Feste Phase 11C-Methylierung, Reinigung und Formulierung für die Herstellung von PET Tracern
Summary
Wir berichten über eine effiziente Carbon-11-Radiolabeling-Technik zur Herstellung klinisch relevanter Tracer für die Positronen-Emissionstomographie (PET) mit Festphasen-Extraktionspatronen. 11 C-Methylierungsmittel wird durch eine Patrone mit Vorläufer vorinstalliert und aufeinanderfolgende Elution mit wässrim Ethanol liefert chemisch und radiochemisch reine PET-Tracer in hohen radiochemischen Erträgen.
Abstract
Die routinemäßige Produktion von Radiotracern, die in der Positronenemissionstomographie (PET) verwendet werden, beruht hauptsächlich auf nasser Chemie, bei der das radioaktive Synthon mit einem nicht-radioaktiven Vorläufer in Lösung reagiert. Dieser Ansatz erfordert die Reinigung des Tracers durch Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) gefolgt von einer Neuformulierung in einem biokompatiblen Lösungsmittel für die menschliche Verabreichung. Wir haben vor kurzem einen neuartigen 11C-Methylierungsansatz für die hocheffiziente Synthese von Kohlenstoff-11-gekennzeichneten PET-Radiopharmazeutika entwickelt, wobei wir festaktige Phasenkartuschen als Einweg-“3-in-1”-Einheiten für die Synthese, Reinigung und Neuformulierung der Tracer. Dieser Ansatz versagt den Einsatz von präparativem HPLC und reduziert die Verluste des Tracers in Transferleitungen und durch radioaktiven Zerfall. Darüber hinaus verbessert die auf Patronen basierende Technik die Synthesezuverlässigkeit, vereinfacht den Automatisierungsprozess und erleichtert die Einhaltung der GMP-Anforderungen (Good Manufacturing Practice). Hier zeigen wir diese Technik am Beispiel der Produktion eines PET Tracer Pittsburgh-Verbindung B ([11C]PiB), einem Goldstandard-In-vivo-Bildgebungsmittel für Amyloid-Plaques im menschlichen Gehirn.
Introduction
Die Positronen-Emissionstomographie (PET) ist eine molekulare bildgebende Modalität, die auf dem Nachweis des radioaktiven Zerfalls eines Isotops beruht, das an einem biologisch aktiven Molekül befestigt ist, um die In-vivo-Visualisierung biochemischer Prozesse, Signale und Transformationen zu ermöglichen. . Carbon-11 (t1/2 = 20,3 min) ist eines der am häufigsten verwendeten Radioisotope in PET wegen seiner Fülle an organischen Molekülen und der kurzen Halbwertszeit, die mehrere Tracer-Verabreichungen am selben Tag für dasselbe menschliche oder tierische Subjekt und die Strahlenbelastung der Patienten reduziert. Viele mit diesem Isotop gekennzeichnete Tracer werden in klinischen Studien und in der medizinischen Grundlagenforschung für die in vivo PET-Bildgebung klassischer und neu entstehender biologisch relevanter Targets verwendet – [11C]raclopride für D2/D3-Rezeptoren, [11C] PiB für Amyloid-Plaques, [11C]PBR28 für Translocator-Protein – um nur einige zu nennen.
Carbon-11-markierte PET-Tracer werden überwiegend durch 11C-Methylierung von nicht-radioaktiven Vorläufern hergestellt, die -OH (Alkohol, Phenol und Carbonsäure), -NH (Amin und Amid) oder -SH (Thiol) Gruppen enthalten. Kurz gesagt, das Isotop wird im Gasziel eines Zyklotrons über eine 14N(p,))11C Kernreaktion in chemischer Form von [11C]CO2 erzeugt. Letzteres wird dann in [11C]methyliodid ([11C]CH3I) entweder über Nasschemie (Reduktion auf [11C]CH3OH mit LiAlH4 gefolgt von Abschreckung mit HI)1 oder Chemie (katalytische Reduktion auf [11C]CH4 gefolgt von radikaler Iodination mit molekularem I2)2. [11C] CH3I kann dann weiter in das reaktivere 11C-Methyltriflate ([11C]CH3OTf) umgewandelt werden, indem es über eine silberne Triflatesäule3übergeben wird. Die 11-C-Methylierungerfolgt dann entweder durch Blasen des radioaktiven Gases in eine Lösung des nicht-radioaktiven Vorläufers in organischem Lösungsmittel oder über das elegantere Lösungsmittel “Loop”-Verfahren4,5. Der 11C-Tracer wird dann mit Hilfe von HPLC gereinigt, in einem biokompatiblen Lösungsmittel umformuliert und durch einen sterilen Filter geleitet, bevor er menschlichen Probanden verabreicht wird. Alle diese Manipulationen müssen schnell und zuverlässig sein, angesichts der kurzen Halbwertszeit von Kohlenstoff-11. Der Einsatz eines HPLC-Systems erhöht jedoch signifikant die Verluste des Tracers und die Produktionszeit, erfordert oft den Einsatz toxischer Lösungsmittel, erschwert die Automatisierung und führt gelegentlich zu fehlgeschlagenen Synthesen. Darüber hinaus verlängert die erforderliche Reinigung der Reaktoren und der HPLC-Säule Verzögerungen zwischen den Synthesen nachfolgender Tracerchargen und erhöht die Strahlenexposition des Personals.
Die Radiochemie von Fluor-18 (t1/2 = 109,7 min), dem anderen weit verbreiteten PET-Isotop, wurde vor kurzem durch die Entwicklung von Kassetten-basierten Kits vorangetrieben, die die Notwendigkeit einer HPLC-Reinigung ausdemivieren. Durch den Einsatz von Solid-Phase-Extraktions-Kartuschen (SPE) ermöglichen diese Volleinweg-Kits die zuverlässige Routineproduktion von 18F-Tracern, einschließlich [18F]FDG, [18F]FMISO, [18F]FMC und anderen, mit kürzerer Synthese reduzierter Personaleinsatz und minimale Wartung der Geräte. Einer der Gründe, warum Carbon-11 ein weniger beliebtes Isotop in der PET-Bildgebung bleibt, ist das Fehlen ähnlicher Kits für die Routinemäßigproduktion von 11C-Tracern. Ihre Entwicklung würde die synthetische Zuverlässigkeit deutlich verbessern, die radiochemischen Erträge erhöhen und die Automatisierung und vorbeugende Wartung der Produktionsmodule vereinfachen.
Derzeit verfügbare Produktionskits nutzen preiswerte, EINweg-SPE-Kartuschen anstelle von HPLC-Säulen für die Trennung des Radiotracers von unreagiertem radioaktiven Isotop, Vorläufer und anderen radioaktiven und nicht-radioaktiven Nebenprodukten. Im Idealfall verläuft die Radiolabel-Reaktion auch auf der gleichen Patrone; z. B. die [18F]Fluormethylierung von Dimethylaminoethanol mit gasförmigem [18F]CH2BrF bei der Herstellung von Prostatakrebs-Bildgebung PET Tracer [18F]fluoromethylcholin tritt auf einer Kation-Austausch-Harzkartusche auf 6. Obwohl ähnliche Verfahren für die Radiobeschriftung von mehreren 11C-Tracern auf Patronen berichtet wurden7,8 und wurde besonders leistungsfähig für die Radiosynthese von [11C]cholin9 und [11C]Methionin10, diese Beispiele bleiben auf onkologische PET-Tracer beschränkt, bei denen die Trennung vom Vorläufer oft nicht erforderlich ist. Kürzlich berichteten wir über die Entwicklung von “[11C]kits” für die Herstellung von [11C]CH3I11 und nachfolgender 11C-Methylierung sowie fester phasengestützter Synthese12 in unseren Bemühungen, die routinemäßige Produktion von 11C-Tracern zu vereinfachen. Hier möchten wir unsere Fortschritte am Beispiel der soliden Phase unterstützten Radiosynthese von [11C]PiB, einem Radiotracer für die Bildgebung von Aa, demonstrieren, der das Feld der Alzheimer-Krankheit (AD) Revolutioniert hat, als es 2003 zum ersten Mal entwickelt wurde ( Abbildung 1) 13,14. Bei dieser Methode wird flüchtige [11C]CH3OTf (bp 100 °C) über 6-OH-BTA-0 Vorläufer auf dem Harz einer Einwegpatrone abgelagert. PET Tracer [11C]PiB wird dann durch Elution aus der Kartusche mit biokompatiblem wässrigem Ethanol von der Vorstufe und radioaktiven Verunreinigungen getrennt. Darüber hinaus haben wir diese Methode der[11C]PiB Radiosynthese mit einem ferngesteuerten Radiochemie-Synthesemodul und Einwegkassettenkits automatisiert. Insbesondere haben wir diese Radiosynthese auf einem 20-Ventil-Radiochemiemodul implementiert, das mit Spritzenantrieb (Dispenser) ausgestattet ist, der standardmäßig 20 ml Einweg-Kunststoffspritze, Gasdurchflussregler, Vakuumpumpe und Messgerät passt. Aufgrund der Einfachheit dieser Methode sind wir zuversichtlich, dass sie auf die meisten kommerziell erhältlichen automatisierten Synthesizer umgestellt werden kann, entweder auf Kassettenbasis oder mit stationären Ventilen ausgestattet. Diese solide Phasenunterstützte Technik erleichtert [11C]PiB-Produktion, die den GMP-Vorschriften (Good Manufacturing Practice) entspricht, und verbessert die Synthesezuverlässigkeit. Die hier beschriebene Technik reduziert auch die Für die Radiosynthese erforderliche Vorläufermenge, verwendet nur “grüne” biokompatible Lösungsmittel und verringert die Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Produktionschargen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Trotz der jüngsten Entstehung und FDA-Zulassung von mehreren 18F-markierten PET-Tracern, wie Florbetapir, Florbetaben und Flutemetamol, [11C]PiB bleibt ein Gold Standard Tracer für Amyloid-Bildgebung aufgrund der schnellen Gehirnaufnahme und niedrige unspezifische band. Derzeit wird dieser Tracer entweder über nasse Chemie16 oder mit einem “Trockenschleifen”-Ansatz4,17synthetisiert. Beide Methoden erforder…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Studie wurde teilweise durch ein Stipendium 18-05 von der Alzheimer es Society of Canada (für A. K.) und der Brain Canada Foundation mit Unterstützung von Health Canada unterstützt. Die Autoren möchten die McGill University Faculty of Medicine, das Montreal Neurological Institute und das McConnell Brain Imaging Centre für die Unterstützung dieser Arbeit würdigen. Wir danken auch Frau Monica Lacatus-Samoila für die Hilfe bei der Qualitätskontrolle und Drs. Jean-Paul Soucy und Gassan Massarweh für den Zugang zu Radioisotopen und der Radiochemieanlage.
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 |
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