Hypoxia, one of the hallmarks of cancer, is a pathological condition referred to a relatively low (generally < 2%) oxygen content compared to normal status in a given organ, tissue, or cell type. Positron Emission Tomography (PET) is a non-invasive molecular imaging technique widely known for studying hypoxia mostly employing 2-nitroimidazole-based radiotracer probes that directly report on oxygen levels with high specificity and spatial resolution. In this regard, [¹⁸F]FMISO is the most widely used hypoxia imaging radiopharmaceutical, but its high lipophilicity causes slow tracer accumulation, slow plasma clearance, and low tumor-to-background contrast. The mechanism of action of hypoxia-specific radiotracers lies on the selective reduction of the nitroimidazole moiety under hypoxic conditions, but other nitroaromatic compounds with improved reduction capabilities in the absence of oxygen could be used. The objective of this work was to synthesize and evaluate a nitrofuran-based radiotracer probe for detection of hypoxic areas in the tumor microenvironment, (E)-1-(4-[¹⁸F]-fluorophenyl)-3-(5-nitrofuran-2-yl)prop-2-en-1-one, baptized as [¹⁸F]FNFP, and compare it with [¹⁸F]FBNA, a novel hypoxia radioligand synthetized and characterized in a previous work. Initially, precursors for [¹⁸F]-labelling and cold standards [¹⁹F]FNFP and [¹⁹F]FBNA were prepared and characterized by spectroscopic techniques, with a novel improved synthesis in the case of the latter compared to the method reported. Late-stage radiofluorination allowed the introduction of the [¹⁸F]-fluoride in a one-step reaction without azeotropic drying, obtaining both [¹⁸]FFNFP and [¹⁸]FFBNA with >99% radiochemical purity, radiochemical yields of 38,4±3% and 39,1±5% (n=3), total synthesis time of 85 and 70 minutes, and high molar activities of 41.56 GBq/μmol and 43,02 GBq/μmol, respectively. [¹⁸]FFNFP was found to be stable in Phosphate-buffered saline (PBS) and serum for up to 6 hours and more hydrophilic than [¹⁸F]FMISO (log₁₀P=2.06), with the same partition coefficient as [¹⁸F]FBNA (log₁₀P=1.05). PET/CT images using an MKN-45 gastric cancer tumor model in mice showed that [¹⁸F]FNFP, a chalcone derivate, is rapidly excreted by a hepato-biliary-intestinal-renal clearance with no tumor uptake. Similar to its counterparts chalcone-based radiotracers, has a rapid washout from the brain with a high uptake in this organ in the first 15 minutes after injection. Ex vivo biodistribution studies showed no interesting tumor uptake for [¹⁸F]FNFP. Different from the 2-nitroimidazole-based radiotracer [¹⁸F]FBNA, the 5-nitrofuran derivate [¹⁸F]FNFP was not nearly as effective as the former in identifying hypoxic regions in the tumor microenvironment, perhaps due to its rapid clearance.

A hipóxia, uma das características do câncer, é uma condição patológica referida a um conteúdo de oxigênio relativamente baixo (geralmente < 2%) em comparação com o estado normal em um determinado órgão, tecido ou tipo de célula. A tomografia por emissão de pósitrons (PET) é uma técnica de imagem molecular não invasiva amplamente conhecida por estudar hipóxia, empregando principalmente radiotraçadores à base de 2-nitroimidazol que relatam diretamente os níveis de oxigênio com alta especificidade e resolução espacial. Nesse sentido, o [¹⁸F]FMISO é o radiofármaco para imagem de hipóxia mais amplamente utilizado, mas sua alta lipofilicidade causa acúmulo lento de traçador, depuração plasmática lenta e baixo contraste tumor-fundo. O mecanismo de ação dos radiotraçadores específicos para hipóxia reside na redução seletiva da porção nitroimidazol sob condições hipóxicas, mas poderiam ser utilizados outros compostos nitroaromáticos com capacidades de redução melhoradas na ausência de oxigénio. O objetivo deste trabalho foi sintetizar e avaliar um novo radiotraçador à base de nitrofurano para detecção de áreas hipóxicas no microambiente tumoral, (E)-1-(4-[¹⁸F]-fluorofenil)-3-(5-nitrofuran-2 -il)prop-2-en-1-ona, batizado como [¹⁸F]FNFP, e compará-lo com [¹⁸F]FBNA, um novo radioligante de hipóxia sintetizado e caracterizado em trabalho anterior. Inicialmente, precursores para marcação com [¹⁸F] e os padrões frios [¹⁹F]FNFP e [¹⁹F]FBNA foram preparados e caracterizados por técnicas espectroscópicas, com uma nova síntese melhorada no caso deste último em comparação com o método publicado. A radiofluoração em estágio avançado permitiu a introdução do [¹⁸F]-fluoreto em uma reação de uma etapa sem secagem azeotrópica, obtendo tanto [¹⁸]FFNFP quanto [¹⁸]FFBNA com >99% de pureza radioquímica, rendimentos radioquímicos de 38,4±3% e 39,1±5% (n=3), tempo total de síntese de 85 e 70 minutos e atividades molares elevadas de 41,56 GBq/μmol e 43,02 GBq/μmol, respectivamente. [¹⁸]FFNFP foi estável em solução salina tamponada com fosfato (PBS) e soro por até 6 horas e foi considerado mais hidrofílico que [¹⁸F]FMISO (log₁₀P=2.06), com o mesmo coeficiente de partição que [¹⁸F]FBNA (log₁₀P=1,05). Imagens PET/CT usando um modelo de tumor de câncer gástrico MKN-45 em camundongos mostraram que [¹⁸F]FNFP, um derivado da chalcona, é rapidamente excretado por uma depuração hepato-biliar-intestinal-renal sem captação tumoral. Semelhante aos radiotraçadores à base de chalcona, apresenta uma rápida eliminação do cérebro com alta captação neste órgão nos primeiros 15 minutos após a injeção. Estudos de biodistribuição ex-vivo também não mostraram captação tumoral interessante para [¹⁸F]FNFP. Diferente do radiotraçador baseado em 2-nitroimidazol [¹⁸F]FBNA, o derivado de 5-nitrofurano [¹⁸F]FNFP não foi eficaz quanto o primeiro na identificação de regiões hipóxicas no microambiente tumoral, talvez devido à sua rápida depuração.