Abstract Tuberculosis remains a large global disease burden for which treatment regimens are protracted and monitoring of disease activity difficult. Existing detection methods rely almost exclusively on bacterial culture from sputum which limits sampling to organisms on the pulmonary surface. Advances in monitoring tuberculous lesions have utilized the common glucoside [ 18 F]FDG, yet lack specificity to the causative pathogen Mycobacterium tuberculosis ( Mtb ) and so do not directly correlate with pathogen viability. Here we show that a close mimic that is also positron-emitting of the non-mammalian Mtb disaccharide trehalose – 2-[ 18 F]fluoro-2-deoxytrehalose ([ 18 F]FDT) – is a mechanism-based reporter of Mycobacteria-selective enzyme activity in vivo. Use of [ 18 F]FDT in the imaging of Mtb in diverse models of disease, including non-human primates, successfully co-opts Mtb -mediated processing of trehalose to allow the specific imaging of TB-associated lesions and to monitor the effects of treatment. A pyrogen-free, direct enzyme-catalyzed process for its radiochemical synthesis allows the ready production of [ 18 F]FDT from the most globally-abundant organic 18 F-containing molecule, [ 18 F]FDG. The full, pre-clinical validation of both production method and [ 18 F]FDT now creates a new, bacterium-selective candidate for clinical evaluation. We anticipate that this distributable technology to generate clinical-grade [ 18 F]FDT directly from the widely-available clinical reagent [ 18 F]FDG, without need for either custom-made radioisotope generation or specialist chemical methods and/or facilities, could now usher in global, democratized access to a TB-specific PET tracer.

ABSTRACT Due to the continuous rise in global incidence and severity of invasive fungal infections (IFIs), particularly among immunocompromised and immunodeficient patients, there is an urgent demand for swift and accurate fungal pathogen diagnosis. Therefore, the need for fungal‐specific positron emission tomography (PET) imaging agents that can detect the infection in the early stages is increasing. Cellobiose, a disaccharide, is readily metabolized by fungal pathogens such as Aspergillus species. Recently, our group reported fluorine‐18 labeled cellobiose, 2‐deoxy‐2‐[ 18 F]fluorocellobiose ([ 18 F]FCB), for specific imaging of Aspergillus infection. The positive imaging findings with very low background signal on delayed imaging make this ligand a promising fungal‐specific imaging ligand. Inspired by this result, the decision was made to automate the radiolabeling procedure for better reproducibility and to facilitate clinical translation. A Trasis AllInOne (Trasis AIO) automated module was used for this purpose. The reagent vials contain commercially available 2‐deoxy‐2‐[ 18 F]fluoroglucose ([ 18 F]FDG), glucose‐1‐phosphate, and enzyme (cellobiose phosphorylase). A Sep‐Pak cartridge was used to purify the tracer. The overall radiochemical yield was 50%–70% ( n = 6, decay corrected) in 75‐min synthesis time with a radiochemical purity of > 98%. This is a highly reliable protocol to produce current good manufacturing practice (cGMP)–compliant [ 18 F]FCB for clinical PET imaging.

Tuberculosis remains a large global disease burden for which treatment regimens are protracted and monitoring of disease activity difficult. Existing detection methods rely almost exclusively on bacterial culture from sputum which limits sampling to organisms on the pulmonary surface. Advances in monitoring tuberculous lesions have utilized the common glucoside [18F]FDG, yet lack specificity to the causative pathogen Mycobacterium tuberculosis (Mtb) and so do not directly correlate with pathogen viability. Here we show that a close mimic that is also positron-emitting of the non-mammalian Mtb disaccharide trehalose - 2-[18F]fluoro-2-deoxytrehalose ([18F]FDT) - can act as a mechanism-based enzyme reporter in vivo. Use of [18F]FDT in the imaging of Mtb in diverse models of disease, including non-human primates, successfully co-opts Mtb-specific processing of trehalose to allow the specific imaging of TB-associated lesions and to monitor the effects of treatment. A pyrogen-free, direct enzyme-catalyzed process for its radiochemical synthesis allows the ready production of [18F]FDT from the most globally-abundant organic 18F-containing molecule, [18F]FDG. The full, pre-clinical validation of both production method and [18F]FDT now creates a new, bacterium-specific, clinical diagnostic candidate. We anticipate that this distributable technology to generate clinical-grade [18F]FDT directly from the widely-available clinical reagent [18F]FDG, without need for either bespoke radioisotope generation or specialist chemical methods and/or facilities, could now usher in global, democratized access to a TB-specific PET tracer.

Abstract Purpose Invasive fungal diseases, such as pulmonary aspergillosis, are common life-threatening infections in immunocompromised patients and effective treatment is often hampered by delays in timely and specific diagnosis. Fungal-specific molecular imaging ligands can provide non-invasive readouts of deep-seated fungal pathologies. In this study, the utility of antibodies and antibody fragments (Fab) targeting β-glucans in the fungal cell wall to detect Aspergillus infections was evaluated both in vitro and in preclinical mouse models. Methods The binding characteristics of two commercially available β-glucan antibody clones and their respective antigen-binding Fabs were tested using biolayer interferometry (BLI) assays and immunofluorescence staining. In vivo binding of the Zirconium-89 labeled antibodies/Fabs to fungal pathogens was then evaluated using PET/CT imaging in mouse models of fungal infection, bacterial infection and sterile inflammation. Results One of the evaluated antibodies (HA-βG-Ab) and its Fab (HA-βG-Fab) bound to β-glucans with high affinity (K D = 0.056 & 21.5 nM respectively). Binding to the fungal cell wall was validated by immunofluorescence staining and in vitro binding assays. ImmunoPET imaging with intact antibodies however showed slow clearance and high background signal as well as nonspecific accumulation in sites of infection/inflammation. Conversely, specific binding of [ 89 Zr]Zr-DFO-HA-βG-Fab to sites of fungal infection was observed when compared to the isotype control Fab and was significantly higher in fungal infection than in bacterial infection or sterile inflammation. Conclusions [ 89 Zr]Zr-DFO-HA-βG-Fab can be used to detect fungal infections in vivo. Targeting distinct components of the fungal cell wall is a viable approach to developing fungal-specific PET tracers.