomplex. 

 

 

Cellular internalization and retention 

 

Cellular internalization 

 

The cellular internalization studies were performed at 37 °C for the non‐purified and 

for  the purified  99mTc  tricarbonyl conjugate 35 and revealed  to be  time dependent  (figure 

2.25).  Moderate  levels  of  internalization  were  reached  with  no  significant  difference 

between the non‐purified and purified radioconjugates. At 5 h post‐incubation, 32% of the 

total cell‐associated activity for the non‐purified radioconjugate 35 and approximately 34% 

for the purified radioconjugate were taken up and internalized by the cells (figure 2.24A and 

figure 2.24B). When  this parameter  is expressed as a percentage of  total activity,  for  the 

same time of  incubation, a significant percentage, 6.3% and 7.8% for the non‐purified and 

purified radioconjugates, respectively, were internalized by the cells (figure 2.25). 

Page 118: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules  

82 

 

 

 

Figure 2.24 ‐ Internalization at 37 °C of the radioconjugate 35 in B16F1 cells at different time‐points. 

Internalized and  surface bound activity expressed as a  fraction of bound activity  (activity on  the membrane 

surface and  inside  the  cell)  for  the non‐purified  radioconjugate  (A) and purified  radioconjugate  (B)  (mean ± 

standard deviation, n = 3 ). 

 

0

2

4

6

8

10

12

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Incubation time (h)

% Internalization/ to

tal activity

non‐purifiedpurified

 

Figure 2.25 ‐ Internalization at 37 °C expressed as a percentage of total activity for the non‐purified 

and purified radioconjugate 35 (mean ± standard deviation, n = 3). 

 

Nuclear internalization 

 

Cell  studies  to  calculate  the  percentage  of  activity  internalized  in  the  nucleus  of 

B16F1 cells were also performed. The purified and non‐purified compounds were incubated 

with  the  cells  at  37  °C. At  different  time  points  the  internalization was  stopped  and  the 

cellular membrane was  disrupted with Nonidet  P‐40.  The  resulting  cells  suspension was 

centrifuged.  The  precipitate  contained  the  activity  retained  in  the  nucleus  and  the 

0.1 0.5 1 2 3 4 5 24

Incubation time (h)

interna l i zedsurface  bound

0

20

40

60

80

100

0.1 0.5 1 2 3 4 5 24

incubation time (h)

 % uptake /bou

nd activity

  internal ized surface  bound 

A  B

Page 119: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules 

83

supernatant the activity dispersed  in other cellular components. The percentage of activity 

internalized  in  the  nucleus  per  total  activity  is  presented  in  figure  2.26.  The  nuclear 

internalization  presented  slightly  higher  values  for  the  purified  compound  35  and  this 

difference  increased with  time. At 6 h post‐incubation, 3.8% of  the administered purified 

compound and 1.5% of the non‐purified compound were internalized in the cells nucleus. 

One possible reason for the higher nuclear and cellular internalization of the purified 

compound is that with the purification we have removed the inactive compound 33, which 

certainly competes with the 99mTc complex 35 in the diffusion process. 

 

0

1

2

3

4

5

0 1 2 3 4 5 6

Incubation time (h)

% activity

 in th

e nu

cleu

s/ to

tal activity

 

non‐purified

purified

 

Figure 2.26 ‐ Nuclear  internalization at 37 °C  in B16F1 murine melanoma cells of purified and non‐

purified radiocomplex 35 (mean ± standard deviation, n = 3 ). 

 

The nuclear  internalization was  also determined by  the  ratio between  the  activity 

internalized  in  the nucleus and  that associated  to  the cells. Such calculation gives a more 

accurate measure of the ability of the complex to pass from the cytoplasm to the nucleus. In 

figure 2.27 it can be seen that, the nuclear internalization is very fast and the percentage of 

compound  inside  the  nucleus  is  higher  than  that  outside  (cytoplasm  and  other  cellular 

structures)  for  both  purified  and  non‐purified  compounds.  The  radioactive  compound  is 

internalized  by  the  cell  and  rapidly  diffuses  to  the  cell  nucleus.  After  30 min,  67.2%  of 

purified  complex  and  55.5%  of  non‐purified  complex  associated  to  the  cells were  in  the 

nucleus. 

Page 120: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules  

84 

Purified compound 

01020304050607080

0.5 1 2 3 4 5 6

Incubation time (h)

% activity

 

 

Non‐Purified compound

0

1020

3040

50

6070

80

0.5 1 2 3 4 5 6

Incubation time (h)

% activity

 

 

Figure 2.27  ‐ Activity  internalized  in  the nucleus  (white and black) and activity outside  the nucleus 

(black) in B16F1 murine melanoma cells, after incubation with purified or non‐purified radiocomplex 

35 (mean ± standard deviation, n = 3). 

  

Cellular retention 

 

The cellular retention of the radioconjugate was evaluated at different time points, 

after 3 h of  internalization (figure 2.28). A good degree of cellular retention was observed. 

The  radioconjugates were  slowly  released  from  the  cells  into  the  culture medium, with 

about 50% and 60% of  the  initially  internalized non‐purified and purified  radioconjugates, 

respectively,  still  remaining  inside  the  cells  after  3  h  of  incubation.  In  this  case,  the 

Page 121: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules 

85

difference  between  the  non‐purified  and  purified  radioconjugates  seems  to  be  more 

significant, being the cellular retention slightly higher for the purified radioconjugate. 

 

40

50

60

70

80

90

100

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

Incubation time (h)

% cellular reten

tion 

purified compound non‐purified compound 

 

 

Figure 2.28  ‐ Cellular  retention of  the  internalized  radioconjugate 44  (purified and non‐purified)  in 

B16F1 cells over time at 37 °C (mean ± standard deviation, n = 3). 

 

Radiotoxicity studies of complex 35 in B16F1 murine melanoma cells 

 

The radiotoxicity studies of 35 were performed using the purified radioconjugate 35 

and [99mTcO4]‐ (40 μCi), [99mTc(CO)3(OH2)3]

+ (40 μCi) and the conjugate 33 ([33] = 7.5 x 10‐9 

M)  as  controls  (figure  2.29).  These  studies  involved  the  determination  of  the  cellular 

viability by the MTT test, after incubating the cells for a period of 36 ‐ 40 h, in the presence 

of different  radioactive  concentrations of  complex 35.  In  these  studies no  cell death was 

observed, indicating that the radiocompound 35 is not radiotoxic even at high radiochemical 

concentrations  (30  ‐ 60 μCi). These  results also  showed  that  the  radiocomplex 35 has no 

cytotoxic effect  in  the concentration  range 10‐9  ‐ 10‐12 M, as expected  from  the cytotoxic 

studies with the rhenium complexes. 

Page 122: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules  

86 

0

20

40

60

80

100

0.9 1.9 3.8 7.5 15 20 30 60 TcO4‐ Carb. Pz‐Ao

activity (μCi)

 survival fraction (%

)

40 μCi

 

Figure 2.29  ‐ Cytotoxicity studies of purified radioconjugate 35  (0.9  ‐ 60 μCi), TcO4‐ =  [99mTcO4]

‐  (40 

μCi), Carb. = [99mTc(CO)3(OH2)3]+ (40 μCi ) and Pz‐Ao = compound 33 (2 x 10‐9 M) in B16F1 cells at 37 

°C (mean ± standard deviation, n = 4). 

 

 

These studies  indicate no effect of the Auger electrons, as no radiotoxic effect was 

observed, even with compound 35 entering in the nucleus of the cells. Further work related 

with this subject is being performed in the RSG/ITN. 

 

2.3.4. Biodistribution and In Vivo Stability  

The biodistribution of the purified fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐33)]2+(35) was examined in CD1 

female mice  at  1  and  4  h  after  intravenous  injection,  and  expressed  as  percentage  of 

injected  dose  per  gram  (%  ID/g)  (table  2.3)  and  percentage  of  injected  dose  per  organ 

(%ID/organ). 

 

Biodistribution data indicate a relatively fast clearance from the bloodstream, as 1 h 

after  injection  only  0.65  ±  0.53  %  of  the  complex  was  in  circulation  (table  2.3).  No 

preferential uptake in the main organs or tissues was observed, except in the liver, intestine 

and  kidney.  The  radioconjugate  was  excreted  very  slowly  via  both  the  renal  and 

hepatobiliary pathways and  the  total excretion was very  low, only 3% of  the activity was 

Page 123: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules 

87

eliminated  at  1  h  after  injection,  reaching  10.2%  at  4  h  p.i..  The  high  retention  of  the 

radioconjugate in the liver can be attributed to the lipophilicity of the complex. 

 

 

Table 2.3 ‐ Biodistribution of the radioconjugate 35 in CD1 female mice at 1 and 4 h after intravenous 

injection (mean ± standard deviation, n = 4). 

% ID/g ± standard deviation Tissue/organ 

1h   4h  

Blood  0.65 ± 0.53  0.12 ± 0.04 

Liver  48.32 ± 7.81  36.12 ± 12.76 

Intestine  11.61 ± 3.2  17.01 ± 5.50  

Spleen  0.62 ± 0.12  0.35 ± 0.08 

Heart  0.28 ± 0.06  0.28 ± 0.09 

Lung  5.98 ± 2.89  0.63 ± 0.21 

Kidney  26.92 ±3.56  6.66 ± 2.47 

Muscle  0.07 ± 0.03  0.04 ± 0.01 

Bone  0.15 ± 0.04  0.14 ± 0.02  

Stomach  0.88 ± 0.23  1.28 ± 0.40 

Pancreas  0.12 ± 0.05  0.10 ± 0.02 

Total Excretion (% ID)  3.5 ± 1.1  10.2 ± 6.5 

 

 

In  vivo  stability  studies  revealed  that  the  radioconjugate was  stable  in  blood  (1  h 

after  injection) as no metabolites could be detected (figure 2.30).  In contrast, metabolites 

from the radioconjugate were found in urine. The metabolites formed have lower retention 

time, appearing the major metabolite at ca. 12 min.  

Page 124: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules  

88 

 

Figure 2.30 ‐ Analytical RP‐HPLC chromatograms of compound 35, blood serum and urine samples 

collected 1 h after injection (γ trace). 

 

 

In conclusion, we have prepared a new pyrazolyl‐acridine orange conjugate (33) that 

reacted with the fac‐[M(CO)3(OH2)3]+ (M = Re, 99mTc) moiety originating the fac‐[M(CO)3(κ3‐

33)]2+ (M = Re (34), M = 99mTc (35)) complexes in high yield and radiochemical purity (99mTc). 

The radioconjugate presented moderate cellular internalization levels in B16F1 cells, with a 

significant percentage of  the  internalized compound moving  rapidly  to  the nucleus of  the 

cells.  The  radioconjugate  displayed  good  cellular  retention  with  levels  slightly  different 

between the non‐purified and purified conjugate, ca. 50% and ca. 60% respectively, after 3h 

of incubation. 

The  combination  of  in  vitro  fluorescence microscopy  studies  and  the  cellular  and 

nuclear  internalization  studies  for  the  isostructural  Re  (34)  and  99mTc  (35)  complexes, 

provided complementary information for a better understanding of the in vitro behaviour of 

these complexes. In fact, by fluorescence microscopy it was directly observed the presence 

of the fluorophore acridine orange  in the cytoplasm and nucleus of the B16F1 cells.  In the 

internalization  studies  with  the  99mTc  complex  what  was  detected  was  the  presence  of 

radiometal in the cytoplasm and nucleus of the same cells. Taking into account that Re and 

0 10 20

Serum

Urine

Time (min)

Initial preparation

Page 125: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

2. Evaluation of Chelators for Labelling Biologically Relevant Molecules 

89

99mTc  complexes  are  isostructural,  the  combination  of  this  information  shows  that  the 

Re/99mTc  complexes  anchored  by  pyrazolyl‐diamine‐acridine  orange  are  located  in  the 

cytoplasm and nucleus of the cells. These results suggest that the Re and 99mTc complexes 

reach the cytoplasm and specially the nucleus of the cells in an intact form. 

Cytotoxicity  studies  using  the  purified  radioconjugate  35  indicated  no  radiotoxic 

effect, meaning  that despite entering  the nucleus of  the cells  the Auger electrons do not 

have any effect. The pharmacokinetic profile of  the  radioconjugate  is not a good one and 

needs to be improved. Lower kidney, liver and intestine uptake and faster excretion need to 

be reached. Such improvement may be achieved by increasing the hydrophilic character of 

the complex, which can be done by removing the methyl groups from the pyrazolyl ring, by 

incorporating  carboxylic  groups  in  the  chelate  backbone  or  by  coupling  a  peptide  to  the 

pyrazolyl‐acridine orange conjugate. 

 

 

 

Page 126: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of
Page 127: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.  Peptide Nucleic Acids ‐  

Synthesis, Conjugation to 

Bifunctional Chelators, Labelling and 

Biological Evaluation 

Page 128: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of
Page 129: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

3. Peptide Nucleic Acids ‐ Synthesis, Conjugation to Bifunctional Chelators, Labelling and Biological Evaluation 

93

3. Peptide  Nucleic  Acids  ‐  Synthesis,  Conjugation  to 

Bifunctional Chelators, Labelling and Biological Evaluation 

 

3.1. Introduction 

 

As  referred  in  chapter 1,  imaging  gene expression  can be directed  to mRNA using 

radiolabelled antisense oligonucleotides. This  strategy combines  the  superior  sensitivity of 

radionuclide detection and the high specificity of antisense‐sense interactions. This approach 

may  detect  alterations  in  overexpressed  oncogene  mRNA  or  identify  sites  of  neoplasic 

transformation  non‐invasively  at  relatively  early  stages,  providing  opportunities  for  early 

diagnostic  and  therapeutic  interventions.66,66,106  As  discussed  before,  PNAs  are  good 

candidates for developing radiolabelled antisense probes for mRNA  imaging and  it was our 

choice to start exploring the field of antisense probes. 

The  results  described  in  chapter  2  confirmed  that  it  was  possible  to  couple  the 

pyrazolyl‐  and  cysteine‐containing  chelators  to  PNA  units  (monomer  and  dimer),  and 

prepare the rhenium and 99mTc tricarbonyl complexes. The formation of stable model 99mTc 

complexes in high yield and with good pharmacokinetics, led us to attach these bifunctional 

chelators to a PNA sequence clinically relevant to prepare 99mTc complexes. 

 

The N‐MYC mRNA was selected as the  target mRNA. N‐MYC  is amplified  in certain 

peripheral  nervous  system  tumors  such  as  neuroblastomas,184,185,186,187,188,189 

retinoblastomas185,190  and  small  cell  lung  carcinoma,185,191  and  in  central  nervous  system 

tumors such as medulloblastoma185,192 and glioblastoma.185,193 

Antisense and antigene oligonucleotides have been studied as selective  inhibitors of 

N‐MYC for the development of more effective and  less toxic specific therapeutic agents for 

tumors with N‐MYC overexpression. Inhibition of N‐MYC expression in vitro has been studied 

with antisense oligodeoxynucleotides194 and antisense PNA188  targeted against  the N‐MYC 

mRNA,  antigene  PNA  targeted  against  the  N‐MYC  DNA187  and  also  with  antisense 

phosphorothioate  radiolabelled with  the  Auger  emitter  111In  targeted  against  the N‐MYC 

mRNA.186 Each of  these molecules has  inhibited  the  translation or  transcription of N‐MYC, 

Page 130: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

3. Peptide Nucleic Acids ‐ Synthesis, Conjugation to Bifunctional Chelators, Labelling and Biological Evaluation 

94 

encouraging research on the development of therapeutic agents for neuroblastoma or other 

neoplasms with N‐MYC expression. 

The  16‐mer  PNA  sequence  N‐A  GAT  CAT  GCC  CGG  CAT‐C,  complementary  to  the 

region  of  the N‐MYC mRNA  beginning with  the ATG  start  codon  at  position  1650,184 was 

chosen based on some studies mentioned above, namely on 111In‐Phosphorothioate186 and 

on antigene studies with the same PNA sequence and the complementary one to target the 

DNA.187 

 

In this chapter we will present: 

1. A brief introduction to solid phase synthesis; 

2. The synthesis and characterization of the 16‐mer PNA sequence H‐A GAT CAT 

GCC CGG CAT Lys‐NH2; 

3. The  conjugation  of  bifunctional  chelators  to  the  16‐mer  PNA  and  their 

characterization; 

4. The  conjugation  of  the  Re  complex  fac‐[Re(CO)3(3,5‐

Me2pz(CH2)2N((CH2)3COOH)(CH2)2NH2]+  to  the  16‐mer  PNA  sequence,  using 

solid phase techniques, and characterization of the final complex; 

5. UV melting  experiments  of  H‐A  GAT  CAT  GCC  CGG  CAT  Lys‐NH2  and  fac‐

[Re(CO)3(κ3‐Pz‐ A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐NH2)]+ with the complementary 

ssDNA sequence; 

6. The  synthesis  and  characterization  of  fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐Pz‐A GAT  CAT GCC 

CGG CAT‐Lys‐NH2)]2+; 

7. The  biological  evaluation  of  the  99mTc  complex, which  includes  in  vitro  cell 

studies, and in vivo studies in normal mice. 

 

3.2. Solid Phase Synthesis 

 

The  principle  of  solid  phase  chemistry was  developed  by  Bruce Merrifield  (Nobel 

Prize in Chemistry 1984) in the 1950s and 1960s, and the synthesis of oligomeric molecules 

on the surface of polymeric supports was first reported in 1963.195  

Page 131: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

3. Peptide Nucleic Acids ‐ Synthesis, Conjugation to Bifunctional Chelators, Labelling and Biological Evaluation 

95

Construction of a peptide chain on a solid support has several benefits: separation of 

the  intermediate  peptides  from  soluble  reagents  and  solvents,  simply  by  filtration  and 

washing, saving time and labour over the corresponding operations in solution; many of the 

operations are amenable to automation; excess reagents can be employed to force reactions 

to completion; and losses can be minimized as the peptide remains attached to the support 

throughout the synthesis. However, this technique does have limitations: by‐products arising 

either from incomplete reactions, side reactions, or impure reagents will accumulate on the 

resin during chain assembly and contaminate the final product. 

 

 

3.2.1. Resin  

Suitable polymers for solid phase synthesis must be  insoluble  in all solvents used  in 

the  synthesis and must have a  stable physical  form  for a  ready  filtration. These polymers 

must also contain a functional group to which the first protected monomer could be firmly 

linked by a covalent bond. 

The  most  used  resin  in  solid  phase  synthesis  is  1%  divinylbenzene  cross‐linked 

polystyrene (PS).  It  is relatively  inexpensive to produce, swells  in the most commonly used 

solvents  in  peptide  synthesis,  namely  dichloromethane  (DCM),  dimethylformamide  (DMF) 

and N‐methylpyrrolidone (NMP) and can be functionalized using chloromethyl, aminomethyl 

and benzhydrylamino groups. 

An  important aspect of solid phase organic synthesis  is  the diffusion of reagents  to 

the  reactive  sites  on  bound molecules  (swelling).  For  lightly  cross‐linked  polystyrene  and 

polyethylene  glycol‐PS  resins  it  is  generally  required  that  the  beads  swell  in  the  reaction 

solvent, establishing a phase that  is approximately 10 ‐ 20% polymer and 80 ‐ 90% solvent. 

The mobility of polymer‐bound molecules  and  reactants within  the  swollen  gel  is directly 

related to the level of swelling.196,197 

 

 

 

 

 

Page 132: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

3. Peptide Nucleic Acids ‐ Synthesis, Conjugation to Bifunctional Chelators, Labelling and Biological Evaluation 

96 

Linkers 

 

The purpose of  the  linker  is  to provide  a  reversible  linkage between  the  synthetic 

peptide  chain and  the  solid  support, and  to protect  the C‐terminus during  the process of 

chain extension. 

The choice of linker determines the C‐terminal functional group in the final product. 

Most linkers are designed to release peptide acids or amides upon treatment with TFA. 

 

3.3. PNA Synthesis 

 A  requirement  in  the  field  of  peptide  nucleic  acids  research  is  the  preparation  of 

monomers  for subsequent oligomerization.198 A PNA monomer consists of N‐protected  (2‐

aminoethyl)glycine  (Pg1)  to  which  a  protected  nucleobase  (Pg2)  is  attached  (figure  3.1). 

These  two  protecting  groups  have  to  be  orthogonal,  i.e. must  be  removed  in  different 

conditions.199 

 

 

NH

N

O

Base

O

ORPg1

(Pg2)

 

Figure 3.1 ‐ General structure of a PNA monomer. Pg1 ‐ protecting group 1, Pg2 ‐ protecting group 2.  

 

 

There are several combinations of protecting groups reported for the PNA synthesis, 

being the most commonly used summarised in table 3.1. 

 

 

 

 

 

 

Page 133: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

3. Peptide Nucleic Acids ‐ Synthesis, Conjugation to Bifunctional Chelators, Labelling and Biological Evaluation 

97

Table 3.1 ‐ Commonly used protecting groups for PNA synthesis.199 

Protecting group 1 (Pg1)  Protecting group 2 (Pg2)  Removal of Pg1  Removal of Pg2 

Boc 

COO

 

Cbz 

COO

 

50% TFA HF or TFMSA 

 

Fmoc 

COO  

Bhoc 

COO

 

20% piperidine  95% TFA 

Mmt 

C

OMe

 

Acyla 

O for A and C  O

 for G 

2% DCAb  NH3c 

Fmoc  Mmt  20% piperidine  2% DCAb 

a Benzoyl for Adenine and Cytosine, isobutyryl for Gua; b can be replaced by 1% TFA; c saturated aqueous or methanolic 

 

Usually, PNA  synthesis uses  solid‐phase peptide  synthesis protocols.94,198 There are 

three synthetic strategies used for the PNA synthesis. The strategies are classified according 

to  the  nature  of  the  protective  groups  on  the  aliphatic  amino  group  (Pg1)  in  the  PNA 

monomers: Boc, Fmoc and Mmt strategies.200 

 

After  choosing  the  appropriate  resin  and  strategy  of  synthesis,  including  the  PNA 

monomers with appropriate protecting groups, a PNA synthesis cycle can be summarized in 

the following way:  

‐ First  it  is  necessary  to  download  the  resin,  i.e.,  attach  the  first 

monomer  by  the  C‐terminus  (carboxyl  group)  to  the  resin.  After 

coupling  it  is  necessary  to  perform  the  capping  of  the  resin,  to 

deactivate its active sites; 

‐ The  aliphatic  amino  protective  group  is  then  removed  in  the 

deprotection  step. An excess of  the  second monomer  is  introduced, 

with the carboxyl group activated for amide bond formation. 

Page 134: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

3. Peptide Nucleic Acids ‐ Synthesis, Conjugation to Bifunctional Chelators, Labelling and Biological Evaluation 

98 

‐ The capping  is then performed to avoid further reactions of the non‐

reacted amine groups. This process  is repeated until the desired PNA 

sequence is assembled. 

In a final step, the PNA is released from the support and the base protective groups 

removed.  Generally,  base  protecting  groups  and  resin  linkage  are  chosen  such  that 

protecting groups are removed and the assembled PNA released under the same conditions. 

 

3.4. Automated Solid Phase Synthesis 

 

There  are  several  peptide  synthesizers;  the  one we  have  used was  the  ABI  433A 

synthesizer.201 In this section a general idea of this apparatus will be given. 

The synthesis unit is composed by one computer and a peptide synthesizer ABI 433A. 

The software used for the synthesis  is SynthAssist 2.0. The software allows to program and 

analyse the synthesis. 

The peptide synthesizer ABI 433A is shown in figure 3.2. It is composed of a display, a 

keyboard, a sliding track on which the cartridges are placed (figure 3.2a), a barcode reader, a 

system of two needles placed on a mobile arm driven by pressure, an activator vessel (figure 

3.2c) and a reaction vessel (figure 3.2b) where oligomerization occurs.  In particular for the 

synthesis of PNAs, a 3 mL  reaction  vessel  (figure 3.2b)  that enables  the PNA  synthesis at 

different scales, 5, 10 and 20 μmol, is used, reducing the cost of the synthesis. There are also 

a number of reagents and solvents placed in numbered bottles (figure 3.2). 

 

Page 135: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

3. Peptide Nucleic Acids ‐ Synthesis, Conjugation to Bifunctional Chelators, Labelling and Biological Evaluation 

99

ccba ba

 

Figure  3.2  ‐ Peptide  synthesizer Applied  Biosystems ABI  433A.  a)  Sliding  track,  b)  reaction  vessel,  c)  

activator vessel. 

 

All moving  parts,  except  the  part  that  vortexes  the  reaction  vessel,  are  based  on 

pneumatic systems due to the  incoming pressure  into the  instrument (5 bar). The agitation 

of the reaction vessel is very important in PNA synthesis for efficient coupling and washing, 

preventing the formation of agglomerates. 

 

The strategies frequently used in the automated synthesis are the Fmoc or Boc with 

the advantage of existing commercial available Boc/Cbz and Fmoc/Bhoc monomers. 

The  solvents  used  in  the  synthesizer  are  N‐methylpyrrolidone  (NMP)  and 

dichlorometane. For automated PNA synthesis, each cartridge contains a solution of 5.3 eq 

of monomer  in NMP for 1 eq of resin  loaded  in the reactor. The activating agents used can 

be HBTU  or HATU,  the  base  is N,N‐diisopropylethylamine  (DIPEA)  and,  depending  on  the 

strategy used, TFA or piperidine is used for deprotection of the aliphatic amine. The capping 

solution  to  be  used  can  be  acetic  anhydride/DIPEA/NMP  5:6:89  or  acetic 

anhydride/pyridine/NMP 1:25:25. 

Page 136: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

3. Peptide Nucleic Acids ‐ Synthesis, Conjugation to Bifunctional Chelators, Labelling and Biological Evaluation 

100 

The synthesis  in an automatic synthesizer needs some manual steps, which are  the 

download of  the  resin and  the cleavage of  the oligomers  from  the  resin at  the end of  the 

synthesis. In the manual solid phase synthesis a shaker is used to shake the reactor. 

 

3.5. Synthesis of the PNA Sequence 

 

3.5.1. Synthesis of Fmoc‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐resin 

 

To synthesize the PNA sequence, the Fmoc/Bhoc chemistry was chosen and the PNA 

monomers used were Fmoc‐A(Bhoc)‐OH, Fmoc‐C(Bhoc)‐OH, Fmoc‐G(Bhoc)‐OH and Fmoc‐T‐

OH. 

The  Novasyn  TentaGel  Rink  Amide  polystyrene  (TGR  PS)  resin was  used  as  solid 

support and was downloaded with N‐α‐Fmoc‐L‐Lys(Boc)‐OH  to get a  final  loading of ∼0.2 

mmol/g (scheme 3.1). After the coupling of the N‐α‐Fmoc‐L‐Lys(Boc)‐OH to the amine group 

of the resin, a capping solution (Ac2O/NMP/Pyridine 2:4:4) was added to acetylate the resin 

unreacted amine groups. 

 

MeO

MeO

HN

O NHO

i

NHBoc

O

FmocHN

PEG

MeO

MeO

NH2

O NHO

PEG

36Novasyn TGR PEG‐PS resin

ii

 

 

Scheme 3.1 ‐ Download of the resin. i) N‐α‐Fmoc‐L‐Lys(Boc)‐OH, HBTU, DIPEA, NMP; ii) Ac2O/NMP/Pyridine 

(2:4:4). 

 

From  the different  techniques used  to evaluate  the  resin  loading,202,203,204 we have 

chosen  gas  chromatography.204  Such  method  consists  on  quantifying  the  Fmoc  loading 

utilizing  the non‐nucleophilic  amidine 1,8‐diazabicyclo[5.4.0]undec‐7‐ene  (DBU)  as  a  Fmoc 

cleavage reagent. In this method dibenzofulvene (DBF) is formed as single cleavage product 

(scheme 3.3) which can be analyzed quantitatively by GC, using anthracene as an  internal 

standard. DBU is used instead of piperidine because deprotection with piperidine originates 

Page 137: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

3. Peptide Nucleic Acids ‐ Synthesis, Conjugation to Bifunctional Chelators, Labelling and Biological Evaluation 

101

the dibenzofulvene and  the dibenzofulvene‐piperidine adduct, affecting  the reproducibility 

of the GC method (scheme 3.2). 

 

CO O

RHNN

NH

DMF DMF

NN

piperidineDBU DBFDBF‐piperidine adduct

NH +

DBF  

 

Scheme 3.2 ‐ Piperidine vs. DBU cleavage of the Fmoc group.  

To  start,  a  calibration  curve was built using  solutions of  Lysine‐Fmoc  (N‐α‐Fmoc‐L‐

Lys(Boc)‐OH)  with  different  concentrations  in  DMF,  containing  2%  DBU/DMF.  After 

formation  of  DBF  (scheme  3.3),  anthracene was  added  as  an  internal  standard  and  the 

resulting mixture analyzed by GC. The calibration curve was obtained by plotting GC peak 

area ratio of dibenzofulvene:anthracene vs. the molar ratio of Lys‐Fmoc:anthracene (figure 

3.3). 

 

y = 0.9945x + 0.0075

R2 = 0.9999

0.000.200.400.600.801.001.20

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20

Lys‐Fmoc/Anthracene (mmol/mmol)

Area DBF/Area Anthracen

e

 

 

Figure  3.3  ‐  Calibration  curve  for  DBU/DMF  deprotection  of  Fmoc‐Lys  and  quantification  by  gas 

chromatography. 

 

Afterwards, accurately weighted samples of the vacuum‐dried resin 36 were placed 

in tubes and a 2% DBU/DMF solution was added. After stirring the reaction mixture for 1h, 

anthracene was  added  and  the  samples were  analyzed  by GC.  The  area  of  the DBF  and 

anthracene were then determined. The Fmoc substitution (FS, mmol/g) for each sample was 

calculated using the following equation:  

Page 138: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

3. Peptide Nucleic Acids ‐ Synthesis, Conjugation to Bifunctional Chelators, Labelling and Biological Evaluation 

102 

 

FS= (C)(V)(1/178.23)(Afmoc/Aanth + B)(M) (1/W) 

 

C = exact concentration of anthracene solution in mg/mL; V = volume of anthracene 

solution added; 178.23 = molar mass of anthracene; Afmoc and Aanthr = GC peak areas 

of  dibenzofulvene  and  anthracene,  respectively;  B  =  y‐intercept  of  the  calibration 

curve; M = slope of the calibration curve; W = mass of resin in grams. 

 

The  resin  loading  was  calculated  to  be  0.137  ±  0.001 mmol/g.  During  the  work 

described in this thesis, resins with loadings in the range 0.14 – 0.18 mmol/g were used. 

The Fmoc‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐resin  (37) was  synthesized on an ABI 433A 

peptide synthesizer or manually using solid phase Fmoc sythesis. The resin 36 was used on a 

20 μmol  scale and PNA assembly comprised  repetitive cycles of deprotection, activation  ‐ 

coupling and capping (scheme 3.3).  

Before  starting  the  synthesis,  the  dry  resin was  swelled with  CH2Cl2  and  DMF  or 

NMP. In the manual synthesis, CH2Cl2 was added to the resin and agitated for 1h, the CH2Cl2 

was drained and DMF was added and agitated for 15 min. In the automated synthesis, the 

swelling was performed by setting several steps of CH2Cl2 wash and then NMP wash before 

starting the synthesis. When the resin beads swell and reach approximately 10 times their 

dry volume, the resin appears as an insoluble solid support. However, at the molecular level 

the  resin  is  “in  solution” or  fully  solvated, which enhances  the  coupling of  the protected 

monomers to the PNA‐resin.196,197,201 

Page 139: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

3. Peptide Nucleic Acids ‐ Synthesis, Conjugation to Bifunctional Chelators, Labelling and Biological Evaluation 

103

Deprotection

NFmocHN

O

O

B

OH

MeO

OMe

HN

O

NH

O

NHBoc

OHNN

FmocHN

O

O

B

Capping

Acetic anhydrideDIEANMP

piperidineDMF

HATUDIPEA/LutidineNMP

36

Fmoc‐A GAT CAT GCC CGG CAT

MeO

MeO

HN

O NHO

NHBoc

O

NH

PEG

37

Coupling

MeO

MeO

HN

O NHO

NHBoc

O

FmocHN

PEG

MeO

MeO

HN

O NHO

NHBoc

O

H2N

PEG

PEG

MeO

MeO

HN

O NHO

NHBoc

O

NH

PEG

O

repeat cycles

 

 Scheme 3.3 ‐ Synthesis cycle of Fmoc‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐resin (37). 

 

Page 140: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

3. Peptide Nucleic Acids ‐ Synthesis, Conjugation to Bifunctional Chelators, Labelling and Biological Evaluation 

104 

Deprotection 

 

The first step  in chain assembly  is deprotection, or removal of the Fmoc protecting 

group. The Fmoc group, which protects the aliphatic amine,  is removed by the addition of 

20 ‐ 25% piperidine in DMF or NMP to the synthesis support (scheme 3.4). 

 

NH

NNH

OO

Base

ON

NH

OBase

OH

NH

NH

NNH

OO

Base

ON

NH

OBase

OO

O

NH

NNH

OO

Base

ON

NH

OBase

OO

NH2

NH

+

N

+ NH

NNH

OO

Base

ON

H2N

OBase

CO2

HN

NHBoc

O

HN

NHBoc

O

HN

NHBoc

O

HN

NHBoc

O

+ NH2

H

N

proton transfer

 

Scheme 3.4 ‐ Removal of the Fmoc protecting group with piperidine.  

Page 141: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

3. Peptide Nucleic Acids ‐ Synthesis, Conjugation to Bifunctional Chelators, Labelling and Biological Evaluation 

105

Care must be taken in this stage since the primary amine group at the N‐terminus of 

a  PNA  oligomer  can  attack  either  the  carbonyl  group  of  the  nucleobase  or  the  carbonyl 

group of the inter‐unit amide bond (scheme 3.5).205 

 

HN

NH2N

O

O

Base

NO

O

Base

NH

LINKER NH

HN

O

O

Base

NH

LINKER

H2NN

NH

OBase

ON

NH

OBase

O

LINKER H2NN

NH

OBase

O

LINKER+

 

Scheme 3.5 ‐ Base catalyzed reactions of the amine terminus.  

 

The  increased basicity of  the 2‐ethyl  amine  in  the PNA  and  the  fact  that  it  is  less 

sterically hindered makes this amine more reactive than the α‐amine in amino acids. 

The  first  reaction  in  scheme  3.5  consists  on  the  acyl migration  of  the  nucleobase 

acetyl moiety to the N‐terminal position  leaving the central secondary amine available  for 

subsequent  coupling, which  result  in  a  PNA  oligomer with  strongly  altered  hybridization 

properties. In the second reaction, the N‐terminal unit is lost and cleaved off in the form of 

a ketopiperizine derivative (scheme 3.5). 

 

 

Coupling  

 

Before  coupling,  the  carboxylic  group  of  the  PNA monomer must  be  “activated”. 

HATU was selected as the activator for the coupling reaction (scheme 3.6). The activation of 

the PNA monomer with HATU requires a base to proceed and we have used DIPEA or DIPEA 

and 2,6‐lutidine in the automated and manual synthesis, respectively. 

 

 

 

 

Page 142: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

3. Peptide Nucleic Acids ‐ Synthesis, Conjugation to Bifunctional Chelators, Labelling and Biological Evaluation 

106 

Activation 

 

ON

NH

OO

Base

Fmoc

N NN

N

O

N NO

NNH

OO

Base

FmocN

N

N

NNN

O

NNH

OO

Base

FmocN

NN

N

O

O

N N+

PNA monomer activated tetramethyl urea

PF6

 

 

Scheme 3.6 ‐ PNA monomer activation with HATU.  

In the coupling step, the activated monomer reacts with the deprotected amino acid 

terminal of the growing PNA, as shown in scheme 3.7. 

 

Coupling  

N

NH

O

O

Base

Fmoc

N

NN

NO NH

NNH

OO

Base

ON

H2N

OBase

HN

NHBoc

O+

NH

NNH

OO

Base

ON

NH

OBase

HN

NHBoc

O

ON

FmocHN

OBase

+NN

NN

OH

 

Scheme 3.7 ‐ Coupling of the activated monomer to the growing PNA chain.  

Page 143: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

3. Peptide Nucleic Acids ‐ Synthesis, Conjugation to Bifunctional Chelators, Labelling and Biological Evaluation 

107

Generally,  the  PNA  synthesis  compared  with  peptide  synthesis  requires  a  slight 

excess  of  monomers  relative  to  the  activation  agent.  These  conditions  prevent  the 

undesired tetramethyl guanidine capping, stemming from the reaction of HATU directly with 

the  primary  amine  on  the  growing  chain  (scheme  3.8).205,206  This  side  reaction  is  easily 

identified by MALDI‐TOF mass spectrometry by the presence of M + 100 m/z. 

 

N NN

N

O

N N

PF6

+

NH

NNH

OO

Base

ON

H2N

OBase

HN

NHBoc

ONH

NNH

OO

Base

ON

NH

OBase

HN

NHBoc

O

N

N

N NN

N

OH

+

 

Scheme 3.8 ‐ Potential guanidine by‐product when using HATU.  

Capping 

 

The acetylation of the oligomers that failed to extend post coupling was performed 

during  each  cycle  of  the  stepwise  synthesis  using  Ac2O/DIPEA/NMP  =  5/6/89  as  capping 

solution (scheme 3.9). This capping simplifies the purification of the full length PNA and also 

prevents the side reactions illustrated in scheme 3.6 to occur. 

NH

NNH

OO

Base

ON

NH2

OBase

NH

BocHN

O

OO

O

OO

O

OO

O+ NH

NNH

OO

Base

ON

NH2

OBase

NH

BocHN

O

O

O O

NH

NNH

OO

Base

ON

NH2

OBase

NH

BocHN

O

O+

O

O NH

NNH

OO

Base

ON

NH

OBase

NH

BocHN

O

O O

HO+

resonances structures of acetic anhydride

 

Scheme 3.9 ‐ Acetylation of the oligomer with acetic anhydride. 

Page 144: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

3. Peptide Nucleic Acids ‐ Synthesis, Conjugation to Bifunctional Chelators, Labelling and Biological Evaluation 

108 

In  the  automated  synthesis,  the  ratio  monomer/resin  is  5.3:1  eq  and  a  single 

coupling is performed for each monomer. In the manual synthesis, the ratio monomer/resin 

is  3:1  eq  but  two  cycles  of  coupling  are  performed.  The  time  for  each  coupling  is 

approximately the same in the two methodologies (30 ‐ 35 min). 

 

The  synthesis  of  the  16‐mer  PNA was  performed  in  the  synthesizer  in  two  steps. 

First, we synthesized the 8‐mer Fmoc‐CC CGG CAT–resin, removed 5 mg of resin, cleaved, 

and analysed the product by ESI/QITMS or LC‐ESI/QITMS. After confirming the formation of 

the 8‐mer sequence, we went on with the reaction until the 16‐mer PNA sequence (Fmoc‐ A 

GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐resin) was obtained. When we synthesized manually the 16‐mer 

PNA  sequence, we  have  followed  a  similar  procedure  but we  checked  the  synthesis  by 

ESI/QITMS after 7 or 9 and 16 cycles. 

 

3.5.2. Synthesis and Characterization of H‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐

NH2 

 

Compound  38 was obtained by  treating  37 with  TFA/H2O/TISe  =  90/5/5  for  1.5 h, 

followed by precipitation with cold diethyl ether, after concentrating the final solution. The 

precipitates  were  washed  with  cold  diethyl  ether  3  times,  centrifuged  at  each  time, 

collected and analysed by LC‐ESI/QITMS. 

In  figure 3.4  is  shown a RP‐HPLC chromatogram of  the Fmoc‐A GAT CAT GCC CGG 

CAT‐Lys  sequence  synthesized  in  the ABI  433A  peptide  synthesizer  and  in  figure  3.5  the 

chromatogram of the same sequence synthesized manually. 

 

e Triisopropylsilane (TIS) was used as a scavenger for the benzhydryl cations generated by the trifluoracetic acid treatment. The use of a scavenger is required because the electron‐rich aromatic rings of the nucleobases can be alkylated by these cations

Page 145: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

3. Peptide Nucleic Acids ‐ Synthesis, Conjugation to Bifunctional Chelators, Labelling and Biological Evaluation 

109

 

 

Figure 3.4 – Automated synthesis (ABI 433A): RP‐HPLC chromatogram of the crude product Fmoc‐A 

GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys (Absorbance at 260 nm). 

 

 

Figure 3.5 – Manual synthesis: RP‐HPLC chromatogram of the crude product Fmoc‐ A GAT CAT GCC 

CGG CAT‐Lys (Absorbance at 260 nm). 

 

The peak  corresponding  to  the  Fmoc‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys  sequence was 

identified as  the one with  retention  time ∼20 min by analysing  the LC‐ESI/QITMS spectra. 

This  sequence  has  the  Fmoc  group  attached  to  the  last  base  (scheme  3.3),  which  is 

responsible for the high retention time of the 16‐mer sequence and allows its discrimination 

from the shorter acetylated sequences, which were not extended. 

16‐mer sequence 

Shorter sequences 

Time (min)

Shorter sequences 16‐mer sequence

Time (min)

Page 146: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

3. Peptide Nucleic Acids ‐ Synthesis, Conjugation to Bifunctional Chelators, Labelling and Biological Evaluation 

110 

The crude product was then purified by semi‐preparative RP‐HPLC and the peak with 

retention time ∼20 min was recovered. The white solid obtained was deprotected at the N‐

terminus with 25% piperidine in DMF, followed by RP‐HPLC purification (scheme 3.10). The 

H‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐NH2 (38) sequence was then characterized by ESI/FTICRMS 

and RP‐HPLC.  In  the ESI/FTICRMS  spectrum  two main prominent peaks could be  found at 

m/z 1489.6196 and m/z 1117.4661, corresponding to [M+3H]3+ and [M+4H]4+, respectively. 

HPLC chromatographic analysis has also shown only one peak with retention time 15.9 min. 

Sequence  38 was  only  used  for melting  temperature  experiments  and  its  yield was  not 

calculated.  However,  taking  into  account  the  HPLC  chromatogram  of  the  crude  product 

(figures 3.4 and 3.5) the yield does not seem that high. This  is not unexpected considering 

the yields described in the literature for the same type of methodologies (Fmoc/HATU, 26% 

to 38%).200 

The  overall  yield  of  PNA  sequences  are  affected  by  their  lengths  and  base 

sequence.200 In the case of purine‐rich PNAs, if more than two consecutive purine residues 

are  present  the  attachment  efficiency  of  the  subsequent  purine  monomer  decreases. 

Another problem of the purine‐rich PNAs  is the aggregation of the chains. Our sequence  is 

relatively  long (16‐mer) and has seven consecutive purine bases, so these two parameters 

may justify the formation of shorter sequences in the synthesis of our PNA, as shown by LC‐

ESI/QITMS (figures 3.4 and 3.5).  

 

Page 147: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

3. Peptide Nucleic Acids ‐ Synthesis, Conjugation to Bifunctional Chelators, Labelling and Biological Evaluation 

111

ii

iii iii

NN NNHBoc

OOH

NN N

NH2Re

OC CO CO

O

OH+

NN N

NH2Re

OC CO CO

O

ii

NN NNH2

O

A GAT CAT GCC CGG CAT A GAT CAT GCC CGG CAT

NN N

NH2Re

OC CO CO

O

NN NNHBoc

O

39 40

H‐A GAT CAT GCC CGG CAT Lys NH2 i

+

Pz‐Boc

RePz

ii3738

MeO

MeO

HN

O NHO

NHBoc

O

NH

PEG

Fmoc‐A GAT CAT GCC CGG CAT

MeO

MeO

HN

O NHO

NHBoc

O

NH

PEG

A GAT CAT GCC CGG CAT

MeO

MeO

HN

O NHO

NHBoc

O

NH

PEG

A GAT CAT GCC CGG CAT

H2N

NH2

OHN

H2N

NH2

OHN+

 

Scheme 3.10  ‐ Synthesis of  the PNA sequences 38 and conjugates 39 and 40.  i) Cleavage  from  resin: 

TFA/TIS/H2O=90:5:5  (1.5  h),  ii)  Fmoc‐deprotection:  25%  piperidine/DMF,  iii)  coupling:  HATU/DIPEA/2,6‐

Lutidine. 

 

 

3.6. Synthesis and Characterization of Pz‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐

Lys‐NH2  and  fac‐[Re(CO)3(κ3‐Pz‐A  GAT  CAT  GCC  CGG  CAT‐Lys‐

NH2)]+ 

 

The  bifunctional  chelator  3,5‐Me2pz(CH2)2N((CH2)3COOH)(CH2)2NHBoc  (Pz‐Boc)  and 

the complex fac‐[Re(CO)3(3,5‐Me2pz(CH2)2N((CH2)3COOH)(CH2)2NH2]+ (RePz) were coupled to 

the 16‐mer PNA  sequence 37 using manual  solid phase  techniques  (scheme 3.10). Taking 

advantage  of  the  free  carboxylic  acid  group  of  fac‐[Re(CO)3(3,5‐

Me2pz(CH2)2N((CH2)3COOH)(CH2)2NH2)]+  (RePz),  this  complex has been  coupled  to  the PNA 

Page 148: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

3. Peptide Nucleic Acids ‐ Synthesis, Conjugation to Bifunctional Chelators, Labelling and Biological Evaluation 

112 

sequence, an approach which had been previously used with success by Hamzavi et al., for 

the conjugation of [Re(bip‐O)(CO)3(H2O)] to different PNA sequences.207 

Before  coupling  the  RePz  to  the  PNA  sequence  using  solid  phase  techniques,  the 

stability of  the complex was  tested  in  the cleavage conditions  (TFA/TIS/H2O = 90:5:5). The 

complex was mixed with the cleavage solution for 1.5 h and after this time was analysed by 

RP‐HPLC, ESI/QITMS and  1H NMR. All  these  techniques have  shown  that  the complex was 

stable. 

Briefly,  Pz‐Boc  and  RePz  were  coupled  to  the  N‐terminus  of  37  after  Fmoc 

deprotection  and  activation  with  piperidine/DMF  (25%)  and  HATU/DIPEA/2,6‐lutidine, 

respectively (scheme 3.10).  

In  these  reactions  the  activation  and  coupling were  performed  during  20  and  40 

minutes,  respectively.  The  molar  ratios  Pz‐Boc  and  RePz:HATU  were  also  changed  and 

instead of 3:2.7 we have used 3.5:2.7 and 4:2.7,  respectively. The  success of  the coupling 

was evaluated using the Kaiser test.208 Cleavage from the resin was carried out by treatment 

with TFA/H2O/TIS (90:5:5) and the products isolated by precipitation with cold diethyl ether. 

The crude was analysed by LC‐ESI/QITMS and purified by semi‐preparative reversed phase 

HPLC  (figure  3.6).  The  characterization  of  the  conjugate  and/or  complex  was  based  on 

ESI/FTICRMS. In the spectrum of Pz‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐NH2 (39) two strong peaks 

were observed at m/z 1180.0126 and 944.2102, corresponding to the calculated values for 

[M+4H]4+ and  [M+5H]5+,  respectively. For  fac‐[Re(CO)3(κ3‐Pz‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐

NH2)]+  (40)  three  strong  peaks  appeared  at  m/z  1247.4959,  998.1970  and  831.9986, 

corresponding to the calculated values for [M+3H]4+, [M+4H]5+ and [M+5H]6+, respectively. 

 

 

Figure  3.6  ‐  Analytical  RP‐HPLC  chromatograms  of  39  (left)  and  40  (right),  after  purification 

(Absorbance at 260 nm). 

Time (min) 

0

200

400

600

0 5 10 15 20 25

100

200

300

0 5 10 15 20 25

Time (min) 

Page 149: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

3. Peptide Nucleic Acids ‐ Synthesis, Conjugation to Bifunctional Chelators, Labelling and Biological Evaluation 

113

3.7. Coupling  of  the  Cysteine‐Containing  Chelator  to  the  PNA 

Sequence 

 

The  cysteine  containing  chelator  11  was  coupled  to  the  N‐terminus  of  the 

deprotected PNA sequence according to scheme 3.11. No activating agents were necessary 

because compound 11 was activated with pentafluorphenol. After double coupling, a Kaiser 

test was performed.  

 

iii

SF3COCHN

O

OO

O

F

F

FF

F

SF3COCHN

O

OO

iii

SF3COCHN

O

OO

A GAT CAT GCC CGG CAT

Fmoc‐A GAT CAT GCC CGG CAT

11

MeO

MeO

HN

O NHO

NHBoc

O

NH

PEG

37

A GAT CAT GCC CGG CAT

MeO

MeO

HN

O NHO

NHBoc

O

NH

PEG

H2N

NH2

ONH

41

 

Scheme 3.11 ‐ Synthesis of conjugate 41. i) Fmoc‐deprotection: 25% piperidine/DMF; ii) coupling in NMP; 

iii) cleave from resin: TFA/H2O/TIS=90:5:5. 

 

Then,  a  small  portion  of  the  reaction  mixture  was  taken  and  reacted  with 

TFA/H2O/TIS  (90:5:5)  to  cleave  our  compound  from  the  resin.  The  resulting  product was 

analysed by LC‐ESI/QITMS  (figure 3.7). Despite the complex HPLC chromatogram obtained 

(figure 3.7A), we have assigned the peak at 17.70 min to compound 41. The ESI/QITMS of 

Page 150: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

3. Peptide Nucleic Acids ‐ Synthesis, Conjugation to Bifunctional Chelators, Labelling and Biological Evaluation 

114 

this species presents two main peaks at m/z values 1580.4 and 1185.7, which agree with the 

values calculated for [M+3H]3+ (1580.3) and [M+4H]4+ (1185.5), respectively (figure 3.7 B). 

 

 

 

Figure 3.7 ‐ LC‐ESI/QITMS of the crude product 41. A) HPLC chromatogram at 260 nm. B) ESI/QITMS 

of the peak at 17.70 min. 

 

As  can  be  observed  in  the  HPLC  chromatogram  (figure  3.7A),  compound  41 was 

obtained in a very low yield. For further studies, the amine and the carboxylic groups in 41 

had still to be deprotected. These results, together with time limitations, did not encourage 

further studies with this conjugate. 

 

3.8. UV‐Melting Temperature 

 

The  interaction of  fac‐[Re(CO)3(κ3‐Pz‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐NH2)]+  (40) with 

the  complementary  single  strand  DNA  was  studied  by  temperature‐dependent  UV 

spectroscopy. These  studies were performed  in phosphate buffered aqueous  solution  (pH 

7.2) and  in a  temperature  range of 20  ‐ 95  °C. For comparison,  the behaviour of  the PNA 

sequence  H‐A  GAT  CAT  GCC  CGG  CAT‐Lys‐NH2  (38)  was  also  studied  using  the  same 

8 10 12 14 16 18Time (min)

0

100000

200000

300000

400000

500000

600000

700000

800000

900000

1000000

1100000

1200000

uAU

15,07

13,10

11,66

10,51

17,70

16,40

9,10

BA 

900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 170m/z

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

Rel

ativ

e A

bund

ance

1580,2

1185,5

1186,5

1581,1

1190,91593,3

963,0 1098,8 1595,11195,4 1281,8 1491,2 11424,7

Page 151: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

3. Peptide Nucleic Acids ‐ Synthesis, Conjugation to Bifunctional Chelators, Labelling and Biological Evaluation 

115

experimental  conditions.  For  38  and  40 well‐defined  sigmoidal  curves were  obtained  for 

melting and annealing. The melting profiles for 38:DNA and 40:DNA are shown in figure 3.8. 

The  melting  temperatures  (UV‐Tm),  determined  as  the  maximum  of  the  first 

derivative of the melting curves, were found to be 83.5 ± 0.1 °C for both sequences. These 

results indicate that the introduction of the Re tricarbonyl fragment in the PNA sequence did 

not affect the recognition of  its complementary, as well as the duplex stability. So  far,  it  is 

difficult  to  compare  our  results  with  others  in  the  literature,  as  there  is  only  one  Re 

tricarbonyl‐PNA conjugate described.207 However, this complex was anchored on a bidentate 

bis(imidazolyl)propionic  acid  and  the  effect  of  the metal  fragment  on  the  Tm  of  the  PNA 

sequence was not evaluated. 

Other  studies  with  ferrocene209  and  tris(bipyridine)ruthenium(II)210  have  shown, 

respectively, an increase (ΔTm = +4.3 °C) and a decrease (ΔTm = ‐2.3 °C) of the duplex stability 

after conjugation. The decrease found for the ruthenium complex has been attributed to the 

disruption of hydrogen bonding between the N‐terminal A:T base pair, most probably due to 

the  bulkiness  of  the metal  fragment.  For  complex  40,  the  position  of  the  PNA  sequence 

relatively  to  the  metal  fragment  [Re(CO)3]+  and/or  the  existence  of  a  spacer  may  be 

responsible for the high stability found for 40:DNA which can be compared to 38:DNA. 

 

0.6

0.7

0.8

20 30 40 50 60 70 80 90

T/ºC

Abs at 260 nm

 

Figure 3.8 ‐ Melting profiles of 40:DNA (blue curve) and 38:DNA (black curve). 

 

 

 

 

Page 152: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

3. Peptide Nucleic Acids ‐ Synthesis, Conjugation to Bifunctional Chelators, Labelling and Biological Evaluation 

116 

3.9. Synthesis  and  Characterization  of  fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐Pz‐A  GAT 

CAT GCC CGG CAT‐Lys‐NH2)]2+ 

 

The  reactivity  of  Pz‐A  GAT  CAT  GCC  CGG  CAT‐Lys‐NH2  (39)  towards  the  fac‐

[99mTc(CO)3(OH2)3]+ was studied according to the same procedure described in chapter 2 and 

detailed in the experimental part (scheme 3.14). 

 

42

NH

N

O

N

NN

NNH2

O

NH

N

O O

NH

NN

NO

NH2

NH

N

O

N

NN

NNH2

O

NH

N

O O

NH

N O

O

NH

N

O O

N

N O

NH2

NH

N

O

N

NN

NH2N

O

NH

N

O O

NH

N O

O

NH

N

O O

NH

NN

NO

NH2

NH

N

O O

N

N O

NH2

NH

N

O O

N

N O

NH2

NH

N

O O

N

N O

NH2

NH

N

O O

NH

NN

NO

NH2

NH

N

O O

NH

NN

NO

NH2

NH

N

O O

N

N O

NH2

NH

N

O

N

NN

NH2N

O

NH

N

O O

NH

N O

O

H2N

NH3

ONH

NN NNH2

O

NH

N

O

N

NN

NNH2

O

NH

N

O O

NH

NN

NO

NH2

NH

N

O

N

NN

NNH2

O

NH

N

O O

NH

N O

O

NH

N

O O

N

N O

NH2

NH

N

O

N

NN

NH2N

O

NH

N

O O

NH

N O

O

NH

NO O

NH

NN

NO

NH2

NH

N

O O

N

N O

NH2

NH

N

O O

N

N O

NH2

NH

N

O O

N

N O

NH2

NH

N

O O

NH

NN

NO

NH2

NH

N

O O

NH

NN

NO

NH2

NH

N

O O

N

N O

NH2

NH

N

O

N

NN

NH2N

O

NH

N

O O

NH

N O

O

H2N

NH3

ONH

NN N

NH2Tc

OC CO CO

O

99m

2+

TcOC

H2O OH2

CO

OH2

CO

99m 1h at 100 °CpH = 7

39

+

 Scheme 3.12 – Synthesis of the radioconjugate fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐Pz‐ A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐

NH2)]2+ (42). 

 Using a  final concentration ∼5 x 10‐5 M of 39, complex  fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐Pz‐A GAT 

CAT GCC CGG CAT‐Lys‐NH2)]2+  (42) was obtained  in high yield  (more  than 90%), with high 

radiochemical purity and high specific activity. Complex 42 was characterized by comparing 

its  HPLC  profile  with  the  profile  of  the  corresponding  rhenium  tricarbonyl  complex  fac‐

[Re(CO)3(κ3‐Pz‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐NH2)]+ (40) (figure 3.9). No formation of colloids 

(Rf = 0) was detected  in  the preparation, as  indicated by  ITLC‐SG analysis, developed with 

pyridine/HOAc/H2O (3:5:1.5). 

 

Page 153: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

3. Peptide Nucleic Acids ‐ Synthesis, Conjugation to Bifunctional Chelators, Labelling and Biological Evaluation 

117

 

 

Figure 3.9 ‐ Analytical RP‐HPLC chromatograms of 40 (absorbance at 260 nm) and 42 ( γ trace). 

 

As can be observed  in figure 3.9, the compounds present well‐defined peaks with a 

difference of 0.3 min in retention time, confirming that the 99mTc compound 42 has the same 

chemical  structure  as  the  rhenium  congener  40.  In  order  to  confirm  that  the  99mTc 

coordination was  through  the pyrazolyl‐diamine chelator, an aqueous solution of H‐A GAT 

CAT GCC CGG CAT‐Lys‐NH2  (38) was  reacted with  the precursor  fac‐[99mTc(CO)3(OH2)3]

+, at 

100  °C  for 1 h, pH 7. As can be observed  in  figure 3.10,  the main peak detected was  the 

tricarbonyl precursor and no peak was found with a retention time identical to 42. 

 

 

 

 

Figure  3.10  ‐  Analytical  RP‐HPLC  chromatogram  of  the  reaction  of  38 with  [99mTc(CO)3(OH2)3]+  (γ 

trace). 

 

 

 

 

0

100

200

0 20 40

[99mTc(CO)3(H2O)3]+

Time (min)

Re 99mTc

Time (min)

Page 154: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

3. Peptide Nucleic Acids ‐ Synthesis, Conjugation to Bifunctional Chelators, Labelling and Biological Evaluation 

118 

3.10. In Vitro Stability Studies  

To assess the resistance of the radiocomplex 42 to proteolytic degradation caused by 

endogenous peptidases  and  to predict  its  in  vivo  stability,  stability  assays  in  fresh human 

serum at 37  °C were performed. Analysis by RP‐HPLC at different time points (0 min, 5 min, 

45 min, 2 h and 4 h) indicated high serum stability, with negligible degradation of 42 (figure 

3.11). These results confirmed the high ability of the pyrazolyl‐diamine chelator to stabilize 

fac‐[99mTc(CO)3]+, avoiding  transmetallation  to  serum‐based proteins and/or  reoxidation of 

the 99mTc(I), and confirmed also the resistance of the PNA to enzymatic degradation.99 

 

 

Figure 3.11 ‐ Analytical RP‐HPLC chromatograms of fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐Pz‐ A GAT CAT GCC CGG CAT‐

Lys‐NH2)]+2 (42) after incubation with human serum at 37  °C, at different time points (γ trace). 

 

In vitro  internalization/retention  in cells  is also an  important  test which can predict 

the possibility of a radioactive compound to be retained in vivo in a target organ. However, 

before such studies, it was important to evaluate the stability of the 42 in the cell medium. 

Compound 42 was incubated with culture medium and the misture was analysed by RP‐HPLC 

and  ITLC‐SG.  As  can  be  seen  in  figure  3.12,  after  4  h  incubation  at  37  °C,  the  RP‐HPLC 

5 10 15 20 25

Initial preparation 

2 h  

4 h  

24 h  

Time (min)

Page 155: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

3. Peptide Nucleic Acids ‐ Synthesis, Conjugation to Bifunctional Chelators, Labelling and Biological Evaluation 

119

chromatogram  displayed  only  one  peak  due  to  42  (γ  detection).  By  ITLC‐SG 

radiochromatography  no  hydrolyzed  99mTc  species  (Rf  =  0)  or  labelled  BSA  (Rf  =  0) were 

detected, being 42 the only product present  (Rf = 1)  (figure 3.13). These results confirmed 

that  42  was  stable,  as  no  interaction  with  BSA  and/or  transmetallation,  oxidation  or 

formation of colloids took place. 

 

 

 

Figure 3.12 ‐ Analytical RP‐HPLC chromatogram of 42 after 4 h incubation at 37 °C in culture medium 

(γ trace) 

 

 

Figure 3.13 ‐ ITLC‐SG chromatogram of compound 42 after 4 h incubation at 37 °C in culture medium 

(γ trace). 

 

3.11. In Vitro Studies in Cells  

SH‐SY5Y human neuroblastoma cells, where N‐MYC is expressed but not amplified,211 

were selected for a first screening of the  internalization/externalization of complex 42. For 

comparison,  the same studies were performed using MCF7 breast212 and the PC3 prostate 

cancer cell lines, which do not express the N‐MYC gene. 

Uptake  and  internalization  studies  performed  for  42  at  37  °C,  revealed  a  time‐

dependent behaviour for all cell  lines (figure 3.14). As shown  in figure 3.14A, high  levels of 

0

200

400

0 5 10 15 20 25Time (min)

Page 156: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

3. Peptide Nucleic Acids ‐ Synthesis, Conjugation to Bifunctional Chelators, Labelling and Biological Evaluation 

120 

cellular uptake and  internalization were achieved  for 42  in SH‐SY5Y cells. For  instance, 4 h 

after  incubation, while approximately 15% of the administered radioactivity was associated 

with  the  cells  (activity  on  the  membrane  surface  and  inside  the  cell),  7.5%  of  the 

radioactivity was internalized. The percentage of internalized radioconjugate increased with 

time and after 24 h almost all cell‐associated 42 was inside the cell. 

 

0

5

10

15

20

25

0.1 0.5 1 2 4 6 24Incubation time (h)

% internalized activity% cell associated activity 

 

 

0

5

10

15

20

25

0.1 0.5 2 4 6Incubation time (h)

% internalized activity% cell associated activity

  

0

5

10

15

20

25

0.1 0.5 2 4 6

Incubation time (h)

% internalized activity% cell associated activity

 

Figure 3.14  ‐ Cell‐associated  radioactivity and cellular  internalization of 42 at different  time points 

(37  °C)  in  SH‐SY5Y  cells  (A), MCF7  cells  (B)  and  PC3  cells  (C).  Internalized  and  cell‐associated  activity 

expressed as a percentage of the total activity (mean ± standard deviation, n = 4). 

Page 157: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

3. Peptide Nucleic Acids ‐ Synthesis, Conjugation to Bifunctional Chelators, Labelling and Biological Evaluation 

121

For the MCF7 (figure 3.14B) and PC3 cells (figure 3.14C) high levels of cellular uptake 

and internalization were also observed. After 4 h of incubation, the cell‐associated activity in 

PC3 cells was ∼17%, while  in MCF7 and SH‐SY5Y was ∼15%. At all  time points  internalized 

activity was higher for the PC3 than for the other cell lines (figure 3.15).  

0246810121416

0.1 0.5 2 4 6

Incubation time (h) 

% internalizaed activ

ity MCF7SH‐SY5YPC3

 

Figure 3.15 ‐ Cellular internalization in SH‐SH5Y, MCF7 and PC3 cells at different time points (37 °C). 

Internalized activity expressed as a percentage of total activity (mean ± standard deviation, n = 4). 

 

The cellular retention of 42 was also evaluated at different time points, but only for 

SH‐SY5Y  cells  (figure  3.16). A  high  cellular  retention was  observed  for  the  compound,  as 

almost 60% of the initially internalized compound still remained inside the cells, after 5 h of 

incubation.  

 

0

20

40

60

80

100

120

0 0.5 1 2 3 5

Incubation time (h)

% cellular retention 

 

Figure 3.16 ‐ Cellular retention of internalized radioconjugate 42 in SH‐SY5Y cells over time at 37 °C 

(mean ± standard deviation, n = 4) 

 

Page 158: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

3. Peptide Nucleic Acids ‐ Synthesis, Conjugation to Bifunctional Chelators, Labelling and Biological Evaluation 

122 

The internalization of 42 in SH‐SY‐5Y cells is significant but a correlation between our 

cell‐associated activity and other values described in the literature is difficult, as such activity 

depends on the cell type and PNA sequence. Moreover, the values reported for unassisted 

PNA were evaluated either by  fluorescence microscopy or using  a  14C‐labelled  compound 

with a much lower specific activity than 42.108,188,213,214,215  

In  general, most of  the  studies  are with PNA  assisted with  specific or non‐specific 

biological vectors, to facilitate the internalization and/or selectivity.76,78,103,104,105,111,187,215,216  

There are several examples of radiolabelled antisense PNA sequences conjugated to 

specific or non‐specific peptides, such as analogues of insulin growth factor 1,103‐106,111,112 of 

somatostatin  (Tyr3‐octreotate),76  or  cell membrane‐permeating  peptides.78,108  In  all  these 

studies,  the  cellular  internalization  of  the  complexes  increased  as well  as  the  specificity, 

when they are receptor‐mediated. However, just in one case (somatostatin analogue) the in 

vitro  cellular  uptake  was  quantified.76  In  this  work  the  111In‐DOTA‐  BCL‐2  PNA‐Tyr3‐

octreotate (antisense probe) showed, after 4 h after incubation, a cellular internalization of 

5.2%  and  a  cellular  retention  of  60%.  Comparing  these  results  with  ours  (7.5% 

internalization, after 4 h incubation and 60% cellular retention after 5 h), we can say that our 

results were relatively high and encouraging, as our PNA sequence is unassisted.  

 

Considering the half‐life (t1/2) of 99mTc, we can say that the  internalization/retention 

of 42  is encouraging,  as  the  values  found  are  relatively high within  a period of  time well 

adjusted to t1/2 of 99mTc. Nevertheless, it must be noted that the cell‐associated activity as a 

function of  time, although being an  important  factor  to predict  the potential  interest of a 

radiocompound  for  in  vivo  imaging, must  be  considered  only  as  an  indication.  Clinically 

useful probes for in vivo imaging must reach the target organ but the target/non‐target ratio 

has to be high, and that can only be analysed by in vivo studies. 

 

Page 159: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

3. Peptide Nucleic Acids ‐ Synthesis, Conjugation to Bifunctional Chelators, Labelling and Biological Evaluation 

123

3.12. Biodistribution and In Vivo Stability  

3.12.1. Biodistribution 

 

The  biological  behaviour  of  fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐Pz‐A  GAT  CAT  GCC  CGG  CAT‐Lys‐

NH2)]2+  (42)  was  examined  in  CD‐1  Charles  River  female  mice  to  evaluate  the 

pharmacokinetics and in vivo stability. Animals were intravenously injected with 100 μl of a 

preparation  of  42  via  the  tail  vein,  using  the  same  procedure  as  for  the  radiocomplexes 

described  in chapter 2. Biodistribution data were expressed as percentage of  injected dose 

per gram (%ID/g) (table 3.2) and percentage of injected dose per organ (%ID/organ) (figure 

3.17). 

 

Table 3.2 ‐ Biodistribution data of the fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐Pz‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐NH2)]2+ (42) 

in CD‐1 Charles River mice, at 1 and 4 h after intravenous injection (mean ± standard deviation, n = 

4). 

% ID/g ± standard deviation Tissue/organ 

1h  4h 

Blood  0.9 ± 0.17  0.54 ± 0.13 

Liver  17.09 ± 1.2  24.06 ± 4.99 

Intestine  0.47 ± 0.06  0.53 ± 0.08 

Spleen  2.61 ± 1.06  2.58 ± 0.45 

Heart  0.52 ± 0.05  0.41 ± 0.07 

Lung  2.94 ± 2.29  4.51 ± 3.11 

Kidney  82.23 ± 1.26  84.64 ± 6.07 

Muscle  0.23 ± 0.05  0.17 ± 0.05 

Bone  0.85 ± 0.26  0.89 ± 0.52 

Stomach  1.21 ± 0.29  0.54 ± 0.10 

Excretion (% ID)  15.5 ± 1.4  18.9 ± 2.1 

Page 160: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

3. Peptide Nucleic Acids ‐ Synthesis, Conjugation to Bifunctional Chelators, Labelling and Biological Evaluation 

124 

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Kidney Liver Intestine Muscle Bone Stomach Spleen 

% ID

/ organ

1 h4 h 

 

Figure 3.17 ‐ Uptake of fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐Pz‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐NH2)]2+ (42) in some more 

relevant organs (CD‐1 Charles River mice at 1 and 4 h after intravenous injection). 

 

Biodistribution  data  indicate  a  fast  clearance  from  the  bloodstream  (0.9  ±  0.17 % 

ID/g, 1 h after injection) and no preferential uptake in the main organs or tissues, except in 

the kidney and  liver  (table 3.2). Also,  there was no  significant  fixation or  retention  in  the 

stomach  (table  3.2  and  figure  3.17),  indicating  that  in  vivo  the  reoxidation  of  Tc(I)  to 

[99mTcO4]‐ does not take place. 

 

Figure 3.18  shows  some biological data  for  complexes 42 and 23. Comparing  such 

data, it is possible to get an idea of the effect of the 16‐mer PNA sequence. 

0

20

40

60

80

% ID

/ organ

1 h  4 h  1h  4 h

excretionIntestine

LiverKidney

time (h)

23

42

 

Figure 3.18 – Biological data for complexes fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐Pz‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐NH2)]2+ 

(42) and fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐17)]+ (23) in CD‐1 Charles River female mice. 

 

(% ID) 

Page 161: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

3. Peptide Nucleic Acids ‐ Synthesis, Conjugation to Bifunctional Chelators, Labelling and Biological Evaluation 

125

The total excretion found for 42 (15.5 ± 1.4 %, 1 h p.i.) is significantly lower than the 

value found for 23 (1.2 ± 4.8 %, 1 h p.i.). Such decrease results from the high liver and kidney 

uptake  found  for 42. These  results clearly show  that  the  incorporation of  the 16‐mer PNA 

sequence affected significantly the biological profile of the radioconjugate.  

Previous results have shown that other PNA sequences labelled with 99mTc, 64Cu and 111In  also  present  high  kidney  uptake.  For  the  99mTc  and  64Cu‐PNA  radiocompounds  the 

kidney  uptake  had  values  between  30  ‐  90%  (ID/g)78,103,104,112  and  for  the  111In‐PNA 

radiocompound values higher than 100% (ID/g) were found.76 

 

In  terms of  liver uptake, our  values  are higher  than  those  reported  for other PNA 

radioconjugates.76,78,103,104,112  Only  a  125I‐PNA  conjugated  to  a  monoclonal  antibody 

presented a high liver uptake (29% ID/g at 1 h after intravenous injection).144 

 

3.12.1.1. Inhibition of Kidney Uptake  

 

Since it is well established that administration of cationic amino acids (Lys or Arg) can 

inhibit  renal accumulation of  radiolabelled proteins and peptides,217,218,219 a  second  set of 

biodistribution experiments  in mice were performed.  In these studies the Lys and 42 were 

co‐injected intravenously (table 3.3). Interestingly, coadministration of this basic amino acid 

reduced  the  kidney  accumulation  of  fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐Pz‐A  GAT  CAT  GCC  CGG  CAT‐Lys‐

NH2)]2+ (42)  in about 63% (table 3.3). Most probably the positively charged  lysine  interacts 

with the cationic transporters on the renal tubules of the kidney, decreasing the interaction 

of  the negatively charged proximal  tubule cells with  the positively  charged compound 42. 

Such incubation blocks the mechanism of tubular reabsorption of 42. Such effect has already 

been  observed  for  other  radiolabelled  peptides  and  antibody  fragments.22,217,218,219  For 

example, co‐injection of L‐lysine with 111In‐octreotide reduced the kidney uptake in 35%, 24 

h after injection.219 

 

Page 162: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

3. Peptide Nucleic Acids ‐ Synthesis, Conjugation to Bifunctional Chelators, Labelling and Biological Evaluation 

126 

Table 3.3 ‐ Biodistribution of fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐Pz‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐NH2)]2+ (42) when co‐

injected or not with L‐Lys (15 mg), at 4 h after intravenous injection (mean ± standard deviation, n = 

4). 

% ID/g ± standard deviation Tissue/organ 

With L‐Lys  Without L‐Lys 

Blood  0.52 ± 0.04  0.54 ± 0.13 

Liver  29.87 ± 2.08  24.06 ± 4.99 

Intestine  1.29 ± 0.28  0.53 ± 0.08 

Spleen  37.12 ± 10.75  2.58 ± 0.45 

Heart  0.53 ± 0.14  0.41 ± 0.07 

Lung  3.72 ± 2.75  4.51 ± 3.11 

Kidney  31.11 ± 2.75   84.64 ± 6.07 

Muscle  0.23 ± 0.03  0.17 ± 0.05 

Bone  1.39 ± 0.50  0.89 ± 0.52 

Stomach  0.46 ± 0.26  0.54 ± 0.10 

Excretion (% ID)  31.0 ± 3.0  18.9 ± 2.1 

 

 

 

3.12.2. In Vivo Stability  

 

To  study  the  in vivo  stability of  fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐Pz‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐

NH2)]2+ (42), urine, blood and liver samples were collected from the sacrificed CD‐1 mice, 1 h 

after  injection  of  the  radioactive  preparation. After  appropriate  treatment,  the  biological 

samples were analyzed by RP‐HPLC (figure 3.19). 

 

Page 163: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

3. Peptide Nucleic Acids ‐ Synthesis, Conjugation to Bifunctional Chelators, Labelling and Biological Evaluation 

127

 

 

Figure 3.19 ‐ Reversed‐phase HPLC chromatograms of the injected preparation of complex 42, blood 

serum, urine and liver homogenate samples collected 1 h after injection and treated before analysis 

(γ trace). 

 

In the mice serum, isolated from the collected blood, no [99mTcO4]‐ or other products 

resulting  from  the  complex degradation were detected, being  all  the  radioactivity due  to 

complex  42.  Analysis  of  the  urine  collected  at  the  sacrifice  time  presented  only  a  small 

metabolite at approximately 18 min, demonstrating the high stability of the complex in vivo 

and  the  resistance of  the PNA  sequence  to metabolization. The  liver homogenate analysis 

also did not reveal the presence of any metabolite. 

The resistance to oxidation and to metabolic degradation  in blood,  liver, and kidney 

demonstrated the high in vivo robustness of complex 42. 

 

 

 

Initial Preparation

Serum  

Urine 

0 10 20 30

Liver homogenate

Time (min)

Page 164: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

3. Peptide Nucleic Acids ‐ Synthesis, Conjugation to Bifunctional Chelators, Labelling and Biological Evaluation 

128 

Summarizing,  it was possible to synthesize the 16‐mer PNA sequence H‐A GAT CAT 

GCC CGG CAT‐Lys‐NH2  (38) and  to  incorporate  the pyrazolyl‐diamine bifunctional chelator 

into  this  sequence,  originating  the  conjugate  Pz‐A  GAT  CAT  GCC  CGG  CAT‐Lys‐NH2  (39). 

Conjugation of the cysteine containing chelator 11 to the PNA sequence was also possible. 

However,  the  very  low  yield  of  the  preparation,  together with  time  limitations,  did  not 

encourage further studies with such conjugate. 

The  fac‐[Re(CO)3(3,5‐Me2pz(CH2)2N((CH2)3COOH)(CH2)2NH2]+  was  also  successfully 

coupled to the PNA sequence originating the fac‐[Re(CO)3(κ3‐Pz‐ A GAT CAT GCC CGG CAT‐

Lys‐NH2)]2+  (40)  complex  that  was  used  for  melting  temperature  experiments  and  to 

characterize the congener 99mTc complex.  

The melting temperature (Tm) of 40:DNA was determined and compared with the Tm 

found  for  the  same  sequence  without  the  metal  fragment  (38:DNA).  The  Tm  for  both 

sequences was 83.5 ± 0.1 °C, indicating that the introduction of the Re tricarbonyl complex 

in  the PNA  sequence did not affect  the  recognition of  the complementary, as well as  the 

duplex stability. 

The conjugate, Pz‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐NH2 (39) reacted quantitatively with 

fac‐[99mTc(CO)3(OH2)3]+  yielding  the  radioactive  complex  fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐Pz‐A  GAT  CAT 

GCC CGG CAT‐Lys‐NH2)]2+ (42)  in high yield and with high radiochemical purity and specific 

activity. Compound 42 is stable in human serum and in cell medium and its characterization 

was  done  by  comparing  its  HPLC  chromatogram with  the  one  obtained  for  the  rhenium 

surrogate fac‐[Re(CO)3(κ3‐Pz‐ A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐NH2)]2+ (40). 

Preliminary  studies  with  SH‐SY5Y  neuroblastoma,  MCF7  breast  cancer  and  PC3 

prostate cancer cells have shown a relatively high internalization of complex 42 in all the cell 

lines and a high retention in SH‐SY5Y. So far, we cannot say if the cellular retention is due to 

the interaction of 42 with the complementary N‐MYC mRNA. Such confirmation can only be 

obtained after studying the internalization/retention of 42 in IMR32 cells, which overexpress 

N‐MYC mRNA. Control experiments with the same cell  line and using mismatch probes are 

still necessary. The conjugation of a specific vector to 42 could also be part of future work, to 

confer specificity and to increase the cellular uptake of the conjugate. 

The pharmacokinetic profile of 42 has  to be  improved, mainly  the kidney and  liver 

excretion has to be  increased. The kidney retention was reduced by 63% by co‐injection of 

42 and L‐lysine but the values are still very high and unacceptable. 

Page 165: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

3. Peptide Nucleic Acids ‐ Synthesis, Conjugation to Bifunctional Chelators, Labelling and Biological Evaluation 

129

Conjugation of a biologically active peptide to 42, as mentioned before, can introduce 

more specificity, but can also modify the pharmacological profile of the radioconjugate. 

Page 166: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of
Page 167: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. 

Melanoma Targeting with an α‐

Melanocyte Stimulating Hormone 

Analogue Labelled with fac‐

[99mTc(CO)3]+ 

 

Page 168: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of
Page 169: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

4. Melanoma Targeting with an α‐Melanocyte Stimulating Hormone Analogue Labelled with fac‐[99mTc(CO)3]+ 

133

4. Melanoma Targeting with an α‐Melanocyte Stimulating 

Hormone Analogue Labelled with fac‐[99mTc(CO)3]+ 

 

4.1. Introduction 

 

Malignant melanoma  is  the most  serious  form of skin cancer and  its  incidence and 

mortality rate are still increasing in most western countries.220 Early diagnosis and adequate 

surgical  removal of primary melanoma  lesions provide  the best opportunities  for  cures or 

prolonged survival to melanoma patients.221 Melanoma metastases are very aggressive and 

the survival time for patients with metastatic melanoma is short (3 ‐ 15 months).221 This has 

motivated several investigations aiming melanoma‐specific targeting for imaging and staging 

but  also  for  internal  radiotherapy. One  approach  is  the  use  of  radiolabelled monoclonal 

antibodies or antibody fragments directed against specific melanoma cell epitopes,222 which 

accumulates preferentially  in melanin‐producing melanoma by virtue of  its affinity  for  the 

pigment. So far, their clinical  impact has been  low because of the  lack of specificity due,  in 

part,  to  the presence of  individual  tumor  variants  and  the high occurrence of  amelanotic 

melanoma.223 

Another approach was based on the finding that most murine and human melanoma 

cells  and  melanoma  tissues  overexpress  α‐melanocyte  stimulating  hormone  (α‐MSH) 

receptors,  namely  the melanocortin  type  1  receptor  (MC1R), making  possible  the  use  of 

radiolabelled α‐MSH analogues as  imaging tools.128‐135 These  imaging tools would have the 

advantage  of  being melanoma‐specific, must  probably  resulting  in  higher  selectivity  and 

fewer  false  positives  than  imaging  agents,  such  as  18F‐FDG  and  99mTc‐MIBI  that  are  non‐

specific for melanoma.221 

Compared with the use of radiolabelled antibodies or antibody fragments, the use of 

small peptides offers several advantages, already referred in section 1.3.2.115,124,125,126 

 

The  encouraging  data  on  the  use  of  cyclic  α‐MSH  analogues  (section  1.3.2.)  and 

following previous work developed at the RSG/ITN with a  linear α‐MSH analogue,224  it was 

Page 170: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

4. Melanoma Targeting with an α‐Melanocyte Stimulating Hormone Analogue Labelled with fac‐[99mTc(CO)3]+ 

134 

decided  to  prepare  a  new  cyclic  radioconjugate  and  to  evaluate  the  effect  of  lactam 

cyclization on its pharmacokinetic profile and tumor‐targeting properties. 

The cyclic peptide βAla3‐Nle4‐cyclo[Asp5‐His‐D‐Phe7‐Arg‐Trp‐Lys10]‐NH2  formed  from 

lactam cyclization through the Lys and Asp side chains  is an analogue of MT‐II peptide (Ac‐

Nle4‐cyclo[Asp5‐His‐D‐Phe7‐Arg‐Trp‐Lys10]‐NH2).  Studies  on  the  bioactive  conformation  of 

MT‐II  indicated that the type II β‐turn occurs  in the His‐D‐Phe‐Arg‐Trp region, as compared 

with a type  III β‐turn of the  linear analogue. The studies also  indicated that the His, D‐Phe 

and Trp side chains (affinity for the hydrophobic receptor pocket) are located on one surface 

of the peptide, whereas the Arg side chain (affinity for the hydrophilic receptor pocket) was 

on  the opposite  face.138 As  a  consequence, MT‐II has  a high  affinity  for  the melanocortin 

receptors. 

Thus,  in  this  chapter, we  report on  the  synthesis and  characterization of  the  cyclic 

peptide  conjugate  Pz‐βAla‐Nle‐cyclo[Asp‐His‐D‐Phe‐Arg‐Trp‐Lys]‐NH2,  as  well  as  on  its 

radiolabelling  with  the  fac‐[99mTc(CO)3]+  moiety.  The  in  vitro/in  vivo  stability  studies, 

internalization/externalization  in  B16F1  cells,  and  biodistribution  in  murine  melanoma‐

bearing mice of the radiolabelled conjugate will be also described. The advantages of using 

the 99mTc(CO)3‐labelled cyclic analogue over the corresponding linear peptide for melanoma 

targeting will also be discussed. 

 

 

4.2. Synthesis  and  Characterization  of  Pz‐βAla‐Nle‐cyclo[Asp‐His‐

DPhe‐Arg‐Trp‐Lys]‐NH2 

 

The Pz‐βAla‐Nle‐cyclo[Asp‐His‐D‐Phe‐Arg‐Trp‐Lys]‐NH2 (43) (figure 4.1) was prepared 

by  standard  solid‐phase  synthetic methods,225  purified  by  preparative  RP‐HPLC  (purity  ≥ 

97%),  and  characterized  by  ESI/QITMS  and  RP‐HPLC.  In  the  ESI/QITMS  spectra  two main 

peaks could be found at m/z 1303.9 and m/z 653.2 corresponding to [M+H]+ and [M+2H]2+, 

respectively. RP‐HPLC chromatographic analysis showed only one peak with a retention time 

of 9.9 min (figure 4.2). 

 

Page 171: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

4. Melanoma Targeting with an α‐Melanocyte Stimulating Hormone Analogue Labelled with fac‐[99mTc(CO)3]+ 

135

NH

HN NH

OH2N

NH

O

NH

HN

O

NH

NH2

HN

NH

O

NH

N

HN O

HNO

HNO

O

O

NN NNH2

O

 

 

Figure 4.1 ‐ Structure of Pz‐βAla‐Nle‐cyclo[Asp‐His‐D‐Phe‐Arg‐Trp‐Lys]‐NH2 (43). 

 

 

 

Figure 4.2  ‐ Analytical RP‐HPLC chromatogram of the purified Pz‐βAla‐Nle‐cyclo[Asp‐D‐Phe‐Arg‐Trp‐

Lys]‐NH2 (43) (absorbance at 280 nm). 

 

 

4.3. Synthesis  of  fac‐[99mTc(CO)3‐(κ3‐Pz‐βAla‐Nle‐cyclo[Asp‐D‐Phe‐

Arg‐Trp‐Lys]‐NH2)]2+  

 

The  fac‐[99mTc(CO)3‐(κ3‐Pz‐βAla‐Nle‐cyclo[Asp‐D‐Phe‐Arg‐Trp‐Lys]‐NH2)]+2  (44)  was 

prepared  by  reaction  of  the  precursor  fac‐[99mTc(CO)3(OH2)3]+  with  the  Pz‐βAla‐Nle‐

cyclo[Asp‐D‐Phe‐Arg‐Trp‐Lys]‐NH2 (43) as indicated in scheme 4.1. 

50 

100 

0  2  4 6 8 10 12 14Time (min)

Page 172: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

4. Melanoma Targeting with an α‐Melanocyte Stimulating Hormone Analogue Labelled with fac‐[99mTc(CO)3]+ 

136 

TcOC

H2O OH2

CO

OH2

CO

+99m

90 °C50 minpH = 7

43

NH

HN NH

OH2N

NH

O

NH

HN

O

NH

NH2

HN

NH

O

NH

NHN O

HNO

HNO

O

O

NN NNH2

O

99mNN N

NH2

TcOC

COCO

O HN

HN NH

OH2N

NH

O

NH

HN

O

NH

NH2

H2N

NH

O

NH

NHN O

HNO

HNO

O

O

44

2+

 

 

Scheme  4.1‐  Synthesis  of  the  radioconjugate  fac‐[99mTc(CO)3‐(κ3‐Pz‐βAla‐Nle‐cyclo[Asp‐His‐D‐Phe‐

Arg‐Trp‐Lys]‐NH2)]2+ (44). 

 

After optimization of the labelling conditions, namely temperature and reaction time, 

radiochemical yields higher  than 90% were obtained, using 6 x 10‐5 M of 43. The RP‐HPLC 

analytical retention time was 11.7 min for fac‐[99mTc(CO)3‐(κ3‐Pz‐βAla‐Nle‐c[Asp‐D‐Phe‐Arg‐

Trp‐Lys]‐NH2)]2+ (44) (figure 4.3). 

 

 

 

Figure  4.3  ‐  RP‐HPLC  chromatogram  of  fac‐[99mTc(CO)3‐(κ3‐Pz‐βAla‐Nle‐c[Asp‐D‐Phe‐Arg‐Trp‐Lys]‐

NH2)]2+ (44) (γ trace). 

50 

100 

0  5  10 15 20 25

Time (min)

Page 173: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

4. Melanoma Targeting with an α‐Melanocyte Stimulating Hormone Analogue Labelled with fac‐[99mTc(CO)3]+ 

137

 

The  lipophilicity  of  the  radiopeptide was  evaluated  by  determination  of  the  partition 

coefficient  in  physiological  conditions.  The  radioconjugate  44  revealed  a  moderately 

hydrophobic character (log Po/w = 0.20 ± 0.03). 

 

4.4. In Vitro Stability Studies 

 

In order to  increase specific activity and to maximize cellular and tumor uptake, the 

fac‐[99mTc(CO)3‐(κ3‐Pz‐βAla‐Nle‐cyclo[Asp‐D‐Phe‐Arg‐Trp‐Lys]‐NH2)]2+  was  separated  from 

the  corresponding  non‐metallated  conjugate  (Pz‐βAla‐Nle‐cyclo[Asp‐D‐Phe‐Arg‐Trp‐Lys]‐

NH2) by  semi‐preparative RP‐HPLC.  The  fraction  corresponding  to  the  radioconjugate was 

collected  in  a  50 mL  Falcon  vial,  containing  PBS  or MEM  solutions  with  0.2%  BSA  (for 

biodistribution or cell studies, respectively), to minimize the adsorption phenomena during 

the evaporation of the elution solvents. 

The stability of the purified radioconjugate in PBS and MEM solutions was evaluated 

by RP‐HPLC and TLC, being found that no interaction with BSA and/or transmetallation took 

place under those conditions.  Indeed, the HPLC chromatogram (Supelguard LC 3 DP 2 cm x 

4.6 mm,  ID column) of the radioconjugate (44), after 4 h  incubation at 37 °C  in a 0.2% BSA 

solution  in MEM, displayed only  the peak  assigned  to 44  (γ‐detection,  retention  time 6.0 

min) and another peak due to BSA (UV‐detection, retention time 9.8 min). Furthermore, on 

analyzing  the TLC  radiochromatogram of 44 after 24 h  incubation at 37  °C  in a 0.2% BSA 

solution  in MEM, no hydrolysed 99mTc species (Rf = 0),  labelled BSA (Rf = 0), [99mTcO4]

‐ (Rf = 

0.85)  or  fac‐[99mTc(CO)3(OH2)3]+  (Rf  =  0.80) were  detected,  being  the  radiolabelled  cyclic 

conjugate  the  only  radiochemical  species  present  (Rf  =  0.44)  (figure  4.4).  The  results 

obtained with HPLC and TLC indicate that 44 was stable in the presence of BSA and MEM. 

 

Figure 4.4 ‐ TLC chromatogram of 44, after 24 h incubation at 37 °C in culture medium (γ trace). 

Page 174: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

4. Melanoma Targeting with an α‐Melanocyte Stimulating Hormone Analogue Labelled with fac‐[99mTc(CO)3]+ 

138 

To assess the resistance of the purified radioconjugate 44 to proteolytic degradation 

caused  by  endogenous  peptidases  and  to  predict  its  in  vivo  stability,  compound  44 was 

incubated with fresh human plasma at 37 °C. Analysis by RP‐HPLC at different time points (0 

min, 5 min, 45 min, and 4 h)  indicated high plasma stability  (purity ≥ 98%) with negligible 

degradation of the radioconjugate (figure 4.5).  

 

Figure  4.5  ‐  Analytical  RP‐HPLC  chromatogram  of  fac‐[99mTc(CO)3‐(κ3‐Pz‐βAla‐Nle‐cyclo[Asp‐D‐Phe‐

Arg‐Trp‐Lys]‐NH2)]2+ after incubation in human serum at 37 °C at different time points (γ trace). 

 

4.5. In  Vitro  Studies  in  B16F1  Murine  Melanoma  Cells  ‐ 

Internalization and Cellular Retention 

 

The  internalization  of  cell  receptors,  after  binding  to  the  radiolabelled  peptide, 

promotes and extends the retention of the radioactivity inside the target cells, improving the 

5 10 15

Initial preparation

2 h 

4 h 

24 h 

Time  (min)

Page 175: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

4. Melanoma Targeting with an α‐Melanocyte Stimulating Hormone Analogue Labelled with fac‐[99mTc(CO)3]+ 

139

quality of the scintigraphic image in diagnostic applications.125 The conjugate must enter the 

cells by a specific process but must also be retained enough time to allow the acquisition of 

an  image. For this reason, the cellular retention of the 99mTc complex, after  internalization, 

must also be studied. 

Internalization  studies  performed  for  the  radioconjugate  44  at  room  temperature 

and at 37 °C revealed that the cellular uptake was temperature and time‐dependent (figure 

4.6). 

 

0

10

20

30

40

50

60

0.1 0.5 1 2 3 4 5 6

Incubation time (h)

% Uptake/total activity Internalized

Surface bound

0

20

40

60

80

100

0.1 0.5 1 2 3 4 5 6

Incubation time (h)

% Uptake/bo

und activity

Surface  boundinterna l i zed 

0

20

40

60

80

100

0.1 0.5 1 2 3 4 5 6

Incubation time (h) 

% Uptake/

 bou

nd activity Surface  bound

Internal ized

0

10

20

30

40

50

60

0.1 0.5 1 2 3 4 5 6

Incubation time (h)

% Uptake/total activity

InternalizedSurface bound

A B

C D

 

Figure  4.6  ‐  Cell  studies  of  the  radioconjugate  44  in  B16F1  cells  at  different  time  points  and 

temperatures.  Internalized and surface bound activity expressed as a  fraction of bound activity  (activity on 

the membrane  surface and  inside  the cell) at  room  temperature  (A) and 37  °C  (B);  Internalized and  surface 

bound activity expressed as a percentage of total activity at room temperature  (C) and at 37 °C  (D)  (mean ± 

standard deviation, n = 3). 

 

As  shown  in  figure  4.6,  high  levels  of  internalization  were  reached  for  the  fac‐

[99mTc(CO)3‐(κ3‐Pz‐βAla‐Nle‐cyclo[Asp‐D‐Phe‐Arg‐Trp‐Lys]‐NH2)]2+(44).  For  instance,  at  4  h 

post‐incubation  (37  °C),  79%  of  the  total  cell‐associated  activity  was  taken  up  and 

internalized by the cells (figure 4.6B). When the internalization is expressed as a percentage 

of total activity, 41.8% of 44 was internalized by the cells 4 h after incubation (figure 4.6D). 

Page 176: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

4. Melanoma Targeting with an α‐Melanocyte Stimulating Hormone Analogue Labelled with fac‐[99mTc(CO)3]+ 

140 

These values are particularly high when compared with data previously reported for other 

radiolabelled α‐MSH analogues. Indeed, for the linear analogue fac‐[99mTc(CO)3‐(κ3‐Pz‐βAla‐

Nle‐Asp‐D‐Phe‐Arg‐Trp‐Lys‐NH2)]+2  only  1.6%  of  the  total  administered  activity  was 

internalized by the cells, after 4 h  incubation  (37 °C).224 For the 64Cu‐DOTA‐NAPamide and 99mTc(CO)3‐Pz‐NAPamide  the maximum  internalization  observed was  ca.  4.5%  of  applied 

activity 3 h after  incubation.58,145 In the case of the cyclic radiopeptide 99mTc‐CCMSH, using 

the  same  experimental  conditions  as  those  used  for  the  radioconjugate  44  (0.2  x  106 

melanoma B16F1 cells per well and 200 000 cpm of radioconjugate per well), the maximum 

internalization achieved was less than 4%.22 

The cellular retention of the radioconjugate was evaluated at different time points in 

the same type of cells at 37 °C, after 3 h of incubation. A remarkably high degree of cellular 

retention was observed  for  the  conjugate 44  (figure 4.7).  Indeed, 44 was  slowly  released 

from the cells  into the medium, with about 75% of the  initially  internalized compound still 

remaining  inside the cells after 4 h of  incubation. This value was only 35.3%  for the  linear 

radioconjugate  fac‐[99mTc(CO)3‐(κ3‐Pz‐βAla‐Nle‐Asp‐DPhe‐Arg‐Trp‐Lys‐NH2)]+2  at  the  same 

time  point.224  The  enhanced  internalization  and  intracellular  retention  of  the  cyclic 

radioconjugate 44, compared with that of its linear counterpart (fac‐[99mTc(CO)3‐(κ3‐Pz‐βAla‐

Nle‐Asp‐DPhe‐Arg‐Trp‐Lys‐NH2)]2+),  is  probably  related with  the  compact  structure  of  the 

cyclic radioconjugate. In fact, this structure seems to confer a more potent agonistic binding 

behaviour to the peptide and an increased resistance to proteolysis. 

 

70

75

80

85

90

95

100

0 1 2 3 4 5

Incubation time (h)

% cellular retention

 

Figure 4.7 ‐ Cellular retention of internalized cyclic radioconjugate 44 in B16F1 cells over time at 37 

°C (mean ± standard deviation, n = 3). 

Page 177: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

4. Melanoma Targeting with an α‐Melanocyte Stimulating Hormone Analogue Labelled with fac‐[99mTc(CO)3]+ 

141

4.6. Biodistribution  and  In  Vivo  Stability  of  fac‐[99mTc(CO)3‐(κ3‐Pz‐

βAla‐Nle‐Asp‐DPhe‐Arg‐Trp‐Lys‐NH2)]2+  

 

The  biodistribution  of  fac‐[99mTc(CO)3‐(κ3‐Pz‐βAla‐Nle‐cyclo[Asp‐D‐Phe‐Arg‐Trp‐Lys]‐

NH2)]2+  (44) was examined  in B16F1 murine melanoma‐bearing C57BL/6  female mice. The 

primary  skin melanoma was generated by  implanting  subcutaneously 1  x 106 B16F1  cells. 

Ten to twelve days after the inoculation, tumors reached a weight of 0.2 ‐ 1 g. Animals were 

intravenously injected into the retroorbital sinus with the radioconjugate 44 diluted in 100 μl 

of  PBS,  pH  7.2.  The  biodistribution was  evaluated  at  1,  4,  and  24  h  post‐injection  (p.i.). 

Biodistribution data was expressed as percentage of  injected dose per gram (%ID/g) (table 

4.1) and percentage of injected dose per organ (% ID/organ) (figure 4.8). 

 

Table  4.1 ‐ Biodistribution  of  fac‐[99mTc(CO)3‐(κ3‐Pz‐βAla‐Nle‐cyclo[Asp‐D‐Phe‐Arg‐Trp‐Lys]‐NH2)]2+ 

(44)  in B16F1 murine melanoma‐bearing C57BL/6 mice at 1, 4 and 24 h, after  intravenous  injection 

(mean ± standard deviation, n = 4 ‐ 5). 

% ID/g ± standard deviation Tissue/organ 

1 h  4 h  4 h with NDPa  24 h 

Tumor  9.26 ± 0.83  11.31 ± 1.83  2.97 ± 0.62  3.48 ± 0.40 

Blood  2.71 ± 0.64  1.67 ± 0.24  1.46 ± 0.13  0.20 ± 0.05 

Liver  42.19 ± 5.05  22.86 ± 1.17  24.69 ± 3.16  1.72 ± 0.12 

Intestine  5.17 ± 0.91  8.45 ± 0.76  11.00 ± 1.04  1.15 ± 0.37 

Spleen  2.54 ± 0.28  2.24 ± 0.37  1.86 ± 0.37  0.46 ± 0.09 

Heart  1.04 ± 0.19  0.48 ± 0.07  0.44 ± 0.05  0.15 ± 0.01 

Lung  3.85 ± 0.46  1.54 ± 0.16  1.72 ± 0.32  0.90 ± 0.52 

Kidney  71.06 ± 6.44  32.12 ± 1.57  42.37 ± 3.07  1.48 ± 0.24 

Muscle  0.35 ± 0.07  0.19 ± 0.08  0.18 ± 0.06  0.03 ± 0.00 

Bone  1.14 ± 0.19  0.70 ± 0.13  0.48 ± 0.04  0.09 ± 0.01 

Stomach  1.97 ± 0.75  0.88 ± 0.46  0.93 ± 0.27  0.25 ± 0.30 

Pancreas  0.73 ± 0.32  0.39 ± 0.10  0.26 ± 0.04  0.07 ± 0.01 

Skin  0.84 ± 0.12  0.53 ± 0.10  0.57 ± 0.10  0.13 ± 0.08  

Uptake ratio of tumor to normal tissue: 

Tumor: blood  3.4  6.8  2.0  17.4 

Tumor: muscle  26.5  61.4  16.5  116 

Excretion (% ID)  14.2 ± 2.3  37.4 ± 2.4  33.0 ± 1.5   87.6 ± 3.2 aNDP (Nle4, DPhe7)‐αMSH (see table 1.8); aCoinjection of the radioconjugate with NDP 

Page 178: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

4. Melanoma Targeting with an α‐Melanocyte Stimulating Hormone Analogue Labelled with fac‐[99mTc(CO)3]+ 

142 

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Bloo

skin

muscule

bone

 

tumor

Liver

Intestine

kidn

eys

excretion

% ID

/organ

24 h

4 h

1 h

Figure 4.8‐ Biodistribution results (%  ID/organ) and total excretion (%  ID) of the fac‐[99mTc(CO)3‐(κ3‐

Pz‐βAla‐Nle‐c[Asp‐DPhe‐Arg‐Trp‐Lys]‐NH2)]2+  (44)  in B16F1 murine melanoma‐bearing C57BL/6 mice 

at 1, 4 and 24 h after intravenous injection. 

 

Biodistribution data indicate a relatively fast clearance from the bloodstream (2.71 ± 

0.24 %  ID/g, 4 h p.i), as 1 h after  injection most of  the complex was not  in circulation. No 

preferential uptake  in the main organs or tissues was observed,  including skeletal and soft 

tissues  like muscle, except for the  liver and kidney. As a consequence of the high retention 

and slow clearance from the  liver and kidney, the overall excretion from the whole animal 

body was significantly  low. Indeed, 1 h and 4 h after  injection only 14.2% and 37.4% of the 

total activity was eliminated. After 24 h,  the  kidney and  liver uptake decreased  to  values 

lower than 2% ID/g and the excretion was almost total (87.6%). 

The high liver uptake must be probably related with the lipophilic character of 44 (log 

Po/w = 0.20 ± 0.03). A shift from the hepatobiliary towards the renal excretion pathway could 

be achieved by reducing the lipophilicity of the radiopeptide, which means to introduce Asp 

or Glu residues (polar, negatively charged, and very hydrophilic amino acids) in the peptide 

sequence. 

The most  remarkable  result observed  in  the biodistribution data was  the  fast, high 

and specific activity accumulation in the tumor. Indeed, 1 h after injection a tumor uptake of 

Page 179: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

4. Melanoma Targeting with an α‐Melanocyte Stimulating Hormone Analogue Labelled with fac‐[99mTc(CO)3]+ 

143

9.26 ± 0.83 % ID/g was found, with this value increasing slowly to 11.31 ± 1.83 % ID/g at 4 h 

after  injection.  The  activity was  then  slowly washed out  from  the  tumor,  and  the uptake 

dropped to a still relevant value of 3.48 ± 0.40 % ID/g over 24 h. The high tumor uptake and 

retention are  in agreement with  the  in  vitro  studies, which  show high  internalization and 

slow washout. 

The  in vivo specificity of the radioconjugate 44 for the MC1 receptor was evaluated 

by  its  co‐administration  with  NDP‐α‐MSH  peptide  (linear  α‐MSH  peptide  analogue  with 

picomolar affinity for the MC1 receptors expressed on murine melanoma cells) in the same 

animal model. The receptor‐blocking studies at 4 h after  injection revealed that the tumor 

uptake  was  significantly  reduced  by  73.7%  in  the  presence  of  NDP,  without  significant 

changes  in  the biodistribution profile of  the  radioconjugate  in healthy  tissues  (table  4.2). 

These  results confirmed  that  the  tumor uptake of  the  radioconjugate 44  is MC1  receptor‐

mediated, and that the peptide kept its biological activity upon conjugation to the pyrazolyl‐

diamine  chelator  and  coordination  to  the  moiety  fac‐[99mTc(CO)3]+.  Tumor‐to‐blood  and 

tumor‐to‐muscle  ratios  (table  4.1) were  high  despite  the  slow  clearance  from  non‐target 

organs  (liver  and  kidney).  Furthermore,  the  tumor‐to‐blood  and  tumor‐to‐muscle  ratios 

increased from 6.8 and 61.4 (4 h after injection) to 17.4 and 116 (24 h after injection), which 

also  indicates a  receptor‐mediated  transport and  subsequent  intracellular  trapping of  this 

radiocomplex in the MC1 receptor‐expressing tumor. 

The high  tumor uptake and  retention  found  for  the  radioconjugate 44  (9.26 ± 0.83 

and 11.31 ± 1.83 % ID/g at 1 h and 4 h after  injection, respectively), compared to  its  linear 

counterpart  (1.96  ±  0.17  and  0.99  ±  0.08  %  ID/g  at  1  h  and  4  h  after  injection, 

respectively),224  are  in  full  agreement with  the  data  obtained  for  the  cyclic  99mTc‐CCMSH 

analogue (11.64 ± 1.54 and 9.51 ± 1.97 %  ID/g at 1 h and 4 h after  injection, respectively), 

using  the  same  animal model.22,151  Also,  the  linear  111In‐DOTA‐CCMSH  exhibited  a much 

lower  tumor uptake  than  the cyclic homolog  111In‐DOTA‐ReCCMSH  (4.32 ± 0.59 vs. 9.49 ± 

0.90  %  ID/g,  4  h  after  injection).  All  those  data  show  clearly  the  benefit  of  peptide 

cyclization.151  

However,  cyclization  of  the  linear  peptide  through  lactam  formation  led  to  an 

impressive increase in kidney uptake (for the linear peptide 1.64 ± 0.19 % ID/g224 and for the 

cyclic peptide 32.12 ± 0.19 % ID/g, at 4 h after injection). It is believed that one hypothesis of 

Page 180: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

4. Melanoma Targeting with an α‐Melanocyte Stimulating Hormone Analogue Labelled with fac‐[99mTc(CO)3]+ 

144 

non‐specific  renal  activity  accumulation  is  due  to  the  electrostatic  interaction  between 

positively charged peptides and the negatively charged surface of the renal tubules. The co‐

administration  of  cationic  amino  acids,  such  as  lysine  or  arginine,  has  been  a  strategy  to 

decrease the renal uptake of radiolabelled peptides and proteins.217‐219,226,227 

Taking this into account, a second set of biodistribution experiments in healthy mice 

were  performed.  In  these  experiments  lysine was  co‐injected with  the  radioconjugate  44 

(table  4.2).  Interestingly,  co‐administration  of  this  basic  amino  acid  did  not  reduce 

significantly  kidney  accumulation  of  44,  which  seems  to  indicate  that  the  electrostatic 

interaction between  the positively charged complex and  the negatively charged surface of 

the proximal  tubules  is not  the major  factor  for  tubular  reabsorption.  This behaviour has 

already  been  observed  for  similar α‐MSH  analogues  labelled with  other  radiometals  (M‐

DOTA‐Re(Arg11)CCMSH; M = 90Y, 177Lu).226 In these studies, the megalin was proposed to be 

involved in the renal uptake of the complexes, because megalin is expressed in the proximal 

tubules and acts as a scavenger receptor for endocytosis of multiple ligands in the kidney.228 

 

Table 4.2 ‐ Biodistribution of 44 co‐injected or not with 15 mg of L‐lysine in healthy C57BL/6 mice, at 

1h after intravenous injection (mean ± standard deviation, n = 5). 

% ID/g ± standard deviation Tissue/organ 

With lysine  Without lysine 

Blood  3.03 ± 1.75  2.83 ± 1.04 

Liver  28.15 ± 4.05  24.71 ± 1.94 

Intestine  2.79 ± 0.72  2.70 ± 0.68 

Spleen  1.87 ± 0.36  2.39 ± 0.66 

Heart  0.96 ± 0.30  0.86 ± 0.14 

Lung  2.67 ± 0.95  2.07 ± 1.03 

Kidney  49.44 ± 5.87  59.38 ± 11.79 

Muscle  0.30 ± 0.08  0.31 ± 0.05 

Bone  0.75 ± 0.30  0.79 ± 0.21 

Stomach  3.36 ± 1.57  4.62 ± 2.94 

Adrenals  11.31 ± 8.61  4.98 ± 2.29 

Pancreas  0.44 ± 0.15  0.66 ± 0.48  

Skin  1.08 ± 0.15  1.15 ± 0.18 

Total Excretion (%)  17.0 ± 2.2   12.7 ± 2.2 

 

Page 181: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

4. Melanoma Targeting with an α‐Melanocyte Stimulating Hormone Analogue Labelled with fac‐[99mTc(CO)3]+ 

145

In vivo stability studies 

 

To study the  in vivo stability of complex fac‐[99mTc(CO)3‐(κ3‐Pz‐βAla‐Nle‐cyclo[Asp‐D‐

Phe‐Arg‐Trp‐Lys]‐NH2)]2+  (44), urine and blood  samples were  collected  from  the  sacrificed 

C57BL/6 mice 1 h after  injection of 44. After appropriate treatment, the biological samples 

were analysed by RP‐HPLC (figure 4.9). 

 

 

 

Figure 4.9  ‐ RP‐HPLC chromatograms of complex 44, blood serum and urine samples collected 1 h 

after injection (γ trace). 

 

 

In vivo stability studies revealed that the radioconjugate was stable in blood serum (1 

h  after  injection),  as  no metabolites  could  be  clearly  detected  (figure  4.9).  These  results 

indicate  again  that  metal  complexation  via  the  tridentate  pyrazolyl‐diamine  backbone 

overcomes  potential  binding/transmetallation  to  coordinating  residues  in  circulating 

proteins,  such  as  histidine,  cysteine  or methionine.  In  contrast,  several metabolites were 

found in urine. These metabolites present lower retention time than the injected compound, 

but were not identified. 

 

 

5 10 15Time (min)

Initial preparation

serum

urine

Page 182: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

4. Melanoma Targeting with an α‐Melanocyte Stimulating Hormone Analogue Labelled with fac‐[99mTc(CO)3]+ 

146 

In  conclusion,  a  MT‐II‐based  cyclic  radiopeptide,  fac‐[99mTc(CO)3‐(κ3‐Pz‐βAla‐Nle‐

cyclo[Asp‐D‐Phe‐Arg‐Trp‐Lys]‐NH2)]2+  (44),  was  prepared  in  high  yield  and  radiochemical 

purity. The  radioconjugate 44 displayed  good  stability  in  vitro  and  in  vivo. The  cyclization 

through a  lactam bridge  resulted  in a  compact  structure, which enhanced  remarkably  the 

cellular internalization and retention, as well as the MC1R‐mediated tumor uptake in B16F1 

melanoma‐bearing mice. Despite the promising tumor‐targeting properties exhibited by the 

cyclic radiopeptide 44, its pharmacokinetic profile still has to be improved. Higher excretion 

and lower kidney uptake must be reached, either by using bifunctional chelating agents with 

different physicochemical properties (e.g. charge and hydrophilicity) or by adding negatively 

charged amino acids such as glutamate or aspartate to the peptide sequence studied in this 

work. 

 

 

Page 183: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.  

Concluding Remarks and Outlook  

Page 184: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of
Page 185: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

5. Conclusions

149

5. Concluding Remarks and Outlook 

 

The aim of this thesis was to increase the knowledge on the design of 99mTc specific 

radiopharmaceuticals for imaging endogenous gene expression or membrane receptors. The 

chosen targets were N‐MYC mRNA, overexpressed in peripheral and central nervous system 

tumors, and MC1 receptors overexpressed in malignant melanoma. 

The fac‐[99mTc(CO)3]+ was the selected core and  its conjugation to the biomolecules 

was  performed  using  the  bifunctional  approach.  Knowing  that  tridentate  chelators  form 

stable complexes with the fac‐[99mTc(CO)3]+ core, we have selected pyrazolyl‐ and cysteine‐

containing chelators, which are N3 and N, O, S donors, respectively (scheme 5.1).46‐52,56‐58 

 

 

 

Scheme 5.1 ‐ Pyrazolyl‐ and cysteine‐containing bifunctional chelators. 

 

We have chosen a PNA sequence for imaging the N‐MYC mRNA, knowing that PNA is 

a DNA mimic  that presents  remarkable properties. Once  there was no experience on  the 

conjugation of  the cysteine‐ and  the pyrazolyl‐containing chelators  to PNA sequences,  the 

possibility  of  conjugating  PNA  units  (monomer  and  dimer)  to  these  chelators  was  first 

explored, as well as the coordination capability of the resulting conjugates towards the fac‐

[M(CO)3]+  (M  =  Re,  99mTc)  moiety.  We  have  isolated  and  characterized  cysteine‐  and 

pyrazolyl‐containing chelators bearing PNA units (13, 15 and 17). Compounds 13, 15 and 17 

react with  fac‐[M(CO)3(OH2)3]+  yielding  the  complexes  fac‐[M(CO)3(κ3‐13)]  (M  =  Re  (18), 

99mTc (21)), fac‐[M(CO)3(κ3‐15)]+ (M = Re (19), 99mTc (22)) and fac‐[M(CO)3(κ3‐17)]+ (M = Re 

(20),  99mTc  (23))  (scheme 5.2). For  the Re  complexes, 19 and 20, NMR  studies have been 

very  informative:  the  tridentate coordination mode of  the pyrazolyl‐containing  ligand was 

SNH2

O

HO

O

OH

NN

NNH2

O

OH

 FM 

BM

BM 

M

Page 186: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

5. Conclusions 

150 

clear as well as the presence of rotamers in solution, due to the nature of the PNA units. For 

18  the  NMR  data  were  more  complex  and  not  very  informative,  possibly  due  to  the 

presence  of  diastereoisomers  and  rotamers  in  solution.  The  99mTc  tricarbonyl  model 

complexes 21, 22 and 23 were prepared  in high yield. Complexes 21 and 23 have high  in 

vitro and  in vivo stability and a good biological profile. The excretory route was mainly the 

renal‐urinary pathway, with a small contribution of the hepatobiliary tract. 

The  formation of  these model  complexes  in high  yield,  their high  stability  and  the 

favorable tissue distribution profile, confirmed the possibility of attaching the pyrazolyl‐ and 

cysteine‐containing chelators to a PNA sequence complementary to the N‐MYC mRNA. 

The  16‐mer  PNA  sequence, N‐A GAT  CAT GCC  CGG  CAT‐C,  complementary  to  the 

region  of  the  N‐MYC mRNA  beginning with  the  ATG  start  codon, was  chosen  based  on 

published  data.184,186,187  The  sequence  H‐A  GAT  CAT  GCC  CGG  CAT‐LysNH2  (38)  was 

synthesized using solid phase techniques, on a resin downloaded with lysine and using Fmoc 

chemistry. Conjugation of  the  cysteine‐containing  chelator  (11)  to  the PNA  sequence was 

possible but the conjugate 41 was obtained  in very  low yield (scheme 5.2). Optimization of 

the  reaction  conditions  could  certainly  be  achieved,  but  it  was  not  tried  due  to  time 

limitations.  The  pyrazolyl‐containing  chelator  (Pz‐Boc)  and  fac‐[Re(CO)3(3,5‐

Me2pz(CH2)2N((CH2)3COOH)(CH2)2NH2]+  (RePz)  were  conjugated  to  the  PNA  sequence 

yielding Pz‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐NH2 (39) and the complex fac‐[Re(CO)3(κ3‐Pz‐ A GAT 

CAT GCC CGG CAT‐Lys‐NH2)]+ (40) (scheme 5.2). Complex 40 and sequence 38 were used for 

melting  temperature  (Tm)  experiments.  Melting  temperature  studies  indicated  that  the 

introduction  of  the  Re  tricarbonyl  complex  in  the  PNA  sequence  did  not  affect  the 

recognition  of  the  complementary  sequence,  as well  as  the  duplex  stability.  The  high  Tm 

value of 83.5 ± 0.1 °C also predicts a high duplex stability in vivo between the 99mTc complex 

congener and the target mRNA. 

The  Pz‐A  GAT  CAT  GCC  CGG  CAT‐Lys‐NH2  (39)  reacted  quantitatively  with  fac‐

[99mTc(CO)3(OH2)3]+  yielding  the  radioactive  complex  fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐Pz‐A GAT  CAT GCC 

CGG CAT‐Lys‐NH2)]2+ (42) with high specific activity (scheme 5.2). The characterization of 42 

was made by comparing its HPLC profile with the profile of complex 40.  

Preliminary cell internalization studies of 42 with SH‐SY5Y neuroblastoma (ca. 7.5%), 

MCF7 breast cancer (ca. 7.5%) and PC3 prostate cancer cells (ca. 10%) have shown relatively 

high  internalization  levels of  the  complex. With  the  cells SH‐SY5Y a  relatively high  cellular 

Page 187: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

5. Conclusions

151

retention was also  found  (ca. 60%) 5 h after  incubation. A correlation between our values 

and  other  reported  in  the  literature  is  difficult,  because most  of  the  values  reported  for 

unassisted PNA sequences were evaluated either by fluorescence microscopy or using a 14C‐

labelled  compound.  There  is  only  one  example  of  radiolabelled  PNA  assisted  with  a 

somatostatin  analogue  (111In‐DOTA‐  BCL‐2  PNA‐Tyr3‐octreotate).76  In  this  work,  recently 

reported,  the  in  vitro  cellular uptake was quantified and  the values  found  for  the  cellular 

internalization and cellular retention, after 4 h incubation, were 5.2% and 60%, respectively. 

Comparing  these  values with ours  and  taking  into  account  that our PNA  conjugate  is not 

assisted by any vector, we can say that our results are relatively high and encouraging  for 

further work. 

With  the  studies  performed we  cannot  say  if  the  cellular  retention  is  due  to  the 

interaction of 42 with the complementary N‐MYC mRNA. Further studies with  IMR32 cells, 

overexpressing N‐MYC mRNA, as well as control experiments using mismatch and/or sense 

probes,  are  still  necessary.  The  conjugation  of  a  specific  vector  to  42  would  also  be 

interesting to do, to confer specificity and also to increase the cellular uptake and retention 

of the labelled PNA. 

The biological profile of 42  in normal mice has not been very satisfactory. We have 

found a high kidney (84.64 ± 6.07 % ID/g, 4 h p.i.) and liver uptake (24.06 ± 4.99 % ID/g, 4 h 

p.i.).  In  a  second  set  of  biodistribution  studies,  42  and  L‐lysine were  co‐injected  to  see 

whether the kidney uptake would decrease. After this co‐injection the kidney retention was 

reduced by 63%, but the values are still unaceptable. So, the pharmacokinetics of 42 has to 

be improved either by modifying the PNA length and/or by adding a specific vector. 

We have  synthesized  and  characterized  a pyrazolyl‐containing  chelator bearing  an 

acridine  orange moiety  at  the  4‐position  of  the  pyrazolyl  ring, while  keeping  the  central 

amine  for  latter  coupling  of  a  biologically  active  molecule.  The  main  goal  of  these 

preliminary studies was to evaluate the possibility of designing multimodal probes and/or to 

explore  the Auger  emitter  99mTc  for  therapy.  The  resulting  conjugate  33  reacts with  fac‐

[M(CO)3(OH2)3]+  (M = Re,  99mTc) originating  fac‐[M(CO)3(κ3‐33)]2+  (M = Re  (34), M =  99mTc 

(35))  in  high  yield  (scheme  5.2).  The  radioactive  complex  35  presents moderate  cellular 

internalization  in B16F1 cells  (7.8%, 5 h after  incubation, purified compound), with a high 

amount of the internalized compound entering the cell nucleus. Complex 35 also presents a 

high cellular retention (ca. 60%). 

Page 188: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

5. Conclusions 

152 

Using isostructural Re (34) and 99mTc (35) complexes, it was possible to visualize the 

localization  of  the  complex  in  the  cells  and  at  the  same  time  to  quantify  the  amount  of 

complex entering the cell. The localization was achieved by fluorescence microscopy studies 

using complex 34 and the quantification was possible by measuring the activity of 35 in the 

cytoplasm  and  in  the  nucleus.  Taking  into  account  that  the  Re  and  99mTc  complexes  are 

isostructural, the combination of this information shows that the acridine orange derivative 

and  the  metals  (Re/99mTc)  are  located  in  the  cytoplasm  and  the  nucleus  of  the  cells. 

Therefore, these results put together  indicate that there  is a strong probability that the Re 

and 99mTc complexes reach the cytoplasm and especially the nucleus of the cells in an intact 

form. 

The  radiocomplex 35 has  in  its  composition an Auger emitter  (99mTc) and a planar 

molecule,  the acridine orange moiety, which  is known  to  intercalate DNA. Moreover,  this 

complex has the ability to reach the nucleus of the tumoral B16F1 murine melanoma cells. 

Taking  these  aspects  into  account,  the  radiotoxic  effect  of  35  was  studied  in  order  to 

evaluate  its  potential  usefulness  for  designing  radiotherapeutic  compounds.  The 

radiotoxicity  studies were performed  in B16F1  cells using  the MTT  test. Our  results have 

shown  no  radiotoxic  effect,  despite  the  high  amount  of  compound  in  the  cell  nucleus. 

Further studies are being performed in the RSG/ITN to better understand such result.  

The biodistribution of 35 was also studied. The profile was not encouraging as  the 

complex presented a high liver (36.12 ± 12.76 % ID/g, 4 h p.i.) and intestine retention (17.01 

± 5.50 % ID/g, 4 h p.i.) and a low overall total excretion. Lower liver and intestine uptake and 

consequently higher excretion could be reached by  increasing the hydrophilic character of 

the complex. This could be achieved by  incorporating for example carboxylic groups  in the 

chelator  backbone  or  after  coupling  peptide  sequences  to  the  pyrazolyl‐acridine  orange 

conjugate. 

For  imaging  the MC1  receptors  overexpressed  in melanoma  cells,  radiolabelled α‐

MSH  analogues were  considered  potentially  interesting  imaging  tools.  Following  previous 

work  at  the  RSG/ITN,224  a  new  cyclic α‐MSH  analogue,  βAla‐Nle‐cyclo[Asp‐His‐D‐Phe‐Arg‐

Trp‐Lys]‐NH2,  was  synthesized  and  conjugated  to  the  bifunctional  pyrazolyl‐containing 

ligand,  yielding  Pz‐βAla‐Nle‐cyclo[Asp‐His‐D‐Phe‐Arg‐Trp‐Lys]‐NH2  (43).  Compound  43 was 

prepared  using  solid  phase  synthetic methods225  and  reacts  with  fac‐[99mTc(CO)3(OH2)3]+ 

originating fac‐[99mTc(CO)3‐(κ3‐Pz‐βAla‐Nle‐cyclo[Asp‐D‐Phe‐Arg‐Trp‐Lys]‐NH2)]2+ (44), in high 

Page 189: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

5. Conclusions

153

yield  (scheme  5.2).  The  radioconjugate  44  displayed  good  stability  in  vitro  and  in  vivo. 

Compound 44 has shown a remarkable cellular  internalization (41.8% after 4 h  incubation) 

and retention (75% after 4 h  incubation)  in B16F1 murine melanoma cells compared to the 

linear  analogue  (1.6%  and  35.3%,  respectively).  Such  result may  be  due  to  the  compact 

structure of the peptide due to the cyclization through a lactam bridge. In vivo studies, using 

melanoma‐bearing  mice,  have  also  shown  a  significant  tumor  uptake  that  has  been 

confirmed  to  be  specific,  i.e.  MC1R‐mediated.  Despite  the  promising  tumor‐targeting 

properties exhibited by the cyclic radiopeptide 44 (11.31% ID/g, 4 h p.i.), its pharmacokinetic 

profile  still  has  to  be  improved.  In  fact,  the  overall  excretion  has  to  be  increased.  One 

possibility  would  be  to  use  bifunctional  chelating  agents  with  different  physicochemical 

properties (e.g. charge and hydrophilicity) or to  introduce other amino acids (glutamate or 

aspartate) in the sequence of the peptide, preserving the biologically active part. 

 

 

 

 

 

 

 

Page 190: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of
Page 191: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

5. Conclusions

155

Scheme 5.2 ‐ Illustration of the main compounds described in this thesis – tricarbonyl metal complexes and PNA conjugates. 

M

OC

H2O OH2

CO

OH2

CO

OSNH2

O

O

M

OC CO CO

NH

N

O

NH

N

O

O

O

OHNN N

NH2

M

OC CO CO

O

NH

N

O

NH

N

O

O

O

OH

+

99mNN N

NH2

TcOC

COCO

O HN

HN NH

OH2N

NH

O

NH

HN

O

NH

NH2

H2N

NH

O

NH

NHN O

HNO

HNO

O

O

2+

O

NN

N

NH

NN NH

NH2

M

OC CO CO

2+

NN N

NH2

M

OC CO CO

O

NH

N

O

NH

N

O

O

ONH

N

O

NH

N

O

O

O

OH

+

13  15 

17 

33 

43 

A GAT CAT GCC CGG CAT

NN N

NH2

Tc

OC CO CO

O H2N

NH3

OHN2+

99m

M = Re (18), 99mTc (21) 

M = Re (19), 99mTc (22)  M = Re (20), 99mTc (23)

4244 

M = Re (34), 99mTc (35) 

MeO

MeO

HN

O NHO

NHBoc

O

NH

PEG

Fmoc‐A GAT CAT GCC CGG CAT

NN N

NH2

O

A GAT CAT GCC CGG CAT

H2N

NH2

OHN

38

41 

H‐A GAT CAT GCC CGG CAT Lys NH2

SF3COCHN

O

OO

A GAT CAT GCC CGG CAT

H2N

NH2

ONH

40 

A GAT CAT GCC CGG CAT

NN N

NH2

Re

OC CO CO

O H2N

NH2

ONH+

39

37 

SF3COCHN

O

OO

O

F

F

FF

F

11

M = Re, 99mTc  

NN NNHBoc

OOH

Pz‐Boc

NN N

NH2Re

OC CO CO

O

OH+

RePz

Page 192: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of
Page 193: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. 

Experimental Part  

 

Page 194: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of
Page 195: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

159

6. Experimental Part 

 

6.1. Materials 

 

All chemicals and solvents were of reagent grade and were used without purification, 

unless stated otherwise. The organometallic precursor  fac‐[Re(CO)3(H2O)3]Br was prepared 

according  to  a  published  method;229  compounds  3,5‐

Me2pz(CH2)2N((CH2)3COOH)(CH2)2NHBoc  (Pz‐Boc)  and  fac‐[Re(CO)3(3,5‐

Me2pz(CH2)2N((CH2)3COOH)(CH2)2NH2]+ (RePz) were prepared according to the literature.56 

 

6.2. Characterization and Purification Techniques 

 

Elemental Analysis C, H, N, S 

 

C,  H,  N  and  S  analyses  were  performed  in  a  EA110  CE  Instruments  automatic 

analyzer. 

 

Infrared Spectroscopy (IR) 

 

Infrared spectra were recorded as KBr pellets in a Bruker Tensor 27 spectrometer. 

 

Nuclear Magnetic Resonance Spectrometry (NMR) 

 1H, 13C and 19F NMR spectra were recorded in a Varian Unity 300 MHz spectrometer; 

1H  and  13C  chemical  shifts were  referenced  to  the  residual  solvent  resonances  relative  to 

tetramethylsilane (SiMe4) and 19F chemical shifts were referenced relatively to trifluorotoluol 

or trifluoracetic acid. 

In the NMR spectra of some compounds rotamers were observed and were assigned 

as major (ma) or minor (mi) species. 

Page 196: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

160 

Multiplicities are reported using the following abbreviations: s (singlet), d (doublet), t 

(triplet), q (quartet), quint (quintuplet), m (multiplet), br (broad) or a suitable combination of 

them. 

 

Column Chromatography 

 

Some compounds were purified by column chromatography, using silica gel 60 with 

70 ‐ 230 mesh granulometry (ASTM Merck) and glass columns with dimensions appropriate 

to the amount of compound to purify. 

 

Thin Layer Chromatography (TLC) 

 

Some chemical  reactions were monitored by TLC, using  silica‐gel plates MERCK 60‐

F254 with 0.25 mm of thickness, in an aluminium support; the plates were analysed with UV 

radiation or I2. 

 

High Performance Liquid Chromatography (HPLC)  

 

Reverse  phase  HPLC  analyses  were  performed  with  a  Perkin  Elmer  LC  pump  200 

coupled  to  an UV/VIS detector  (Shimadzu  SPD‐10 AV or Perkin Helmer  LC 290) or  to  a  γ 

detector  (Berthold‐LB  507A  or  LB  509)  (ITN,  Portugal).  Some  HPLC  analyses  of  peptide 

nucleic acids were performed  in  an Agilent 1100  series  coupled  to  an UV‐VIS diode‐array 

detector (UNIMI, Milan, Italy). 

The  solvents were of HPLC  grade  and  the water bidistilled  from  a quartz distillation 

unit. The solvents were filtered by Millipore 0.22 μm filters and purged with helium.  

 

Analytical Control of Compounds 5 ‐ 8, 12, 13, 15 ‐ 23: 

 

Column:  Analytical,  EC250/3  Nucleosil  100‐5  C18, Macherey  Nagel;  Pre‐column:  EP  30/8 

Nucleosil 100‐7 C18, Macherey Nagel; Flow: 0.5 mL/min; γ detection; UV detection: λ = 254 

nm; Eluents: A ‐ TFA 0.1 % in H2O; B ‐ CH3OH. 

 

Page 197: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

161

Analytical Control of compounds 33 ‐ 35: 

 

Column: Analytical,  EC 250/4 Nucleosil  100‐5 C18, Macherey Nagel; Pre‐column:  EP  30/8 

Nucleosil 100‐7 C18, Macherey Nagel; Flow: 0.9 mL/min; γ detection; UV detection: λ = 254 

nm; Eluents: A ‐ TFA 0.1 % in H2O; B ‐ CH3OH or CH3CN. 

 

Purification of Compounds 13, 15 ‐ 17: 

 

Column: Preparative, Waters Bondapak C18 (150/19); Pre‐column: Hypersil C18 (ODS), 4.6 × 

25 mm, 10 μm; Flow: 5.0 mL/min; UV detection: λ = 254 nm; Eluents: A ‐ TFA 0.1 % in H2O; 

B ‐ CH3OH or CH3CN. 

 

Purification of Compounds 18 ‐ 20: 

 

Column: Semi‐Preparative, EP 250/8 Nucleosil 100‐7 C18, Macherey Nagel; Pre‐column: EP 

30/8 Nucleosil 100‐7 C18, Macherey Nagel; Flow: 2.0 mL/min; γ detection, UV detection: λ= 

254 nm; Eluents: A ‐ TFA 0.1 % in H2O; B ‐ CH3OH or CH3CN. 

 

HPLC Method 1: 

B ‐ CH3OH 

Step  Time (min)  % B 

0  10  0 

1  0 ‐ 3  0 

2  3 ‐ 3.1  0 → 25 

3  3.1 ‐ 9  25 

4  9 ‐ 9.1  25 → 34 

5  9.1 ‐ 18  34 → 100 

6  18 ‐ 25  100 

7  25 ‐ 25.1  0 

8  25.1 ‐ 30  0 

 

 

 

Page 198: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

162 

HPLC Method 2: 

B ‐ CH3OH 

Step  Time (min)  % B 

0  10  10 

1  0 ‐ 5  10 

2  5.1 ‐ 30  10 → 100 

3  30 ‐ 34  100 

4  34 ‐ 35  100 → 10 

5  35 ‐ 40  10 

 

HPLC Method 3: 

As method 1 with B = CH3CN.  

 

Chromatographic Conditions for PNA Compounds 38 ‐ 42: 

 

Analytical Control  

 

Column: Analytical, 5 μm (250 X 4.6 mm) C18, Discovery® BioWide Pore analytic; Flow: 1.0 

mL/min; γ detection, UV detection: λ = 220 nm; 260 nm; 280 nm; diode‐array; Eluents: A ‐ 

0.1% TFA in H2O; B ‐ 0.1% TFA in CH3CN. 

 

Purification 

 

Column:  Semi‐Preparative,  5  μm  (250x10 mm)  C18,  Discovery®  BioWide  Pore;  Flow:  4.0 

mL/min; γ detection, UV detection: λ= 220 nm; 260 nm; 280 nm; Eluents: A ‐ 0.1 % TFA  in 

H2O; B ‐ 0.1% TFA in CH3CN. 

 

HPLC Method 4: 

Step  Time (min)  % B 

0  5  0 

1  0 ‐ 3  0 

2  3 ‐ 50  0 → 100 

3  50 ‐ 60  100 → 0 

Page 199: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

163

Chromatographic Conditions for Compounds 43 ‐ 44: 

 

Analytical Control: 

 

Column:  Hypersil  ODS  column  (250/4  mm,  10  μm):  Flow:  1  mL/min;  γ  detection,  UV 

Detection: λ = 280 nm; Eluents: A ‐ 0.5 % TFA in H2O; B ‐ 0.5% TFA in CH3CN 

 

HPLC Method 5: 

 

Step  Time (min)  % B 

0  5  15 

1  0 ‐ 18  15 → 100 

2  18 ‐ 20  100 → 15 

3  20 ‐ 25  15 

 

Purification: 

 

Column:  Semi‐Preparative, Hypersil ODS  column  (250/8 mm,  10  μm);  Flow:  3 mL/min;  γ 

detection, UV detection: λ= 280 nm; Eluents: A ‐ 0.5 % TFA in H2O; B ‐ 0.5% TFA in CH3CN. 

 

Method 6: 

Step  Time (min)  % B 

0  5  15 

1  0 ‐ 15  15 → 30 

2  15 ‐ 30  30 

3  30 ‐ 45  30 → 40 

4  45 ‐ 60  40 

 

 

Mass Spectrometry 

 

ESI/QITMS analyses of compounds 7, 17, 19 and 20 were performed with a Bruker 

Esquire 3000 plus (Mass Spectrometry Laboratory, ITQB/IBET, Oeiras, Portugal).  

Page 200: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

164 

LC‐ESI/QITMS  and  ESI/QITMS  analyses  of  PNA  compounds were  performed with  a 

Thermo  Finnigan  LCQ  Advantage  (UNIMI,  Milan,  Italy).  A  Discovery®  BioWide  Pore  C18 

reversed‐phase column (5 μm, 250X4.6 mm) was used for the LC‐MS analyses. 

High resolution ESI/FTICR mass spectra were recorded using a Bruker Daltonics APEX 

II (UNIMI, Milan, Italy). 

MALDI‐TOF mass spectra were obtained with a Bruker Daltonics Microflex LT, using 

sinapinic acid (3,5‐dimetoxy‐4‐hydroxycinamic acid 98%) as matrix (UNIMI, Milan, Italy). 

ESI/QITMS analyses of compounds 18, 33 and some PNA compounds were performed 

with a Bruker HCT (ITN, Sacavém, Portugal; the instrument was acquired with the support of 

the Programa Nacional de Reequipamento Científico of FCT and is part of Rede Nacional de 

Espectrometria de Massa ‐ RNEM). 

 

Gas Chromatography (GC) 

 

Gas  chromatography  analyses  were  performed  in  an  Agilent  HP  1100  6890  with 

autosampler,  split/splitless  injector,  thermal conductivity detector, and a capillary column. 

The temperature profile for the run was as follows:  initial temperature 190 °C, hold 2 min, 

ramp at 15 °C/min to 260 °C, ramp at 20 °C/min to 280 °C; injections were 5 or 10 μl. 

 

Solid Phase Synthesis  

 

An  ABI  433A  peptide  synthesizer  (Applied  Biosystems)  was  used  for  automated 

Peptide Nucleic Acids solid phase synthesis. 

 

UV‐Melting Temperature Experiments 

 

The  16‐mer  single  strand  DNA  sequence  5’‐ATG  CCG  GGC  ATG  ATC  T‐3’  was 

purchased  from  Primm  srl,  Italy.  The  concentration  of  the  ssDNA was  determined  by UV 

absorption measurements at 260 nm, using an extinction  coefficient of 148 280 M‐1  cm‐1. 

PNA concentrations were also determined by UV absorption measurements at 260 nm using 

the following molar extinction coefficients:230  ε260 adenine = 13 700 M‐1 cm‐1, ε260 guanine = 

Page 201: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

165

11 700 M‐1  cm‐1,  ε260  thymine = 8 600 M‐1 cm‐1,  ε260   cytosine = 6 600 M‐1 cm‐1 and  ε260  

RePzCOOH = 2 939 M‐1 cm‐1 (calculated). 

Main  stock  solutions of PNA and  ssDNA were prepared by dissolution  in deionised 

distilled water. Equimolar mixtures  (1:1 stoichiometry  in single strands) of the PNA and  its 

complementary ssDNA were dissolved in 10 mM phosphate buffer (pH = 7.2) containing 100 

mM NaCl and 0.1 mM EDTA. The duplexes were prepared by heating the samples up to 90 °C 

and then cooling slowly to room temperature to allow proper annealing.  

The  thermal melting  temperatures were measured with  a  Perkin‐Elmer  Lambda2S 

spectrophotometer attached to a Peltier temperature controller PTP‐6. Cuvettes of 1.0 cm 

path‐length and 1.0 mL volume were used for all experiments. 

Thermal melting and annealing profiles were obtained using heating‐cooling  cycles 

between 0 and 95 °C. The absorption was registered at 260 nm against temperature. 

Temperature profile: the mixtures were kept at 20 °C for 20 min and heated to 95 °C 

at a rate of 0.5 °C per minute, then stayed at 95 °C for 10 min and were then cooled to 20 °C 

at a rate of 0.5 °C per minute. 

The melting temperature (Tm) was determined as the maximum of the first‐derivative 

of the absorption vs. temperature curves of the melting.  

 

Activity Measurements of Radioactive Solutions 

 

The  activity of  the  99mTc  solutions was measured  in  an  ionization  chamber  (Aloka, 

Curiemeter  IGC‐3). The  samples with activity  less  than 2 μCi were measured  in a Gamma 

Counter (Berthold LB2111). 

 

Instant Thin‐Layer Chromatography  

 

Instant  thin‐layer  chromatography  (ITLC) was performed using  ITLC  silica  gel  strips 

(PALL) developed with a mobile phase of pyridine/acetic acid/H2O (3:5:1.5). 

Radioactive  distribution  on  the  ITLC  strips was  detected  using  a  Berthold  LB  505 

detector,  equipped  with  a  NaI(Tl)  scintillation  crystal,  coupled  to  a  radiochromatogram 

scanner. 

 

Page 202: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

166 

Thin Layer Chromatography of Radioactive Compounds 

 

Thin‐layer chromatography (TLC) was performed using silica gel TLC strips (Polygram 

Sil G, Macherey–Nagel) developed with a mobile phase of 0.5% or 5% HCl 6 N in methanol. 

Radioactive distribution on  the TLC  strips was detected using a Berthold  LB 505 detector, 

equipped with a NaI(Tl) scintillation crystal, coupled to a radiochromatogram scanner. 

 

6.3. Synthesis of Compounds 1 ‐ 17 

 

6.3.1. Tert‐butyl 2‐aminoethylcarbamate (1)158 

 

H2N NH

O

O

1

2 3

3

3

  

A  solution of di‐tert‐butyldicarbonate  (8.86 g, 39.6 mmol)  in dioxane  (100 mL) was 

added to a solution of ethylendiamine (19.2 g, 318.2 mmol) in dioxane in an ice bath for 2.5 

h. After  stirring overnight at  room  temperature  the  solvent was  removed. To  the  residue 

were added 150 mL of H2O. The bis alkylated by‐product precipitated and was removed by 

filtration. The aqueous solution was extracted with chloroform (3 x 100 mL) and the organic 

phases were dried with MgSO4, filtered and evaporated under vacuum. 

Yield: 5.33 g, 84%, oil. 1H‐NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) 4.99 (s br, 1H, NH); 3.12 (q, 2H, CH2

2); 2.76 (t, 2H, 

CH21); 1.38 (s, 9H, CH3

3); 1.21 (s, 2H, NH2). 

 

6.3.2. Methyl 2‐(2‐(tert‐butoxycarbonylamino)ethylamino)acetate (2)159 

 

NH

HN

O

O 123O

O 45

a

b5

5

 

To  a  solution  of  tert‐butyl  2‐aminoethylcarbamate  (1)  (2.4  g,  15  mmol)  and 

triethylamine  (1.57 mL,  17 mmol)  in  CH2Cl2  (25 mL), methyl  bromoacetate  (1.43 mL,  15 

Page 203: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

167

mmol) was added dropwise. The solution was stirred overnight at room temperature, then 

diluted  with  CH2Cl2  (25 mL)  and  washed  with  brine.  The  organic  phase  was  dried  over 

Na2SO4,  filtered  and evaporated. The  residue was purified by  column  chromatography on 

silica gel using a gradient of ethyl acetate (25 ‐ 100%) in hexane. 

Yield: 1.7 g, 50%, oil. 1H NMR (300 MHz, CDCl3): δ ppm 4.99 (s br, 1H, NHa), 3.74 (s, 3H, CH3

1), 3.42 (s, 2H, 

CH22), 3.20 (q, 2H, CH2

4), 2.75 (t, 2H, CH23), 1.45 (s, 9H, CH3

5), 1.75 (br s, 1H, NHb). 

 

6.3.3. 2‐(5‐methyl‐2,4‐dioxo‐3,4‐dihydropyrimidin‐1(2H)‐yl)  acetic  acid 

(3)160 

 

NH

N

O

O

O

OH

5

6

1'

2

3

1

4

 

 

To a suspension of thymine (5.0 g, 39 mmol) and K2CO3 (5.5 g, 39 mmol) in dry DMF 

(40 mL) was  added methyl bromoacetate  (3.8 mL, 39 mmol)  and  the mixture was  stirred 

vigorously overnight at room temperature. The mixture was evaporated under vacuum and 

the obtained white solid was washed with water. The solid was cooled to 0 °C, treated with 

water  (40 mL)  and 4 M HCl  (aqueous, 2 mL),  and  stirred  for 30 min. The precipitate was 

collected by  filtration and washed with water  (3 x 20 mL). The collected solid was  treated 

with water (40 mL) and 2 M NaOH (aqueous, 20 mL), and refluxed for 10 min. The mixture 

was cooled  to 0  °C,  treated with 4 M HCl  (aqueous, 13.5 mL), and stirred  for 30 min. The 

precipitate was collected by filtration, washed with water (3 x 20 mL) and dried. 

Yield: 4.2 g, 60%, white solid. 1H NMR (300 MHz, dmso‐d6): δ (ppm) 11.29 (s, 1H. NH), 7.47 (s, 1H, CH6), 4.34 (s, 2H, 

CH21’), 1.74 (s, 3H, CH3). 

 

 

 

 

Page 204: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

168 

 

6.3.4. Methyl‐2‐(N‐(2‐(tert‐butoxycarbonylamino)ethyl)‐2‐(5‐methyl‐

2,4‐dioxo‐3,4‐dihydropyrimidin‐1(2H)‐yl)acetamido)acetate (4)161 

 

NH

N

O

NH

N

O

O

O

OO

O

123

45

5a

b

5

5'

6'

6

4'

2'

5'' 6''

5'''

2''

 

To  a  solution  of  2  (1.4  g,  6  mmol)  in  dry  DMF  (10  mL)  were  added  N,N‐

diisopropylethylamine (DIPEA) (2 mL, 12 mmol), HBTU (2.26 g, 5.9 mmol) and compound 3 

(1.2 g, 5.9 mmol). The mixture was  stirred at  room  temperature  for 19 h and  the  solvent 

evaporated  under  vacuum.  The  residue  was  dissolved  in  ethyl  acetate  (20 mL)  and  the 

resulting  solution was washed with NaHCO3, H2O, HCl 0.01 N and H2O. The organic phase 

was dried over MgSO4, filtered and the solvent evaporated under vacuum. The obtained oil 

was purified by column chromatography, using a gradient of MeOH (0 ‐ 5%) in CH2Cl2. 

Yield: 1.8 g, 77%, white foam. 1H NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) 8.86 (br, 1H, NHb); 7.01 (mi) and 6.94 (ma) (s, 1H, 

H6’), 5.57 (ma) and 4.96 (mi) (br t, 1H, NHa); 4.55 (ma) and 4.40 (mi) (s, 2H, CH22); 4.19 (mi) 

and 4.03 (ma) (s, 2H, CH26), 3.79 (mi) and 3.73 (ma) (s, 3H, CH3

1); 3.51 (t, 2H, CH23); 3.31 (q, 

2H, CH24); 1.89 (s, 3H, 5’‐CH3‐T); 1.42 (s, 9H, CH3

5). 13C NMR  (75.373 MHz,  CDCl3):  170.2  (ma)  and  169.9  (mi)  (C2’’=O);  167.8  (mi)  and 

167.4 (ma) (C6’’=O); 164.4 (C4’=O); 156.1 (C5’’’=O); 151.2 (C2’=O); 141.1 (C6’); 110.7 (C5’); 79.9 

(C5’’); 55.2 (mi), 52.9 (mi), 52.5 (ma), 50.2 (mi), 48.9 (ma), 48.6 (ma) and 47.9 (ma) (C1 + C2 + 

C3 + C6); 38.6 (C4); 28.3 (C5); 12.3 (5’‐CH3‐T). 

 

 

 

 

 

 

 

Page 205: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

169

 

6.3.5. 2‐(N‐(2‐methoxy‐2‐oxoethyl)‐2‐(5‐methyl‐2,4‐dioxo‐3,4‐

dihydropyrimidin‐1(2H)‐yl)acetamido)ethanaminium 2,2,2‐

trifluoroacetate (5) 

 

H3NN

O

NH

N

O

O

O

O12

3

4

b5'

6'

5

4'

2'

CF3COO‐

 

Compound 4 (220 mg, 0.5 mmol) was dissolved  in a mixture of CH2Cl2/TFA (5:2 mL). 

The reaction mixture was stirred at room temperature  for 4 h and the solvent evaporated 

under  vacuum.  The  obtained  crude  oil  was  washed  with  diethylether  and  dried  under 

vacuum, yielding quantitatively a white‐yellow solid. 

RP‐HPLC (method 1): tR = 14.2 min. 1H NMR (300 MHz, CD3OD): δ (ppm) 7.36 (mi) and 7.28 (ma) (s, 1H, H6’); 4.71 (mi) and 

4.58 (ma) (s, 2H, CH22); 4.38 (ma) and 4.17 (mi) (s, 2H, CH2

5); 3.82 (ma) and 3.75 (mi) (s, 3H, 

CH31); 3.70 (t, 2H, CH2

3); 3.15 (t, 2H, CH24); 1.87 (s, 3H, 5’‐CH3). 

 

6.3.6. 2‐(N‐(2‐(tert‐butoxycarbonylamino)ethyl)‐2‐(5‐methyl‐2,4‐dioxo‐

3,4‐dihydropyrimidin‐1(2H)‐yl)acetamido)acetic acid (6) 

 

NH

N

O

NH

N

O

O

O

OHO

O

12

34

4

4a

b

5

5'

6'

 

A suspension of 4 in 2 N aqueous NaOH was stirred for 45 min at room temperature. 

The aqueous solution was cooled  to 0  °C and  the pH was adjusted  to 2 with HCl 2 N. The 

aqueous phase was extracted with ethyl acetate several times and the joined organic phases 

Page 206: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

170 

were dried over  sodium  sulphate,  filtered and evaporated  in vacuum. The compound was 

obtained quantitatively as a white solid. 

RP‐HPLC (method 1): tR = 21.6 min. 1H NMR  (300 MHz, CD3OD): δ  (ppm) 7.30  (ma) and 7.26  (mi)  (s, 1H, H6’); 4.74  (ma) 

and 4.56 (mi) (s, 2H, CH21); 4.27 (mi) and 4.10 (ma) (s, 2H, CH2

5); 3.51 (t, 2H, CH22); 3.14 (t, 

2H, CH23); 1.86 (s, 3H, 5’‐CH3‐T); 1.42 (s, 9H, CH3

5). 

 

6.3.7. Methyl N‐[2‐[N’‐[2‐(Boc‐amino)ethyl]‐N’‐(thymin‐1‐

ylacethyl)glycyl]amino]ethyl]‐N‐[(4‐thymini‐1‐yl)acetyl]glycinate 

(7) 

 

N

O

NH

O

NH

N

O

O

N

O

NH

O

O

NH

N

O

O

O

O12356

478

2'

88

9' 9

4'5'

6'2''

4''

5''

6''

8'

 

 

NEt3 was added to a solution of compound 5 (374 mg, 1.25 mmol) in dry DMF (5 mL) 

(6.24 mmol, 0.9 mL) and the mixture stirred for 45 min at room temperature. 

Compound 6 (420 mg, 1.09 mmol) was dissolved in DMF (5mL) and NEt3 (6.24 mmol, 

0.9 mL) and HBTU (414 mg, 1.09 mmol) were added. After stirring for 45 min, this solution 

was added  to  the solution of compound 5 and  the  resulting one was stirred  for 19 h. The 

solvent  was  removed  under  vacuum  and  the  obtained  residue  was  purified  by  column 

chromatography, using a gradient of MeOH (0 ‐ 10%) in CH2Cl2. 

Yield: 450 mg, 62%. 

RP‐HPLC (method 1): tR = 22.2 min. 

ESI/QITMS  (most  abundant  m/z):  Molecular  Formula  ‐  C28H40N8O11;  [M‐H]‐  ‐ 

calculated m/z 663.3, found m/z 663.2.  1H NMR  (300 MHz, CD3OD): δ  (ppm) 7.47  (ma), 7.38  (mi), 7.37  (mi), 7.34  (mi), 7.30 

(mi), 7.26 (mi), 7.25 (mi) and 7.22 (ma) (s, 2H, CH6’ + CH6’’); 4.75 – 3.97 (s (several singlets), 

8H, CH22 + CH2

5 + CH29 + CH2

9’)); 3.81 (mi), 3.80 (mi), 3.78 (mi), 3.77 (mi), 3.74 (ma), 3.71 (ma) 

Page 207: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

171

(s, 3H, CH31); 3.56 – 3.37 (m, 6H, CH2

3 + CH24 + CH2

6); 3.32 (t, 2H, CH27), 1.85 (mi), 1.83 (mi), 

1.79 (ma), 1.76 (ma) (s, 6H, 5’‐CH3‐T + 5’’‐CH3‐T); 1.43 (br s, 9H, CH38). 

13C NMR (75.373 MHz, CD3OD) (several CH2 were obscured under the solvent peak): 

δ  (ppm)  172.5  (C=O);  171.5  (C=O);  169.8  (2C=O);  166.9  (C=O);  166.8  (C=O);  158.4  (C=O); 

153.0 (2C=O); 144.2 (mi), 144.0 (mi), 143.7 (ma) (C6’ + C6’’); 111.2 (mi), 111.0 (ma), 110.6(mi) 

(C5’+ C5’’); 80.6 (C8’); 53.2 (mi), 53.0 (ma), 52.8 (mi) (C1), 51.2 (CH2); 39.5 (C7), 37.8 (C4); 28.7 

(C8); 12.2 (5’‐ CH3‐T). 

 

6.3.8. 5,11‐bis(2‐(5‐methyl‐2,4‐dioxo‐3,4‐dihydropyrimidin‐1(2H)‐

yl)acetyl)‐3,9‐dioxo‐2‐oxa‐5,8,11‐triazatridecan‐13‐aminium 2,2,2‐

trifluoroacetate (8) 

 

N

O

H3N

O

NH

N

O

O

N

O

NH

O

O

NH

N

O

O

12356

47

2'

8' 8

4'5'

6'2''

4''

5''

6''

CF3COO‐

 

 

Compound 7 was dissolved in a mixture of CH2Cl2/TFA (8:2 mL). The reaction mixture 

was  stirred  at  room  temperature  for 4 h  and  the  solvent evaporated under  vacuum. The 

obtained oil was washed with diethyl ether and dried under vacuum, yielding quantitatively 

a white solid. 

RP‐HPLC (method 1): tR = 17.3 min. 1H NMR  (300 MHz,  CD3OD):  δ  (ppm)  7.40  ‐  7.22  (s  (several  singulet’s),  2H,  CH6’  + 

CH6’’); 4.89 ‐ 4.13 (s (several singlets), 8H, CH22 + CH2

5 + CH28 + CH2

8’)); 3.81 (mi), 3.80 (mi), 

3.72 (ma)(s, 3H, CH31); 3.60 – 3.4 (m, 6H, CH2

3 + CH24 + CH2

6); 3.01 (t, 2H, CH27), 1.85 (ma), 

1.83 (mi), 1.81 (ma), (s, 6H, 5’‐CH3‐T + 5’’‐CH3‐T). 

 

 

 

 

 

Page 208: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

172 

6.3.9. (R)‐methyl  2,2,11,11‐tetramethyl‐4‐oxo‐3,10‐dioxa‐8‐thia‐5‐

azadodecane‐6‐carboxylate (9)  

 1

23

46

HNS O

O

O

OO

55

56

6

 

 

To a solution of N‐(tert‐butoxycarbonyl)‐L‐cysteine methyl ester (1.2 g, 4.9 mmol)  in 

CH2Cl2  (50 mL) NEt3  (1.0 mL, 7.3 mmol) was added,  followed by dropwise addition of tert‐

buthyl bromoacetate (1.1 mL, 7.3 mmol). The reaction mixture was stirred for 20 h at room 

temperature. After this time, the mixture was diluted with 170 mL of CH2Cl2, washed with 

H2O, 1 M HCl and H2O. The organic phase was separated and dried over Na2SO4, filtered and 

the solvent evaporated under vacuum. The residue was purified by column chromatography, 

using hexane/ethyl acetate (7:1) as eluent. 

Yield: 1.2 g, 70%. 1H NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) 5.46 (d br, 1H, NH); 4.56 (m, 1H, CH2); 3.77 (s, 3H, 

CH31); 3.23‐3.13 (m, 2H, CH2

4); 3.11‐3.00 (m, 2H, CH23); 1.48 (s, 9H, CH3

5); 1.46 (s, 9H, OtBu). 

 

6.3.10. (R)‐2‐(2‐amino‐3‐methoxy‐3‐oxopropylthio)acetic acid (10) 

 

1

234

NH2

S

O

OO

HO

 

Compound 9 (1.2 g, 3.4 mmol) was dissolved in 7 mL of CH2Cl2. After addition of 7 mL 

of  TFA,  the  resulting  mixture  was  stirred  at  room  temperature.  The  deprotection  was 

complete  after  4  h  of  reaction,  as  indicated  by HPLC.  The  solvent was  evaporated  under 

vacuum and the expected product was recovered almost quantitatively. 1H NMR (300 MHz, D2O): δ (ppm) 4.30 (m, 1H, CH2); 3.73 (s, 3H, CH3

1); 3.41‐3.30 (m, 

2H, CH24); 3.20 ‐ 3.13 (m, 1H, HC‐H3); 3.03 ‐ 2.98 (m, 1H, HC‐H3). 

 

Page 209: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

173

6.3.11. Methyl 3‐(2‐oxo‐2‐(perfluorophenoxy)ethylthio)‐2‐(2,2,2‐

trifluoroacetamido)propanoate (11) 

 

SF3COCHN

O

OO

O

F

F

FF

F

1 2 3 46'

1' 5'4'

3' 2'6'

7'

7'

8'

 

To a solution of compound 10 (400 mg; 1.3 mmol) in DMF (2 mL) was added pyridine 

(1 mL, 13 mmol) and pentafluorphenol trifluoracetic acid (1.5 mL; 9.1 mmol). The resulting 

yellow  reaction  mixture  was  stirred  overnight  at  room  temperature.  The  solvent  was 

removed under vacuum and the obtained residue was dissolved  in 60 mL of ethyl acetate. 

After washing the resulting solution with 0.01 N HCl (3 x 10 mL) and 5% NaHCO3 aq. (3 x 10 

mL),  the organic phase was dried over MgSO4,  filtered and  the  solvent evaporated under 

vacuum.  The  residue  was  washed  several  times  with  hexane  and  dried  under  vacuum, 

yielding a white powder. 

Yield: 580 mg, 98%. 1H NMR  (300 MHz, CDCl3): δ 7.2  (br, 1H, NH); 4.88  (m, 1H, CH2); 3.82  (s, 3H, CH3

1); 

3.64‐3.49 (m, 2H, CH24); 3.32‐3.26 (m, 1H, HC‐H3); 3.22‐3.15 (m, 1H, HC‐H3). 

13C NMR  (75.373 MHz, CDCl3): 169.4  (C1’); 166.2  (C4’); 157.4  (C2’); 156.9  (C6’); 142.7 

(C5’); 139.4 (C8’); 136.2 (C7’); 117.4 (C3’); 53.4 (C2); 51.8 (C1); 33.8 (C4); 32.7 (C3).  19F NMR (CDCl3): ‐77.5 (s, 3F), ‐154.2 (d, 2F), ‐158.5 (t, 2F), ‐163.3 (t, 1F).  

Anal. Calc.  for C14H9F8NO5S: C, 36.93; H, 1.99; N, 3.08; S, 7.04. Found: C, 36.99; H, 

2.40; N, 3.25; S, 7.40.  

 

6.3.12. Protected Cysteine‐PNA Monomer Conjugate (12) 

 

HN N

O

NH

N

O

O

O

OS

F3COCHN

O

OO

1 23 4 5

2''

4''5''

6''

76

9

81'

3' 2'

4'9'

a

b

c7'

 

 

Page 210: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

174 

NEt3 (0.2 mL, 1.5 mmol) was added to a solution of compound 5 (78 mg, 0.26 mmol) 

in dry CH3CN (10 mL). After stirring for 2 h at room temperature, the solution was cooled to 

0 °C and compound 11 (148 mg, 0.26 mmol) was added. The mixture was stirred for 12 h at 

room temperature, the solvent removed under vacuum and the resulting residue purified by 

column chromatography (MeOH (3 ‐ 7%)/CHCl3). 

RP‐HPLC (method 1, analytic): tR = 21.2 min. 

Yield: 37 mg, 25%, white solid. 1H NMR (300 MHz, dmso‐d6): δ (ppm) 11.30 (s, 1H, NHa); 10.03 (d, 1H, NHb); 8.21 (mi) 

and 8.08 (ma) (t, 1H, NHc); 7.32 (ma) and 7.25 (mi) (s, 2H, H6’); 4.67 (1H, 1H, CH2); 4.63 (ma) 

and 4.45 (mi) (s, 2H, CH27); 4.30 (mi) and 4.05 (ma) ((s, 2H, CH2

9); 3.71 (mi), 3.66 (ma) and 

3.62 (mi) (s, 6H, CH31 + CH3

8); 3.43 (2H, CH26); 3.28 (2H, CH2

5); 3.22 (m, 2H, CH24); 3.15‐3.10 

(m, 1H, HC‐H3); 2.95‐2.87 (m, 1H, HC‐H3); 1.73 (s, 3H, 5’’‐CH3‐T).  13C NMR (75.373 MHz, dmso‐d6): δ (ppm) 169.2 (C1’=O + C4’=O + C7’=O); 167.4 (C9’=O); 

164.4  (C4’’=O); 156.8  (C2’=O); 151.0  (C2’’=O); 142.2  (C6’’); 117.7  (C3’); 108.1  (C5’’); 52.6  (ma), 

52.3 (mi), 52.0 (ma) and 51.8 (ma) (C1 + C8 + C2); 48.7 (mi), 47.8 (ma), 47.4 (ma) and 46.3 (mi) 

(C7 + C9); 46.5 (C6); 37.2 (C5); 34.2 (C4); 32.2 (C3); 11.9 (5’’‐CH3‐T). 19F NMR (CD3OD): δ (ppm) ‐75.9. 

 

6.3.13. 2‐amino‐3‐(2‐(2‐(N‐(carboxymethyl)‐2‐(5‐methyl‐2,4‐dioxo‐3,4‐

dihydropyrimidin‐1(2H)‐yl)acetamido)ethylamino)‐2‐

oxoethylthio)propanoic acid (13) 

 

HN N

O

NH

N

O

O

O

OHS

H2N

O

OHO

12 3

45

2''

4''

5''

6''

7

61'

3'6'7'

 

 

Compound 12 was dissolved in MeOH and 10 eq of K2CO3 were added. After stirring 

overnight  the  solvent  was  removed.  The  obtained  solid  was  dissolved  in  H2O  and  the 

solution was neutralized and purified by preparative RP‐HPLC (method 1). 

Yield: 21 mg, 74 %, white solid. 

Page 211: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

175

RP‐HPLC (method 1, analytic): tR = 13.8 min. 1H NMR (300 MHz, D2O): δ (ppm) 7.20 (ma) and 7.18 (mi) (s, 1H, H6’’); 4.61 (ma) and 

4.47 (mi) (s, 2H, CH26); 4.18 (mi) and 4.01 (ma) (s, 2H, CH2

7); 4.03‐3.99 (m, 1H, CH1); 3.45 (q, 

2H, CH24); 3.39 (t, 2H, CH2

5); 3.29‐3.17 (m, 2H, CH23), 3.17 ‐ 3.07 (m, 1H, HC‐H2); 3.00 ‐ 2.87 

(m, 1H, HC‐H2); 1.71 (s, 3H, 5’’‐CH3‐T). 13C  NMR  (75.373 MHz,  D2O):  δ  (ppm)  181.0  (C1’=O);  178.1  (C6’=O);  174.9  (C3’=O); 

172.3  (C7’=O); 165.7  (C4’’=O); 160.6  (C2’’=O); 144.6  (C6’’); 112.9  (C5’’); 58.4  (CH2); 53.6  (CH2); 

52.5 (CH2); 51.7 (CH2); 49.1 (CH2); 39.5 (CH2); 37.7 (CH2); 14.6 (5’’‐CH3‐T). 

 

6.3.14. Protected Pz‐PNA Monomer Conjugate (14) 

 

NH

N

O

NH

N

O

O

O

O

NN NHN

O

1

2 3

45 6

78

910 11

3' 5'4'

2''

4''

5''

6''

O

O

a

c

b

12

4'''

4'''4'''

4''''4'''''

7'

12' 10'

 

To a solution of compound 5 (200 mg, 0.5 mmol) in dry CH3CN (10 mL) NEt3 (0.2 mL, 

1.5 mmol), HBTU  (189 mg, 0.5 mmol) and 3,5‐Me2pz(CH2)2N((CH2)3COOH)(CH2)2NHBoc  (Pz‐

Boc) (184 mg, 0.5 mmol) were successively added and the mixture was stirred for 19 h. After 

evaporation of  the  solvent,  the  residue obtained was purified by  column  chromatography 

(MeOH (5 ‐ 13%)/CHCl3). 

Yield: 230 mg, 70%. 1H NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) 9.32 (s br, 1H, NHa); 7.48 (s br, 1H, NHb); 6.96 (mi) 

and 6.91 (ma) (s, 1H, H6’); 5.78 (s, 1H, H4’); 5.18 (s br, 1H, NHc); 4.57 (ma) and 4.37 (mi) (s, 2H, 

CH210); 4.20 (mi) and 4.04 (ma) (s, 2H, CH2

12); 4.01 (t, 2H, CH21); 3.79 (mi) and 3.72 (ma) (s, 

3H, CH311); 3.53 (t, 2H, CH2

8); 3.38 (t, 2H, CH29); 3.02 (t, 2H, CH2

4); 2.72 (t, 2H, CH22); 2.44 (m, 

2H, CH23 + CH2

5); 2.21 (s br, 8H, 2CH3‐pz, CH27); 1.87 (s, 3H, 5’’‐ CH3‐T), 1.72 (quint, 2H, CH2

6); 

1.42 (s, 9H, CH34’’’).  

13C NMR (75.373 MHz, CDCl3): δ (ppm) 174.4 (C7’’=O); 169.7 (C10’=O); 167.4 (C12’=O); 

164.4 (C4’’=O); 156.1 (C4’’’’’=O); 151.2 (C2’’=O); 147.2 (C3’); 140.9 (C5’); 138.8 (C6’’); 110.5 (C5’’); 

Page 212: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

176 

105.1 (C4’); 78.9 (C4’’’’); 53.6, 53.0 and 52.3 (C2 + C3+ C5 + C11); 48.1, 47.7 and 46.7 (C9 + C10 + C1 

+ C12); 38.3  (C3); 37.3  (C8); 33.1  (C7); 28.3  (C4’’’); 22.5  (C6); 13.2  (3’‐CH3‐pz); 12.2  (6’’‐CH3‐T); 

(5’‐CH3‐pz). 

 

 

6.3.15. 2‐(N‐(2‐(4‐((2‐aminoethyl)(2‐(3,5‐dimethyl‐1H‐pyrazol‐1‐

yl)ethyl)amino)butanamido)ethyl)‐2‐(5‐methyl‐2,4‐dioxo‐3,4‐

dihydropyrimidin‐1(2H)‐yl)acetamido)acetic acid (15) 

 

NH

N

O

NH

N

O

O

O

OH

NN NNH2

O

1

2 3

45 6

78

910

11

3' 5'4'

2''

4''

5''

6''

 

 

Compound 14  (200 mg, 0.3 mmol) was dissolved  in  a mixture of CH2Cl2/TFA  (4:2). 

After 1 h at room temperature, the solvent was evaporated, the residue dissolved in MeOH 

and 5 eq K2CO3 added. After stirring overnight, the solvent was removed. The obtained solid 

was dissolved in H2O neutralized and purified by preparative RP‐HPLC (method 2). 

Yield: 115 mg, 72%. 

RP‐HPLC (method 1, analytic): tR = 19 min 1H NMR (300 MHz, CD3OD): δ (ppm) 7.30 (ma) and 7.27 (mi) (s, 1H, H6’); 5.92 (s, 1H, 

H4’); 4.69 (ma) and 4.55 (mi) (s, 2H, CH210); 4.38 (t, 2H, CH2

1); 4.28 (mi) and 4.11 (ma) (s, 2H, 

CH211); 3.62‐3.41 (m, 10H, CH2

2 + CH23 + CH2

4 + CH28 + CH2

9); 3.29 (t, 2H, CH25); 2.51 (t, 1H, 

HC‐H7); 2.35 (t, 1H, HC‐H7); 2.27 and 2.26 (s, 3H, CH3‐pz); 2.19 and 2.18 (s, 3H, CH3‐pz); 1.97 

(m, 2H, CH26); 1.85 (s, 3H, 5’’‐CH3‐T). 

13C NMR (75.373 MHz, CD3OD): δ (ppm) (three CH2 are obscured under the solvent) 

176.1  (HOC=O); 175.8  (C=O); 170.4  (C=O); 166.9  (C4’’=O); 153.2  (C2’’=O); 149.8  (C3’); 143.7 

(C6’’); 142.3  (C5’); 111.1  (C4’); 107.0  (C5’’); 55.5  (C5); 54.2  (CH2); 51.4  (CH2), 50.0  (CH2); 49.7 

(CH2); 48.0 (CH2); 44.0 (C1); 38.2 (C2); 36.1 (C8); 33.8 (C7); 21.0 (C6); 13.2 (5’‐CH3‐pz); 12.2 (5’’‐

CH3‐T); 10.7 (3’‐CH3‐pz). 

Page 213: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

177

Anal. Calc. for C24H38N8O6.3CF3COOH: C, 41.08; H, 4.67; N, 12.78. Found: C, 42.14; H, 

3.53; N, 12.94. 

 

6.3.16. Protected Pz‐PNA Dimer Conjugate (16) 

 

N

O

NH

O

NH

N

O

O

N

O

NH

O

O

NH

N

O

O

NN N

NH

O

1

2 3

45 6

78

9 10

11

3' 5'4'

2'''

4'''

5'''

6'''

12 1314

1515'

O

O

2''

4''

5''

6''

16

16'

16

16

16''

 

 

To a solution of compound 8 (145 mg, 0.26 mmol) in dry DMF (5 mL), NEt3 (0.3 mL, 2 

mmol), HBTU  (97 mg, 0.26 mmol) and 3,5‐Me2pz(CH2)2N((CH2)3COOH)(CH2)2NHBoc  (94 mg, 

0.26 mmol) were successively added and the mixture was stirred for 19 h. After evaporation 

of the solvent, the obtained residue was purified by preparative RP‐HPLC (method 1). 

Yield: 176 mg, 75%, white solid. 

RP‐HPLC (method 1, analytic): tR = 23.2 min. 1H NMR (300 MHz, CD3OD): δ (ppm) 7.45 (ma), 7. 36 (mi), 7.33 (mi), 7.30 (mi), 7.25 

(mi) and 7.19 (ma) (s, 2H, CH6’ + CH6’’); 5.89 (s, 1H, CH4’); 4.75–4..5 and 4.30‐4.00 (s (several 

singlets), 8H, CH210 + CH2

13 + CH215 + CH2

15’)); 4.38 (t, 2H, CH21); 3.81 (mi), 3.78 (mi), 3.74 (ma) 

and 3.71 (mi) (s, 3H, CH31); 3.67 (t, 2H, CH2

2); 3.60 – 3.45 (m, 12H, CH23 + CH2

4 + CH28 + CH2

9 + 

CH211 + CH2

12); 3.36 (2H, CH25); 2.49 (t, 1H, HC‐H7); 2.32 (t, 1H, HC‐H7); 2.27 (s, 3H, CH3‐pz); 

2.18 (s, 3H, CH3‐pz); 1.99 (m, 2H, CH26); 1.84 (mi), 1.82 (mi), 1.81 (mi), 1.80 (mi), 1.77 (ma), 

1.75 (ma) (s, 6H, 5’‐CH3‐T + 5’’‐CH3‐T); 1.38 (br s, 9H, CH316). 

13C NMR (75.373 MHz, CD3OD) (several CH2 were obscured under the solvent peak):δ 

(ppm) 175.3 (C=O); 174.9 (C=O); 172.6 (C=O); 171.6 (C=O); 171.4 (C=O); 170.6 (C=O); 170.4 

(C=O); 169.9 (C=O); 169.8 (C=O); 166.9 (C=O); 166.7 (C=O); 158.3 (C16’’=O); 153.0 (C2’’=O and 

(C2’’’=O); 149.9 (C3’); 144.1 and 143.8 (C6’’ and C6’’’); 142.2 (C5’); 106.8 (C4’); 111.0 and 110.5 

(C5’’ and C5’’’); 81.1 (C16’); 54.4 and 54.2 (C2 and 3CH2); 53.3 (mi), 53.1 (ma) and 52.8 (mi) (C14); 

48.1 (CH2); 47.7 (CH2); 42.7 (C1); 38.2 (CH2); 37 8 (CH2); 33.5 and   33.3 (C

7); 28.6 (C16); 20.3 

(C6); 13.5 (3’‐CH3‐pz); 12.3 and 12.1 (5’’‐ CH3‐T and 5’’’‐CH3‐pz), 10.7 (5’‐CH3‐pz). 

Page 214: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

178 

Anal. Calc. for C41H64N12O12. 2CF3COOH: C, 47.28; H, 5.64; N, 14.70. Found: C, 47.70; H, 

5.64; N, 14.56. 

 

6.3.17. Deprotected Pz‐Dimer (17) 

 

N

O

NH

O

NH

N

O

O

N

O

NH

O

OH

NH

N

O

O

NN N

NH2

O

1

2 3

45 6

78

9 10

11

3' 5'4'

2'''

4'''

5'''

6'''

12 13

1414'

2''

4''

5''

6''

 

 

Compound 16  (75 mg, 0.082 mmol) was dissolved  in a mixture of CH2Cl2/TFA  (2:2). 

After 1h at  room  temperature,  the  solvent was evaporated and  the obtained  residue was 

dissolved  in  MeOH  and  5  eq  of  K2CO3  added.  After  stirring  overnight  the  solvent  was 

removed. The obtained solid was dissolved  in H2O neutralized and purified by preparative 

RP‐HPLC (method 1). 

Yield: 49 mg, 75%, white solid.  

RP‐HPLC (method 1, analytic): tR = 19.1 min. 1H NMR  (300 MHz, CD3OD): δ  (ppm) 7.48  (ma), 7.35  (mi), 7.32  (mi), 7.30  (mi), 7.29 

(mi),  7.26  (mi),  7.25  (mi),  7.16  (ma)  (s,  2H,  CH6’’  +  CH6’’’);  5.93  (s,  1H,  CH4’);  4.75–3.9  (s 

(several singulet’s), 8H, CH210 + CH2

13 + CH214 + CH2

14’); 4.40 (t, 2H, CH21); 3.6); 3.65 – 3.35 (m, 

14H, CH22 + CH2

3 + CH24 + CH2

8 + CH29 + CH2

11 + CH212); 3.26 (2H, CH2

5); 2.51 (t, 1H, HC‐H7); 

2.34  (t, 1H, HC‐H7); 2.28  (s, 3H, CH3‐pz); 2.18  (s, 3H, CH3‐pz); 1.99  (m, 2H, CH26); 1.84  (mi), 

1.82 (mi), 1.80 (mi), 1.80 (mi), 1.77 (ma), 1.73 (ma) (s, 6H, 5’‐CH3‐T + 5’’‐CH3‐T). 13C NMR (75.373 MHz, CD3OD) (several CH2 were obscured under the solvent peak): δ 

(ppm) 177.4 (C=O); 176.1 (C=O); 174.2 (C=O); 172.8 (C=O); 171.2 (C=O); 170.7 (C=O); 170.5 

(C=O); 170.1 (C=O); 169.6 (C=O); 166.9 (C=O); 166.7 (C=O); 153.0 (C2’’=O and C2’’’=O); 149.7 

(C3’); 144.2, 144.0 and 143.8 (C6’’ and C6’’’); 142.4 (C5’); 111.1 and 110.5 (C5’’ + C5’’’); 107.1 (C4’); 

55.7 (CH2); 54.2 (CH2); 51.3 (CH2); 43.9 (CH2); 44.0 (CH2); 38.2 (CH2); 37.6 (CH2); 36.1 (CH2); 

33.6 (C7); 20.9 (C6); 13.2 (5’‐CH3‐pz); 12.3 (5’’‐CH3‐T and 5’’’‐CH3‐T); 10.7 (3’‐CH3‐pz).  

Page 215: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

179

ESI/QITMS  (most  abundant  m/z):  Molecular  formula  ‐  [C35H52N12O10];  [M+H]+  ‐ 

calculated m/z 801.4, found m/z 801.7; [M+Na]+ ‐ calculated m/z 823.4, found m/z 823.6. 

Anal. Calc. for C35H52N12O10.3CF3COOH: C, 43.09; H, 4.85; N, 14.71. Found: C, 43.66; 

H, 4.34; N, 15.08. 

 

6.4. Synthesis of the Rhenium Complexes 18 ‐ 20 

 

6.4.1. Synthesis of fac‐[Re(CO)3(κ3‐ 13)] (18)  

 

OSNH2

O

O

Re

OC CO CO

NH

N

O

NH

N

O

O

O

OH12 3

5

2''

4''

5''

6''

7

61'3' 6'

7'

 

 

[Re(CO)3(OH2)3]Br  (12 mg,  0.03 mmol) was  reacted with  equimolar  amounts  of  13 

(0.03 mmol)  in water/75 °C/5h. After removing the solvent under vacuum, the residue was 

purified by preparative RP‐HPLC (method 1). 

Yield: 15 mg, 70%. 

RP‐HPLC (method 1): Rt = 19.7 min, 19.9 min. 1H NMR (300 MHz, CD3OD): δ (ppm) 7.32 (mi), 7.31 (ma), 7.26 (mi) and 7.22 (mi) (s, 

1H, H6’’); 6.31, 6.06, 5.53, 5.38, 5.20 (m, HN‐H); 4.75‐4.3 (m, CH or CH2); 4.30 (s, CH26); 4.14 

(s, CH27); 4.1‐3.2 (m, CH2); 3.7‐ 3.5 (m, 4H, CH2

4 + CH25); 1.86 (s, 3H, 5’’‐CH3‐T). 

13C NMR  (75.373 MHz, CD3OD): δ  (ppm) 195.4  (ReCO); 193.7(ReCO); 193.4  (ReCO); 

183.4, 182.3, 181.9, 181.4 (C1’=O); 172.7, 170.5, 169.6 (C6’=O + C3’=O + C7’=O); 167.0 (C4’’=O); 

153.0  (C2’’=O);  143.8  (C6’’);  111.2  (C5’’);  62.6,  61.6,  59.5,  57.7,  57.0,  47.6,  46.5,  46.2,  41.1, 

40.1, 39.1, 38.7, 38.0, (CH + 6CH2); 12.2 (5’’‐CH3‐T). 

IR (KBr) (cm‐1): υ(C≡O), 2039, 1913; υ(C=O) 1673. 

ESI/QITMS  (most  abundant  m/z):  Molecular  formula:  [C19H22N5O11SRe];  [M‐H]‐  ‐ 

calculated m/z 714.1, found m/z 713.9. 

Page 216: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

180 

Anal. Calc. for C19H22N5O11ReS.2CF3COOH: C, 29.30; H, 2.57; N, 7.43; S, 3.40. Found: 

C, 29.88; H, 3.50; N, 7.62; S, 3.33.  

 

6.4.2. Synthesis of fac‐[Re(CO)3(κ3‐15)]CF3COO (19) 

 

NN N

NH2

Re

OC CO CO

O

NH

N

O

NH

N

O

O

O

3'

5'

4'

11

12 3 4

5 6

7 8

910

2''

4''5''

6''

OH10'

7'

11'

+

 

 

[Re(CO)3(OH2)3]Br  (31 mg, 0.075 mmol) was  reacted with equimolar amounts of 15 

(0.075 mmol)  in methanol/reflux  for  20 h. After  removing  the  solvent under  vacuum  the 

residue was purified by preparative RP‐HPLC (method 2). 

Yield: 11 mg, 20%. 

RP‐HPLC (method 1): tR = 22.4 min. 1H NMR (300 MHz, CD3OD): δ (ppm) 7.31 (ma) and 7.30 (mi) (s, 1H, H6’’); 6.2 (s, 1H, 

H4’); 5.63 (m, 1H, HN‐H); 4.73 (ma) and 4.57 (mi) (s, 2H, CH210); 4.47 (m, 1H, HC‐H1); 4.21 (m, 

1H HC‐H1); 4.30 (mi) and 4.13 (ma) (s, 2H, CH211); 4.05 (m, 1H, HN‐H); 3.65 (m, 1H, HC‐H5); 

3.60‐3.40  (m, 6H, CH28 + CH2

9 + HC‐H2); 3.36  (m, 1H, HC‐H5); 3.15  (m, 1H, HC‐H4); 2.85  (m, 

2H, CH23); 2.65 (m, 1H, HC‐H2); 2.51 (m, 1H, HC‐H4); 2.43 (s + m, 3H + 1H, CH3‐pz + HC‐H

7); 

2.36 (s, 3H, CH3‐pz); 2.26 (m, 1H, HC‐H7); 2.17 (m, 1H, HC‐H6); 2.05 (m, 1H, HC‐H6); 1.86 (s, 

3H, 5’’‐CH3‐T). 13C NMR (75.373 MHz, CD3OD): δ (ppm) (four CH2 are under the solvent peak) 195.2 

(ReCO);  194.9  (ReCO);  193.8  (ReCO);  175.2  (C10’=O);  172.5  (C7’=O);  169.8  (C11’=O);  167.0 

(C4’’=O); 155.1 (C3’); 153.0 (C2’’=O); 145.4 (C5’); 143.8 (C6’’); 111.0 (C5’’); 109.2 (C4’); 67.3 (C5); 

62.5 (C3); 53.8 (C2); 43.7 (C4); 37.9 (C8); 33.2 (C7); 21.0 (C6); 16.1 (3’‐CH3‐pz); 12.2 (6’’‐CH3‐T); 

11.6 (5’‐ CH3‐pz). 18F NMR (CD3OD): δ (ppm) ‐75.905. 

IR (KBr) (cm‐1): υ(C≡O) 2029, 1912; υ(C=O) 1678.  

Page 217: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

181

ESI/QITMS  (most  abundant  m/z):  Molecular  formula  ‐  [C27H38N8O9Re]+;  [M]+  ‐ 

calculated m/z 805.2, found m/z 805.5; [M+H]+ ‐ calculated m/z 806.2, found m/z 806.5; [(M‐

H)+Na]+ ‐ calculated m/z 827.2, found m/z 827.5; [M+Na]+ ‐ calculated m/z 828.2, found m/z 

828.5. 

Anal. Calc. for [C27H38N8O9Re]+(CF3COO)

‐.2CF3COOH: C, 34.59; H, 3.52; N, 9.78. Found 

C, 35.42; H, 3.95; N, 9.16.  

 

6.4.3. Synthesis of fac‐[Re(CO)3(κ3 ‐ 17)]CF3COO (20)  

 

NN N

NH2

Re

OC CO CO

+

O

NH

N

O

NH

N

O

O

ONH

N

O

NH

N

O

O

O

OH

3'

5'

4'

1213

1414'

12 3 4

5 6

7 8

910

11

2''

4''5''

6''

2'''

4'''5'''

6'''

 

 

[Re(CO)3(OH2)3]Br  (22 mg, 0.055 mmol) was  reacted with equimolar amounts of 17 

(0.055 mmol)  in methanol/reflux  for  20 h. After  removing  the  solvent under  vacuum  the 

residue was purified by preparative RP‐HPLC (method 2). 

Yield: 30 mg, 43% 

RP‐HPLC (method 1, analytic): tR = 22.5 min. 1H NMR (300 MHz, CD3OD): δ (ppm) 7.52 (ma), 7.36 (mi), 7.34 (mi), 7.0 (mi), 7.25 (mi) 

and 7.17 (ma) (s, 2H, CH6’’ + CH6’’’); 6.2 (s, 1H, H4’); 5.53 (m, 1H, HN‐H); 4.75 – 4.12 (s (several 

singulet’s), 8H, CH210 + CH2

13 + CH214 + CH2

14’); 4.54 (m, 1H, HC‐H1); 4.16 (m, 1H, HC‐H1); 4.07 

(br, 1H, HN‐H); 3.70 (m, 1H, HC‐H5); 3.61‐ 3.52 (m, 9H, HC‐H2 + CH28 + CH2

9 + CH211 + CH2

12); 

3.42 (m, 1H, HC‐H5); 3.18 (m, 1H, HC‐H4); 2.85 (m, 2H, CH23); 2.65 (m, 1H, HC‐H2); 2.51 (m, 

1H, HC‐H4); 2.43 (s + m, 3H + 1H, CH3‐pz + HC‐H7); 2.36 (s, 3H, CH3‐pz); 2.26 (m, 1H, HC‐H7); 

2.16 (m, 1H, HC‐H6); 2.04 (m, 1H, HC‐H6); 1.85, 1.83, 1.80, 1.78 and1.74 (s, 3H, 5’’‐CH3‐T and 

5’’’‐CH3‐T ). 13C  NMR  (75.373  MHz,  CD3OD):  δ  (ppm)  (several  CH2  were  obscured  under  the 

solvent  peak)  194.9  (ReCO);  194.6  (ReCO);  193.5  (ReCO);  175.0(C=O);  173.9  (C=O);  171 

Page 218: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

182 

(C=O); 170.9 (C=O); 170.3 (C=O); 169.8 (C=O); 169.5 (C=O); 169.4 (C=O); 166.9 (C=O); 154.8 

(C2’’=O and C2’’’=O); 152.8 (C3’); 145.1 (C5’); 144.0, 143.7 and 143.5 (C6’’ and C6’’’); 110.7 and 

110.2 (C5’’ + C5’’’); 108.9 (C4’); 67.0 (C5); 62.1 (C3); 53.4 (C2); 43.4 (C4); 37.8 (CH2), 37.3 (CH2); 

33.3 and 32.9 (C7); 20.9 and 20.5 (C6); 15.8 (3’‐CH3‐pz); 12.0 and 11.8 (5’’‐CH3‐T and 5’’’‐CH3‐

T); 11.3 (5’‐CH3‐pz). 

IR (KBr) (cm‐1): υ(C≡O), 2029, 1915; υ(C=O) 1673.  

ESI/QITMS  (most  abundant  m/z):  Molecular  formula  ‐  [C38H52N12O13Re]+:  [M]+  ‐ 

calculated m/z 1071.3, found m/z 1071.7; [M+H]+ ‐ calculated m/z 1072.3, found m/z 1072.8; 

[(M‐H)+Na]+  ‐  calculated m/z 1093.3,  found m/z 1093.7;  [M+Na]+  ‐  calculated m/z 1094.3, 

found m/z 1094.7. 

Anal.  Calc.  for  [C38H52N12O13Re]+CF3COO

‐.CF3COOH:  C,  38.86;  H,  4.12;  N,  12.95. 

Found: C, 38.17; H, 3.98; N, 12.81. 

 

6.5. Synthesis of 99mTc(I) Complexes 21 ‐ 23 

 

Manipulations of radioactive substances were performed under radiation protection 

conditions, with protecting gloves and lead shielding in a ventilated hood. 

The vials containing  the  radioactive products were kept  inside  lead containers with 

appropriate thickness. 

The  exposure  to  radiation  during  manipulation  was  monitored  by  reading  the 

individual and the finger dosimeters (radiation detector). 

 

Preparation of the fac‐[99mTc(OH2)3(CO)3]+ precursor 

 

Na[99mTcO4] in NaCl 0.9% was eluted from a 99Mo/99mTc generator Ultra‐TechneKow® 

from Mallinckrodt. 

The radioactive synthon fac‐[99mTc(CO)3(H2O)3]+ was prepared by adding 1  ‐ 2 mL of 

freshly eluted Na[99mTcO4] to the Mallinckrodt IsoLink® kit, and heating for 30 min at 100 °C. 

The  reaction  vial was  cooled  and  the  solution  neutralized with  HCl  1 M,  to  destroy  the 

remaining  boranocarbonate.  The  product  was  controlled  by  RP‐HPLC;  the  yield  was 

quantitative and did not depend on the total amount of activity. 

Page 219: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

183

6.5.1. General Method for Preparing the 99mTc Complexes  

 

In a glass vial under nitrogen, 100 μl of 10‐3 M aqueous solutions of compounds 13, 

15 and 17 were added  to 900 μl of  fac‐[99mTc(OH2)3(CO)3]+  in NaCl 0.9%. The reaction was 

incubated at 100 °C for 45 min in the case of conjugates 15 and 17, and at 75 °C for 45 min in 

the case of 13. The resulting complexes were analyzed by RP‐HPLC and TLC. 

 

6.5.1.1. Synthesis of fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐13)] (21) 

 

OSNH2

O

O

Tc

OC CO CO

NH

N

O

NH

N

O

O

O

OH

99m

 

RP‐HPLC (method 1): tR = 19.9, 20.1 min. 

TLC (0.5% HCl 6 N/MeOH): Rf = 0.67. 

 

6.5.1.2. Synthesis of fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐15)]+ (22) 

 

NN N

NH2

Tc

OC CO CO

O

NH

N

O

NH

N

O

O

O

OH

99m

+

 

RP‐HPLC (method 1): tR = 23.0 min. 

 

 

 

Page 220: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

184 

6.5.1.3. Synthesis of fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐17)]+ (23)  

 

NN N

NH2

Tc

OC CO CO

O

NH

N

O

NH

N

O

O

ONH

N

O

NH

N

O

O

O

OH

99m

+

 

 

  RP‐HPLC (method 1): tR= 23.0 min. 

TLC (0.5% HCl 6 N/MeOH): Rf = 0.57. 

 

6.6. Synthesis of compounds 24 ‐ 33 

 

6.6.1. 2‐(4‐bromobutyl) isoindoline‐1,3‐dione (24)231 

 

N

O

OBr

1

1

2

2

3

4

5

6

 

10 g  (54 mmol) of potassium phthalimide and 35 g  (162 mmol) of dibromobutane 

were refluxed in 200 mL of acetonitrile for 6 h. After separation of the precipitated KBr, the 

solvent  was  removed  in  vacuum.  The  remaining  yellow  oil  was  dissolved  in  50  mL  of 

methanol. The desired compound crystallized as a white powder at ‐20 °C overnight. 

Yield: 6 g, 40% 1H NMR  (300 MHz, CDCl3): δ  (ppm) 7.88  ‐ 7.80  (m, 2H, H1); 7.73  ‐ 7.68  (m, 2H, H2); 

3.70 (t, 2H, CH23); 3.42 (t, 2H, CH2

6); 1.84 (2 quint, 4H, CH24+5). 

 

 

 

 

Page 221: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

185

6.6.2. 3,6‐bis(dimethylamino)‐10‐(4‐(1,3‐dioxoisoindolin‐2‐

yl)butyl)acridinium (25) 

 

N

N

N

N

O

O

1

12

23

4

5

67 9

8

8

7

10

9

 

 

Acridine  orange  (N3,N3,N6,N6‐tetramethylacridine‐3,6‐diamine)  (1.54  g,  5.8  mmol) 

and 2‐(4‐bromobutyl)  isoindoline‐1,3‐dione  (24)  (4.9 g, 17.4 mmol)  in p‐xylol  (50 mL) were 

refluxed  for 24 h. After cooling,  the mixture was  filtered and  the collected solid was dried 

under vacuum. The solid was washed with acetone to remove compound 24, present as an 

impurity. 

Yield: 1.7 g, 54 %. 1H NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) 8.67 (s, 1H, CH10); 7.89  ‐ 7.86 (d, J = 9.3 Hz, 2H, 

2CH9); 7.74 (m, 2H, 2CH2); 7.68 (m, 2H, 2CH1); 7.00 ‐ 6.97 (dd, J = 9.3 Hz, 2H, 2CH8); 6.61 (s, 

2H, 2CH7); 4.97 (t, 2H, CH26); 3.80 (t, 2H, CH2

3); 3.30 (s, 12H, CH3); 2.09 (quint, 2H, CH25); 1.67 

(quint, 2H, CH24). 

 

6.6.3. 10‐(4‐Amino‐butyl)‐3,6‐bis‐dimethylamino‐acridinium (26) 

 

NN N

H2N1

23

455

6 687 7

 

To a suspension of compound 25 (1.23 g, 2.25 mmol) in methanol (20 mL) was added 

hydrazine hydrate  (5 mL) and  the mixture was stirred overnight. After addition of 6 mL of 

conc. HCl  (37%), a solid of phthalic acid hydrazide precipitated. After  its separation the pH 

was adjusted  to about 9 with NaOH 40%. The  reaction mixture was extracted  three  times 

with chloroform  (30 mL  for each extraction) and  the combined organic phases were dried 

Page 222: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

186 

over MgSO4. The solvent was removed under vacuum originating 26 quantitatively as a red 

solid that was used without further purification. 

RP‐HPLC (method 1, analytic): tR = 24.6 min. 1H NMR (300 MHz, CD3OD): δ (ppm) 8.61 (s, 1H, CH8); 7.88 ‐ 7.85 (d, J = 9.3 Hz, 2H, 

2CH7); 7.24 ‐ 7.21 (dd, J = 9.3 Hz, 2H, 2CH6); 6.63 (s, 2H, 2CH5); 4.74 (t, 2H, CH24); 3.32 (s, 12H, 

CH3); 3.00 (t, 2H, CH21); 2.04 (quint, 2H, CH2

3); 1.90 (quint, 2H, CH22). 

 

6.6.4. Ethyl 3‐acetyl‐4‐oxopentanoate (27)232  

OO

OO

OHO

OO

A B  

 

2,4 ‐pentanedione (7.66 g, 76 mmol) was added slowly at 0 °C to a suspension of NaH 

(3.3 g, 84 mmol) in 120 mL of THF. After stirring 1 h, ethyl bromoacetate (8.43 mL, 76 mmol)) 

was  added.  Stirring was  continued  for  3  h  at  0  °C  and  overnight  at  room  temperature. 

Addition  of  1 N HCl  (∼  500  μl) was  followed  by  extraction with  diethyl  ether.  The  ether 

extracts were  dried  over MgSO4  and  evaporated.  The  residue was  used without  further 

purification. 

Yield: 10.8 g, 76%. 1H NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) 16.77 (s, 1H, OH (B)); 4.13‐4.06 (q + t, 2H+1H, CH2 

(A and B) + CH  (A)); 3.21  (s, 2H, CH2  (B)); 2.85, 2.83  (d,  J = 7.5 Hz, 2H, CH2,  (A)); 2.23  (s, 

6H,2CH3 (A)); 2.14, 2.13 (s, 6H, 2CH3); 1.21 (t, 3H, CH3). 

 

6.6.5. Tert‐butyl 2‐(2,4‐dinitrophenylsulfonamido)ethylcarbamate 

(28)171 

 

NO2

SO

O HN

NH

1

2

3

4

5

O

O 1

1

5a

b

O2N

 

 

Page 223: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

187

Tert‐butyl‐2‐aminoethylcarbamate  (1)  (5.33  g,  33.3  mmol),  2,4‐ 

dinitrobenzenesulfonyl chloride  (8.9 g, 33.3 mmol) and pyridine  (3.3 mL, 40.2 mmol) were 

dissolved in dry CH2Cl2. The solution was stirred at room temperature for 4 h. The resulting 

suspension was filtered and the CH2Cl2 phase was washed with water (3 times). The solvent 

was  evaporated  and  the  obtained  solid was  purified  by  column  chromatography  (eluent: 

ethyl acetate (30 ‐ 100%)/hexane). 

Yield: 7 g, 54 %.  1H‐NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) 8.65 ‐ 8.31 (3H, m, CH5+ CH4); 6.08 (s br, 1H, NHb); 

4.79 (s, br, NHa); 3.26 (s br, 4H, 2CH2); 1.38 (s, 9H, CH3). 

 

6.6.6. Ethyl‐2‐(1‐(2‐hydroxyethyl)‐3,5‐dimethyl‐1H‐pyrazol‐4‐yl)acetate 

(29)168,169 

 

NN OH

O O

2

3

4

1

5  

 

A solution of 2‐hydroxyethylhydrazine (3.5 mL, 56 mmol) in EtOH (100 mL) was added 

dropwise  to a  solution of ethyl 3‐acetyl‐4‐oxopentanoate  (27)  (56 mmol)  in EtOH at 0  °C. 

After  overnight  reaction  at  room  temperature,  the  solvent was  removed  by  vacuum  and 

compound 29 obtained as a yellow oil. 

Yield: 12 g, 95%. 1H‐NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) 4.04 (q, 2H, CH2

4); 4.00 (t, 2H, CH21); 3.89 (t, 2H, 

CH22); 3.28 (s, 2H, CH2

3); 2.15 (s, 3H, CH3‐pz); 2.13 (s, 3H, CH3‐pz); 1.20 (t, 3H, CH35). 

 

 

 

 

 

 

 

Page 224: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

188 

6.6.7. Ethyl 2‐(1‐(2‐(N‐(2‐(tert‐butoxycarbonylamino)ethyl)‐2,4‐

dinitrophenylsulfonamido)ethyl)‐3,5‐dimethyl‐1H‐pyrazol‐4‐

yl)acetate (30)168,170 

 

NN NNH

OO

NO2SO O

7

2 3

41

5

1'O

O 1'1'

6

9

8

8

NO2

 

 

Compound  28  (4.95  g,  12.7  mmol),  compound  29  (5.72  g,  25.3  mmol)  and 

diethylazodicarboxylate (DEAD) (3.28 g, 19 mmol) were dissolved in dry THF, and PPh3 (4.98 

g, 19 mmol) was added to the resulting solution. The mixture was allowed to react overnight 

at  room  temperature.  After  this  time,  the  solvent was  removed  under  vacuum  and  the 

obtained solid purified by column chromatography (ethyl acetate (30 ‐ 100%)/hexane). The 

obtained solid was contaminated with OPPh3 and was washed with diethyl ether; the wash 

did not  remove all  the  contamination but  the product was used  in  the next deprotection 

step. 

Yield: 51% (based on NMR spectra), yellow solid. 1H‐NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) 8.44 (m, 2H, CH8); 8.15 (d, 1H, CH9); 5.00 (t, 1H, 

NH); 4.18 (t, 2H, CH21); 4.11 (q, 2H, CH2

6); 3.78 (t, 2H, CH22); 3.29 (t, 2H, CH2

3); 3.24 (s, 2H, 

CH25); 3.14 (q, 2H, CH2

4); 2.18 (s, 3H, CH3‐pz); 2.06 (s, 3H, CH3‐pz); 1.37 (s, 9H, CH31’); 1.24 (t, 

3H, CH37). 

 

6.6.8. 2‐(1‐(2‐(2‐(tert‐butoxycarbonylamino)ethylamino)ethyl)‐3,5‐

dimethyl‐1H‐pyrazol‐4‐yl)acetic acid (31) 

 

NNHN

NH

O OH

1

2 3

45

3' 5'4'

O

O

5

5

6

5''4''

6''

 

Page 225: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

189

 

Compound 30 was dissolved in a mixture of H2O/MeOH (1:2), 5 equivalents of K2CO3 

were added and  the mixture was stirred overnight at  room  temperature. The solvent was 

evaporated and the obtained residue was purified by column chromatography (MeOH). 

Yield: 1.4 g, 70%. 1H‐NMR (300 MHz, D2O): 3.97 (t, 2H, CH2

1); 3.08 (s, 2H, CH26); 3.00 (t, 2H, CH2

4); 2.85 

(t, 2H, CH22); 2.55 (t, 2H, CH2

3); 2.00 (s, 3H, CH3‐pz); 1.93 (s, 3H, CH3‐pz); 1.24 (s, 9H, CH35). 

13C‐NMR  (75.373 MHz, CDCl3): 178.6  (C6’’=O); 156.4  (C4’’=O); 147.0  (C3’); 137.3  (C5’); 

112.7  (C4’); 79.2  (C5’’); 50.4  (C1); 48.3  (C3); 47.7  (C2); 38.8  (C4); 32.1  (C6); 28.4  (C5); 11.7  (3’‐

CH3‐pz); 9.4 (5’‐CH3‐pz).  

 

6.6.9. 10‐(4‐(2‐(1‐(2‐(2‐(tert‐butoxycarbonylamino)ethylamino)ethyl)‐

3,5‐dimethyl‐1H‐pyrazol‐4‐yl)acetamido)butyl)‐3,6‐

bis(dimethylamino)acridinium (32) 

 

NNHN

NH

O

N

N

N

NH

1

2 3

4

5

6 7

89 10

 1112

13

10

 11

12

O

O

4''

4''

4''

4'''

4''''

5'

a

b

c4'

3'

5''

 11'

 11'

10'

10'

12'

12'

 

 

Compound 26 (532 mg, 1.27 mmol) was suspended in DMF (50 mL) and triethylamine 

(1mL, 6.9 mmol) added. After 30 min stirring, HBTU (260 mg, 0.69 mmol) and compound 31 

(234 mg, 0.69 mmol) were added and the mixture stirred for 24 h. The reaction mixture was 

filtered  and  the  collected  solid  (285 mg) was  identified  as  unreacted  compound  26.  The 

supernatant was evaporated originating a crude solid. Extractions with chloroform removed 

a  red  solid  (47  mg)  identified  as  the  desired  compound  that  was  purified  by  column 

chromatography (15% MeOH/2% NH4+/CHCl3). 

Yield: 20 mg, 4%. 

Page 226: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

190 

1H‐NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) 8.32 (s, 1H, CH13); 7.69  ‐ 7.66 (d, J = 9.3 Hz, 2H, 

2CH12); 6.98‐6.95 (dd, J = 9.3 Hz, J = 2.1 Hz, 2H, 2CH11); 6.47 (t, 1H, NHa); 6.45 (s, 2H, 2CH10); 

5.35  (t  , 1H, NHc); 4.49  (t, 2H, CH29); 4.08  (t, 2H, CH2

1); 3.31  (t, 2H, CH26); 3.23  (12H + 2 H, 

4CH3 (Ao) + CH24); 3.07 (t, 2H, CH2

2); 2.78 (t, 2H, CH23); 2.56 (s br, 1H, NHb); 2.16 (s, 3H, 5’‐

CH3‐pz); 2.09 (s, 3H, 3’‐CH3‐pz); 1.83 (br, 4H, CH27 + CH2

8), 1.39 (s, 9H, CH34’’). 

13C‐NMR  (75.373 MHz,  CDCl3):  δ  (ppm)  171.6  (C5’’=O);  155.6  (C4’’’’=O);  146.9  (C3’); 

142.5, 142.0  (C13 + C11’ + C10’); 138.1  (C5’); 132.9  (C12); 132.0  (C12’);   116.9  (C4’); 114.0  (C11); 

92.4 (C10); 79.2 (C4’’’); 48.2, 48.3, 47.3 and 47.8 (C2 + C3 + C1 + C9); 40.7 (4CH3 (Ao)); 39.7 and 

38.9 (C4 + C6); 31.5 (C5); 28.4 (C4’’); 26.8 (C7); 23.5 (C8); 11.8 (3’‐CH3‐pz); 9.5 (5’‐CH3‐pz). 

 

6.6.10. 10‐(4‐(2‐(1‐(2‐(2‐aminoethylamino)ethyl)‐3,5‐dimethyl‐1H‐

pyrazol‐4‐yl)acetamido)butyl)‐3,6‐bis(dimethylamino)acridinium 

(33) 

 

NNHN

NH2

O

N

N

N

NH

1

2 3

4

5

6 7

89 10

 1112

13

10

 11

12

10'

10'

 11'

 11'

12'

12'

3'

4'5'

 

 

Compound 32 was dissolved in 2 mL of CHCl3 and 1 mL of TFA was added. After 1 h at 

room temperature, the solvent was evaporated originating compound 33 quantitatively. 

RP‐HPLC (method 3, analytic): tR = 15.1 min. 

ESI/QITMS  (most abundant m/z): Molecular Formula  ‐ C32H47N8O+.  [M]+  ‐ calculated 

m/z 559.4, found m/z 559.2; [M+H]2+ ‐ calculated m/z 280.2, found m/z 280.1. 1H‐NMR  (300 MHz, D2O):  δ  (ppm)  7.75  (s,  1H,  CH13);  7.21‐7.18  (d,  J  =  9.3 Hz,  2H, 

2CH12); 6.67‐6.64 (dd, J = 9.3 Hz, J = 2.1 Hz, 2H, 2CH11); 5.68 (s, 2H, 2CH10); 4.12 (t, 2H, CH21); 

3.85 (t, 2H, CH29); 3.34 (t, 2H, CH2

2); 3.27 (t +t, 4H, CH24 + CH2

3); 3.1 (s, 2H, CH25); 3.00 (t, 2H, 

CH26); 2.90 (s, 12H, 4CH3 (Ao)); 1.90 (s, 3H, CH3‐pz); 1.75 (s, 3H, CH3‐pz); 1.42 (br, 4H, CH2

7 + 

CH28). 

Page 227: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

191

13C‐NMR (75.373 MHz, D2O): δ (ppm) 175.8 (C=O); 157.1 (2C(Ar)); 150.5 (C3’); 143.8, 

143.4, 142.5 (3C(Ar) + C5’‐pz); 134.6 (4C(Ar); 118.1 (2C(Ar)); 115.7 (2C(Ar)); 112.9 (C4’); 93.3 

(C10); 49.3 (C9); 48.4 (C1); 46.6 (C3); 46.2 (C2); 41.9 (4CH3 (Ao)); 41.1 (C4); 37.4 (C6); 32.1 (C5); 

28.2 (C7); 25.0 (C8); 12.5 (3’‐CH3‐pz); 10.6 (5’‐CH3‐pz). 

 

6.6.11. Synthesis of fac‐[Re(CO)3(κ3‐42)]2Br (34) 

 

O

NN

N

NH

NN NH

NH2

Re

OC CO CO

2+

 

 

[Re(CO)3(OH2)3]Br (6 mg, 0.015 mmol) was reacted with compound 33 (11 mg, 0.015 

mmol) in methanol (5 mL) and the mixture was refluxed overnight under N2. After removing 

the solvent compound 34 was obtained. 

Yield: 13.3 mg, 91%. 

RP‐HPLC (method 3): tR = 17.8 min. 1H‐NMR (300 MHz, CD3OD): δ (ppm) 8.64 (s, 1H, CH13); 7.88 (d, J = 9.3 Hz, 2H, 2CH12); 

7.24 (dd, J = 9.3 Hz, 2H, 2CH11); 6.92 (br, 1H, NHb); 6.65 (s, 2H, 2CH10); 5.42 (m, 1H, HN‐Ha); 

4.75 (t, 2H, CH29); 4.51 (m, 1H, HC‐H1); 4.1 (m, 1H, HC‐H1); 3.84 (m, 1H, HN‐Ha); 3.54 ‐ 3.45 

(m, 1H, HC‐H2); 3.39 (s, 2H, CH25); 3.34 (s, 12H, 4CH3 (Ao)); 3.30 (2H, CH2

6); 2.97 ‐ 2.82 (m, 2H, 

HC‐H3 + HC‐H4); 2.64 (m, 1H, HC‐H2); 2. 55 ‐ 2.52 (m, 2H, HC‐H3 + HC‐H4); 2.32 (s, 3H, 3’‐CH3‐

pz); 2.25 (s, 3H, 5’‐CH3‐pz); 1.98 (quint, 2H, CH28); 1.84 (quint, 2H, CH2

7). 13C‐NMR  (75.373 MHz, CD3OD):  δ  (ppm)  (several  signals were  obscured  under  the 

solvent)  194.7  (ReCO);  194.5  (ReCO);  194.1  (ReCO);  172.9  (C=O);  157.3  (C11’);  153.4  (C3’); 

144.3 (C13); 143.7, 143.7 (C5’+ C10’); 134.4 (C12); 118.5 (C12’); 115.5 (C11); 113.9 (C4’); 93.7 (C10); 

55.9 (C3); 43.2 (C4); 40.9 (4CH3 (Ao)); 40.3 (C6); 31.3 (C5); 28.3 (C7); 24.9 (C8); 14.6 (3’‐CH3‐pz); 

10.4 (5’‐CH3‐pz). 

IR (KBr) (cm‐1): υ(C≡O), 2023, 1889; υ(C=O) 1596.  

Page 228: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

192 

6.6.12. Synthesis of fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐33)]2+ (35) 

 

O

NN

N

NH

NN NH

NH2

Tc

OC CO CO

99m

2+

 

In a glass vial under nitrogen, 100 μl of 8 x 10‐4 M aqueous solution of compound 33 

was added to 900 μl of [99mTc(OH2)3(CO)3]+ in NaCl 0.9%. The reaction was incubated at 100 

°C for 45 min and the resulting complex was analyzed by RP‐HPLC and TLC. 

 

HPLC (method 1): tR = 17.9 min. 

TLC (5% HCl 6N/MeOH): Rf = 0.30. 

 

6.7. Synthesis of Peptide Nucleic Acids 

 

6.7.1. Synthesis of N‐α‐Fmoc‐L‐Lys(Boc)‐resin Novasyn TGR‐PEG‐PS (36) 

 

MeO

MeO

HN

O NHO

i

NHBoc

O

FmocHN

PEG

MeO

MeO

NH2

O NHO

PEG

36 i) N‐α‐Fmoc‐L‐Lys(Boc)‐OH, HBTU, DIPEA, NMP. 

 

Procedure  

 

1. Preparation of the resin 

The resin Novasyn TGR‐PEG‐PS (1 g, 0.2 mmol)  in a reactor for solid phase synthesis 

was dried for 2h. Then, CH2Cl2 was added (until the resin was covered) and agitated for 1 

Page 229: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

193

h. The CH2Cl2 was removed and the resin was washed with CH2Cl2 (2 x 4mL), 5% DIPEA in 

CH2Cl2 (6 mL, 1min) and finally CH2Cl2 (2 x 4 mL). 

2. Coupling N‐α‐Fmoc‐L‐Lys(Boc)‐OH to the resin 

N‐α‐Fmoc‐L‐Lys(Boc)‐OH (94 mg, 0.20 mmol) was dissolved in NMP (1 mL) and DIPEA 

(69 μl, 0.40 mmol) was added. A solution of HBTU (76 mg, 0.20 mmol)  in 1 mL of NMP 

was added  to  the  lysine  solution,  the mixture was  stirred  for 1 min and added  to  the 

resin and shaked for 1 h. The resin was filtrated and washed with DMF (2 x 4mL, 1 min 

each wash), CH2Cl2 (4 x 4mL, 1 min each), 5% DIPEA in CH2Cl2 (1 x 4 mL, 30 sec each) and 

CH2Cl2 (4 x 2mL, 1 min each). 

3. Capping of the resin  

A solution of Ac2O/NMP/Pyridine 2:4:4 (10 mL) was added to the resin and shaked for 

1.5 h. The capping solution was removed and  the resin was washed with CH2Cl2  (3 x 3 

mL). A Kaiser test was performed and the yellow colour indicated that there was no free 

amine groups. Then, the resin was washed with CH2Cl2 (3 x 2mL), DMF (3 x 2mL), CH2Cl2 

(3 x 2mL) and dried under vacuum. 

 

6.7.1.1. Resin Loading204 

 

1. Calibration Curve for Gas Chromatography (GC) Analysis of Fmoc 

Deprotection 

 

A 10 mg/mL solution of N‐α‐Fmoc‐L‐Lys(Boc)‐OH in DMF was prepared and different 

amounts of this solution were placed in vials. DBU (2% in DMF, 4 mL) was added to each vial 

and  the vials were  shaken  to mix. After 1 h, anthracene  (10 mg/mL  in DMF, 0.6 mL) was 

added to each vial. After shaking, an aliquot was drawn from each vial and transferred to a 

GC autosampler vial for analysis. A standard curve was prepared by plotting the ratio of the 

GC areas of dibenzofulvene and anthracene vs. the molar ratio of Fmoc‐Lys:anthracene (the 

calculated weight of Fmoc‐Lys was corrected taking into account the purity of the compound 

(98%)).  The  slope  and  intercept  of  the  resulting  curve were  determined  and  used  in  the 

calculations. 

 

 

Page 230: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

194 

 

Table 6.1 ‐ Calculations for the calibration curve by gas chromatography. 

Solution  mmol of 

Lys‐Fmoc 

mmol of 

Anthracene 

Lys‐Fmoc/Anthracene 

(mmol/mmol) 

Area of 

DBF 

Area of 

Anthracene 

Area DBF/Area 

Anthracene 

A  4.27E‐03  3.37E‐02  1.27E‐01  1.242  9.493  1.31E‐01 

B  8.54E‐03  3.37E‐02  2.53E‐01  2.403  9.307  2.58E‐01 

C  1.71E‐02  3.37E‐02  5.07E‐01  4.737  9.192  5.15E‐01 

D  2.56E‐02  3.37E‐02  7.60E‐01  6.857  8.919  7.69E‐01 

E  3.63E‐02  3.37E‐02  1.08E+00  9.377  8.733  1.07E+00 

 

 

2. DBU Cleavage of 36 

 

Accurately weighted samples of the vacuum‐dried resin (12.7 mg, 12.4 mg, 13.1 mg, 

14.9 mg, 14.8 mg) were placed in tubes and 2 mL of DBU/DMF (2% v/v) was added to each 

tube. After 1h stirring, anthracene (10 mg/mL in DMF, 0.2 mL) was added to each tube. After 

shaking, an aliquot was drawn from each tube and transferred to a GC autosampler vial. GC 

analyses were performed and the peak areas were determined. The Fmoc substitution (FS, 

mmol/g) for each sample was calculated as shown in pages 101 and 102 

 

The values found are indicated in table 6.2. 

 

Table 6.2 ‐ Data for calculating the Fmoc substitution (FS). 

Solution  Area DBF  Area 

Anthracene 

Area DBF/Area 

Anthracene 

Resin 

Weight (g) 

[Anthracene] 

(mg/mL) 

(mL) 

FS 

(mmol/g) 

1  12.792  87.208  0.147  1.27E‐02  10  0.2  0.137 

2  12.557  87.443  0.144  1.24E‐02  10  0.2  0.138 

3  13.265  86.735  0.153  1.31E‐02  10  0.2  0.138 

4  14.733  85.267  0.173  1.49E‐02  10  0.2  0.137 

5  14.482  85.518  0.169  1.48E‐02  10  0.2  0.135 

 

 

The average loading for the rection was 0.137 ± 0.001 mmol/g. 

 

Page 231: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

195

6.7.2. Automated Solid Phase Synthesis of Peptide Nucleic Acids on the 

ABI 433A Synthesizer 

 

6.7.2.1. Automated  Synthesis  of  Fmoc‐A  GAT  CAT  GCC  CGG  CAT‐Lys‐

resin (37) 

 

Fmoc‐A GAT CAT GCC CGG CAT

MeO

MeO

HN

O NHO

NHBoc

O

NH

PEG

 

 

The calculations for the automated synthesis are presented in table 6.3. 

 

Table 6.3 – Experimental conditions for the automated synthesis. 

Reagent  M.W (g/mol) 

eq  mmol  Loading of the resin (mmol/g) 

mass (mg) 

μl of NMP 

mg of monomer in 500 μl of 

NMP Resin novasyn 

TGR‐Lys‐Fmoc (36)   1  0.02  0.18 ‐ 0.14  111 ‐ 143     

Fmoc‐T‐Aeg‐OH  506.51  5.3  0.106    53.7  448  60.3 

Fmoc‐C(Bhoc)‐OH  701.72  5.3  0.106    74.4  460  81.5 

Fmoc‐A(Bhoc)‐OH  725.75  5.3  0.106    76.9  464  83 

Fmoc‐G(Bhoc)‐OH  741.75  5.3  0.106    78.6  464  85 1Base Solution               2Capping Solution               3HATU               4Piperidine                

1‐ Base solution ‐ DIPEA (1.6 M in NMP) ‐ bottle 5 

2‐ Capping solution ‐ Ac2O/ DIPEA/NMP 5:6:89 (v/v/v) ‐ bottle 4 

3‐ 3.6 g HATU (2‐(1H‐7‐Azabenzotriazol‐1‐yl)‐1,1,3,3‐tetramethyluronium hexafluorophosphate) in 25 mL 

of NMP, [] = 0.38 M ‐ bottle 7 

4‐ Piperidine ‐ bottle 1 

 

 

Page 232: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

196 

In the reaction vessel was added the Novasyn TGR‐PEG‐PS resin downloaded with N‐

α‐Fmoc‐L‐Lys(Boc)‐OH (36) (0.14  ‐ 0.18 mmol/g; 0.02 mmol; 111  ‐ 143 mg). The Fmoc‐PNA 

sequence (Fmoc‐ A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐resin) was synthesized on a 20 μmol scale, by 

using  Fmoc  solid  phase  peptide  synthesis  procedures.  For  each monomer,  the  following 

steps were performed: Fmoc deprotection by piperidine (20% piperidine in NMP), activation 

and  coupling with HATU  as  activating  agent  and DIPEA  as  base,  and  capping with  acetic 

anhydride/DIPEA/NMP (5:6:89). 

 

The 16‐mer sequence was synthesized  in two parts. First was synthesized the 8‐mer 

sequence  (Fmoc‐CC CGG CAT–resin. Then, 5 mg of resin were taken and cleaved with TFA: 

H2O: TIS (90:5:5) for 1.5 h. ESI/QITMS analysis was performed to confirm if the observed m/z 

were  consistent with  the  calculated  for  the  8‐mer  sequence. When  the  8‐mer  PNA was 

identified,  the  synthesis  restarted  in  the  same  way,  until  the  16‐mer  sequence  was 

completed. At the end of the synthesis the resin was transferred to a manual reaction vessel, 

the  increase of weight was  checked and again 5 mg of  resin were  cleaved  to  confirm  the 

formation of the 16‐mer PNA sequence. 

 

6.7.2.1.1. General Cleavage Procedure 

 

1. A solution of TFA/TIS/H2O 90:5:5 was added to the resin until it was covered; 

2. Agitation for 1.5 h in a shaker; 

3. The solution was filtered using a N2 flow and the solution was collected  in a 

tube; 

4. The resin was washed 3 times with TFA and the filtrate collected and joined to 

the previous one; 

5. The solution was concentrated using a N2 flow; 

6. After  the volume was  reduced  to 0.5 mL, diethyl ether 4  ‐ 5 mL was added 

and the oligomers precipitated; 

7. More diethyl ether was added and the solution was frozen to ‐20 °C for 1h to 

complete the precipitation; 

8. The precipitate was centrifuged and the supernatant removed; 

Page 233: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

197

9. The  solid was washed  3  or more  times with  diethyl  ether  and  removed  at 

each time; 

10. The solid was dried in vacuum. 

 

The solid was analysed by LC‐ESI/QITMS or ESI/QITMS. If necessary the product was 

purified by RP‐HPLC. 

 

6.7.3. Manual Solid Phase Synthesis of Peptide Nucleic Acids 

 

6.7.3.1. Manual Synthesis of Fmoc‐ A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐resin 

(37) 

Fmoc‐A GAT CAT GCC CGG CAT

MeO

MeO

HN

O NHO

NHBoc

O

NH

PEG

 

The manual synthesis of 37 was performed using experimental conditions  indicated 

in table 6.43. 

 

Table 6.4 – Experimental conditions for the manual synthesis 

Reagent  M.W 

(g/mol) 

eq  mmol  Loading of 

the resin 

(mmol/g) 

mass 

(mg) 

V (μl) 

Resin novasyn TGR‐

Lys‐fmoc (36)   1  0.02  0.18 ‐ 0.14  111 ‐ 143   

Fmoc‐T‐Aeg‐OH  506.51  3  0.06    30.4   

Fmoc‐C(Bhoc)‐OH  701.72  3  0.06    42.1   

Fmoc‐A(Bhoc)‐OH  725.75  3  0.06    43.5   

Fmoc‐G(Bhoc)‐OH  741.75  3  0.06    44.5   

DIPEA 

N

 

129.25  3  0.06      11 

2,6 – lutidine  

N  

107.16  4.5  0.09      11 

HATU  380.2  2.7  0.054    20.5   

Page 234: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

198 

A polyethylene syringe with a frit at the bottom was used as reactor for manual solid 

phase synthesis and the reactions were carried out on a Shaker. Fmoc/Bhoc chemistry was 

used with the PNA monomers shown in table 6.4. Fmoc‐Lys(Boc)‐Novasyn TGR‐PEG‐PS resin 

(36) was used as solid support at a substitution level of 0.18 – 0.14 mmol/g. Before starting 

the  synthesis,  the  resin was  swelled  for  1  h  in  CH2Cl2  and  15 min  in DMF.  Each  cycle  of 

elongation consisted of: 

1. Fmoc deprotection with 25% piperidine in DMF for 2 cycles of 1 min at room 

temperature; 

2. Washing  with  DMF,  CH2Cl2,  twice  with  NMP  for  1  min  each  at  room 

temperature; 

3. Coupling using a molar ratio of resin: monomer: HATU: DIPEA: 2,6‐lutidine= 

1:3:2.7:3:4.5,  5 min  of  activation  followed  by  a  30 min  coupling  at  room 

temperature, after which the process was repeated (double coupling)‐ repeat 

steps 2 and 3; 

4. Capping with  2 mL of  a  solution  of Ac2O/DIPEA/NMP=  5/6/89  for  5 min  at 

room temperature; 

5. Washing with DMF, CH2Cl2, NMP, CH2Cl2. 

 

The Fmoc deprotection was followed by UV on a TLC plate. After 7/9 and 16 cycles, 

aliquots of the resin‐PNA were cleaved and Bhoc‐deprotected with TFA:H2O:TIS (90:5:5) for 

1.5 h. ESI/QITMS or  LC‐ESI/QITMS analyses were performed  to  confirm  that  the observed 

m/z were consistent with the calculated m/z of the Fmoc‐protected intermediates. 

 

6.7.3.2. H‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐NH2 (38) 

 

After  cleavage of  Fmoc‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐resin  (58 mg)  from  the  resin 

with TFA/H2O/TIS (90:5:5) for 1.5 h, the Fmoc‐16‐mer PNA was isolated by precipitation with 

cold  diethylether.  The  precipitate was  then washed  three  times with  the  same  solvent, 

centrifuged  and  finally  dried  under  vacuum.  The  crude  product  was  purified  by  semi‐

preparative  RP‐HPLC.  The  purified  Fmoc‐PNA  sequence  was  then  deprotected  at  the  N‐

terminus with 25% piperidine  in DMF,  followed by purification by RP‐HPLC. Compound 38 

was then analysed by HPLC and ESI/FTICRMS.  

Page 235: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

199

RP‐HPLC: tR = 15.9 min.  

High  resolution  ESI/FTICRMS  (most  abundant  m/z):  Molecular  formula  ‐ 

C177H226N96O48.  [M+3H]3+  ‐  calculated  m/z  1489.6176,  found  m/z  1489.6196;  [M+4H]4+  ‐ 

calculated m/z 1117.4657, found m/z 1117.4661. 

 

6.7.3.3. Synthesis of Pz‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐NH2 (39) and fac‐

[Re(CO)3(κ3‐Pz‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐NH2)]

+ (40) 

 

NN N

NH2

O

A GAT CAT GCC CGG CAT

39

H2N

NH2

OHN

 

A GAT CAT GCC CGG CAT

NN N

NH2

Re

OC CO CO

O

40

H2N

NH2

ONH

+

 

The  syntheses  of  39  and  40  were  performed  using  the  experimental  conditions 

indicated in tables 6.5 and 6.6, respectively. 

 

Table 6.5 – Experimental conditions for the synthesis of compound 39. 

Reagent  M.W. (g/mol)  Density  eq  mmol  mg  V (μl) 

Fmoc‐  A  GAT  CAT  GCC 

CGG CAT‐Lys‐resin (36) 

      0.02     

Pz‐Boc 

NN NNHBoc

O

OH

 

368.47    3.5   0.07  25    

DIPEA  129.25  0.755  3  0.06    11 

2,6‐ lutidine  107.16  0.923  4.5  0.09    11 

HATU  380.2    2.7  0.054  20.5   

 

Page 236: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

200 

Table 6.6 ‐ Experimental conditions for the synthesis of compound 40. 

Reagent  Molecular weight  Eq  mmol  mg  V (μl) 

Fmoc‐ A GAT CAT GCC 

CGG CAT‐Lys‐resin 

    0.01     

RePz 

NN N

NH2

Re

OC CO CO

O

OH

+ Br‐

 

618.05  4  0.04  23   

DIPEA  129.25  3  0.03    5 

2,6 LUTIDINA  107.16  4.5    0.045    5 

HATU  380.2  2.7  0.027  10   

 

 

The procedure described in section 6.7.3.1 was used. In the coupling step was used a 

molar  ratio of  resin:Pz‐Boc: HATU: DIPEA:  2,6‐lutidine  of  1.0:3.5:2.7:3.0:4.5  or  resin:RePz: 

HATU: DIPEA: 2,6‐lutidine of 1.0:4:2.7:3.0:4.5; 20 min of pre‐activation were followed by 40 

min coupling at room temperature.  

 

The crude products 39 and 40 were obtained  in 75 and 50% yield,  respectively. These 

products were then purified by semipreparative RP‐HPLC and recovered in 25% (39) and 10% 

(40) overall yield. Their identity was confirmed by ESI/FTICRMS. 

 

• Pz‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐NH2  (39): molecular  formula: C190H248N100O49. High 

resolution ESI/FTICRMS (most abundant m/z): [M+4H]4+ ‐ calculated m/z  1180.0082, 

found m/z  1180.0126; [M+5H]5+ ‐ calculated m/z 944.2080, found m/z 944.2102. RP‐

HPLC: tR = 17.1 min.  

 

• fac‐[Re(CO)3(κ3‐Pz‐A  GAT  CAT  GCC  CGG  CAT‐Lys‐NH2)]+  (40):  molecular  formula: 

C193H248N100O52Re+. High  resolution  ESI/FTICRMS  (most  abundant m/z):  [M+3H]4+  ‐ 

calculated  m/z  1247.4916,  found  m/z  1247.4959;  [M+4H]5+  ‐  calculated  m/z 

998.1947,    found m/z  998.1970;  [M+5H]6+  ‐  calculated m/z  831.9968,  found m/z 

831.9986. RP‐HPLC: tR = 19.3 min.  

 

Page 237: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

201

6.7.3.4. Synthesis of Cyst‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐NH2 (41) 

 

SF3COCHN

O

OO

A GAT CAT GCC CGG CAT‐ Lys‐ NH2

41  

 

Table 6.7 – Experimental conditions for the synthesis of compound 41 

Reagent  Molecular Weight   eq  mmol  mg 

Fmoc‐ A GAT CAT GCC CGG 

CAT‐Lys‐resin      0.02   

SF3COCHN

O

OO

O

F F

F

FF  

11 

455.28  4.4  0.088  40 

 

 

The procedure described in section 6.7.3.1 was used. In the coupling step was used a 

molar ratio of resin:11 = 1.0:4.4, and 40 min coupling at room temperature. 

 

5 mg of the resin were cleaved with TFA/H2O/TIS (90:5:5) for 1.5 h. The product was 

isolated  by  precipitation  with  cold  diethylether.  The  precipitate  was  washed  with  cold 

diethylether, centrifuged at each time and collected. The crude product was analysed by LC‐

ESI/QITMS. The peak at retention time 17.7 min was attributed to compound: 

• Cys‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys: CH3OCOC(NHCOCF3)CH2SCH2CO‐ A GAT CAT 

GCC  CGG  CAT‐Lys‐NH2.  Molecular  formula:  C185H234F3N97O52S.  ESI/QITMS 

(most abundant m/z):  [M+3H]3+  ‐  calculated m/z 1580.3,  found m/z 1580.4; 

[M+4H]4+ ‐ calculated m/z  1185.5, found m/z 1185.7. 

 

 

 

 

 

 

Page 238: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

202 

6.7.4. Synthesis of  fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐Pz‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐

NH2)]2+ (42) 

 

A GAT CAT GCC CGG CAT

NN N

NH2

Tc

OC CO CO

O H2N

NH3

ONH

2+

99m

 

 

In a nitrogen purged glass vial, 20 μl of ∼5x10‐4 M aqueous solution of  the purified 

conjugate  Pz‐A  GAT  CAT  GCC  CGG  CAT‐Lys‐NH2  (39)  was  added  to  180  μl  of  fac‐

[99mTc(CO)3(H2O)3]+ (37–74 MBq) in NaCl 0.9%. The reaction mixture was incubated at 100 °C 

for 1h at pH ∼ 7.4. The resulting complex  fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐Pz‐ A GAT CAT GCC CGG CAT‐

Lys‐NH2)]2+ was analyzed by RP‐HPLC. The presence of colloids was checked by  instant thin 

layer chromatography. 

 

RP‐HPLC (analytic, method 4): tR = 19.6 min. 

ITLC (Pyridine/acetic acid/H2O (3:5:1.5)): Rf = 1.  

 

6.8. Synthesis of compounds 43 ‐ 44 

 

6.8.1. Synthesis  of  Pz‐βAla‐Nle‐cyclo[Asp‐His‐DPhe‐Arg‐Trp‐Lys]‐NH2 

(43) 

 

NH

HN NH

OH2N

NH

O

NH

HN

O

NH

NH2

HN

NH

O

NH

NHN O

HNO

HNO

O

O

NN NNH2

O

 

 

Page 239: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

203

The  Pz‐βAla‐Nle‐cyclo[Asp‐His‐DPhe‐Arg‐Trp‐Lys]‐NH2  was  synthesized  by  Soraia 

Falcão  and  Dr.  Paula  Gomes  at  the  Universidade  do  Porto  followed  the  methodology 

described.225  

 

Full  deprotection  and  cleavage  of  the  final  peptide  from  the  solid  support  was 

performed  by  treatment  of  the  peptidyl  resin  with  TFA  containing  2.5%  H2O  and  2.5% 

triisopropylsilane. The crude product was purified by semipreparative reversed‐phase HPLC 

(better than 97%) and successfully characterized as the target peptide by amino acid analysis 

and ESI/QITMS. 

RP‐HPLC (method 4): tR = 9.9 min. 

ESI/QITMS  (most  abundant  m/z):  Molecular  formula  ‐  C64H94N20O10.  [M+H]+  ‐ 

calculated m/z 1303.7, found m/z 1303.9; [M+2H]2+ ‐ calculated m/z 652.4, found m/z 653.2. 

 

6.8.2. Synthesis  of  fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐Pz‐βAla‐Nle‐cyclo[Asp‐DPhe‐Arg‐

Trp‐Lys]‐NH2]2+ (44) 

 

99mNN N

NH2

TcOC

COCO

O HN

HN NH

OH2N

NH

O

NH

HN

O

NH

NH2

H2N

NH

O

NH

NHN O

HNO

HNO

O

O

2+

 

 

In a nitrogen purged glass vial, 100 μl of 6x10‐4 M aqueous solution of Pz‐βAla‐Nle‐

cyclo[Asp‐His‐DPhe‐Arg‐Trp‐Lys]‐NH2 (43) was added to 900 μl of fac‐[99mTc(CO)3(OH2)3]+ (37 

‐ 74 MBq)  in NaCl 0.9%. The reaction mixture was  incubated at 90 °C  for 50 min and then 

analyzed by RP‐HPLC and TLC. 

RP‐HPLC (analytic, method 5): tR = 11.8 min. 

TLC (5% HCl 6N/MeOH): Rf = 0.45. 

 

Page 240: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

204 

The radiolabelled compound was purified by semi‐preparative RP‐HPLC. The activity 

corresponding to the radioconjugate 44 was collected in a 50 mL Falcon flask containing 200 

μL  of  PBS  with  0.2%  BSA  or  modified  Eagle’s  medium  (MEM)  with  0.2%  BSA,  for 

biodistribution  or  cell  studies,  respectively.  The  solutions  were  concentrated  to  a  final 

volume  of  100  μL  under  a  nitrogen  stream,  and  the  product was  checked  by  thin‐layer 

chromatography  and  HPLC  (see  in  vitro  stability)  to  confirm  its  purity  and  stability  after 

purification and evaporation. 

 

6.9. Partition Coefficient 

 

The lipophilicity of the radioconjugates was evaluated by the ‘‘shakeflask’’ method233 

which  consists  on  determining  the  partition  coefficient  (P)  in  a  biphasic  system  n‐

octanol/PBS 0.1 M, pH 7.4.  

The radioconjugates were added to a mixture of octanol (1 mL) and 0.1 M PBS, pH = 

7.4  (1 mL), previously saturated  in each other by stirring the mixture (1 min). This mixture 

was vortexed and centrifuged (3000 rpm, 10 min) to allow phase separation. 500 μl of each 

phase were counted  in an  ionization chamber and the phase with higher activity was used 

for a new partition by adding 500 μl of the opposite phase. The mixture was again vortexed 

and centrifuged (3000 rpm, 10 min) to allow phase separation. 50 μl aliquots of both octanol 

and PBS were counted using a  γ‐counter. The partition coefficient (Po/w) was calculated by 

dividing  the  counts  in  the  octanol  phase  by  those  in  the  buffer,  and  the  results  were 

expressed as log Po/w. 

 

6.10. In Vitro Stability Studies  

6.10.1. Stability in the Presence of Cysteine and Histidine 

 

100 μl of 99mTc complexes solutions (21 and 23) were added to 900 μl of a 1.1 x 10‐3 

M solution of cysteine and to 900 μl of a 1.1 x 10‐3 M solution of histidine, in PBS, pH = 7.4 (it 

was added a 100‐fold excess of cysteine or histidine relative to compounds 15 and 17). The 

Page 241: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

205

solutions were  incubated at 37 °C and aliquots were analyzed by RP‐HPLC at different time 

points (1, 2, 4 and 6 h). 

 

6.10.2. Stability in Fresh Human Serum 

 

The  radiocomplexes  fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐Pz‐A GAT CAT GCC CGG CAT‐Lys‐NH2)]2+  (42) 

and  fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐Pz‐βAla‐Nle‐cyclo[Asp‐DPhe‐Arg‐Trp‐Lys]‐NH2]2+  (44)  (100  μl)  were 

added to fresh human serum (700 μl ‐ 1 mL), and the mixtures were incubated at 37 °C. At 

appropriate time points (5 min, 45 min, 1 h, 2 h, 4 h and 24 h), 100 μl aliquots were sampled 

and treated with 200 μl of ethanol to precipitate the proteins. Samples were centrifuged at 

3000 rpm for 15 min at 4 °C. The supernatant was analyzed by RP‐HPLC. 

 

6.10.3. Stability in PBS with 0.2% BSA  

 

The stability of the purified compound 44 in PBS containing 0.2% BSA was checked by 

TLC (5% HCl 6 N /MeOH) at different time points, after incubation at 37 °C. 

 

6.10.4. Stability in Cell Medium  

 

The radioactive compounds (purified or non‐purified) used for cell tests were added 

to cell medium and  incubated at 37 °C. At appropriate periods of time (0 min, 1 h, 2 h, 4 h 

and 24 h), aliquots were analysed by ITLC (pyridine/HOAC/H2O (3:5:1.5) for 42, TLC (5% HCl 6 

N  /MeOH)  for 35  and 44,  and RP‐HPLC  for 42  (Discovery® BioWide Pore  analytic) and 44 

(column: Supelguard LC 3 DP 2 cm x 4.6 mm ID; eluents: A – 10% iso‐propanol and 90% TFA 

0.1% in H2O, B ‐ 90% iso‐propanol and 10% TFA 0.1% in H2O; flow: 1 mL/min). 

 

6.11. Cell Studies  

Cell experiments were performed by  the RSG/ITN  cell experimentation  group.  The 

fluorescence microscopy studies were performed at Instituto de Medicina Molecular by Dr. 

Fernanda Marques and Dr. José Rino. 

Page 242: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

206 

The  cell  studies  of  compounds  35  and  44  were  performed  with  the  purified 

radiocompounds. The  fraction corresponding  to each  radioconjugate was collected  in a 50 

mL Falcon  flask containing 200 μl of modified Eagle’s medium  (MEM) with 0.2% BSA. The 

solutions  were  concentrated  to  dryness  and  after  that  cell  medium  was  added  to  the 

purified product. 

 

6.11.1. Cell Cultures 

 

SH‐SY5Y  human  neuroblastoma  cells, MCF7  human  breast  cancer  cells  and  PC3 

human prostate cancer cells  

 

SH‐SY5Y human neuroblastoma cells, kindly provided by Dr. R. Perfeito from Centro 

de Neurociências, Coimbra, Portugal, and MCF7 human breast cancer cells (ATCC, Manassas, 

VA USA) were grown  in Dulbecco’s Modified Eagle Medium (DMEM) containing GlutaMax  I 

supplemented with 10% heat‐inactivated fetal bovine serum and 1% penicillin/streptomycin 

antibitiotic solution (all from Gibco, Invitrogen, UK). PC3 human prostate cancer cells (ATCC, 

Manassas, VA USA) were grown in RPMI 1640 supplemented with 10% heat‐inactivated fetal 

bovine serum and 1% penicillin/streptomycin antibitiotic solution (Gibco, Invitrogen, UK). 

Cells were cultured in a humidified atmosphere of 95% air and 5% CO2 at 37 °C, with 

the medium  changed  every  two  days.  The  cells were  adherent  in monolayers  and, when 

confluent, were harvested from the cell culture flasks with trypsin–EDTA (Gibco, Invitrogen, 

UK) and seeded farther apart.  

 

B16F1 murine melanoma cells 

 

B16F1 murine melanoma cells (ECACC, England) were grown  in Dulbecco’s Modified 

Eagle Medium (DMEM) containing GlutaMax I supplemented with 10% heat‐inactivated fetal 

bovine serum and 1% penicillin/streptomycin antibitiotic solution (all from Gibco, Alfagene, 

Lisbon). Cells were cultured  in a humidified atmosphere of 95 % air and 5 % CO2 at 37 °C 

(Heraeus, Germany), with the medium changed every other day. The cells were adherent in 

Page 243: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

207

monolayers and, when confluent, were harvested  from  the  cell  culture  flasks with  trypsin 

EDTA (Gibco, Alfagene, Lisbon) and seeded farther apart. 

 

6.11.2. Cellular Internalization and Retention Studies 

 

Internalization assays of the radioconjugates were performed in the appropriate cell 

line. The cells were seeded at a density of 0.2 million/well into 24‐well tissue culture plates 

and allowed  to attach overnight. Cells were  incubated  in humidified 5 % CO2/95 % air, at 

room  temperature  or  37  °C  for  a  period  of  5 min  to  24  h with  about  200  000  cpm  of 

radioconjugates  in 0.5 mL of assay medium  (Modified Eagle’s Medium with 25 mM HEPES 

(N‐(2‐hydroxyethyl)piperazine‐N’‐ethanesulfonic  acid  and  0.2%  BSA  or  RPMI).  After 

incubation,  cells  were  washed  with  ice‐cold  assay  medium.  Cell‐surface  bound 

radiocompound was removed by two steps of acid wash (50 mM glycine, HCl/100 mM NaCl, 

pH 2.8) at room temperature for 5 min. The pH was neutralized with cold PBS with 0.2% BSA, 

and subsequently the cells were lysed by 10 min incubation with 1N NaOH at 37 °C and the 

radioactivity measured to determine the percentage of internalized complex.  

The  cellular  retention  of  the  internalized  radioconjugate was  determined  by  pre‐

incubation of cells with the radiolabelled compound for 3 or 4 h in humidified 5 % CO2/95 % 

air, at 37 °C. Afterwards, cells were washed with cold assay medium, the membrane‐bound 

radioactivity removed with acid buffer. The cells were then neutralized with cold PBS with 

0.2% BSA and  incubated with culture medium  (0.5 mL) at 37  °C. Radioactivity  release  into 

the  culture  media  and  that  in  the  cell  lysates  were  monitored  in  a  gamma  camera  at 

different time points over a 5 ‐ 6 h incubation period. 

 

6.11.3. Nuclear Internalization 

 

The  cells were  seeded  at  a  density  of  0.2 million/well  into  24‐well  tissue  culture 

plates and allowed to attach overnight. Cells were incubated in humidified 5% CO2/ 95% air, 

37 °C for a period of 30 min, 1, 2, 3, 4, 5 and 6 h with about 200 000 cpm of radioconjugate 

in 0.5 mL of assay medium. After incubation cells were washed with PBS with 0.2% BSA (250 

μl/well) and removed  from  the plate with  trypsin  (100 μl/well). The  inactivation of  trypsin 

Page 244: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

208 

was performed with 250 μl of culture medium. The cells in suspension were centrifuged (800 

rpm, 2 min) and washed twice with cold PBS with 0.2% BSA. To disrupt the cell membrane 1 

μl of Nonidet P‐40 10% (Roche) in 500 μl of lyse buffer (Tris 10 mM, MgCl2 1.5 mM, NaCl 140 

mM, pH 8.0  ‐ 8.3) were added. After 15 min of  incubation  in  ice  the cells suspension was 

centrifuged at 1300 g at 4 °C for 1 min. 

The  activities  of  supernatant  (activity  outside  the  nucleus)  and  of  the  precipitate 

(activity retained in the nucleus) were measured (4 replicates) for different incubation times. 

The  cellular  viability  of  the  cells  subjected  to  the  radioactive  product  for  4  h was 

tested. Three wells of each plate were  selected and  the cells were harvested with  trypsin 

and trypan blue was added. The viable cells do not get the blue colour because they are not 

permeable to trypan blue. 

 

6.11.4. Cell Viability 

 

The cytotoxicity was analysed by MTT  test  that evaluates  the cellular viability after 

incubation with the compound to test. The cells that survive to the test reduced the MTT182 

(3‐(4,5‐dimethylthiazol‐2‐yl‐)‐2,5‐diphenyltetrazolium  bromide)  to  formazan,  during  the 

cellular  respiration  in  the mitochondria.  The  formazan  detection  is  an  indication  of  the 

mitochondria integrity and, indirectly, of cellular viability. 

 

6.11.5. Cytotoxicity of Compounds 33 and 34 

 

The  cells were  seeded  in  96‐well  culture  plates  at  9000  cells/well  and  allowed  to 

attach for 6 h at 37 °C. Then the cells were exposed to compounds 33 or 34 (6.0 x 10‐5 M, 1.2 

x 10‐5 M, 6.0 x 10‐6 M, 1.2 x 10‐6 M, 6.0 x 10‐7 M, 1.2 x 10‐7 M, 6.0 x 10‐8 M, 1.2 x 10‐8 M, 6.0 x 

10‐9 M,  1.2  x  10‐9 M)  for  24  h  at  37  °C.  After  removing  the  compound  solutions  (pump 

aspiration) and after PBS washing  (200 μl), MTT  (0.5 mg/mL, 200 μl, 0.1 mg/well)  in MEM 

without phenol red with 10% FBS or PBS was incubated with the cells for 3 h at 37 °C. After 

removing the MTT solution and PBS washing (200 μl), the insoluble formazan crystals formed 

were dissolved (with micropipettes) and homogenized with dimethylsulfoxide (200 μl/well). 

 

Page 245: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

209

6.11.6. Radiotoxicity of fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐33)]2+ (35)  

 

The  cells  were  seeded  in  96‐well  culture  plates  at  7000  cells/well  (100μL,  culture 

medium (DMEM complete medium)) and allowed to attach for 6 h at 37 °C. Then the cells 

were exposed to the radioactive complex (40; 20; 10; 4; 2; 1; 0.4 μCi in culture medium, by 

dilutions from the most concentrated) for 36 ‐ 40 h at 37 °C. After removing the radioactive 

solutions  (pump  aspiration)  and  after  PBS  washing  (200  μL),  MTT  (0.5mg/mL,  200μl, 

0.1mg/well)  in MEM without phenol red with 10% FBS or PBS was  incubated with the cells 

for 3 h at 37 °C. After removing the MTT solution and PBS washing  (200 μL), the  insoluble 

formazan  crystals  formed  were  dissolved  (with  micropipettes)  and  homogenized  with 

dimethylsulfoxide (200 μL/well). 

The absorbance was measured at 595 nm using a microplate spectrophotomer (Power 

Wave Xs, Bio‐Tek). The blank solution was prepared with 200 μl of DMSO without cells and 

the  procedure  with  MTT  (first  column  of  the  microplate).  The  negative  control  was 

performed with the cells without radioactive complex (only DMEM complete medium and all 

procedure with MTT).  The  IC50  values were  calculated with  the GraphPad  Prism  5 Demo 

program. 

 

6.11.7. Evaluation of Cell Uptake by Fluorescence Microscopy 

 

B16F1 murine melanoma cells were grown at 37 °C  in DMEM medium (GIBCO) that 

was  supplemented with 10%  fetal bovine  serum, under a humidified 5% CO2 atmosphere. 

For  microscopy,  cells  were  cultured  overnight  on  coverslips  that  had  been  sterilised  in 

ethanol, and then placed in sterile six‐well plates in which ∼5x104 cells per well were plated. 

The  next  day  the medium was  discarded  and  replaced  by  fresh medium  that  contained 

ligand or complex (60 μM). The cells were exposed to compounds 33 or 34 for 3 h. After the 

loading, the cells were washed with PBS and fixed for 20 min at room temperature with 3% 

paraformaldehyde  in PBS. After  three washings with PBS,  the cells on  the coverslips were 

incubated with 60 μM DAPI (4’, 6‐diamidino‐2‐phenylindole) for nuclear staining for 20 min 

at room temperature, and then washed three times with PBS. After washing, the coverslips 

were  mounted  on  standard  microscope  slides  with  3%  N‐propyl  gallate  in  glycerol  to 

Page 246: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

210 

improve  the  optical  conditions  and  to  prevent  photobleaching.  The  samples  were  then 

imaged on a Leica DMRA2 upright microscope by using a 100 x 1.4NA objective and a Leica 

L5 filter cube for evaluating acridine orange fluorescence (λex = 440‐480 nm, λem max = 530 

nm  (green)) and a Chroma +A4 UV  filter  for DAPI  (λex max = 340 nm, λem max = 449 nm 

(blue)).  Images  were  acquired  and  colour‐combined  by  using  a  CoolSNAP  HQ  1.3 

Mpixelcooled CCD camera and the MetaMorph software. 

 

6.12. Biodistribution and In Vivo Stability  

All  animal  experiments  were  performed  in  compliance  with  Portuguese  Law  and 

European Directives (Portaria 1131/97, Decretos‐Lei nº 129/92 de 6 de Julho e 197/96 de 16 

de  Outubro  and  86/609/CEE)  regarding  ethics,  care  and  protection  of  animals  used  for 

experimental and other scientific proposes. The animals were housed in a temperature (22‐

23 °C) and humidity (45 ‐ 65 %) controlled room with a 12 h light/12 h dark schedule.  

 

Animal studies were performed by the RSG/ITN animal experimentation group. 

 

6.12.1. Biodistribution Studies 

 

6.12.1.1. Biodistribution Studies in CD‐1 Female Mice 

 

Biodistribution of the 99mTc complexes 21, 23, 35 and 42 was evaluated in groups of 3 

‐  4  CD‐1  female mice  (Charles  River  outbred  strain,  from  IFFA  CREDO,  Barcelona,  Spain). 

Animals were 30 ‐ 39 days old and 22 ‐ 29 g weight. Mice were  intravenously  injected with 

100 μl of each radiolabelled complex (in PBS) (3 ‐ 10 MBq) via the tail vein and the animals 

were kept  in normal diet ad  libitum. The effect of L‐lysine on non‐specific kidney uptake of 

radiocomplex 42 was checked up by co‐injection with L‐Lys (15 mg/50 μl saline) in order to 

block the cationic transporters on renal tubules. 

Animals  were  sacrificed  by  cervical  dislocation  at  1  and  4  h  after  injection.  The 

administered dose and the radioactivity in the sacrificed animals were measured with a dose 

calibrator (Curiemeter IGC‐3, Aloka, Tokyo, Japan or Carpintec CRC‐15W, Ramsey, USA). The 

Page 247: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

211

difference  in  radioactivity  between  the  injected  animal  and  the  sacrificed  animal  was 

assumed  to be due  to excretion. Tissues and organs of  interest were dissected,  rinsed  to 

remove  excess  blood,  weighted,  and  their  radioactivity  was  measured  using  the  dose 

calibrator or a γ‐counter. The uptake  in the tissues or organs was calculated and expressed 

as percent injected dose per gram of tissue or organ (%ID/g) or percent of injected dose per 

total  organ  or  tissue  (%ID/organ).  For  blood,  bone, muscle,  and  skin,  total  activity  was 

estimated  assuming  that  they  represent  6,  10,  40,  and  15%  of  the  total  body  weight, 

respectively. Blood samples were taken by cardiac puncture at sacrifice. The blood was then 

centrifuged and the serum separated and treated for HPLC analysis. Urine was also collected 

and pooled together at sacrifice time.  

 

Table 6.8  ‐ Biodistribution  results of  the  99mTc compounds 21 and 23 at 1 and 4 h  in CD‐1 Charles 

River mice, after intravenous injection (mean ± standard deviation, n = 3). 

% ID/organ ± standard deviation 

fac‐[99mTc(CO)3(κ3‐13)] (21)  fac‐[99mTc(CO)3(κ

3‐17)]+ (23) Tissue/organ 

1h   4h   1h   4h  

Blood  1.89 ± 0.23  1.39 ± 0.57  0.69 ± 0.12  0.31 ± 0.01 

Liver  4.81 ± 1.04  4.16 ± 0.54  5.57 ±1.51  3.24 ± 0.94 

Intestine  16.03 ± 0.77  20.38 ± 2.95  24.05 ±5.28  29.15 ± 1.72 

Spleen  0.06 ± 0.04  0.09 ± 0.08  0.12 ± 0.03  0.12 ± 0.05 

Heart  0.04 ± 0.01  0.02 ± 0.00  0.03 ± 0.01  0.01 ± 0.00 

Lung  0.13 ± 0.03  0.09 ± 0.03  0.10 ± 0.02  0.07 ± 0.03 

Kidney  0.98 ± 0.15  0.80 ± 0.01  0.33 ± 0.09  0.23 ± 0.02 

Muscle  0.74 ± 0.11  0.67 ± 0.14  0.46 ± 0.06  0.26 ± 0.04 

Bone  0.38 ±0.03  0.36 ± 0.11  0.23 ± 0.02  0.14 ± 0.02 

Stomach  0.28 ± 0.13  0.07 ± 0.04  0.39 ± 0.10  0.09 ± 0.03 

Pancreas  0.05 ± 0.01  0.03 ± 0.01  0.03 ±0.02  0.01 ± 0.00 

Excretion (% ID)  69.5 ± 1.4  67.6 ± 3.5  61.2 ± 4.8  64.4 ± 2.8 

 

 

 

 

 

Page 248: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

212 

Table 6.9 ‐ Biodistribution results of the 99mTc compound 35 at 1 and 4 h in CD‐1 Charles River mice, 

after intravenous injection (mean ± standard deviation, n = 4). 

% ID/organ ± standard deviation Tissue/organ 

1h  4h 

Blood  0.90 ± 0.68  0.17 ± 0.06 

Liver  54.89 ± 8.48  43.81 ± 15.71 

Intestine  26.41 ± 5.95  38.83 ± 11.98 

Spleen  0.06 ± 0.01  0.34 ± 0.01 

Heart  0.03 ± 0.01  0.03 ± 0.01 

Lung  0.91 ± 0.37  0.12 ± 0.04 

Kidney  8.80 ± 1.39  6.66 ± 2.47 

Muscle  0.64 ± 0.27  0.38 ± 0.09 

Bone  0.35 ± 0.07  0.34 ± 0.06 

Stomach  0.32 ± 0.11  0.40 ± 0.10 

Excretion (% ID)  3.5 ± 1.1  10.2 ± 6.5 

 

Table 6.10 ‐ Biodistribution results of the 99mTc compound 42 at 1 and 4 h in CD‐1 Charles River mice, 

after intravenous injection (mean %ID/organ ± standard deviation, n = 4). 

% ID/organ ± standard deviation Tissue/organ 

1h  4h 

Blood  1.40 ± 0.14  0.80 ± 0.05 

Liver  26.24 ± 3.31  32.39 ± 1.34 

Intestine  1.22 ± 0.23  1.29 ± 0.12 

Spleen  0.34 ± 0.14  0.38 ± 0.12 

Heart  0.08 ± 0.02  0.07 ± 0.01 

Lung  0.80 ± 0.52  1.21 ± 0.74 

Kidney  36.66 ± 1.03  34.71 ± 0.95 

Muscle  2.38 ± 0.21  1.71 ±  0.15 

Bone  2.19 ± 0.42  2.09 ± 0.87 

Stomach  0.65 ± 0.19  0.30 ± 0.04 

Excretion (% ID)  15.5 ± 1.4  18.9 ± 2.1 

 

Page 249: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

213

Table 6.11  ‐ Biodistribution results of the 99mTc compound 42 co‐injected with  lysine at 4 h  in CD‐1 

Charles River mice, after intravenous injection (mean %ID/organ ± standard deviation, n = 4). 

Tissue/organ  % ID/organ ± standard deviation 

Blood  0.73 ± 0.06 

Liver  38.60 ± 2.37 

Intestine  3.86 ± 0.73 

Spleen  3.59 ± 0.73 

Heart  0.10 ± 0.02 

Lung  1.14 ± 1.00 

Kidney  10.87 ± 1.47  

Muscle  2.15 ± 0.28 

Bone  3.26 ± 1.20 

Stomach  0.57 ± 0.34 

Excretion (% ID)  31.0 ± 3.0 

 

 

6.12.1.2. Biodistribution Studies in C57BL/6 female mice 

 

Biodistribution  of  the  purified  fac‐[99mTc(CO)3‐Pz‐βAla‐Nle‐cyclo[Asp‐DPhe‐Arg‐Trp‐

Lys]‐NH2] (44) was evaluated  in healthy and melanoma‐bearing C57BL/6 female mice (8–10 

weeks  old). Mice were  previously  implanted  subcutaneously with  1  X  106  B16F1  cells  to 

generate a primary skin melanoma. 10  to 12 days after  the  inoculation,  tumors  reached a 

weight  of  0.2‐1  g.  C57BL/6  female mice were  intravenously  injected  into  the  retroorbital 

sinus with  the  radiolabelled  complex  (3  ‐  10 MBq)  diluted  in  100  μl  of  PBS  pH  7.2.  For 

confirming  the  specific  tumor  uptake,  10  μg  of  NDP‐MSH  was  co‐injected  with  the 

radioactive  complex. The effect of  L‐Lys  coi‐njection on non‐specific  kidney uptake of  the 

radiopeptide (44) was examined in healthy C57BL/6 female mice. The animals were injected 

with a mixture of 3 MBq of the radiocomplex 44 and 15 mg of L‐Lys in 100 μl. 

The  animals were  sacrificed  by  cervical  dislocation  at  1,  4  and  24  h  after  injection.  The 

administered dose and the radioactivity in the sacrificed animals were measured with a dose 

calibrator (Curiemeter IGC‐3, Aloka, Tokyo, Japan or Carpintec CRC‐15W, Ramsey, USA). The 

difference  in  radioactivity  between  the  injected  animal  and  the  sacrificed  animal  was 

Page 250: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

214 

assumed  to be due  to excretion. Tumor, normal  tissues and normal  tissues and organs of 

interest were  dissected,  rinsed  to  remove  excess  blood, weighted,  and  their  radioactivity 

was measured  using  a  γ‐counter  (LB2111,  Berthold, Germany).  The  uptake  in  the  tumor, 

tissues  and organs of  interest was  calculated  and expressed  as percent  injected dose per 

gram of tissue or organ (%ID/g) or percent of injected dose per organ or tissue (%ID/organ). 

For blood, bone, muscle, and skin, total activity was estimated assuming that they represent 

6,  10,  40,  and  15%  of  the  total  body weight,  respectively.  Urine was  also  collected  and 

pooled together at the sacrificed time. 

 

Table 6.12  ‐ Biodistribution  results of  the  99mTc  compound 44  in B16F1 murine melanoma‐bearing 

C57BL/6 mice at 1, 4 and 24 h after intravenous injection (mean ± standard deviation, n = 4 ‐ 5) 

% ID/organ ± standard deviation Tissue/organ 

1 h  4 h  4 h with NDPa  24 h 

Tumor  2.9 ± 1.01  4.65 ± 1.17  0.75 ± 0.46  1.43 ± 0.46 

Blood  3.33 ± 0.93  2.18 ± 0.25  1.83 ± 0.17  0.25 ± 0.07 

Liver  39.33 ± 1.85  23.51 ± 1.28  24.93 ± 0.60  1.87 ± 0.04 

Intestine  8.59 ± 0.39  16.68 ± 2.00  18.59 ± 0.65  2.39 ± 0.76 

Spleen  0.22 ± 0.02  0.18 ± 0.02  0.16 ± 0.01  0.04 ± 0.00 

Heart  0.11 ± 0.02  0.05 ± 0.01  0.47 ± 0.01  0.02 ± 0.00 

Lung  0.56 ± 0.10  0.23 ± 0.02  0.25 ± 0.07  0.12 ± 0.06 

Kidney  19.22 ± 1.64  9.24 ± 0.67  11.77 ± 0.48  0.43 ± 0.07 

Muscle  2.86 ± 0.77  1.71 ± 0.84  1.52 ± 0.48  0.24 ± 0.03 

Bone  2.30 ± 0.25  1.53 ± 0.35  1.00 ± 0.13  0.20 ± 0.03 

Stomach  0.40 ± 0.15  0.20 ± 0.06  0.27 ± 0.09  0.05 ± 0.06 

Pancreas  0.11 ± 0.04  0.06 ± 0.02  0.04 ± 0.00  0.01 ± 0.00 

Skin  2.55 ± 0.30  1.74 ± 0.31  1.77 ± 0.30  0.43 ± 0.24 

Excretion (% ID)  14.2 ± 2.3  37.4 ± 2.4  33.0 ± 1.5  87.6 ± 3.2 aNDP (Nle4, DPhe7)‐αMSH (see table 1.8); aCoinjection of the radioconjugate with NDP 

 

 

 

 

Page 251: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

215

Table 6.13  ‐ Biodistribution of the 99mTc compound 44 co‐injected with 15 mg of L‐lysine  in healthy 

C57BL/6 mice, at 1 h after intravenous injection (mean ± standard deviation, n = 4). 

Tissue/organ  % ID/organ ± standard deviation 

Blood  3.56 ± 1.77 

Liver  29.81 ± 3.16 

Intestine  4.32 ± 0.90 

Spleen  0.16 ± 0.02 

Heart  0.12 ± 0.02 

Lung  0.67 ± 0.29 

Kidney  14.70 ± 1.51 

Muscle  2.39 ± 0.49 

Bone  1.49 ± 0.55 

Stomach  0.84 ± 0.40 

Adrenals  0.06 ± 0.04 

Pancreas  0.07 ± 0.02 

Skin  3.30 ± 0.43 

Total Excretion (%)  17.0 ± 2.2 

 

 

6.12.2. In Vivo Stability/Metabolization 

 

The  in  vivo  stability  of  the  radiocomplexes was  evaluated  by  RP‐HPLC  analysis  of 

urine, blood and liver homogenate. 

 

Urine: The urine was collected at the sacrificed time, centrifuged at 3000 rpm for 15 

min and analysed by RP‐HPLC. 

 

Blood: The blood was collected at the sacrificed time, centrifuged at 3000 rpm for 15 

min  at  4  °C,  and  the  serum was  separated.  100  μl  aliquots  of  serum were  sampled  and 

treated with 200 μl of ethanol to precipitate the proteins. Samples were then centrifuged at 

3000 rpm for 15 min at 4 °C. The supernatant was analyzed by RP‐HPLC. 

 

Page 252: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

6. Experimental Part 

216 

Liver homogenate: After injection of the radiocompound, the animals were kept with 

ad libitum diet. Immediately after sacrificed, the liver was excised, washed and added to 50 

mM TRIS/ 0.2 M sacarose, pH 7.4 at 4 °C, and homogenised. Liver homogenate aliquots (in 

duplicate) were treated with ethanol in a proportion EtOH/aliquot 2:1 v/v. The samples were 

centrifuged at 25 000 rpm, 15 min, 4 °C, and the supernatant analysed by RP‐HPLC. 

Page 253: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

References 

Page 254: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of
Page 255: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

References 

219

References  1. a) Weissleder R, Pittet MJ,  Imaging  in the era of molecular oncology, Nature, 2008, 452, 

580 – 589; b) Wester H‐J, Nuclear  imaging probes:  from bench  to bedside, Clin Cancer 

Res, 2007, 13, 3470 – 3480. 

2.  Massaoud  TF,  Gambhir  SS,  Molecular  imaging  in  living  subjects:  seeing  fundamental 

biological processes in a new light, Gene Dev, 2003, 17, 545 ‐ 580. 

3.  Liu  S, Bifunctional  coupling  agents  for  radiolabeling of biomolecules  and  target‐specific 

delivery  of metallic  radionuclides,  Advanced  Drug  Delivery  Reviews,  2008,  60,  1347  ‐ 

1370. 

4. Jurisson S, Berning D, Jia W, Ma D, Coordination Compounds  in Nuclear Medicine, Chem 

Rev, 1993, 93, 1137 ‐ 1156. 

5.  Saha  GB,  Fundamentals  of  Nuclear  Pharmacy,  5th  Edition,  2003,  Springer‐Verlag,  New 

York. 

6. Kowalsky R, Falen S, Radiopharmaceuticals  in Nuclear Pharmacy and Nuclear Medicine, 

2004, 2nd Edition, APhA Publications. 

7. Nabi HA, Zubeldia  JM, Clinical Applications of  18F‐FDG  in Oncology,  J Nucl Med Technol, 

2002, 30, 3 ‐ 9. 

8.  Anderson  C,  Welch  MJ,  Radiometal‐labeled  agents  (non‐technetium)  for  diagnostic 

imaging, Chem Rev, 1999, 99, 2219 ‐ 2234. 

9.  Lieser  KH,  Nuclear  and  radiochemistry,  Fundamentals  and  applications,  2nd  Revised 

Edition, 2001, Wiley‐VCH, Weinheim. 

10. Buchegger F, Perillo‐Adamer F, Dupertuis YM, Delaloye AB, Auger Radiation Target  into 

DNA: a Therapy Perspective, Eur J Nucl Med Mol Imag, 2006, 33, 1352 ‐ 1363. 

11. Unak P, Targeted Tumor Radiotherapy, Braz Arch Biol Technol, 2002, 45, 97 ‐ 110. 

12. Stepanek J, Larsson B, Weinreich R, Auger‐electron spectra of radionuclides for therapy 

and diagnostics, Acta Oncol, 1996, 35, 863 ‐ 868. 

13.  Liu  S,  The  role  of  coordination  chemistry  in  the  development  of  target‐specific 

radiopharmaceuticals, Chem Soc Rev, 2004, 33, 445 ‐ 461.  

14. Dilworth JR, Parrott SJ, The biomedical chemistry of technetium and rhenium, Chem Soc 

Rev, 1998, 27, 43 ‐ 55. 

Page 256: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

References 

220 

15. Volkert WA, Hoffman TJ, Therapeutic Radiopharmaceuticals, Chem Rev, 1999, 99, 2269 ‐ 

2292. 

16. Jurisson SS, Lydon JD, Potential Technetium small molecule radiopharmaceuticals, Chem 

Rev, 1999, 99, 2205 ‐ 22183. 

17.  Liu  S,  Edwards  DS,  99mTc‐Labeled  Small  Peptides  as  Diagnostic  Radiopharmaceuticals, 

Chem Rev 1999, 99, 2235 ‐ 2268. 

18. Abram U, Alberto R,  Technetium  and Rhenium  ‐ Coordination Chemistry  and Nuclear 

Medical Applications, J Brazil Chem Soc, 2006, 17, 1486 ‐ 1500. 

19.  Hom  RK,  Katzenellenbogen  JA,  Technetium‐99m‐Labelled  Receptor‐Specific  Small‐

Molecle Radiopharmaceuticals:Recent Developments and Encouraging Results, Nucl Med 

Biol, 1997, 24, 485 ‐ 498. 

20. Giblin M, Jurisson S, Quinn T, Synthesis and Characterization of Rhenium‐Complexed α‐ 

Melanotropin Analogs, Bioconjugate Chem, 1997, 8, 347 ‐ 353. 

21. Miao YB, Whitener D, Feng WW, Owen NK, Chen JQ, Quinn TP, Evaluation of the Human 

Melanoma  Targeting  Properties  of  Radiolabeled  α‐Melanocyte  Stimulating  Hormone 

Peptide Analogues, Bioconjugate Chem, 2003, 14, 1177 ‐ 1184. 

22. Chen J‐Q, Cheng Z, Hoffman TJ, Jurisson SS, Quinn TP, Melanoma‐targeting Properties of 99mTechnetium‐labeled  Cyclic  α‐Melanocyte‐stimulating  Hormone  Peptide  Analogues, 

Cancer Res, 2000, 60, 5649 ‐ 5658. 

23. Noddack W, Tacke I, Berg O, Die Ekamangane, Naturwissenschaften, 1925, 13, 567 ‐ 574. 

24.  Bailar  JC,  Emeléus  HJ,  Nyholm  R,  Trotman‐Dickenson  AF,  Compreehensive  Inorganic 

Chemistry, 1973, Pergamon Press, Oxford, 877 ‐ 903. 

25. Perrier C, Segré E, Radioactive Isotopes of Element 43, Nature, 1937, 140, 193 ‐ 194. 

26. Alberto R, New Organometallic Technetium Complexes for Radiopharmaceutical Imaging, 

Top Curr Chem, 2005, 252, 1 ‐ 44. 

27. Subramanian G, Rhodes BA, Cooper JF, Sodd VJ, Radiopharmaceuticals, 1975, Society of 

Nuclear  Medicine,  New  York  (chapter  3‐  Chemistry  of  Technetium  as  Applied  to 

Radiopharmaceuticals, 23 ‐ 25). 

28. Cotton FA, Wilkinson G, Advanced  Inorganic Chemistry, 5th edition, 1988, John Wiley & 

Sons, New York, 846 ‐ 866. 

29. Lee JD, Química Inorgânica, 1980, Editora Edgard Blücher Ltda., São Paulo. 

Page 257: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

References 

221

30. Deutsch E, Libson K, Vanderheyden J‐L, Ketring AR, Maxon HR, The Chemistry of Rhenium 

and Technetium as Related to the Use of Isotopes of these Elements in Therapeutic and 

Diagnostic Nuclear Medicine, Nucl Med Biol, 1986, 113, 4, 465 ‐ 477. 

31. Banerjee SR, Maresca KP, Francesconi L, Valliant J, Babich JW, Zubieta J, New directions 

in the coordination Chemistry of 99mTc: a reflection on technetium core structures and a 

strategy for new chelate design, Nucl Med Biol, 2005, 32, 1 ‐ 20. 

32 Alberto R, Schibli R, Egli A, Schubiger PA, Herrmann WA, Georg A, Abram U, Kaden TA, 

Metal carbonyl syntheses XXII. Low pressure carbonylation of  [MOCl4]‐ and  [MO4]

‐:  the 

technetium(I)  and  rhenium(I)  complexes  [NEt4]2[MCl3(CO)3],  J Organomet Chem,  1995, 

493, 119 ‐ 127. 

33.  Alberto  R,  Schibli  R,  Egli  A,  Schubiger  AP,  A  novel  organometallic  aqua  complex  of 

technetium  for  the  labeling  of  biomolecules:  synthesis  of  fac‐[99mTc(H2O)3(CO)3]+  from 

[99mTcO4]‐ in aqueous solution and its reaction with a bifunctional ligand, J Am Chem Soc, 

1998, 120, 7987 ‐ 7988. 

34  Alberto  R,  Schibli  R, Waibel  R,  Abram  U,  Schubiger  AP,  Basic  aqueous  chemistry  of 

[M(OH2)3(CO)3]+  (M = Re, Tc) directed  towards  radiopharmaceutical application, Coord 

Chem Rev, 1999, 190 ‐ 192, 901 ‐ 919. 

35. Alberto R, Ortner K, Wheatley N,  Schibli R,  Schubiger AP,  Synthesis  and Properties of 

Boranocarbonate:  A  Convenient  in  situ  CO  source  for  the  Aqueous  Preparation  of 

[99mTc(OH)2(CO)3]+, J Am Chem Soc, 2001, 123, 3135 ‐ 3136. 

36.  Schibli  R,  Schubiger  PA,  Current  use  and  future  potential  of  organometallic 

radiopharmaceuticals, Eur J Nucl Med, 2002, 29, 1529 ‐ 1542. 

37.  Egli A, Alberto  R,  Tannahill  L,  Schibli  R, Abram U,  Schaffland A, Waibel  R,  Tourwe D, 

Jeannin L,  Iterbeke K, Schubiger PA. Organometallic  99mTc‐aquaion  labels peptide  to an 

unprecedented high specific activity, J Nucl Med, 1999, 40, 1913 ‐ 1917  

38.  Ballinger  JR,  The  effect  of  carrier  on  technetium‐99m  radiopharmaceuticals, Q  J Nucl 

Med, 2002, 46, 224 ‐ 232. 

39.  Egli A, Alberto  R,  Tannahill  L,  Schibli  R, Abram U,  Schaffland A, Waibel  R,  Tourwé D, 

Jeannin L,  Iterbeke  I, Schubiger PA, Organometallic 99m

Tc‐Aquaion Labels Peptide  to an 

Unprecedented High Specific Activity, J Nucl Med, 1999, 40, 1913 ‐ 1917. 

Page 258: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

References 

222 

40.  Schibli  R,  Bella  RL,  Alberto  R,  Garcia‐Garyoa  E,  Ortner  K,  Abram  U,  Schubiger  PA, 

Influence of  the denticity of  ligand  systems on  the  in vitro and  in vivo behavior of Tc‐

99m(I)‐tricarbonyl  complexes:  A  hint  to  the  future  functionalization  of  biomolecules, 

Bioconjugate Chem, 2000, 3, 345 – 351. 

41. D’Andrea LD, Testa I, Panico MR, Stasi R, Caracò C, Tarallo L, Arra C, Barbieri A, Romanelli 

A, Aloj L, In Vivo and In Vitro Characterization of CCK8 Bearing a Histidine‐Based Chelator 

Labeled With 99mTc‐Tricarbonyl, Pept Sci, 2008, 90, 707 ‐ 712. 

42.  a)  Alberto  R,  Schibli  R,  Schubiger  AP,  First  Application  of  fac‐[99m

Tc(OH2)3(CO)3]+ in 

Bioorganometallic Chemistry: Design, Structure, and in Vitro Affinity of a 5‐HT1A Receptor 

Ligand Labeled with 99m

Tc, J Am Chem Soc, 1999, 121, 6076 ‐ 6077; b) Nolte NM, Labeling 

of  Biomolecules  for Medicinal  Applications  ‐  Bioorganometallic  Chemistry  at  its  Best, 

Angew Chem Int Ed, 2001, 40, 1040‐1043. 

43. Saw MM, Kurz P, Agorastos N, Andy Hor TS, Sundram FX, Yan YK, Alberto R, Inorg Chim 

Acta, 2006, 359, 4087 – 4094. 

44. Mundwiler S, Kündig M, Ortner K, Alberto R, A New [2+1] Mixed Ligand Concept Based 

on [99mTc(OH2)3(CO)3]+: a Basic Study, Dalton Trans, 2004, 1320 – 1328. 

45. Agorastos N, Borsig L, Renard A, Antoni P, Viola G, Spingler B, Kurz P, Alberto R, Cell‐

specific and nuclear targeting with [M(CO)]+ (M = 99mTc, Re)‐based complexes conjugated 

to acridine orange and bombesin, Chem Eur J, 2007, 13, 3842 ‐ 3852. 

46.  Staveren D, Benny PD, Waibel R, Kurz P, Pak  J‐K, Alberto R,  S‐functionalized  cysteine: 

powerful  ligands  for  the  labelling  of  bioactive  molecules  with 

triaquatricarbonyltechnetium‐99m(1+)  ([99mTc(OH2)(CO)3]+),  Helv  Chim  Acta,  2005,  88, 

447 ‐ 460. 

47. Choi K‐H, Hong Y‐D, Choi O‐J, Choi S‐J, Synthesis and Physical Evaluation of 99mTc(CO)3‐

labeled cysteine‐arylpiperazines for a neuroreceptor(5‐HT1A)  Imaging, Bull Korean Chem 

Soc, 2006, 27, 1689 ‐ 1692.  

48. Alberto R, Pak JK, Staveren D, Mundwiler S, Benny P, Mono‐, bi‐, or tridentate  ligands? 

The labeling of peptides with 99mTc‐carbonyls, Biopolymers, 2004, 76, 324 ‐ 333.  

49. Karagiorgou O, Patsis G, Pelecanou M, Raptopoulou CP, Terzis A, Siatra‐Papastaikoudi T, 

Alberto R, Pirmettis I, Papadopoulos M, (S)‐(2‐(2’‐Pyridyl)ethyl)cysteamine and (S)‐(2‐(2’‐

Page 259: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

References 

223

Pyridyl)ethyl)‐D,L‐homocysteine as Ligands for the “fac‐[M(CO)3]

+” (M = Re, 99mTc) Core, 

Inorg Chem Comm, 2005, 44, 4118 – 4120.  

50. Park SH, Jang BS, Park KB, Synthesis and biological characterization of 99mTc(I) tricarbonyl 

cysteine complex, a potential diagnostic  for assessment of renal  function,  J Lab Compd 

Radiopharm, 2005, 48, 63 ‐ 73. 

51.  He  H,  Lipowska  M,  Xu  X,  Taylor  AT,  Carlone  M,  Marzilli  LG,  Re(CO)3  Complexes 

Synthesized via an  Improved Preparation of Aqueous  fac‐[Re(CO)3(H2O)3]+ as an Aid  in 

Assessing  99mTc  Imaging  Agents.  Structural  Characterization  and  Solution  Behavior  of 

Complexes with Thioether‐Bearing Amino Acids as Tridentate Ligands, Inorg Chem, 2005, 

44, 5437 ‐ 5446. 

52. He H,  Lipowska M,  Christoforou  AM, Marzilli  LG,  Taylor  AT,  Initial  evaluation  of  new 99mTc(CO)3  renal  imaging  agents  having  carboxyl‐rich  thioether  ligands  and  chemical 

characterization of Re(CO)3 analogues, Nucl Med Biol, 2007, 34, 709 ‐ 716. 

53. Mundwiler S, Candreia L, Häfliger P, Ortner K, Alberto R, Preparation of No‐Carrier‐Added 

Technetium‐99m  Complexes  via  Metal‐Assisted  Cleavage  from  a  Solid  Phase, 

Bioconjugate Chem, 2004, 15, 195 – 202. 

54. a) Staveren DR, Mundwiler S, Hoffmanns U, Pak JK, Spingler B, Metzler‐Nolte N, Alberto, 

R,  Conjugation  of  a  novel  histidine  derivative  to  biomolecules  and  labelling  with 

[99mTc(OH2)3(CO)3]+, Org Biomol Chem, 2004, 2, 2593 – 2603; b) Pak JK, Benny P, Spingler 

B, Ortner K, Alberto R, N Functionalization of Metal and Organic Protected L‐Histidine for 

a  Highly  Efficient,  Direct  Labeling  of  Biomolecules with  [Tc(OH2)3(CO)3]+,  Chem  Eur  J, 

2003, 9, 2053  ‐ 2061; c) Egli A, Alberto R, Tannahill L, Schibli R, Abram U, Schaffland A, 

Waibel R, Tourwe D, Jeannin L, Iterbeke K, Schubiger PA. Organometallic Tc‐99m‐aquaion 

labels peptide  to an unprecedented high specific activity.  J Nucl Med 1999, 40, 1913 – 

1917. 

55. a) Suzuki K, Shimmura N, Thipyapong K, Uehara T, Akizawa H, Arano Y, Assessment of 

Macrocyclic  Triamine  Ligands  As  Synthons  for  Organometallic  99mTc 

Radiopharmaceuticals, Inorg Chem, 2008, 47, 2593 – 2600; b) Schibli R, Alberto R, Abram 

U, Abram S, Egli A, Schubiger PA, Kaden TA, Structural and  99Tc NMR  Investigations of 

Complexes with fac‐[Tc(CO)3]+ Moieties and Macrocyclic Thioethers of Various Ring Sizes: 

Synthesis  and  X‐ray  Structure  of  the  Complexes  fac‐[Tc(9‐ane‐S3)(CO)3]Br,  fac‐

Page 260: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

References 

224 

[Tc2(tosylate)2(18‐ane‐S6)(CO)6],  and  fac‐[Tc2  (20‐ane‐S6‐OH)(CO)6][tosylate]2,  Inorg 

Chem, 1998, 37, 3509 – 3516. 

56.  a)  Alves  S,  Paulo  A,  Correia  JDG,  Domingos  A,  Santos  I,  Coordination  capabilities  of 

pyrazolyl containing ligands towards the fac‐[Re(CO)3]+ moiety, J Chem Soc Dalton Trans, 

2002, 24, 4714  ‐ 4719; b) Alves S, Paulo A, Correia  JDG, Gano L, Smith CJ, Hoffman TJ, 

Santos  I,  Pyrazolyl  derivatives  as  bifunctional  chelators  for  labeling  tumor‐seeking 

peptides with  the  fac‐[M(CO)3]+ moiety  (M =  99mTc, Re), Bioconjugate Chem, 2005, 16, 

438 ‐ 449; c) Alves S, Correia JDG, Santos I, Veerendra B, Sieckman GL, Hoffman TJ, Rold 

T, Retzloff L, McCrate J, Prasanphanich A, Smith CJ, Nucl Med Biol, 2006, 33, 625 ‐ 634; d) 

Alves S, Correia JDG, Gano L, Rold TL, Prasanphanich A, Haubner R, Rupprich M, Alberto 

R, Decristoforo C, Santos I, Smith CJ, In vitro and in vivo evaluation of a novel 99mTc(CO)3‐

pyrazolyl conjugate of cyclo‐(Arg‐Gly‐Asp‐D‐Tyr‐Lys), Bioconjugate Chem, 2007, 18, 530 ‐ 

537; e) Palma E, Oliveira BL, Correia  JDG, Gano  L, Maria  L, Santos  IC,  Santos  I, A new 

biphosphonate‐containing  99mTc(I)  tricarbonyl  complex  potentially  useful  as  a  bone‐

seeking agent: synthesis and biological evaluation, J Biol Inorg Chem, 2007, 12, 667 ‐ 679. 

57. Vitor RF, Correia I, Videira M, Marques F, Paulo A, Pessoa JC, Viola G, Martins GG, Santos 

I,  Pyrazolyl‐diamine  ligands  that  bear  anthracenyl  moieties  and  their  rhenium(I) 

tricarbonyl  complexes:  Synthesis,  characterisation  and  DNA‐binding  properties, 

ChemBioChem, 2008, 9, 131 ‐ 142. 

58.  Raposinho  PD,  Correia  JDG,  Alves  S,  Botelho MF,  Santos  AC,  Santos  I,  A  99mTc  (CO)3‐

labeled  pyrazolyl‐alpha‐melanocyte‐stimulating  hormone  analog  conjugate  for 

melanoma targeting, Nucl Med Biol, 2008, 35, 91 ‐ 99. 

59. a) Lee BC, Kim DH, Lee I, Choe YS, Chi DY, Lee K‐H, Choi Y, Kim B‐T, 16‐Cyclopentadienyl 

tricarbonyl  99mTc  16‐oxo‐hexadecanoic  acid:  synthesis  and  evaluation  of  fatty  acid 

metabolism  in mouse myocardium,  J Med  Chem,  2008,  51,  3630  ‐  3634;  b)  Zobi  F, 

Spingler  B,  Alberto  R,  Syntheses,  Structures  and  reactivities  of  [CpTc(CO)3X]+  and 

[CpRe(CO)3X]+, Eur J  Inorg Chem, 2008, 4205  ‐ 4214; c) Ferreira CL, Ewart CB, Bayly SR, 

Patrick  BO,  Steele  J,  Adam  MJ,  Orvig  C,  Glucosamine  Conjugates  of 

Tricarbonylcyclopentadienyl Rhenium(I) and Technetium(I) Cores, Inorg Chem, 2006, 45, 

6979  ‐  6987;  d)  Saidi  M,  Seifert  S,  Kretzschmar  M,  Bergmann  R,  Pietzsch  H‐J, 

Cyclopentadienyl tricarbonyl complexes of 99mTc for the in vivo imaging of the serotonin 

Page 261: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

References 

225

5‐HT1A  receptor  in  the brain,  J Organomet Chem, 2004, 689, 4739  ‐ 4744; e)  S Masi,S 

Top,L  Boubekeur,G  Jaouen,  S  Mundwiler,B  Spingler,R  Alberto,  Direct  Synthesis  of 

Tricarbonyl(cyclopentadienyl)rhenium  and  Tricarbonyl(cyclopentadienyl)technetium 

Units from Ferrocenyl Moieties ‐ Preparation of 17α‐Ethynylestradiol Derivatives Bearing 

a Tricarbonyl(cyclopentadienyl)technetium Group, Eur J Inorg Chem, 2004, 2013 ‐ 2017; 

f) Masi S, Top S, Dagorne S, Welter R, Jaouen G, Isolation of fac‐[Re(CO)3(HMPA)3][BF4]. 

Structural  characterization  of  a  key  cationic  intermediate  in  the  exchange  reaction 

between  [Re(CO)6][BF4]  and  acetylferrocene.  Implications  in  radiopharmaceutical 

chemistry,  J Organomet Chem, 2004, 689, 273  ‐ 276;  g) Top  S, Masi  S,  Jaouen G, The 

[Re(CO)6]+  cation  as  a  ligand‐transfer  reagent with  ferrocene  derivatives,  Eur  J  Inorg 

Chem, 2002, 1848 – 1853; h) Mull ES, Sattigeri VJ, Rodriguez AL, Katzenellenbogen  JA, 

Aryl Cyclopentadienyl Tricarbonyl Rhenium Complexes: Novel  Ligands  for  the Estrogen 

Receptor with Potential Use as Estrogen Radiopharmaceuticals, Bioorg Med Chem, 2002, 

10, 1381  ‐ 1398;  i) Cesati RR, Tamagnan G, Baldwin RM, Zoghbi SS,  Innis RB, Kula NS, 

Baldessarini RJ, Katzenellenbogen  JA. Synthesis of  cyclopentadienyltricarbonyl  rhenium 

phenyltropanes  by  double  ligand  transfer:  organometallic  ligands  for  the  dopamine 

transporter,  Bioconjugate  Chem,  2002,  13,  29  ‐  39;  j)  Wald  J,  Alberto  R,  Ortner  K, 

Candreia  L,  Aqueous  One‐Pot  Synthesis  of  Derivatized  Cyclopentadienyl  Tricarbonyl 

Complexes of  99mTc with an  In Situ CO Source: Application  to a Serotonergic Receptor 

Ligand, Angew Chem Int Ed, 2001, 40, 3062 – 3066; k) Spradau TW, Katzenellenbogen JA, 

Protein  and  Peptide  Labeling  with  (Cyclopentadienyl)tricarbonyl  Rhenium  and 

Technetium, Bioconjugate Chem. 1998, 9, 765 – 772; l) Minutolo F, Katzenellenbogen JA, 

A  convenient  three‐component  synthesis  of  substituted  cyclopentadienyl  tricarbonyl 

rhenium  complexes,  J Am  Chem  Soc,  1998,  120,  4514  ‐  4515; m)  Top  S,  Vessieres A, 

Jaouen G, Synthetic strategy for organometallic complexes of rhenium with exceptionally 

high‐affinity  for  the  estradiol‐recepor  their  potential  use  as  imaging  and  therapeutic 

agents, J Chem Soc‐Chem Comm, 1994, 4, 452 ‐ 454.  

60. a) Garcia R, Paulo A, Domingos A, Santos  I, Ortner K, Alberto R, Re and Tc Complexes 

Containing  B‐H…M  Agostic  Interactions  as  Building  Blocks  for  the  Design  of 

Radiopharmaceuticals, J Am Chem Soc, 2000, 122, 11240  ‐ 11241; b) Garcia R, Paulo A, 

Domingos  A,  Santos  I,  Rhenium(I)  organometallic  complexes  with  novel 

Page 262: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

References 

226 

bis(mercaptoimidazolyl)borates and with hydrotris(mercaptoimidazolyl)borate: chemical 

and structural studies, J Organomet Chem, 2001, 632, 41‐48; c) Garcia R, Gano L, Maria L, 

Paulo A,  Santos  I,  Spies H,  Synthesis  and biological evaluation of  tricarbonyl Re(I)  and 

Tc(I)  complexes  anchored  bypoly(azolyl)borates:  application  on  the  design  of 

radiopharmaceuticals for the targeting of 5‐HT1A receptors, J Biol Inorg Chem, 2006, 11, 

769 – 782; d) Maria L, Paulo A, Santos  IC, Santos  I, Kurz P, Spingler B, Alberto R, Very 

Small and Soft Scorpionates: Water Stable Technetium Tricarbonyl Complexes Combining 

a Bis‐agostic (k3‐H, H, S) Binding Motif with Pendant and Integrated Bioactive Molecules, 

J Am Chem Soc, 2006, 128, 14590 ‐ 14598. 

61. Banarjee S, Levadala M, Lazarova N, Wei L, Valliant JF, Stephenson KA, Babich J, Maresca 

KP, Zubieta J, Bifunctional single amino acid chelates (SAAC) for labeling of biomolecules 

with  the  {Tc(CO)3}+1  and  {Re(CO)3}

+1  Cores.  The  crystal  and  molecular  structures  of 

[ReBr(CO)3‐(H2NCH2‐C5H4N)],  [Re(CO)3{(C5H4NCH2)2NH}]Br,[Re(CO)3{(C5H4NCH2)2‐

NCH2CO2}]Br, [Re(CO)3{X(Y)NCH2‐CO2CH2CH3}]Br, (X = Y = 2‐pyridylmethyl; X = 2‐pyridyl‐

methyl,  Y  =  2‐(1‐methylimidazolyl)methyl;  X  =  Y  =  2‐(1‐methylimidazolyl)methyl, 

[ReBr(CO)3{(C5H4NCH2)NH(CH2C4H3S)]  and  [Re(CO)3(C5H4NCH2)N(CH2C4H3S)(CH2CO2)], 

Inorg Chem, 2002, 41, 6417 – 6425.  

62. Alberto R,  The particular  role of  radiopharmacy within bioorganometallic  chemistry,  J 

Organomet Chem, 2007, 692, 1179 ‐ 1186. 

63.  Lewis MR,  Jia  F, Antisense  imaging  and miles  to  go before we  sleep?,  J Cell Biochem, 

2003, 90, 464 ‐ 472. 

64. Hnatowich DJ, Observations of the Role of Nuclear Medicine in Molecular Imaging, J Cell 

Biochem Supplement, 2004, 39, 18 ‐ 34. 

65.  Berger  F,  Gambhir  SS,  Recent  advances  in  imaging  endogenous  or  transferred  gene 

expression  utilizing  radionuclide  technologies  in  living  subjects:  applications  to  breast 

cancer, Breast Cancer Res, 2001, 3, 28 – 35. 

66. Hnatowich DJ, Nakamura K, Antisense targeting in cell culture with radiolabeled DNAs ‐ a 

brief review of recent progress, Ann Nucl Med, 2004, 18, 363 ‐ 368. 

67. Woolf  TM, Melton DA,  Jennings CGB,  Specificity of  antisense oligonucleotides  in  vivo, 

Proc Natl Acad Sci USA, 1992, 89, 7305 ‐ 7309. 

Page 263: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

References 

227

68. Haberkorn U, Mier W, Eisenhut M, Scintigraphic  Imaging of Gene Expression and Gene 

Transfer, Curr Med Chem, 2005, 12, 779 ‐ 794. 

69. Hnatowich DJ, Antisense and Nuclear Medicine, J Nucl Med, 1999, 40, 693 ‐ 703. 

70. Taylor SE, Budinger TF, Prospective on the potential of Imaging Gene Expression, Center 

for  Functional  Imaging  Life  Science  Division,  University  of  California,  Berkeley,  2000, 

LBNL‐44311. 

71. Branch AD, A Hitchhiker’s guide  to antisense and nonantisense biochemical pathways, 

Hepathology, 1996, 24, 1517 ‐ 1529. 

72.  Lima WF, Monia  BP,  Ecker  Di,  Freier  SM,  Implications  of  RNA  stucture  on  antisense 

olignucleotide hybridization kinetics, Biochem, 1992, 31, 12055 – 12061. 

73. a) Temsamani J, Agrawal S, Antisense oligonucleotides as antiviral agents, Adv Antiviral 

Drug  Des,  1996,  21  –  39;  b)  Wagner  RW,  Gene  inhibition  using  antisense 

oligonucleotides, Nature, 1994, 372, 333 – 335.  

74.  a)  Chan  JH,  Lim  S, Wong WS.  Antisense  oligonucleotides:  from  design  to  therapeutic 

application,  Clin  Exp  Pharmacol  Physiol,  2006,  33,  533  –  540;  b)  Patzel  V,  Steidl  U, 

Kronenwett R, Haas R, Sczakiel G, A  theoretical approach  to  select effective antisense 

oligodeoxyribonucleotides  at  high  statistical  probability,  Nucleic  Acids  Res,  1999,  27, 

4328 – 4334; c) Sczakiel G, Theoretical and experimental approaches to design effective 

antisense oligonucleotides, Front Biosci, 2000, 5, D194 ‐ 201. 

75. a) Wickstrom E, Antisense  c‐myc  inhibition of  lymphoma growth, Antisense Nucleic A, 

1997,  7,  225  ‐  228;  b) Wickstrom  E,  Tian  X,  Rao  PS,  Thakur ML,  Qin W,  Sauter  ER, 

Oncogene mRNA  imaging with  99mTc‐chelator‐PNA‐peptides,  Russ  Chem  B+,  2002,  51, 

1083  –  1099;  c) Wickstrom  E,  Thakur ML,  Sauter  ER,  Receptor‐specific  targeting with 

compelmentary peptide nuceic acids conjugated  to peptide analogs and  radionuclides, 

Lett Pep Sci, 2003, 10, 191 – 214.  

76.  a)  Jia  F,  Figueroa  SD, Gallazzi  F,  Lever  SZ, Hannink M, Hoffman  TJ,  Biodistribution  of 

Indium‐111  labeled  PNA‐peptide  conjugates  in  small  lymphocytic  lymphoma‐bearing 

SCID mice. In: Mazzi U, editor, Technetium, Rhenium and other metals  in Chemistry and 

Nuclear Medicine 7, SGEditoriali, Padova, 2006, 371 ‐ 376; b) Jia F, Figueroa SD, Gallazzi F, 

Balaji  BS,  Hannink  M,  Lever  SZ,  Hoffman  TJ,  Lewis  MR,  Molecular  imaging  of  bcl‐2 

Page 264: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

References 

228 

expression in small lymphocytic lymphoma using 111In‐labeled PNA–peptide conjugates, J 

Nucl Med, 2008, 49, 430 ‐ 438. 

77. Tavitian B, Terrazzino S, Kuhnast B, Marzabal S, Stettler O, Dolle F, Deverre JR, Jobert A, 

Hinnen F, Bendriem B, Crouzel C, Di Giamberardino L, In vivo imaging of oligonucleotides 

with positron emission tomography, Nat Med, 1998, 84, 467 ‐ 471. 

78. Sun X, Fang H, Li X, Rossin R, Welch MJ, Taylor J‐S, MicroPET Imaging of MCF‐7 Tumors in 

Mice via unr mRNA‐Targeted Peptide Nucleic Acids, Bioconjugate Chem, 2005, 16, 294 ‐ 

305. 

79.  Duatti  A,  In  vivo  imaging  of  oligonucleotides  with  nuclear  tomography,  Curr  Drug 

Targets, 2004, 5, 753 ‐ 760. 

80.  Younes  CK,  Boisgard  R,  Tavitian  B,  Labelled  oligonucleotides  as  radiopharmaceuticals: 

Pitfalls, problems and perspectives, Current Pharm Design, 2002, 8, 1451 ‐ 1466. 

81. a) Dewanjee MK, Ghafouripour AK, Kapodvanjwala M, Dewanjee S, Serafini AN,  Lopez 

DM,  et  al. Noninvasive  imaging  of  c‐mcy  oncogene messenger  RNA with  indium‐111‐

Antisense  probes  in  a mammary  tumor‐bearing mouse model,  J Nucl Med,  1994,  35, 

1054  ‐ 1063; b)  Zhang YM,  Liu N, Zhu  ZH, Rusckowski M, Hnatowich DJ,  Influences of 

different  chelators  (HYNIC, MAG3  and  DTPA)  on  tumor  cell  accumulation  and mouse 

biodistribution of Technetium‐99m labelled to antisense DNA, Eur J Nucl Med, 2000, 27, 

1700 ‐ 1707; c) Zhang Y‐M, Wang Y, Liu N, Zhu Z‐H, Rusckowski M, Hnatowich DJ, In vitro 

investigations of  tumortargeting with 99mTc‐labeled antisense DNA,  J Nucl Med, 2001, 

42,  1660  –  1669;  d)  Roivainen  A,  Tolvanen  T,  Salomäki  S,  Lendvai  G,  Velikyan  I, 

Numminem  P,  Välilä,  Sipilä,  Bergström M, Härkönen  P,  Lönnberg H,  Längström,  68Ga‐

Labeled oligonucleotides for in vivo Imaging with PET, J Nucl Med, 2004, 45, 347 ‐ 355. 

82 Wickstrom E, Bacon TA, Wickstrom EL, Down‐regulation of c‐MYC antigen expression  in 

lymphocytes  of  Emu‐c‐myc  transgenic  mice  treated  with  anti‐cmyc  DNA 

methylphosphonates, Cancer Res, 1992, 52, 6741 ‐ 6745. 

83. Miller PS, Development of antisense and antigene oligonucleotide analogs. In: Cohn WE, 

Moldave K, editors, Nucleic acid  research and molecular biology, San Diego: Academic 

Press. 1996, 52, 261 – 291;  

84. Aboul‐Fadl T, Antisense Oligonucleotides: The state of the art, Curr Med Chem, 2005, 12, 

2193 ‐ 2214.  

Page 265: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

References 

229

85. Lendvai G, Velikyan I, Bergström M, Estrada S, Laryea D, Välia M, Salömaki S, Längström, 

Roivainen  A,  Biodistribution  of  68Ga‐labelled  phosphodiester,  and  2’‐O‐methyl 

phosphodiester oligonucleotides in normal rats, Eur J Pharm Sci, 2005, 26, 26 – 38. 

86.  Zhanga  Y‐M,  Tungb  C‐H,  Hea  J,  Liua  N,  Yanachkovc  I,  Liua  G,  Rusckowskia  M, 

Vanderheydena J‐L, Construction of a novel chimera consisting of a chelator‐containing 

Tat peptide conjugated to a morpholino antisense oligomer for technetium‐99m labeling 

and accelerating cellular kinetics, Nucl Med Biol, 2006, 33, 263 ‐ 269. 

87. Nielsen PE, Applications of peptide nucleic acids, Curr Opin Biotechnol, 1999, 10, 71 ‐ 75 

88. Lewis MR, Jia F, Gallazzi F, Wang Y, Zhang J, Shenoy N, Lever SZ, Hannink M, Radiometal‐

labeled  peptide‐PNA  conjugates  for  targeting  bcl‐2  expression:  preparation, 

characterization, and in vitro mRNA binding, Bioconjugate Chem, 2002, 13, 1176 ‐ 1180. 

89. Shi N, Boado RJ, Pardridge WM, Antisense  imaging of gene expression  in  the brain  in 

vivo, Proc Natl Acad Sci USA, 2000, 97, 14709 ‐ 14714. 

90. Mardirossian G, Lei K, Rusckowski M, Chang F, Qu T, Egholm M, Hnatowich DJ,  In vivo 

hybridization of  technetium‐99m‐labeled peptide nucleic acid  (PNA),  J Nucl Med, 1997, 

38, 907 ‐ 913. 

91. Nielsen PE, Egholm M, Berg RH, Buchardt O, Sequence selective recognition of DNA by 

strand displacement with a  thymine  substituted polyamide, Science, 1991, 254, 1497  ‐ 

1500. 

92. Egholm M, Buchardt O, Nielsen PE, Berg RH, Peptide nucleic acids (PNA). Oligonucleotide 

Analogues with an Achiral Peptide Backbone, J Am Chem Soc, 1992, 114, 1895 ‐ 1897. 

93. Shakeel  S,  Karim  S,  Ali  A,  Peptide  nucleic  acid  (PNA)  –  a  review,  J  Chem  Technol 

Biotechnol, 2006, 81, 892 – 899. 

94. a) Hyrup B, Nielsen PE, Peptide Nucleic Acids (PNA): Synthesis, Properties and Potential 

Applications, Bioorg Med Chem, 1996, 4, 5  ‐ 23; b) Nielsen PE, Peptide nucleic acids as 

therapeutic  agents,  Curr  Opin  Struct  Biol,  1999,  9,  353  ‐  357;  c)  Nielsen  PE,  Peptide 

nucleic  acid:  a  versatile  tool  in  genetic  diagnostics  and molecular  biology,  Curr  Opin 

Biotech, 2001, 12, 16 ‐ 20; d) Nielsen PE, The many faces of PNA, Lett Pept Sci, 2003, 10, 

135 ‐ 147. 

95. Ulhmann E, Peyman A, Breipohl G, Wil DW, PNA: Synthetic polyamide nucleic acids witj 

unusual binding properties, Angew Chem Int Ed, 1998, 37, 2796 ‐ 2823. 

Page 266: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

References 

230 

96. Ray A, Nordén B, Peptide nucleic acid  (PNA):  its medical and biotechnical applications 

and promise for the future, FASEB J, 2000, 14, 1041 ‐ 1060. 

97.  Christensen  L,  Fitzpatrick  R,  Gildea  B,  Petersen  KH,Hansen  HF,  Koch  T,  Egholm  M, 

Buchardt O, Nielsen PE, Coull J, Berg RH, Solid‐phase synthesis of peptide nucleic acid, J 

Pept Sci, 1995, 3, 175 ‐ 183. 

98.  Četojevic‐Simin  D,  Jakimov  D,  Mrđanović  J,  V  Bogdanović,  Kojić  V,  Andrilević  L, 

Bogdanović G, Peptide nucleic acids‐sequence specific recognition  in cancer diagnostics 

and gene therapy, Archive of Oncology, 2001, 9, 33 ‐ 37.

99. Demidov VV, Potaman VN, Frank‐Kamenetskii MD, Egholm M, Buchardt O, Sonnichsen 

SH, Nielsen PE, Stability of peptide nucleic acids  in human serum and cellular extracts, 

Biochem Pharmacol, 1994, 48, 1310 – 1313.  

100. a) Egholm, M, Buchardt O, Christensen L, Behrens C, Frier SM, Driver DA, Berg RH, Kim 

SK, Norden B, Nielsen PE, PNA hybridizes to complementary oligonucleotides obeying the 

Watson‐Crick  hydrogen  bonding  rules,  Nature,  1993,  365,  566  ‐  568;  b)  Egholm  M, 

Nielsen PE, Buchardt O, Berg RH, Recognition of guanine and adenine in DNA by thymine 

and cytosine containing peptide nucleic acids, J Am Chem Soc, 1992, 114, 9677 ‐ 9678; c) 

Wittung P, Nielsen PE, Buchardt O, Egholms M, Nordén B, DNA‐like double helix formed 

peptide nucleic acid, Nature, 1994, 368, 561 ‐563.  

101. a) Rusckowski M, Qu T, Chang F, Hnatowich DJ, Pretargeting using peptde nucleic acid, 

Cancer, 1997, 80, 2699 – 2705; b) Chang F, Ruckowski M, Hnatowich DJ, NHS‐MAS3: a 

bifunctional  chelator  alternative  to NHS‐MAG3,  Appl  Radiat  Isotopes,  1999,  50,  723  – 

732; c) Wang Y, Zhang CY, Liu N, Liu G, Gupta S, Ruckowski M, Hantowich DJ, Pretargeting 

with  amplification using polymeric peptide nucleic acid, Bioconjugate Chem, 2001, 12, 

807 ‐ 816.  

102. Rao PS, Tian X, Qin W, Aruva MR, Sauter ER, Thakur ML, Wickstrom E, 99mTc peptide‐

peptide nucleic acid probes for imaging oncogene in tumors, Nucl Med Comm, 2003, 24, 

857 ‐ 863. 

103.  Xiaobing  Tian, Mohan  R.  Aruva, Wenyi Qin, Weizhu  Zhu,  Kevin  T.  Duffy,  Edward  R. 

Sauter, Mathew  L.  Thakur,  Eric Wickstrom,  External  Imaging  of  CCND1  Cancer  Gene 

Activity  in  Experimental  Human  Breast  Cancer  Xenografts  with  99mTc‐Peptide‐Peptide 

Nucleic Acid‐Peptide Chimeras, J Nucl Med, 2004, 45, 2070 ‐ 2082. 

Page 267: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

References 

231

104.  Tian  X, Aruva MR, Qin W,  Zhu W,  Sauter  ER,  Thakur ML, Wickstrom  E, Noninvasive 

Molecular Imaging of MYC mRNA Expression  in Human Breast Cancer Xenografts with a 

[99mTc]Peptide‐Peptide Nucleic Acid‐Peptide Chimera, Bioconjugate Chem, 2005, 16, 70 ‐ 

79.

105.  Chakrabarti  A,  Aruva MR,  Sajankila  SP,  Thakur ML, Wickstrom  E,  Synthesis  of  novel 

peptide  nucleic  acid‐peptide  chimera  for  non‐invasive  imaging  of  cancer,  Nucleos 

Nucleot, 2005, 24, 409 ‐ 414. 

106. Tian X, Chakrabarti A, Amirkhanov N, Aruva MR, Zhang K, Cardi CA, Lai S, Thakur ML, 

Wickstrom E, Receptor‐mediated  internalization of chelator–PNA–peptide hybridization 

probes for radioimaging or magnetic resonance imaging of oncogene mRNAs in tumors, 

Biochem Soc T, 2007, 35, 72 ‐ 76. 

107. a) Suzuki T, Wu D, Schlachetzki F, Li JY, Boado RJ, Pardridge WM,Imaging endogenous 

gene  expression  in  brain  cancer  in  vivo  with  111In‐peptide  nucleic  acid  antisense 

radiopharmaceuticals and brain drug‐targeting technology, J Nucl Med, 2004, 45, 1766 – 

1775;  b)  Suzuki  T,  Zhang  Y,  Zhang  Y‐f,  Schlachetzki  F,  Pardridge  M,  Imaging  gene 

expression  in  regional  brain  ischemia  in  vivo  with  a  targeted  [111In]‐antisense 

Radiopharmaceutical, Mol Imaging, 2004, 3, 356 ‐ 363.  

108.  Gallazzi  F, Wang  Y,  Jia  F,  Shenoy  N,  Landon  LA,  Hannink M,  Lever  SZ,  Lewis MR, 

Synthesis of radiometal‐labeled and fluorescent cell‐permeating peptide‐PNA conjugates 

for targeting the bcl‐2 proto oncogene, Bioconjugate Chem, 2003, 14, 1083 ‐ 1095. 

109.  He  Y,  Panyutin  IG,  Karavanov  A,  Demidov  VV,  Neuman  RD,  Sequence  specific  DNA 

strand cleavage by  111In‐labeled peptide nucleic acids, Eur  J Nucl Med Mol  Imag, 2004, 

31, 837 ‐ 845.  

110. a) Hamzavi R, Dolle F, Tavitian B, Dahl O, Nielsen PE, Modulation of the Pharmacokinetic 

Properties of PNA: Preparation of Galactosyl, Mannosyl, Fucosyl, N‐Acetylgalactosaminyl, 

and N‐Acetylglucosaminyl Derivatives of Aminoethylglycine Peptide Nucleic Monomers 

and Theris  Incorporation  into PNA Oligomers, Bioconjugate Chem, 2003, 14, 941 – 954; 

b) Kuhnast B, Hinnen F, Hamzavi R, Boisgard R, Tavitian B, Nielsen PE, Dollé F, Fluorine‐18 

labelling of PNAs  functionalized at  their pseudo‐peptidic backbone  for  imaging  studies 

with PET, J Label Compd Radiopharm, 2005, 48, 51 ‐ 61. 

Page 268: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

References 

232 

111. X. Tian, M. R. Aruva, K. Zhang, N. Shanthly, C. A. Cardi, M. L. Thakur, E. Wickstrom, PET 

Imaging  of  CCND1 mRNA  in Human MCF7  Estrogen Receptor‐Positive Breast Cancer 

Xenografts  with  Oncogene‐Specific  [64Cu]Chelator‐Peptide  Nucleic  Acid–IGF1  Analog 

Radiohybridization Probes, J Nucl Med, 2007, 10, 1699 ‐ 1707. 

112.  Chakrabarti  A,  Zhang  K,  Aruva  MR,  Cardi  CA,  Opitz  AW,  Wagner  NJ,  Thakur  ML, 

Wickstrom  E,  Radiohybridization  PET  Imaging  of  KRAS  G12D  mRNA  Expression  in 

Human  Pancreas  Cancer  Xenografts  with  [64Cu]DO3A‐Peptide  Nucleic  Acid‐Peptide 

Nanoparticles, Cancer Biol Ther, 2007, 6, 948 ‐ 956. 

113. Shi N, Boado RJ, Pardridge M, Antisense imaging of gene expression in the brain in vivo, 

Proc Natl Acad Sci USA, 2000, 97, 14709 – 14714. 

114. Lee HJ, Boado RJ, Braasch DA, Corey DR, Pardridge WM, Imaging gene expression in the 

brain  in vivo  in a  transgenic mouse model of Huntington’s disease with an antisense 

radiopharmaceutical and drug‐targeting technology, J Nucl Med, 2002, 948 ‐ 956. 

115. a) Lamberts SW, Koper  JW, Reubi  JC, Potential  role of  somatostatin analogues  in  the 

treatment  of  cancer,  Eur  J  Clin  Invest,  1987,  17,  281  ‐  287;  b)  Reubi  JC,  Regulatory 

peptide receptors as molecular targets for cancer diagnosis and therapy, Q J Nucl Med, 

1997, 41, 63 ‐ 70. 

116. Behr TM, Gotthardt M, Barth A, Béhé M, Imaging Tumors with Peptide‐Based Ligands, Q 

J Nucl Med, 2001, 45, 189 ‐ 200. 

117.  Heppeler  A,  Froidevaux  S,  Eberle  AN,  Maecke  HR,  Receptor  targeting  for  tumor 

localisation and therapy with radiopeptides, Curr Med Chem, 2000, 7, 971 ‐ 994. 

118.  Sosabowski  J, Melendez‐Alafort  L, Mether  S, Radiolabelling of peptides  for diagnosis 

and therapy of non‐oncological diseases, Q J Nucl Med, 2003, 47, 223 – 237. 

119. Reubi JC, Maecke HR, Peptide‐based probes for cancer  imaging, J Nucl Med, 2008, 49, 

1735 ‐ 1738. 

120. De  Jong M, Breeman WAP, Bakker WH, Kooji PPM, Bernard BF, Hofland LJ, Visser TJ, 

Srinivasan A,  Schmidt M,  Erion  JL, Bugaj  JE, Mäcke HR,  Krenning  EP, Comparison  of 111In‐labeled somatostatin analogues for tumor scintigraphy and radionuclide therapy, 

Cancer Res, 1998, 58, 437 – 441. 

121. Froidevaux S, Eberle AN, Christe M, Sumanovski L, Heppeler A, Schmitt JS, Eisenwiener 

K, Beglinger C, Maecke HR, Neuroendocrine  tumor  targeting:  study of novel gallium‐

Page 269: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

References 

233

labeled somatostatin radiopeptides in a rat pancreatic tumor model, Int J Cancer, 2002, 

98, 930 ‐ 937. 

122.  Reubi  JC,  Waser  B,  Concomitant  expression  of  several  peptide  receptors  in 

neuroendocrine tumors: molecular basis for in vivo multireceptor tumortargeting, Eur J 

Nucl Med Mol Imag, 2003, 30, 781 ‐ 793. 

123. Reubi JC, Maecke HR, Krenninh EP, Candidates for peptide receptor radiotherapy today 

and in the future, J Nucl Med, 2005, 46, 67S ‐ 75S. 

124. Okarvi SM, Peptide‐based radiopharmaceuticals: future tools for diagnostic  imaging of 

cancers and other diseases, Med Res Rev, 2004; 24, 357 ‐ 97. 

125.  Reubi  JC,  Peptide  receptors  as molecular  targets  for  cancer  diagnosis  and  therapy, 

Endoc Rev, 2003, 24, 389 ‐ 427. 

126.  Okarvi  SM,  Peptide‐based  radiopharmaceuticals  and  cytotoxic  conjugates:  Potential 

tools against cancer, Cancer Treat Rev, 2008, 34, 13 ‐ 26.  

127.  Weiner  RE,  Thakur  ML,  Radiolabeled  peptides  in  oncology,  role  in  diagnosis  and 

treatment, Biodrugs, 2005, 19, 145 ‐ 163. 

128. Eves PC, MacNeil S, Haycock JW, α‐Melanocyte stimulating hormone, inflammation and 

human melanoma, Peptides, 2006, 27, 444 ‐ 452. 

129. Giblin MF, WangN, Hoffman TJ, Jurisson SS, Quinn TP, Design and characterization of α‐

melanotropin  peptide  analogs  cyclised  trough  rhenium  and  technetium  metal 

coordination, Proc Natl Acad Sci USA, 1998, 95, 12814 ‐ 12818. 

130. Miao  Y, Gallazi, Guo H, Quinn  TP,  111In‐Labeled  lactam bridge‐cyclized α‐melanocyte 

stimulating  hormone  peptide  analogues  for melanoma  imaging,  Bioconjugate  Chem, 

2008, 19, 539 – 547. 

131. Wei L, Miao Y, Gallazi F, Quinn TP, Welch Mj, Vavere AL, Lewis JS, Gallium‐68‐labeled 

DOTA‐rhenium‐cyclized  α‐melanocyte‐stimulating  hormone  analog  for  imaging  of 

malignant melanoma, Nucl Med Biol, 2007, 34, 945 ‐ 953. 

132 Miao  Y, Owen NK,  Fisher DR, Hoffman  TJ, Quinn  TP,  Therapeutic  efficacy  of  a  188Re 

labeled  α‐melanocyte‐stimulating  hormone  peptide  analogue  in murine  and  human 

melanoma‐bearing mouse models, J Nucl Med, 2005, 46, 121 ‐ 129. 

Page 270: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

References 

234 

133.  Miao  Y,  Hylarides  M,  Fisher  DR,  Shelton  T,  Moore  H,  Wester  DW,  Fritzberg  AR, 

Winkelmann,  CT, Hoffman  TJ, Quinn  TP, Melanoma  therapy  via  peptide‐targeted α‐

radiation, Clin Cancer Res, 2005, 11, 5616 ‐ 5621. 

134. Froidevaux S, Calame‐Christe M, Tanner H, Sumanovski L, Eberle AN, A novel DOTA‐α‐

melanocyte‐stimulating  hormone  analog  for metastatic melanoma  diagnosis,  J  Nucl 

Med, 2002, 43, 1699 – 1706 

135. Froidevaux S, Calame‐Christe M, Schuhmacher J, Tanner H, Saffrich R, Henze M, Eberle 

AN,  A  gallium‐labeled  DOTA‐α‐melanocyte‐stimulating  hormone  analog  for  PET 

imaging of melanoma metastases, J Nucl Med, 2004, 45, 116 ‐ 123. 

136. Froidevaux S, Calame‐Christe M, Tanner H, Eberle AN, Melanoma targeting with DOTA‐

alpha‐melanocyte stimulating hormone analogs: structural parameters affecting tumor 

uptake and kidney uptake, J Nucl Med, 2005, 46, 887 ‐ 895.

137. Cornish  J, Callon KE, Mountjov KG, Mountjoy KG, Bava U, Lin  J‐M, Myers DE, Naot D, 

Reid IR, α‐ Melanocyte‐stimulating hormone is a novel regulator of bone, Am J Physiol 

Endocrinol Metab, 2003, 284, E1181 ‐ E1190. 

138. Holder JR, Haskell‐Luevano C, Melanocortin ligands: 30 years of structure‐activity (SAR) 

studies, Med Res Rev, 2004, 24, 325 ‐ 356. 

139. Garcia‐Borrón  JC, Sánchez‐Laorden BL,  Jiménez‐Cervantes C. Melanocortin‐1  receptor 

structure and functional regulation, Pigm Cell Res, 2005, 18, 393 – 410. 

140. Mountjoy KG, Robbins LS, Mortrud MT, Cone RD, The cloning of a family of genes that 

encode the melanocortin receptors, Science, 1992, 257, 1248 – 1251. 

141.  Lee  HJ,  Wall  B,  Chen  S,  G‐protein‐coupled  receptors  and  melanoma,  Pigm  Cell 

Melanoma Res, 2008, 21, 415 ‐ 428. 

142.  Jordan SA,  Jackson  IJ, Melanocortin  receptors and antagonists  regulate pigmentation 

and body weight, BioEssays, 1998, 20, 603‐ 606. 

143. a) Siegrist W, Solca F, Stutz S, Giuffre L, Carrel S, Girard J, Eberle AN, Characterization of 

receptors  for  alpha‐melanocyte‐stimulating  hormone  on  human  melanoma  cells, 

Cancer Res, 1989, 49, 6352 – 6358; b) Siegrist W, Stutz S, Eberle AN, Homologous and 

heterologous regulation of α‐melanocyte‐stimulating hormone receptor in human and 

mouse melanoma cell lines, Cancer Res, 1994, 54, 2604 – 2610. 

Page 271: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

References 

235

144. Saywer TK, Sanfilippo PJ, Hruby VJ, Engel MH, Heward CB, Burnett  JB, Hadley ME, 4‐

Norleucine, 7‐D‐phenylalanine‐a‐melanocyte‐stimulating hormone: a highly potent α‐

melanotropin with ultralong biological activity, Proc Natl Acad Sci USA, 1980, 77, 5754 ‐ 

5758. 

145. Cheng Z, Xiong Z, Subbarayan M, Chen X, Gambhir SS, 64Cu‐labeled alpha‐melanocyte‐

stimulating  hormone  analog  for  microPET  imaging  of  melanocortin  1  receptor 

expression, Bioconjugate Chem, 2007, 18, 765 ‐ 772. 

146. Cheng Z, Zhang L, Graves E, Zhengming X, Dandekar M, Chen X, Gambhir S, Small‐animal 

PET  of  melanocortin  1  receptor  expression  using  a  18F  labeled  α‐melanocyte 

stimulating Hormone Analog, J Nucl Med, 2007, 48,987 ‐ 994. 

147. Eberle AN, Froidevaux S, Radiolabeled alpha‐melanocyte‐stimulating hormone analogs 

for receptor‐mediated targeting of melanoma: from tritium to indium, J Mol Recognit, 

2003, 16, 248 ‐ 254. 

148. Froidevaux S, Calame‐Christe M, Tanner H, Eberle NA, Melanoma Targeting with DOTA‐

Melanocyte‐Stimulating  Hormone  Analogs:  Structural  Parameters  Affecting  Tumor 

Uptake and Kidney Uptake, J Nucl Med, 2005, 46, 887 ‐ 895. 

149.  a)  Sawyer  TK, Hruby VJ, Darman  PS, Hadley ME,  [half‐Cys4,half‐Cys10]‐α‐melanocyte‐

stimulating  hormone:  A  cyclic  α‐melanotropin  exhibiting  superagonist  biological 

activity,  Proc Natl  Acad  Sci USA,  1982,  79,  1751  –  1755;  b)  Cody WL, Mahoney M, 

Knittle  JJ, Hruby VJ, Castrucci AM, Hadley ME, Cyclic melanotropin 7‐D‐phenylalanine 

analogs of active‐site sequence, J Med Chem, 1985, 28, 583 ‐ 588. 

150. Al‐Obeidi F, Castrucci AM, Hadley ME, Hruby VJ, Potent and prolong acting cyclic lactam 

analogues of a‐melanotropin: design based on molecular Dynamics, J Med Chem, 1989, 

32, 2555 ‐ 2561. 

151. Chen J‐Q, Cheng Z, Owen NK, Hoffman TJ, Miao Y, Jurissonm SS, Quinn TP, Evaluation of 

an  111In‐DOTA‐rhenium  cyclized  α‐MSH  analog:  A  novel  cyclic‐peptide  analog  with 

improved tumor‐targeting properties, J Nucl Med, 2001, 42, 1847 – 1855. 

152. Cheng Z, Chen J, Miao Y, Owen NK, Quinn TP, Jurisson SS, Modification of the structure 

of  a  metallopeptide:  synthesis  and  biological  evaluation  of  111In‐labeled  DOTA‐

conjugated rhenium‐cyclized α‐MSH analogues, J Med Chem, 2002, 45, 3048 ‐ 3056. 

Page 272: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

References 

236 

153.  Miao  Y,  Benwell  K,  Quinn  TP,  99mTc‐  and  111In‐labeled  α‐melanocyte‐stimulating 

hormone peptides as imaging probes for primary and pulmonary metastatic melanoma 

detection, J Nucl Med, 2007, 48, 73 ‐ 80. 

154. Miao Y, Owen NK, Whitener D, Gallazzi F, Hoffman TJ, Quinn TP,  In vivo evaluation of 188Re‐labeled  alpha‐melanocyte  stimulating  hormone  peptide  analogs  for melanoma 

therapy, Int J Cancer, 2002, 101, 480 ‐ 487. 

155.  Miao  Y,  Hylarides  M,  Fisher  DR,  Shelton  T,  Moore  H,  Wester  DW,  Fritzberg  AR, 

Winkelmann CT, Hoffman TJ, Quinn TP, Clin Cancer Res, 2005, 11, 5616 – 5621. 

156. Wei  L,  Butcher  C, Miao  Y,  Gallazzi  F, Quinn  TP, Welch MJ,  Lewis  JS,  Synthesis  and 

biologic  evaluation  of  64Cu‐labeled  rhenium‐cyclized  α‐MSH  peptide  analog  using  a 

cross‐bridged cyclam chelator J Nucl Med, 2007, 48, 64‐72.  

157. McQuade P, Miao Y, Yoo J, Quinn TP, Welch MJ, Lewis JS, Imaging of Melanoma using 64Cu‐  and  86Y‐DOTA‐ReCCMSH(Arg11),  a  Cyclized  Pptide  Analogue  of  α‐MSH,  J Med 

Chem, 2005, 48, 2985 – 2992. 

158.  Krapcho  AP,  CS  Kuell,  Mono‐Protected  Diamines  N‐tert‐butoxycarbonyl‐α,ω‐

Alkanediamines from α,ω‐Alkanediamines, Synthetic Commun, 1990, 20, 2559 ‐ 2564. 

159.  Clivio  P,  Guillaume  D,  Adeline M‐T,  Hamom  J,  Riche  C,  Fourrey  J‐L,  Synthesis  and 

photochemical  behavior  of  peptide  nucleic  acid  dimers  and  analogues  containing  4‐

thiothymine: unprecedented (5‐4) photoredduct reversion, J Am Chem Soc, 1998, 120, 

1157 ‐ 1166. 

160. Dueholm K, Egholm M, Beherns C, Christensen L, Hansen HF, Vulpius T, Petersen KH, 

Berg  RH,  Nielsen  PE,  Buchardt  O,  Synthesis  of  Peptide  Nucleic  Acid  Monomers 

Containing  the  Four Natural Nucleobases:  Thymine,  Cytosine,  Adenine  and Guanine 

and their oligomerization, J Org Chem, 1994, 59, 5767 ‐ 5773. 

161. Breipohl G, Will DW, Peyman A, Uhlmann E, Novel synthetic routes to PNA monomers 

and PNA‐DNA linker molecules, Tetrahedron, 1997, 53, 14671 – 14686.  

162. Sanjayan GJ, Pedireddi VR, Ganesh KN, Cyanuryl‐PNA monomer: Synthesis and Crystal 

Structure, Org Lett, 2000, 2, 2825 ‐ 2828. 

163. Eriksson M, Nielsen PE, PNA‐nucleic acid complexes: Structure, stability and dynamics. 

Q. Rev. Biophys, 1996, 29, 369–394. 

Page 273: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

References 

237

164.  Torres  RA,  Bruice  TC,  Interresidue  hydrogen  bonding  in  a  peptide  nucleic  acid  RNA 

heteroduplex, Proc Natl Acad Sci USA, 1996, 93, 649 – 653. 

165. Kumar VA, Structural preorganization of peptide nucleic acids: chiral cationic analogues 

with five‐ or six‐ memberd ring structures, Eur J Org Chem, 2002, 2021 – 2032. 

166.  Lazarova  N,  James  S,  Babich  J,  Zubieta  J,  A  convenient  synthesis,  chemical 

characterization and reactivity of [Re(CO)3(H2O)]Br: the crystal and molecular structure 

of [Re(CO)3(CH3CN)Br], Inorg Chem Commun, 2004, 7, 1023 – 1026. 

167. Oliveira BL, Correia  JDG, Raposinho PD, Santos  I, Ferreira A, Cordeiro C, Freire AP, Re 

and  99mTc  organometallic  complexes  containing  pendant  L‐arginine  derivatives  as 

potential probes of inducible nitric oxide synthase, Dalton Trans, 2009, 152 ‐ 162. 

168.  Vitor  RF,  Alves  S,  Correia  JDG,  Paulo  A,  Santos  I,  Rhenium(I)‐  and  technetium(I) 

tricarbonyl  complexes  anchored  by  bifunctional  pyrazole‐diamine  and  pyrazole‐

dithioether chelators, J Organomet Chem, 2005, 689, 4764 – 4774. 

169.  Holzer W,  Seiringer  G,  N‐1  Substituted  Ethyl  4‐Pyrazolecarboxylates:  Synthesis  and 

Spectroscopic Investigations, J Heterocyclic Chem, 1993, 30, 865 – 872. 

170.  O.  Mitsunobu,  The  Use  of  Diethyl  Azodicarboxylate  and  Triphenylphosphine  in 

Synthesis and transformation of Natural Products, Synthesis, 1981, 1 ‐ 28. 

171.  Fukuyama  T, Cheung M,  Jow C‐K, Hidai  Y, Kan  T,  2,4‐Dinitrobenzenesulfonamides: A 

Simple and Practical Method for the Preparation of a Variety of Secondary Amines and 

Diamines, Tetrahedron Lett, 1997, 38, 5831 – 5834. 

172. James S, Maresca KP, Babich JW, Valliant JF, Doering L, Zubieta J,  Isostructural Re and 99mTc  Complexes  of  Biotin  Derivatives  for  Fluorescence  and  Radioimaging  Studies, 

Bioconjugate Chem, 2006, 17, 590 ‐ 596.  

173. Ghezzi A, Aceto M, Cassino C, Gabano E, Osella D, Uptake of antitumor platinum(II)‐

complexes by cancer cells, assayed by  inductively coupled plasma mass spectrometry 

(ICP‐MS), J Inorg Biochem, 2004, 98, 73 ‐ 78 

174.  Bowler  BE,  Ahmed  KJ,  Sundquist  WI,  Hollis  LS,  Whang  EE,  Lippard  SJ,  Synthesis, 

Characterization,  and  DNA‐Binding  Properties  of  (1,2‐Diaminoethane)platinum(II) 

Complexes  Linked  to  the  DNA  Interalator  Acridine  Orange  by  Trimethylene  and 

Hexamethylene Chains, J Am Chem Soc, 1989, 111, 1299 – 1306. 

Page 274: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

References 

238 

175. Lauretti F, Lucas de Melo F, Benati FJ, Volotão EM, Santos N, Linhares REC, Nozawa C, 

Use of acridine orange  staining  for  the detection of  rotavirus RNA  in polyacrylamide 

gels, J Virol Methods, 2003, 114, 29 – 35.  

176. Wang  J, Zhang Y‐Y, Guo Y, Zhang L, Xu R, X Z‐Q, Wang S‐X, Zhang X‐D,  Interaction of 

bovine serum albumin with acridine orange (C.I basis orange 14) and  its sonodynamic 

damage under ultrasonic irradiation, Dyes Pigments, 2009, 80, 271 – 278.  

177.  a) Denny WA, Acridine Derivatives  as Chemotherapeutic Agents, Current Med Chem, 

2002, 9, 1655 – 1665; b) Martínez R, Chacón‐Garcia L, The search of DNA‐intercalators 

as  antitumoral  drugs  : What  it worked  and what  did  not work,  Current Med  Chem, 

2005,  12,  127  –  151;  c) Murza  A,  Sanchez‐Cortes  S,  Garcia‐Ramos  JV,  Guisan  JM, 

Alfonso  C,  Rivas  G,  Interaction  of  the  antitumor  drug  9‐aminoacridine  with 

guanidinobenzoatase  studied  by  spectroscopic  methods:  a  possible  tumor  marker 

probe based on  the  fluorescence exciplex emission, Biochemistry, 2000, 39, 10557  ‐ 

10565;  d)  Freudenreich  CH,  Kreuzer  KN,  Localization  of  an  aminoacridine  antitumor 

agent  in  a  type  II  topoisomerase‐DNA  complex,  Proc  Natl  Acad  Sci  USA,  1994,  91, 

11007 ‐ 11011. 

178. a) Vock CA, Ang WH, Scolaro C, Phillips AD, Lagopoulos L, Juillerat‐Jeanneret L, Sava G, 

Scopelliti  R,  Dyson  PJ,  Development  of  ruthenium  antitumor  drugs  that  overcome 

multidrug resistance mechanisms, J Med Chem, 2007, 50, 2166 – 2175; b) Hambley TW, 

Developing new metal‐based therapeutics: challenges and opportunities, Dalton Trans, 

2007, 4929 – 4937; c) Martins ET, Baruah H, Kramarczyk J, Saluta G, Day CS, Kucera GL, 

Bierbach  U,  Design,  Synthesis,  and  Biological  Activity  of  a  Novel  Non‐Cisplatin‐type 

Platinum‐Acridine Pharmacophore, J Med Chem, 2001, 44, 4492 – 4496. 

179. Haefliger P, Agorastos N, Renard A, Giambonini‐Brugnoli G, Marty C, Alberto R, Cell 

uptake and  radiotoxicity  studies of an nuclear  localization  signal peptide‐intercalator 

conjugate labelled with [99mTc(CO)3]+, Bioconjugate Chem, 2005, 16, 582 – 587. 

180. Häfliger P, Agorastos N, Spingler B, Georgiev O, Viola G, Alberto R,  Induction of DNA‐

double‐strand  breaks  by  Auger  electrons  from  99mTc  complexes  with  DNA‐binding 

ligands, ChemBioChem, 2005, 6, 414 ‐ 421.  

Page 275: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

References 

239

181. Ginji M, Hinni K, Tschumi  S,  Schulz  S, Maecke HR, Trifunctional  somatostatina‐based 

derivatives designed  for  targeted  radiotherapy using Auger electron emitters,  J Nucl 

Med, 2005, 46, 2097 – 2103. 

182. Mosmann T, Rapid Colorimetric Assay for Cellular Growth and Survival: Application to 

Proliferation and Cytotoxicity Assays, J Immunol Methods, 1983, 65, 55 ‐ 63. 

183.  Vitor  RF,  Complexos  de  rénio  e  tecnécio  com  ligandos  N‐heterocíclicos  dirigidos  ao 

núcleo de células tumorais: Da imagiologia molecular à radioterapia com 99mTc, Tese de 

doutoramento, Universidade de Lisboa, 2007. 

184. Stanton  LW, Schwab M, Bishop  JM, Nucleotide  sequence of  the human N‐myc gene, 

Proc Nat Acad Sci USA, 1986, 83, 1772 ‐ 1776.  

185. Pession A,  Tonelli R, The MYCN oncogene  as  a  specific  and  selective drug  target  for 

peripheral and  central Nervous  system  tumors, Curr Cancer Drug Tar, 2005, 5, 273  ‐ 

283. 

186. Watanabe  N,  Sawai  H,  Ogihara‐Umeda  I,  Tanada  S,  Kim  EE,  Yonekura  Y,  Sasaki  Y, 

Molecular  therapy  of  human  neuroblastoma  cells  using  Auger  electrons  of  111In‐

labeled N‐myc antisense oligonucleotides, J Nucl Med, 2006, 47, 1670 ‐ 1677. 

187. Tonelli R, Purgato S, Camerin C, Fronza R, Bologna F, Alboresi S, Franzoni M, Corradini R, 

Sforza S, Faccini A, Shohet  JM, Marchelli R, Pession A, Antigene peptide nucleic acids 

specifically  inhibits MYCN  expression  in  human  neuroblastoma  cells  leading  to  cell 

growth inhibition and apoptosis, Mol Cancer Ther, 2005, 4, 779 – 786. 

188. Pession A, Tonelli R, Fronza R, Sciamanna E, Corradini R, Sforza S, Tedeschi T, Marchelli 

R, Montanaro  L, Camerin C,  Franzoni M,  Paolucci G,Targeted  inhibition  of NMYC  by 

peptide  nucleic  acid  in  N‐myc  amplified  human  neuroblastoma  cells:  cell‐cycle 

inhibition with  induction  of  neuronal  cell  differentiation  and  apoptosis,  Int  J Oncol, 

2004, 24, 265 ‐ 272. 

189. Gustafson WC, Berry BB, Evers BM, Chung DH, Role of gastroentestinal hormones  in 

neuroblastoma, World J Surgery, 2005, 29, 281 ‐ 286. 

190. a) Schwab M, Ellison J, Busch M, Rosenau W, Varmus HE, Bishop JM, Proc Nat Acad Sci 

USA, 1984, 81, 4940 – 4945; b) Lee W‐H, Murphree AL, Benedict WF, Expression and 

amplification of  the N‐myc gene  in primary  retinoblastoma, Nature, 1984, 309, 458  ‐ 

460. 

Page 276: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

References 

240 

191. a) Nau MM, Brooks BJ, Carney DN, Gazdar AF, Battey JF, Sausville EA, Human small‐cell 

lung cancers show amplification and expression of the Nmyc gene, Proc Nat Acad Sci 

USA, 1986, 83, 1092 ‐ 1096; b) Noguchi M; Hirohashi S; Hara F, Kojima A, Shimosato Y, 

Shinkai T, Tsuchiya R, Heterogenous amplification of myc family oncogenes in small cell 

lung carcinoma, Cancer, 1990, 66, 2053 ‐ 2058. 

192. Rouah  E, Wilson DR, Armstrong DL, Darlington GJ, Nmyc  amplification  and neuronal 

differentiation  in  human  primitive  neuroectodermal  tumors  of  the  central  nervous 

system, Cancer Res, 1989, 49, 1797 – 1801. 

193. Deng Y, Yao L, Chau L, Sai‐ming S, Peng Y, Liu X, Au W‐s, Wang J, Li P, Ji S, Han H, Nie X, 

Li  Q,  Kung  H‐F,  Leung  S‐Y,  Lin  C‐M,  N‐myc  downstream‐regulated  gene  2  (NDRG2) 

inhibits glioblastoma cell proliferation, Int J Cancer, 2003, 106, 342 ‐ 347. 

194.  Negroni  A,  Scarpa  S,  Romeo  A,  Ferrari  S, Modesti  A  and  Raschella  G,  Decrease  of 

proliferation rate and  induction of differentiation by a MYCN antisense DNA oligomer 

in a human neuroblastoma cell line, Cell Growth Differ, 1991, 2, 511 – 518. 

195. Merrifield RB, Solid Phase peptide  synthesis  I. The Synthesis of a Tetrapeptide,  J Am 

Chem Soc, 1963, 85, 2149 ‐ 2152. 

196.  Regen  SL,  Influence  of  solvent  on  the  mobility  of  molecules  covalently  bound  to 

polystyrene matrices, J Am Chem Soc, 1974, 96, 5275 – 5276. 

197. Chan WC, White PD,  Fmoc  solid phase peptide  synthesis, A pratical approach,  2000, 

Oxford University Press, New York. 

198. a) Nielsen PE, Peptide Nucleic Acids  ‐ A molecule with  two  identities, Acc Chem Res, 

1999,  32,  624  ‐  630;  b)  Braasch DA;  Corey DR,  Synthesis, Analysis,  Purification,  and 

Intracellular, Delivery of Peptide Nucleic Acids, Methods, 2001, 23, 97 – 107. 

199. Porcheddu A, Giacomell G, Peptide Nucleic Acids  (PNAs), A Chemical Overview, Curr 

Med Chem, 2005, 12, 2561 ‐ 2599. 

200.  Antsypovitch  SI,  Peptide  Nucleic  acids:  structure,  properties,  applications,  strategies 

and practice of chemical synthesis, Russ Chem Rev, 2002, 71, 71 ‐ 83. 

201.  a)  Applied  Biosystems  ABI  433A  Peptide  Synthesizer  user’s  manual;  b)  Applied 

Biosystems ABI 433A Peptide Synthesis 3 mL Reaction Vessel User’s Manual. 

202. Gude M, Ryf J, White PD, An accurate method for the quantitation of Fmoc‐derivatized 

solid phase supports, Lett Pept Sci, 2002, 9, 203 ‐ 206. 

Page 277: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

References 

241

203.  Freeman  CE,  Howard  AG, Measurement  of  the  FMOC  loading  of  protected  amine‐

functionalised polymer beads, Talanta, 2005, 65, 574 – 577. 

204. Newcomb WS, Deegan TL, Miller W, Porco JA, Analysis of 9‐Fluorenylmethoxycarbonyl 

(FMOC)  Loading  of  solid‐Phase  Synthesis  resins  by Gas  Chromatography,  Biotechnol 

Bioeng, 1998, 61, 55 ‐ 60. 

205. Nielsen PE, Egholm M, Se é só um artigo daqui, fata o resto da ref. E o formato não está 

igual às anteriores. Peptide Nucleic Acids Protocols and Applications, Edited by Peter E. 

Nielsen, Horizon bioscience, Wymondhan, 2004. 

206. Montalbetti CAGN, Falque V, Amide bond formation and peptide coupling, Tetrahedron, 

2005, 61, 10827 – 10852. 

207. Hamzavi R, Happ T, Weitershaus K, Nolte NM, The use of 3,3‐bis(2‐imidazolyl) propionic 

acid  (bip‐OH) as a new chelating  ligand  for Re(CO)3 and Ru complexes: Formation of 

organometallic  PNA  oligomers  with  (bip)Re(CO)3  and  their  interaction  with 

complementary DNA, J Organomet Chem, 2004, 689, 4745 ‐ 4750. 

208. Koning MC,  Filippov DV,  van der Marel GA, van Boom  JH, Overhand M,  Synthesis of 

peptide‐PNA‐peptide conjugates by  semi‐solid‐phase cemical  ligation combined wuth 

deactivaton/capture of excess reactants, Eur J Org Chem, 2004, 850 – 857. 

209. Maurer  A,  Kraatz  HB,  Nolte  NM,  Synthesis  and  Electrochemical  Characterization  of 

Metallocene–PNA Oligomers, Eur J Inorg Chem, 2005, 3207 ‐ 3210. 

210. Verheijen JC, van der Marel GA, Boomvan JH, Nolte NM, Transition Metal Derivatives of 

Peptide Nucleic Acid  (PNA) Oligomers  ‐ Synthesis, Characterization, and DNA Binding, 

Bioconjugate Chem, 2000, 11, 741 ‐ 743.  

211. a) Jogi A, Øra I, Nilsson H, Lindeheim A, Makino Y, Poellinger L, Axelson H, Pahlman S, 

Hypoxia alters gene expression in human neuroblastoma cells toward an immature and 

neural  crest‐like  phenotype,  Proc  Natl  Acad  Sci  USA,  2002,  99,  7021  –  7026;  b) 

Chagnovich  D,  Cohn  SL, Binding  of  a  40‐kDa  Protein  to  the  N‐myc  3‐Untranslated 

Region Correlates with Enhanced N‐myc Expression  in Human Neuroblastoma,  J Biol 

Chem, 1996, 271, 33580  ‐ 33586; c) Thomas SK, Messam CA, Spengler BA, Biedler  JL, 

Ross RA, Nestin Is a Potential Mediator of Malignancy in Human Neuroblastoma Cells, J 

Biol Chem, 2004, 279, 27994 – 27999. 

Page 278: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

References 

242 

212.  Jopling  CL, Willis  AE,  N‐myc  translation  is  initiated  via  an  internal  ribosome  entry 

segment that displays enhanced activity in neuronal cells, Oncogene, 2001, 20, 2664 – 

2670. 

213.  Basu  S,  Wickstrom  E,  Synthesis  and  characterization  of  a  peptide  nucleic  acid 

conjugated to a D‐peptide analog of  insulin‐like growth factor 1 for  increased cellular 

uptake, Bioconjugate Chem, 1997, 8, 481 – 488. 

214.  Gray  GD,  Basu  S,  Wickstrom  E,  Transformed  and  immortalized  cellular  uptake  of 

oligodeoxynucleoside  phosphorothioates,  3’‐alkylamino  oligodeoxynucleotides,  2’‐O‐

methyl oligoribonucleotides, oligodeoxynucleoside methylphosphonates, and peptide 

nucleic acids, Biochem Pharmacol, 1997, 53, 1465 – 1476. 

215. Ljungstrom T, Knudsen H, Nielsen PE, Cellular uptake of adamantyl conjugated peptide 

nucleic acids, Bioconjugate Chem, 1999, 10, 965 ‐ 972. 

216.  a) Koppelhus U, Nielsen PE, Cellular delivery of peptide nucleic  acid  (PNA), Ad Drug 

Deliver Rev, 2003, 55, 267 ‐ 280; b) Wright DG, Zhang Y, Murphy JR, Effective delivery 

of  antisense peptide nucleic  acid oligomers  into  cells by  anthrax protective  antigen, 

Biochem  Bioph  Res,  2008,  376,  200  –  205;  c)  Koppelhus  U,  Shiraishi  T,  Zachar  V, 

Pankratova S, Nielsen PE, Improved cellular activity of antisense peptid enucleic acid by 

conjugation to a cationic peptide‐lipid (CatLip) domain, Bioconjugate Chem, 2008, 19, 

1526 – 1534. 

217  a)  Behr  TM,  Goldenberg  DM,  Becker W,  Reducing  the  renal  uptake  of  radiolabelled 

antibody  fragments  and  peptides  for  diagnosis  and  therapy:  present  status,  future 

prospects  and  limitations,  Eur  J  Nucl  Med,  1998,  25,  201  –  212;  b)  Rolleman  EJ, 

Valkema R, de  Jong M, Kooij PPM, Krenning EP, Safe and effective  inhibition of renal 

uptake of radiolabelled octreotide by a combination of  lysine and arginine, Eur J Nucl 

Med, 2003, 30, 9 ‐ 15; c) Akizawa H, UEhara T, Arano Y, Renal uptake and metabolism 

of radiopharmaceuticals derived from peptides and proteins, Adv Drug Del Rev, 2008, 

60, 1319 – 1328. 

218. a) Melis M, Krenning EP, Bernard BF, Barone R, Visser TJ, de Jong M, Localisation and 

mechanism  of  retention  of  radiolabelled  somatostatin  analogs,  Eur  J Nucl Med Mol 

Imaging, 2005, 32, 1136 – 1143; b) Behr TM, Sharkey RM, Juweid ME, Blumenthal RD, 

Dunn RM, Griffiths GL, Bair H‐J, Wolf FG, Becker WS, Goldenberg DM, Reduction of the 

Page 279: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

References 

243

renal uptake of  radiolabeled monoclonal antibody  fragments by cationic amino acids 

and their derivatives, Cancer Res, 1995, 55, 3825 – 3834. 

219. Gotthard M, Eerd‐Vismale JV, Oyen WJ, Jong M, Zhang H, Rolleman E, Maecka HR, Béhè 

M, Boerman O, Indication for Different Mechanisms of Kidney Uptake of Radiolabeled 

Peptides, J Nucl Med, 2007, 48, 596 – 601

220. Dennis LK, Analysis of the melanoma epidemic, both apparent and real: Data from the 

1973 through 1994 surveillance, epidemiology, and end results program registry, Arch 

Dermatol, 1999, 135, 275 ‐ 280. 

221.  Miao  Y,  Quinn  TP,  Peptide‐targeted  radionuclide  therapy  for  melanoma,  Crit  Rev 

Oncology/Hematology, 2008, 67, 213 ‐ 228. 

222. a) Beaumier PL, Krohn KA, Carrasquillo JA, Hellström  I, Hellström KE, Nelp WB, Larson 

SM, Melanoma localization in nude mice with monoclonal Fab against p97, J Nucl Med, 

1985, 26, 1172 – 1179; b) Taylor A Jr, Milton W, Eyre HP, Christian P, Wu F, Hagan P, 

Alazraki  N,  Datz  FL,  Unger M,  Radioimmunodetection  of  human  melanoma  with  ‐

Indium‐111‐labeled monoclonal antibody, J Nucl Med, 1988, 29, 329 ‐ 337. 

223.  Carlson  JA,  Slominski  A,  Linette  GP, Mihm MC,  Ross  JS.  Biomarkers  in melanoma: 

staging, prognosis and detection of early metastases, Expert Rev Mol Diagn, 2003, 3, 

303 ‐ 330. 

224. Raposinho P, Xavier C, Correia JD, Falcão S, Gomes P, Santos I, Melanoma targeting with 

α‐melanocyte  stimulating hormone analogs  labelled with  fac‐  [99mTc(CO)3]+: effect of 

cyclization on tumor‐seeking properties, J Biol Inorg Chem, 2008, 13, 449 ‐ 459. 

225.  Valldosera  M,  Monsó  M,  Xavier  C,  Raposinho  P,  Correia  JDG,  Santos  I,  Gomes  P, 

Comparative  study  of  chemical  approaches  to  the  solid‐phase  synthesis  of  a  tumor‐

seeking α‐MSH analogue, Int J Pept Ther, 2008, 14, 273 ‐ 3281. 

226. Miao  Y,  Fisher DR, Quinn  TP,  Reducing  renal  uptake  of  90Y  and  177Lu‐labeled  alpha‐

melanocyte  stimulating hormone peptide  analogues, Nucl Med Biol, 2006,  33,  723  ‐ 

733. 

227. Behr TM, Becker WS, Sharkey RM, Juweid ME, Dunn RM, Bair HJ, Wolf FG, Goldenberg 

DM,  Reduction  of  renal  uptake  of  monoclonal  antibody  fragments  by  amino  acid 

infusion. J Nucl Med, 1996, 37, 829 – 833. 

Page 280: Tricarbonyl Complexes for the Design of Specific ... · UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOQUÍMICA Tricarbonyl Complexes for the Design of

References 

244 

228. De Jong M, Barone R, Krenning E, Bernard B, Melis M, Visser T, Gekle M, Willnow TE, 

Walrand  S,  Jamar  F,  Pauwels  S,  Megalin  is  essential  for  renal  proximal  tubule 

reabsorption of 111In‐DTPA‐octreotide, J Nucl Med, 2005, 46, 1696 – 1700. 

229.  Lazarova  N,  James  S,  Babich  J,  Zubieta  J,  A  convenient  synthesis,  chemical 

characterization and reactivity of [Re(CO)3(H2O)]Br: the crystal and molecular structure 

of [Re(CO)3(CH3CN)Br], Inorg Chem Comm, 2004, 7, 1023 ‐ 1026. 

230. www.panagene.com  

231. Drews A, Pietzsch H‐J, Syhre R, Seifert S, Varn.as K, Hall H, Halldin C, Kraus W, Karlsson 

P,  Johnsson  C,  Spies  H,  Johannsen  B,  Synthesis  and  biological  evaluation  of 

technetium(III)  mixed‐ligand  complexes  with  high  affinity  for  the  cerebral  5‐HT1A 

receptor and the alpha1‐adrenergic receptor, Nucl Med Biol, 2002, 29, 389 ‐ 398. 

232. Bertz SH, Dabbagh G, Cotte P, New Preparations of Ethyl 3,3‐Diethoxypropionate and 

(Ethoxycarbonyl)malondialdehyde.  Cu(I)‐Catalyzed  Acetal  Formation  from  a 

Conjugated Triple Bond, J Org Chem, 1982, 47, 2216 ‐ 2217. 

233. Troutner DE, Volkert WA, Hoffman TJ, Holmes RA, A neutral  lipophilic complex of Tc‐

99m with a multidentate amine oxime, Int J Appl Radiat Isot, 1984, 35, 467 ‐ 470. 


Recommended