Vi demonstrerar den halvautomatiska radiokemiska syntesen av [ 18 F] 3F4AP och kvalitetskontrollprocedurer.
3- [18F] fluor-4-aminopyridin, [18F] 3F4AP, är en radiofluorerad analog av det FDA-godkända läkemedlet för multipel skleros 4-aminopyridin (4AP). Denna förening undersöks för närvarande som ett PET-spårämne för demyelinering. Vi har nyligen beskrivit en ny kemisk reaktion för att producera metafluorerade pyridiner bestående av direkt fluorering av en pyridin-N-oxid och användningen av denna reaktion för den radiokemiska syntesen av [18F] 3F4AP. I den här artikeln demonstrerar vi hur man producerar denna spårare med hjälp av en automatiserad synthesizer och en internt gjord flödeshydrogeneringsreaktor. Vi visar också de standardkvalitetskontrollprocedurer som utförts innan du släpper radiotraceraren för prekliniska djurbildningsstudier. Denna semi-automatiserade procedur kan tjäna som grund för framtida produktion av [ 18 F] 3F4AP för kliniska studier.
Förmågan att spåra ett läkemedel med liten molekyl som inte är invasivt i människokroppen har stor potential mot precisionsmedicin. Bland molekylära bildtekniker har positronutsläppstomografi (PET) många gynnsamma egenskaper: PET-detektorns höga känslighet möjliggör detektering och kvantifiering av mycket små mängder radioaktivt material och skannerns egenskaper möjliggör en korrekt geografisk kartläggning av läkemedelslokalisering 1 , 2 , 3 . Till exempel tillåter PET detektion och lokalisering av tumörer och metastaser baserat på upptagningsnivån av en radioaktiv glukosanalog, [ 18 F] FDG 4 . PET kan också tillhandahålla lokalisering och kvantifiering av specifika hjärnreceptorer och deras beläggning som kan vara värdefull för att diagnostisera och förstå neurologiska och psykiatriska störningar 5 . För att utvecklasEn PET-spårämne med liten molekyl, måste föreningen av intresse märkas med en positronemitterande isotop, typiskt 11 C eller 18 F. Mellan dessa två radioisotoper har 18 F en längre halveringstid (109 min vs 20,3 i 11 C) , Vilket möjliggör multidos och offsite produktion. Ändå kan lägga 18 F till en molekyl vara utmanande. 18 F-märkning kräver snabba reaktioner som är kompatibla med automatisering som lindrar kemisten av direkt hantering av aktiviteten och mottagande av högabsorberade strålningsdoser.
Vi har nyligen beskrivit användningen av pyridin-N-oxider som prekursorer för fluorering av pyridiner och användningen av denna kemi i den radiokemiska syntesen av [18F] 3F4AP6, en radiofluorerad analog av det FDA-godkända läkemedlet för multipel skleros, 4- Aminopyridin (4AP) 7 , 8 , 9 . thÄr en ny radiotracer undersöks för närvarande som en PET-spårare för demyelinering 10 , 11 , 12 . I denna videoartikel visar vi den halvautomatiska syntesen av denna förening med användning av en IBA Synthera Synthesis Unit (hädanefter benämnd "syntetiseraren") och en egenhaltig hydreringsanordning. Syntesen är baserad på reaktionen visad i figur 1 . Förberedelse för proceduren tar cirka 1 h, radiomärkning och rening 1,5 h och kvalitetskontrollprocedurer 0,5 h.
Förberedelsen av PET-spårämnen kräver effektiv märkning med minimal användarintervention för att minimera strålningsexponering 14 . Här beskrivs det första halvautomatiserade förfarandet för den radiokemiska syntesen av [ 18 F] 3F4AP, en PET-spårare som för närvarande undersöks för avbildning av demyelinering. Denna halvautomatiserade metod producerar radiotraceraren med hög renhet och tillräcklig specifik aktivitet för djurstudier. Tidigare metoder för syntesen av denna förening åberopade manuell syntes 6 , vilken väsentligt begränsar mängden radioaktivt spårämne som kan produceras. Att ha en automatiserad metod för syntesen ger också mer reproducerbara utbyten och gör det lättare att överföra proceduren till andra laboratorier med liknande utrustning. Framtida insatser för att helt automatisera förfarandet kommer att vara avgörande för produktionen av spårämnet i stora mängder för studier hos stora djur eller människor.
<p class = "jove_content"> Denna procedur använder nukleofil utbyte av 19 F för 18 F för att införliva radioisotopen i molekylen av intresse. Fördelarna med denna reaktion är att den är snabb och producerar nästan uteslutande den önskade produkten utan att behöva utföra ett potentiellt långt reningssteg för att avlägsna överskott av prekursor. En begränsning av användning av fluoridbytarmärkningreaktioner såsom den som användes här är att på grund av den ursprungliga massan av kall förening kan den slutliga specifika aktiviteten definierad som mängden radioaktivitet i mCi över mängden förening i μmol vara begränsad. Under våra standardförhållanden, som börjar med 100-200 mCi av 18 F och 50 μg prekursor, är den typiska specifika aktiviteten vid slutet av syntesen upp till 100-200 mCi / μmol, vilket verkar vara tillräcklig för prekliniska PET-bildningsstudier . Den specifika aktiviteten kan dock förbättras genom att startmängden ökas för 18 F – </suP> samtidigt som massmängden är låg. Det har skett flera rapporter om att producera radioligander genom fluorbyte med hög specifik aktivitet (1-3 Ci / μmol) genom att börja med hög aktivitet och låga precursormängder 15 , 16 .Som med alla radiokemiska synteser av PET-spårämnen är det viktigt att arbeta snabbt för att minimera radioaktivt sönderfall. Det är också viktigt att minimera tiden som hanterar det radioaktiva materialet, använd lämplig avskärmning och maximera avståndet mellan det radioaktiva materialet och användaren för att minimera strålningsexponeringen. Dessa aspekter är särskilt viktiga under andra halvan av protokollet (rening och kvalitetskontroll) där användaren manuellt måste injicera lösningen i HPLC, samla fraktionerna och filtrera slutprodukten.
Som med alla radiokemiska synteser av PET-spårämnen är det kritiskt att arbeta snabbt för att mInimera radioaktivt förfall. Det är också viktigt att minimera tiden som hanterar det radioaktiva materialet, använd lämplig avskärmning och maximera avståndet mellan det radioaktiva materialet och användaren för att minimera strålningsexponeringen. Dessa aspekter är särskilt viktiga under andra halvan av protokollet (hydrogenering och rening), där användaren manuellt måste injicera lösningen i hydrogenatorn, samla fraktionerna, ställa in torkningsförfarandet, återupplösa produkten i buffert och filtrera den. Under filtreringssteget är det lätt att förlora en stor mängd radioaktivt material i flaskans väggar. Således är det viktigt att försöka samla all vätska före filtrering. Användning av en större mängd buffert för att lösa upp kan förbättra utbytet av återvinning, men dess användning är avskräckt eftersom det kommer att kräva injicering av en större volym på HPLC, vilket medför att toppen ökar och ökar volymen av slutdosen.
För att felsöka enFör att optimera förfarandet är det viktigt att hålla koll på avkastningen i varje steg. För de flesta steg görs detta enkelt genom att mäta mängden radioaktivitet före och efter varje steg. I fallet med reaktionen kan utbytet beräknas genom kvantifiering av HPLC-topparna. Tabell 1 i resultatavsnittet visar de typiska utbytena för varje steg. Tabell 2 nedan visar många av de vanliga misslyckandenna med potentiella orsaker till felet och hur man åtgärdar dem.
Slutligen, även om proceduren som visas här är specifik för syntesen av [18F] 3F4AP, är det allmänna arbetsflödet och många av de enskilda stegen vanliga för syntesen av andra föreningar 17 . I denna artikel visade vi också de typiska QC-tester som utfördes på någon PET-spårare.
The authors have nothing to disclose.
Detta projekt stöddes av bidrag NIH / NIBIB 1K99EB020075 till Pedro Brugarolas och ett Innovation Fund Award från Chicago Innovation Exchange till Brian Popko och Pedro Brugarolas. Prof. Brian Popko är tacksamt tacksam för hans mentorskap och ekonomiskt stöd till projektet. Prof. Chin-Tu Chen och Integrated Small Animal Imaging Research Resource vid University of Chicago erkänns för generöst att dela laboratorierum och utrustning. IBA är bekräftad för att sponsra öppen tillgång till denna artikel.
Cyclotron produced [18F]fluoride | House supplied/Zevacor | IBA Cyclone 18 | 100-200 mCi |
Integrated fluid processor for production FLT/FDG | ABX | K-2715SYN | Cassette used for nucleophilic substitution |
Anhydrous acetonitrile | Janssen | 36431-0010 | Transfer under nitrogen |
Methanol | Janssen | 67-56-1 | |
ultrapure water | house supplied | Millipore MilliQ system | |
TBA-HCO3 | ABX | 808.0000.6 | abx.de |
QMA | Waters | WAT023525 | Quaternary methyl ammonium: Anion exchange solid phase extraction cartridge for trap and release of 18F- from the target water |
Sodium bicarbonate | ABX | K-28XX.03 | Prefilled 5 mL syringes |
Alumina-N | Waters | WAT020510 | Alumina-N solid phase extraction cartridge (for trapping unreacted 18F-) |
3-fluoro-4-nitropyridine N-oxide | Synthonix | 76954-0 | Store in desicator. Precursor |
3-fluoro-4-aminopyridine | Sigma Aldrich | 704490-1G | Reference standard |
Oxalic acid | Sigma Aldrich | 75688-50G | |
Sodium phosphate monobasic | Fisher Scientific | S80191-1 | |
Triethyl amine | Fisher Scientific | 04885-1 | |
Ethanol | Decon Labs | DSP-MD.43 | USP |
Final product vial | ABX | K28XX.04 | |
Millex Filter Syringe | Millex | SLGVR04NL | |
10% Pd/C cartridge | Sigma Aldrich | THS-01111-12EA | |
11 mm vials + crimp seals | Fisher Scientific | 03-250-618, 06-451-117, or equivalent | |
13 mm vials + crimp seals | Fisher Scientific | 06-718-992, 06-718-643, or equivalent | |
HPLC vials | Fisher Scientific | 03-391-16, 03-391-17, or equivalent | |
SEMIPREP C18 column | Agilent | 990967-202 | |
V-vials | Alltech | ||
Syringes: 1, 3, 10 mL | Fisher Scientific | 14-829-10D, 14-829-13Q, 14-829-18G, or equivalent | |
Compressed gases: N2, He, H2 | Airgas | UHP N300, UHP HE300, UHP H300, or equivalent | |
TLC plates | Sigma Aldrich | Z193275, or equivalent | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Equipment | |||
Synthera automated synthesizer | IBA SA, Belgium, iba-worldwide.com | Synthera, 250.001 | Automatic synthesis unit |
In-house hydrogenator | See picture | See text description | |
Hot cells | Comecer | For manipulating radioactive materials | |
RadioTLC scanner | Eckert and Ziegler | For handling sterile materials | |
HPLC | Dionex | Ultimate 3000 | |
Dose calibrator | Capintec | CRC15 | Or equivalent |
Gamma counter | Capintec, 7 Vreeland Road, Florham Park, NJ 07932 | CRC 15, PET-CRC25, or equivalent | For measuring radioactivity |
Personal dosimeters | Packard | Cobra II | For measuring gamma spectrum |
Personal radiation badges and rings | Atlantic Nuclear | Rados Rad-60 Electronic Dosimeter, or equivalent | |
Rotavap + vacuum pump | Landauer | ||
Lead pigs + syringe shields | Heidolph | Or equivalent | |
Geiger counters | Pinestar | ||
Ludlum | Model 3 + Pancake GM detector, 4801605, 47-1539, or equivalent |