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Deciphering the structural impact of norepinephrine analog radiopharmaceuticals on organic cation transporter affinity - 07/01/26

Doi : 10.1016/j.biopha.2025.118724 
Saskia Mühlig a, 1, Xinyu Chen b, 1, Anna Tutov c, Naoko Nose d, Constantin Lapa b, Rudolf A. Werner e, f, 1, Michael Decker c, 1, Takahiro Higuchi a, d, , 2
a Department of Nuclear Medicine and Comprehensive Heart Failure Center, University Hospital Würzburg, Würzburg, Germany 
b Nuclear Medicine, Faculty of Medicine, University of Augsburg, Augsburg, Germany 
c Pharmaceutical and Medicinal Chemistry, Institute of Pharmacy and Food Chemistry, University of Würzburg, Würzburg, Germany 
d Faculty of Medicine, Dentistry and Pharmaceutical Sciences, Okayama University, Okayama, Japan 
e Department of Nuclear Medicine, LMU Hospital, Ludwig-Maximilians-University of Munich, Munich, Germany 
f Division of Nuclear Medicine and Molecular Imaging, The Russell H Morgan Department of Radiology and Radiological Science, Johns Hopkins University School of Medicine, Baltimore, MD, USA 

Correspondence to: Department of Nuclear Medicine and Comprehensive Heart Failure Center, University Hospital Würzburg, Würzburg 97080, Germany. Department of Nuclear Medicine and Comprehensive Heart Failure Center, University Hospital Würzburg Würzburg 97080 Germany

Abstract

Purpose

Previous studies have investigated the kinetics and affinities of norepinephrine transporter (NET)-targeting radiotracers, including [ 123 I]MIBG, but the role of organic cation transporters (OCTs) remains unclear. This study aimed to evaluate how the structural design of selective NET-targeting tracers affects OCT-mediated non-specific uptake, identifying factors influencing both NET and OCT affinity.

Methods

Cellular uptake assays were conducted using SK-N-SH cells expressing human NET, and human OCT1-, OCT2-, and OCT3-expressing cells with [ 3 H]norepinephrine, [ 3 H]MPP + , and [ 131 I]MIBG. Competitive uptake assays used non-radioactive reference compounds for several NET-targeting radiopharmaceuticals (MIBG, HED, EPI, PHEN, LMI1195, and PHPG), along with a new PET radiotracer [ 18 F]AF78, and its two analogs with meta -iodide [ 18 F]AF78(I) or hydroxyl group [ 18 F]AF78(OH). Dynamic PET imaging in non-human primates assessed the in vivo uptake of [ 18 F]AF78 after NET inhibition with desipramine.

Results

Monoamine-based tracers (EPI, PHEN, HED) exhibited high NET selectivity with minimal OCTs interaction, while guanidine-containing tracers (e.g., MIBG, LMI1195) displayed substantial OCTs affinity. Lower lipophilicity in guanidine-containing compounds, influenced by substitutions on the benzene ring (e.g., PHPG, AF78), correlated with weaker OCT interactions. PET imaging confirmed that cardiac uptake of [ 18 F]AF78 is sensitive to desipramine pretreatment (*** P   <  0.0005), indicating its NET-specificity, while persistent hepatic retention suggests an OCT-mediated transport mechanism.

Conclusion

This study highlights the critical influence of the compounds’ chemical structure on NET and OCT affinities. Structural modifications that reduce OCT-mediated uptake while maintaining high NET affinity could improve the specificity and theranostic potential of NET-targeting ligands. These findings provide insights for designing next-generation radiotracers with enhanced selectivity and clinical utility.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Highlights

Structural modifications greatly impact NET and OCTs affinities.
[ 131 I]MIBG assays show how structural modifications affect NET/OCT affinity.
Guanidine tracers show dual NET/OCTs affinity, causing non-specific uptake.
[ 18 F]AF78 retains high NET affinity but minimizes OCT uptake.
Findings guide rational design of selective NET-targeting radiotracer.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Norepinephrine transporter, Organic cation transporter, Neuroendocrine tumor, Competitive cell uptake, PET radiotracer


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Vol 193

Article 118724- décembre 2025 Retour au numéro
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