Her beskriver vi radiosyntesen af 1-(2-[18F]Fluorethyle)-L-tryptophan, et positronemissionstomografibilleddannelsesmiddel til undersøgelse af tryptofanmetabolisme ved hjælp af en en-pot, to-trins strategi i et radiokemisk syntesesystem med gode radiokemiske udbytter, højt enantiomerisk overskud og høj pålidelighed.
Kynureninvejen (KP) er en primær vej til tryptofanmetabolisme. Beviser tyder stærkt på, at metabolitter af KP spiller en afgørende rolle i tumorproliferation, epilepsi, neurodegenerative sygdomme og psykiatriske sygdomme på grund af deres immunmodulerende, neuromodulatoriske og neurotoksiske virkninger. Det mest udbredte positronemissionstomografi (PET) middel til kortlægning af tryptofanmetabolisme, α-[11C]methyl-L-tryptophan ([11C]AMT), har en kort halveringstid på 20 minutter med besværlige radiosynteseprocedurer. En cyklotron på stedet er påkrævet for at radiosyntetisere [11C]AMT. Kun et begrænset antal centre producerer [11C]AMT til prækliniske undersøgelser og kliniske afprøvninger. Derfor er udviklingen af et alternativt billeddannelsesmiddel, der har en længere halveringstid, gunstig in vivo-kinetik og er let at automatisere, presserende nødvendig. Nytten og værdien af 1-(2-[18F]fluorethyle)-L-tryptophan, en fluor-18-mærket tryptofananalog, er blevet rapporteret i prækliniske anvendelser i cellelinjeafledte xenografts, patientafledte xenografter og transgene tumormodeller.
Dette papir præsenterer en protokol til radiosyntese af 1-(2-[18F]fluorethyl)-L-tryptophan ved hjælp af en en-pot, to-trins strategi. Ved hjælp af denne protokol kan radiotraceren produceres i et 20 ± 5% (henfald korrigeret ved syntesens afslutning, n > 20) radiokemisk udbytte med både radiokemisk renhed og enantiomert overskud på over 95%. Protokollen indeholder en lille prækursormængde med højst 0,5 ml reaktionsopløsningsmiddel i hvert trin, lav belastning af potentielt giftig 4,7,13,16,21,24-hexaoxa-1,10-diazabicyclo[8.8.8]hexacosan (K222) og en miljøvenlig og injicerbar mobil fase til rensning. Protokollen kan let konfigureres til at producere 1-(2-[18F]fluorethyle)-L-tryptophan til klinisk afprøvning i et kommercielt tilgængeligt modul.
Hos mennesker er tryptofan en væsentlig bestanddel af den daglige kost. Tryptofan metaboliseres primært via kynureninvejen (KP). KP katalyseres af to hastighedsbegrænsende enzymer, indoleamin 2, 3-dioxygenase (IDO) og tryptophan 2, 3-dioxygenase (TDO). Mere end 95% af tryptofan omdannes til kynurenin og dets nedstrøms metabolitter, hvilket i sidste ende genererer nikotinamid adenin dinukleotid, hvilket er afgørende for cellulær energitransduktion. KP er en vigtig regulator af immunsystemet og en vigtig regulator af neuroplasticitet og neurotoksiske virkninger1,2. Unormal tryptofanmetabolisme er impliceret i forskellige neurologiske, onkologiske, psykiatriske og metaboliske lidelser; derfor er radioaktivt mærkede tryptofananaloger blevet anvendt i vid udstrækning i klinisk afprøvning. De to mest almindelige klinisk undersøgte tryptophan radiotracere er 11C-α-methyl-L-tryptophan ([11C]AMT) og 11C-5-hydroxytryptophan (11C-5-HTP)3.
I 1990’erne, 11C-5-HTP blev brugt til at visualisere serotonin-udskillende neuroendokrine tumorer4 og til at diagnosticere og overvåge terapi af metastatisk hormon-ildfast prostata adenocarcinom5. Senere blev det brugt som et billeddannelsesværktøj til kvantificering af det serotonerge system i den endokrine bugspytkirtel6. 11 C-5-HTP har også været et lovende sporstof til ikke-invasiv påvisning af levedygtige øer i intraportal ø-transplantation og type 2-diabetes7,8. I løbet af de sidste to årtier er mange radioaktivt mærkede aminosyrer avanceret til klinisk afprøvning9,10. Især har den kulstof-11-mærkede tryptofananalog [11C]AMT fået omfattende opmærksomhed for kortlægning af hjernens serotoninsyntese11,12,13,14 og for lokalisering af epileptiske foci, epileptogene tumorer, tuberøs sklerosekompleks, gliomer og brystkræft15,16,17,18,19,20 ,21,22,23,24,25,26. [11C] AMT har også høj optagelse i forskellige lav- og højkvalitetstumorer hos børn27. Desuden er kinetisk sporstofanalyse af [11C]AMT hos mennesker blevet anvendt til at differentiere og klassificere forskellige tumorer og differentiere gliom fra strålingsinduceret vævsskade15. [11C] AMT-guidet billeddannelse viser betydelige kliniske fordele ved hjernesygdomme3,25. På grund af den korte halveringstid for kulstof-11 (20 min) og de besværlige radiosynteseprocedurer er [11C] AMT-brug imidlertid begrænset til de få PET-centre med en cyklotron på stedet og en radiokemisk facilitet.
Fluor-18 har en gunstig halveringstid på 109,8 min sammenlignet med 20 min halveringstiden for kulstof-11. I stigende grad har indsatsen været fokuseret på udvikling af fluor-18-mærkede radiotracere til tryptofanmetabolisme3,28. I alt 15 unikke fluor-18 radioaktivt mærkede tryptophan radioracere er blevet rapporteret med hensyn til radiomærkning, transportmekanismer, in vitro og in vivo stabilitet, biodistribution og tumoroptagelse i xenografts. Der blev imidlertid observeret hurtig in vivo-defluorination for flere sporstoffer, herunder 4-, 5- og 6-[18F]fluortryptofan, hvilket udelukker yderligere klinisk translation29. 5-[18F]Fluor-α-methyltryptophan (5-[18F]FAMT) og 1-(2-[18F]fluorethyl)-L-tryptophan (L-[18F]FETrp, også kendt som (S)-2-amino-3-(1-(2-[18F]fluoroethyl)-1H-indol-3-yl)propansyre, molekylvægt 249,28 g/mol), er de to mest lovende radiotracere med gunstig in vivo-kinetik i dyremodeller og stort potentiale til at overgå [11 C]AMT til evaluering af kliniske tilstande med dereguleret tryptofanmetabolisme28. 5-[18F]FAMT viste høj optagelse i IDO1-positive tumor xenografts af immunkompromitterede mus og er mere specifik for billeddannelse af KP end [11C] AMT28,30. In vivo-stabiliteten af 5-[18F]FAMT er dog fortsat et potentielt problem, da der ikke er rapporteret in vivo-defluorinationsdata ud over 30 minutter efter injektion af sporstoffet30.
En præklinisk undersøgelse i en genetisk manipuleret medulloblastommusmodel viste, at L-[18F]FETrp sammenlignet med 18F-fluorodeoxyglucose (18F-FDG) havde høj akkumulering i hjernetumorer, ubetydelig in vivo-defluornation og lav baggrundsoptagelse, hvilket viste et overlegen mål-til-ikke-mål-forhold31,32. Strålingsdosimetriundersøgelser hos mus viste, at L-[18F]FETrp havde en ca. 20% lavere gunstig dosimetrieksponering end det kliniske 18F-FDG PET-sporstof33. I overensstemmelse med andre forskeres resultater giver prækliniske undersøgelsesdata væsentlige beviser til støtte for den kliniske oversættelse af L-[18F]FETrp til undersøgelse af unormal tryptofanmetabolisme hos mennesker med hjernesygdomme som epilepsi, neuro-onkologi, autisme og tuberøs sklerose28,31,32,33,34,35,36 . En samlet sammenligning mellem de tre mest undersøgte sporstoffer til tryptofanmetabolisme, 11C-5-HTP, [11C]AMT og L-[18F]FETrp, er vist i tabel 1. Både 11C-5-HTP og [11C]AMT har en kort halveringstid og besværlige radiomærkningsprocedurer. En protokol til radiosyntese af L-[18F]FETrp ved hjælp af en en-pot, to-trins tilgang er beskrevet her. Protokollen indeholder anvendelse af en lille mængde radioaktivt mærkningsprækursor, et lille volumen reaktionsopløsningsmidler, lav belastning af giftig K222 og en miljøvenlig og injicerbar mobil fase til rensning og nem formulering.
Tryptofan er en essentiel aminosyre for mennesker. Det spiller en vigtig rolle i reguleringen af humør, kognitiv funktion og adfærd. Radioaktivt mærkede tryptofanderivater, især de kulstof-11-mærkede [11C]AMT, er blevet grundigt undersøgt på grund af deres unikke rolle i kortlægningen af serotoninsyntese38,39, påvisning og klassificering af tumorer40, vejledning af epilepsikirurgi41,42…
The authors have nothing to disclose.
Dette arbejde blev støttet af Diagnostic & Research PET/MRI Center og af Afdelingerne for Biomedicinsk Forskning og Radiologi på Nemours/Alfred I. duPont Hospital for Børn.
[18F]Fluoride in [18O]H2O | PETNET Solutions Inc. | N/A | |
4,7,13,16,21,24-hexaoxa-1,10-diazabicyclo[8.8.8]hexacosane | ACROS | 291950010 | Kryptofix 222 or K222, 98% |
Acetic acid | ACROS | 222142500 | 99.8% |
Acetonitrile | Sigma-Aldrich | 271004 | anhydrous, 99.8% |
Agilent 1260 HPLC system | Agilent Technologies | Agilent 1260 | Agilent 1260 series |
Analytcial chiral HPLC column | Sigma-Aldrich | 12024AST | Astec CHIROBIOTIC T, 25 cm × 4.6 mm |
Carbon dioxide, 60 LBS | Airgas | REFR744R200S | 99.99% |
D-FETrp standard reference | Affinity Research Chemicals Inc | N/A | Custom synthesis |
Empty sterile vial | Jubilant HollisterStier | 7515 | 20 mm closure, 10 mL |
Ethanol | Decon Labs | 2716 | 200 proof, USP grade. ≥99.9% |
Fisherbrand 13 mm Syringe Filter, 0.22 µm, PVDF, sterile | Fisher Scientific | 09-720-3 | |
Hydrochloric acid | Sigma-Aldrich | 30721 | ≥37% |
Isopropanol | Decon Labs | 8316 | 70%, sterile |
L-[18F]FETrp radiolabeling precursor | Affinity Research Chemicals Inc | N/A | Custom synthesis |
L-FETrp standard reference | Affinity Research Chemicals Inc | N/A | Custom synthesis |
Light C8 cartridge | Waters | WAT036770 | Sep-Pak C8 plus light cartridge |
Needle, 20 G x 1 | Becton-Dickinson & Co. | 305175 | |
Needle, 20 G x 1 ½ | Becton-Dickinson & Co. | 305176 | |
Needle, 21 G x 2 | Becton-Dickinson & Co. | 305129 | |
Neutral aluminum oxide | Waters | WAT023561 | Sep-Pak alumina N plus light |
Nylon membrane (0.20 µm ) | MilliPore | GNWP04700 | 47 mm |
Pall Acrodisc 25 mm syringe sterile filter | Pall Corporation | 4907 | |
PETCHEM radiochemistry synthesis system | PETCHEM Solutions Inc. Pinckney, MI | N/A | Radiosynthesizer |
pH strips 2.0 – 9.0 | EMD Millipore | 1.09584.0001 | |
Potassium carbonate | Sigma-Aldrich | 367877 | 99.995% |
Quaternary methylammonium light cartridge | Waters | 186004051 | Sep-Pak QMA light |
Semi-preparative C18 HPLC column | Phenomenex | 00D-4253-N0 | 100 × 10 mm |
Semi-preparative chiral HPLC column | Sigma-Aldrich | 12034AST | Astec CHIROBIOTIC T, 25 cm × 10 mm |
Sodium chloride injection 23.4% | APP Pharmaceutical, LLC | 18730 | USP grade |
Sodium chloridei injection 0.9% | Hospira | NDC 0409-4888-10 | USP grade |
Sodium hydroxide | Honeywell | 306576 | 99.99% |
Spinal needle, 20 G x 3 ½ | Becton-Dickinson & Co. | 405182 | |
Sterile alcohol prep pads | BioMed Resource Inc. | PC661 | |
Sterile empty vials, 2 mL | Hollister Stier | 7505ZA | 13 mm closure |
Sterile empty vials, 30 mL | Jubilant HollisterStier | 7520ZA | 20 mm closure |
Syringe PP/PE, 3 mL, Luer Lock | Air-Tite | 4020-X00V0 | |
Syringe PP/PE, 5 mL, Luer Lock | Becton-Dickinson & Co. | 309646 | |
Syringe, PP/PE, 10 mL, NORM-JECT | Air-Tite | 4100-000V0 | |
Syringe, 1 mL, Luer Slip | Becton-Dickinson & Co. | 309659 | |
Syringe, 3 mL, Luer-Lock | Becton-Dickinson & Co. | 309657 | |
Ultra high purity argon | Airgas | AR UHP300 | 99.999% |
Ultrapure water | MilliporeSigma | ZRQSVP300 | Direct-Q 3 tap to pure and ultrapure water purification system |