用于生产PET示踪剂的固体阶段11C甲基化、纯化和配方

Summary

我们报告一种高效的碳-11放射性标签技术，使用固体相提取盒生产与正电子发射断层扫描（PET）相关的临床示踪剂。¹¹C甲基化剂通过预装前体的盒，并连续用水乙醇洗脱提供高放射性化学产量的化学和放射化学纯PET示踪剂。

Abstract

用于正电子发射断层扫描（PET）的放射性跟踪器的常规生产主要依靠湿化学，其中放射性合成素与溶液中的非放射性前体发生反应。这种方法需要通过高性能液相色谱法（HPLC）对示踪剂进行纯化，然后重新配方在生物相容性溶剂中用于人体管理。我们最近开发了一种新型^{的 11}C 甲基化方法，用于高效合成碳-11 标记 PET 放射性药物，利用固相盒作为一次性”三合一”单元进行合成、纯化和重新制定示踪剂。这种方法消除了对预准备HPLC的使用，并减少了示踪剂在传输线和放射性衰变造成的损失。此外，基于墨盒的技术提高了合成可靠性，简化了自动化流程，并便于符合良好制造规范 （GMP） 要求。在这里，我们演示了这项技术，在生产PET示踪剂匹兹堡化合物B（=11C_PiB）的例子，一个金标准在体内的淀粉样斑块在人脑中。

Introduction

正电子发射断层扫描（PET）是一种分子成像模式，它依赖于检测附着在生物活性分子上的同位素的放射性衰变，从而能够对生化过程、信号和转化进行体内可视化.碳-11（t_1/2 = 20.3分钟）是PET中最常用的放射性同位素之一，因为它在有机分子中丰富，而且半寿命短，允许在同一天对同一人类或动物主体进行多次示踪剂，并且减轻病人的辐射负担。许多标有这种同位素的示踪剂用于临床研究和基础健康研究，用于经典和新兴生物相关靶点体内 PET 成像 – [¹¹C]d₂/D₃受体的 raclopride，[11 C]用于淀粉样斑块的 PiB， =¹¹C_PBR28 用于转位蛋白 – 仅举几例。

碳-11标记的PET示踪剂^{主要通过11}个C-甲基化的非放射性前体生产，这些前体含有-OH（酒精、苯酚和甲氧乙酸）、-NH（胺和酰胺）或-SH（二醇）组。简单地说，同位素^{通过14N（p，α）11C}核反应在回旋加速器的气体靶中生成，化学形式为11C+CO2。后者然后通过湿化学（减少至+ 11 C_CH 3 I）转化为¹¹C_甲基碘化物 （=¹¹C_CH₃I），减少至 +¹¹C_CH₃OH，LiAlH_4，然后用 HI 淬火）¹或干燥化学（催化还原到+¹¹C_CH_4，然后是分子 I₂的基基碘化 ）²。[¹¹C]CH₃I 然后可以通过在银三聚苯甲柱³上将其转换进一步转换为反应性更强^{的 11}C-甲基三聚醚（=¹¹C_CH₃OTf）。然后，通过将放射性气体冒泡成有机溶剂中的非放射性前体溶液，或通过更优雅的自有溶剂”循环”^{方法4、5进行11C}甲基化。然后，通过HPLC^对11种C-示踪剂进行纯化，在生物相容性溶剂中重新配制，并通过无菌过滤器，然后施用给人体。鉴于碳-11的半寿命很短，所有这些操作都必须快速可靠。然而，使用HPLC系统会大大增加示踪剂的损失和生产时间，通常需要使用有毒溶剂，使自动化复杂化，偶尔会导致合成失败。此外，对反应器和HPLC柱进行必要的清洁延长了后续示踪剂批次合成之间的延迟，并增加了人员对辐射的暴露。

氟-18（t_1/2 = 109.7分钟）的放射性化学，另一种广泛使用的PET同位素，最近通过开发基于盒式试剂盒的试剂盒，消除了对HPLC纯化的需要而得到推进。通过采用固相萃取 （SPE） 盒，这些完全一次性试剂盒可实现^{18 种}F 示踪剂的可靠常规生产，包括¹⁸F_FDG、18 F_FMISO、18 F_FMC 等，合成更短时间、减少人员参与和最少的设备维护。碳-11在PET成像中仍然不太受欢迎的同位素的原因之一是缺乏用于常规^生产11种C示踪剂的类似试剂盒。它们的开发将大大提高合成可靠性，提高放射性化学产量，并简化生产模块的自动化和预防性维护。

目前可用的生产套件利用廉价的一次性 SPE 墨盒，而不是 HPLC 柱，用于将放射性追踪器与未反应的放射性同位素、前体和其他放射性和非放射性副产品分离。理想情况下，无线电标记反应也在同一墨盒上进行;例如，在生产前列腺癌成像PET示踪剂PET示踪剂时，二甲基氨基甲醇^的18F_氟甲基化与气态性 =¹⁸F_CH₂BrF^发生于阳离子交换树脂盒上^6.虽然已报告在墨盒上对^几个11个C示踪剂进行放射性标记的类似^{程序7，8，}并且^对11C_choline⁹的放射合成特别强大和[¹¹C_美色^氨酸10，这些例子仍然限于肿瘤PET示踪剂，其中通常不需要从前体分离。我们最近报告了用于^生产[11C]CH₃I¹¹和随后^{11 C}甲基化以及固体相支持合成¹²的”[11 C]基套”的开发，^简化了11种C示踪剂的常规生产。在这里，我们希望以固相支持放射性合成^的11C_PiB为例来展示我们的进步，这是A+成像的放射跟踪器，在2003年首次开发时彻底改变了阿尔茨海默氏病（AD）成像领域（图 1）^13，14.在这种方法中，挥发性 =¹¹C_CH₃OTf （bp 100 °C） 通过沉积在一次性墨盒树脂上的 6-OH-BTA-0 前体传递。PET 示踪剂 =¹¹C_PiB 然后通过从盒中洗脱具有生物相容性水乙醇从前体和放射性杂质中分离出来。此外，我们使用遥控无线电化学合成模块和一次性盒式试剂盒试剂盒，自动化了这种¹¹C_PiB 放射合成方法。具体来说，我们在一个20瓣放射性化学模块上实现了这种放射合成，该模块配备了注射器驱动（分配器），适合标准的20 mL一次性塑料注射器、气体流量控制器、真空泵和仪表。由于这种方法的简单性，我们相信它可以被修改为大多数市售的自动合成器，无论是盒式或带有固定阀门的。这种固相支持技术有助于符合良好制造规范 （GMP） 法规^{的 11}C_PiB 生产，并提高合成可靠性。此处描述的技术还减少了放射性合成所需的前体量，只使用”绿色”生物相容性溶剂，并减少了连续生产批次之间的时间。

Protocol

1. 制备缓冲液和埃鲁剂 将2.72克醋酸钠三水合物溶解在100 mL水中，制备0.2M醋酸钠溶液（溶液A）。 将11.4 mL的冰川醋酸溶解在1L水中，制备0.2M醋酸溶液（溶液B）。 将50 mL溶液A与450 mL溶液B结合，根据缓冲器参考中心15制备pH 3.7（缓冲1）的醋酸缓冲液。使用 pH 条或 pH 计验证缓冲液的 pH。 将 12.5 mL 的绝对乙醇与 87.5 mL 的缓冲液 1 结合，使 12.5% 的 AOH 溶液…

Representative Results

为了总结典型放射性合成的 [11C_PiB， 气态 ]11C_CH3OTf 首先通过预装前体溶液的 tC18 盒 （图 1）。然后，通过连续洗脱水乙醇溶液实现反应混合物的分离，如下所示。首先，12.5% EtOH洗脱大多数未反应的 [11C_CH3OTf 和 6-OH-BTA-0》，然后 15% EtOH 洗掉残留杂质，最后 50% 乙醇溶液将所需的 [11C]PiB 排脱到无菌小瓶…

Discussion

尽管最近出现和FDA批准^几个18F标记PET示踪剂，如花贝贝，弗洛贝贝本和长笛元醇，#¹¹C_PiB仍然是淀粉样蛋白成像的黄金标准示踪剂，由于快速的大脑吸收和低非特异性绑定。目前这种示踪剂是通过湿^化学16或使用”干循环”^方法4，17合成的。两种方法都需要HPLC纯化，然后重新配方在水乙醇，这大约需要20-30分钟^?…

Materials

6-OH-BTA-0	ABX advanced biochemical compounds	5101	Non-radioactive precursor of [11C]PiB
6-OH-BTA-1	ABX advanced biochemical compounds	5140	Non-radioactive standard of [11C]PiB
Agilent 1200 HPLC system	Agilent	Agilent 1200	Analytical HPLC system
Ethanol absolute	Commercial alcohols	432526
Hamilton syringe (luer-tip, 250 µL)	Hamilton	HAM80701
MZ Analytical PerfectSil 120	MZ-Analysentechik GmbH	MZ1440-100040	Analytical HPLC column
Perkin Elmer Clarus 480 GC system	Perkin Elmer	Clarus 480	Gas chromotograph
polycarbonate manifold	Scintomics	ACC-101	Synthesis manifold
Restek MTX-Wax column (30 m, 0.53 mm)	Restek	70625-273	Analytical GC column
Scintomics GRP module	Scintomics	Scintomics GRP	Automated synthesis unit
Sep-Pak tC18 Plus	Waters	WAT020515	Solid phase extraction cartridge
solvent-resistant manifold	Scintomics	ACC-201	Synthesis manifold
Spinal needle	BD	405181
Sterile extension line	B. Braun	8255059
Sterile filter	Millipore	SLLG013SL
Sterile vial (20mL)	Huayi	SVV-20A
Sterile water	Baxter	JF7623
Synthra MeIplus Research	Synthra	MeIplus Research	[11C]CH3I/[11C]CH3OTf module
Syringe (10 mL)	BD	309604
Syringe (1mL)	BD	309659
Syringe (20 mL)	B. Braun	4617207V	Dispenser syringe
Vent filter	Millipore	TEFG02525