Tomographie par émission de positons (TEP) d’imagerie des sites qui sont impliqués dans plusieurs essais de recherche clinique précoce ont besoin de capacités de fabrication robuste et polyvalent de traceurs radioactifs. En utilisant des traceurs radioactifs [18F] Clofarabine à titre d’exemple, nous illustrons comment automatiser la synthèse d’un radiotraceur utilisant un radiosynthèse souple, axée sur la cassette et valider la synthèse pour l’usage clinique.
Le développement de nouveaux marqueurs qui seront tomographie par émission de positons (TEP) permet aux chercheurs et cliniciens afin d’imager un plus large éventail de cibles biologiques et les processus. Toutefois, l’augmentation du nombre de traceurs différents crée des défis pour leur production à radiopharmacie. Bien qu’historiquement il est pratique de dédier un radiosynthèse personnalisé et cellule chaude pour la production répétée de chaque traceur individuel, il devient nécessaire de modifier ce flux de travail. Ces dernières radiosynthesizers commerciales basées sur les cassettes/kits jetables pour chaque traceur simplifier la production des traceurs multiples avec un ensemble d’équipements en éliminant le besoin pour des modifications spécifiques à traceurs personnalisées. En outre, certains de ces radiosynthesizers permettent à l’opérateur à développer et optimiser leurs propres protocoles de synthèse en plus d’acheter des kits disponibles sur le marché. Dans ce protocole, nous décrire la procédure générale de comment la synthèse manuelle d’un nouveau traceur PET peut être automatisée sur l’un de ces radiosynthesizers et validé pour la production des traceurs de cliniques de qualité. À titre d’exemple, nous utilisons la radiosynthèse ELIXYS, un outil flexible radiochimie axée sur la cassette qui peut prendre en charge aussi bien les efforts de développement de traceurs TEP, ainsi que fabrication de routine clinique sonde sur le même système, pour produire [18F] Clofarabine ([ 18 F] CFA), un traceur de PET pour mesurer l’activité enzymatique en vivo déoxycytidine kinase (dCK). Traduire une synthèse manuelle consiste à réduire le protocole synthétique dans les processus de base de radiochimie qui sont ensuite traduits en chimie intuitive « opérations unitaires » pris en charge par le logiciel de synthétiseur. Ces opérations peuvent rapidement être converties en un programme de synthèse automatisée par l’assemblage à l’aide de l’interface de glisser-déplacer. Après les tests de base, la procédure de synthèse et purification peut exiger optimisation pour atteindre le rendement désiré et la pureté. Une fois que la performance désirée est obtenue, une validation de la synthèse est réalisée afin de déterminer son aptitude à la production de la traceurs radioactifs pour l’usage clinique.
Une gamme croissante de cibles biologiques peut être visualisée dynamiquement la vie soumet via le système d’imagerie moléculaire PET. PET fournit in vivo des analyses de processus biologiques, biochimiques et pharmacologiques spécifiques en utilisant des radiotraceurs spécifiques (molécules marquées par des radionucléides émetteurs de positrons) qui sont injectées dans l’objet avant l’imagerie1. L’utilisation accrue de PET pour étudier un large éventail de ces processus en science fondamentale et recherche clinique2,3,4et dans la découverte, le développement et l’utilisation clinique des médicaments dans les soins aux patients5, 6, conduit à une demande croissante de radiotraceurs diverse7,8. Pour éviter l’exposition aux radiations à la radiochimiste et d’assurer une production reproductible de ces traceurs de courte durées, ils sont généralement fabriqués en utilisant un radiosynthèse automatisé à l’intérieur d’une cellule « chaude ». Radiosynthesizers ces dernières utilisent une architecture de jetables-cassette/kit pour simplifier la tâche de se conformer à la clinique de qualité fabrication tout en offrant la souplesse nécessaire pour préparer plusieurs types de traceurs radioactifs simplement en échange de cassettes9 . Toutefois, dans les premiers stades cliniques, il n’y a habituellement aucune cassettes/kits disponibles sur le marché pour effectuer la radiosynthèse automatisé ; par conséquent, installations de fabrication de drogue PET luttent pour personnaliser les systèmes à mettre en œuvre des capacités de production cGMP-grade traceur dans un délai approprié et à un coût raisonnable. Ainsi, radiosynthesizers ont été développés qui combinent l’architecture cassette/kit avec des fonctionnalités pour faciliter le développement et l’optimisation des traceurs.
Le FLEX/CHEM ELIXYS (ELIXYS) est un exemple d’un flexible radiosynthèse axée sur la cassette avec une large réaction, solvant et réactif température compatibilité10. Il a trois cuves de réaction et utilise un mécanisme robotique pour configurer dynamiquement la voie fluide tel que requis par n’importe quel protocole de synthèse particulier11. Le logiciel de synthétiseur permet la création de programmes de synthèse (séquences) à traceurs différents par glisser-déplacer des Opérations unitaires tels que Piège Isotope Isotope éluer, Ajouter réactif, réagir, et s’évaporent12. Chaque opération de l’unité a une variété de paramètres programmables disponibles à l’opérateur, comme la durée, la températureou gaz inerte, conduite de pression (pression). En comprenant la nature de chaque opération de l’unité, une synthèse manuelle peut être facilement traduite en une séquence d’opérations unitaires et ensuite être modifiée au cours de l’optimisation du protocole13. En combinaison avec le module ELIXYS PURE/forme, le système intégré peut aussi effectuer une purification automatisée et la formulation du traceur PET. En utilisant cette radiosynthèse, nous avons déjà rapporté la synthèse automatisée de 24 différents 18F marqué traceurs et groupes prosthétiques11,14,15,16, comme ainsi que la radiofluorination enzymatique automatisée des biomolécules17, en changeant simplement les réactifs et pas la configuration du système. D’autres ont montré la synthèse automatisée de [18F] RO6958948 pour l’imagerie du tau neurofibrillaire embrouillent18, la synthèse automatique du groupe prosthétique [18F] F-Py-PTF avec un marquage ultérieur des peptides19 et la synthèse automatisée de [18F] AM580 pour l’imagerie de la phosphodiestérase 10 a (PDE10A)20. En outre, plusieurs groupes ont montré la production des traceurs approprié pour l’usage clinique, y compris 4-[18F] fluorobenzyle-donneurs ([18F] FBnTP) pour l’imagerie de la membrane mitochondriale potentiel21, [ 18 DCFPyL F] pour l’imagerie de membrane prostatique spécifique antigène (LMFP)22et [18F] THK-5351 pour l’imagerie du tau23.
Dans cet article, nous utilisons notre expérience avec [18F] CFA pour illustrer comment une procédure manuelle radiosynthetic peut être carrément et rapidement traduite en une synthèse automatisée convient pour la production systématique suivant les directives GMP cyclique. Le traceur [18F] CFA a été conçu pour l’imagerie de l’activité de dCK. La radiosynthèse Manuel [18F] CFA a été initialement décrite par Shu et al. 24 comme une procédure à l’aide de deux cuves de réaction, purification de cartouche de silice intermédiaire et une purification finale d’HPLC étape (voir Supplementary Material, Section 1 pour plus de détails). Ces dernières in vitro et des études précliniques ont montré la spécificité exceptionnelle de ce traceur à dCK, et première chez l’humain ont démontré la biodistribution favorable25. Il y a un intérêt immédiat dans les études cliniques de plus grande échelle pour confirmer la sensibilité [18F] PET CFA aux variations dans l’activité dCK et un intérêt à plus long terme dans les applications cliniques potentielles de ce traceur26. Il peut être un biomarqueur utile des thérapies qui déclenche l’activation des lymphocytes T, provoquer des dommages à l’ADN ou dépendent des PROMÉDICAMENTS analogue nucléosidique dCK-dépendante. En particulier, [18F] CFA peut permettre la stratification des patients pour une éventuelle réponse au traitement par Clofarabine. [18F] CFA peut également faciliter l’étude et le développement d’inhibiteurs de dCK qui font progresser vers des essais cliniques. Puisque ce traceur a traditionnellement été synthétisé manuellement, faire progresser toutes ces études requiert une synthèse fiable et automatique de [18F] CFA approprié pour l’usage clinique.
Bien que nous avons déjà indiqué une synthèse automatisée de [18F] CFA pour les études précliniques16, ce protocole s’appuie sur ces efforts et décrit les modifications supplémentaires nécessaires à la production clinique de ce traceur, y compris l’intégration de purification entièrement automatisé et la formulation, la validation du protocole et essais de contrôle de la qualité. Les procédures générales décrites ici ne se limitent pas à l’élaboration d’une synthèse automatisée et cliniquement approprié [18F] CFA mais peut être généralisée d’une manière simple d’élaborer des synthèses automatisés appropriés pour l’usage clinique des autres traceurs marqués avec fluor-18.
Ce protocole définit les étapes de base qui devraient être prises lors de l’automatisation d’un protocole de synthèse manuelle pour réaliser la production de formulation de traceur de grade clinique. Le cycle de développement complet, y compris le développement du contrôle de la qualité, est illustré par les traceurs radioactifs [18F] CFA (pour l’imagerie de l’activité de dCK). Une attention particulière a été payée à la modification de la synthèse automatisée pour assurer les qualités de traceur pour l’usage clinique. La synthèse implique des procédures de base tels que l’activation de fluorure [18F], radiofluorination de la molécule précurseur, cartouche intermédiaire purification, enlèvement de groupe protecteur et semi-préparative purification HPLC et formulation pour l’injection. Ces procédures de base comprennent un répertoire standard qui est suffisant pour la synthèse de la grande majorité des traceurs 18marqués F PET.
Tout en concevant la synthèse, le choix des réactifs et leur assurance de la qualité est d’une importance particulière pour l’usage clinique. Assurer la programmation correcte et les connexions appropriées en effectuant une synthèse simulacre (solvants uniquement) est indispensable pour éliminer les erreurs inattendues lors de la synthèse est réalisée par la radioactivité. Les optimisations de synthèse subséquente (solvants, volumes, quantités, températures, temps de réaction et des conditions de purification) dépendent du traceur de PET spécifique dans le développement. Au cours de ces expériences, mettant l’accent devrait être brillé sur la pureté chimique et radiochimique du produit final qui peut être atteint, car ceux-ci doivent satisfaire des exigences strictes pour l’usage clinique. Une synthèse qui produit fiable un pur produit des rendements de l’activité plus faible mais suffisante est généralement préférée à un processus à haut rendement qui présente un risque d’échouer de façon sporadique. Une fois que la synthèse a été optimisée de façon adéquate, le processus final doit subir des tests de validation (une exigence réglementaire) pour s’assurer de la pertinence clinique. La méthode validée de synthèse peut ensuite servir pour produire le traceur de PET pour l’usage clinique. Lors synthétisant un traceur PET selon une méthode validée, les modes opératoires normalisés doivent être soigneusement observées. Pour assurer le respect, le logiciel est programmé pour avoir l’opérateur confirme l’achèvement des étapes clés via une liste de contrôle avant exécution après avoir cliqué sur exécuter pour démarrer la synthèse. Alors que le système va effectuer la synthèse de manière automatisée, l’étape de purification nécessite une intervention manuelle. L’opérateur doit, par conséquent, observez bien l’écran par chromatographie en phase au cours de l’étape de purification HPLC et saisir manuellement en temps réel lorsque de début et de fin de collecte de la fraction du produit.
Dans nos efforts d’automatisation et d’optimisation pour la synthèse CFA [18F], nous avons simplifié la méthode de purification HPLC semi-préparative du mélange produit à l’aide d’un système de solvant injectable composé de solution d’acétate d’ammonium et EtOH ; notre méthode précédente impliquait une étape supplémentaire d’échanger le solvant après purification16. Processus de l’élaboration subséquente, ainsi, besoins qu’à réduire la teneur en EtOH de la fraction recueillie aux niveaux autorisés, tout en assurant son isotonicity, qui peuvent être accomplis par dilution. L’étape de la formulation a été réalisée à l’aide d’un deuxième programme consistant en une seule opération d’unité de Formulation pour permettre des ajouts de volume variable de NaCl-solutions pour la fraction de produit purifié le via le module de formulation tenir compte de la variable volume obtenu après purification HPLC. Si le volume de fraction de produits collectés est réglé pour être constant au lieu de cela, l’opération d’unité Formulation pourrait figurer dans le programme principal de synthèse, évitant la nécessité d’un programme indépendant. Une autre approche pour éviter une intervention manuelle serait d’utiliser toutes les fonctionnalités du module formulation (p. ex., diluer le traceur purifié avec de l’eau, piéger sur une cartouche d’extraction en phase solide de C18, lavez-le, il éluer avec un volume fixe de EtOH et enfin, diluez-la avec un volume déterminé de solution saline).
La technique présentée ici pour l’automatisation et la validation d’un protocole de synthèse pour l’usage clinique est destinée à être tout à fait générale. Par le choix de radiosynthèse (ELIXYS), un large éventail de synthèses peut être automatisé et validé. Cela inclut les complexes pot 3 synthèses, ou synthèses impliquant des températures élevées de solvants volatils. Optimisation de la synthèse est possible en changeant les paramètres du logiciel. Le synthétiseur a des caractéristiques à surveiller l’impact des changements, tels que les cuves de réaction pour le prélèvement d’échantillons pour analyse radio-TLC ou radio-HPLC de positionnement. Cependant, sans les modifications du système, le système actuellement ne permet pas pour le traitement des volumes de réactifs très faible (environ 5-20 µL), distillation du produit intermédiaire ou la manipulation de [18F] AlF, 68Ga, ou autres radiometals. Si la synthèse manuelle à automatiser contient les mesures et qu’ils ne puissent être contournées, automatisation et validation par rapport à une autre plate-forme de radiosynthèse peuvent être appropriés.
Bien que ce travail a porté sur l’élaboration d’un protocole pour la production automatisée de [18F] CFA pour l’usage clinique, la synthèse de nombreux autres traceurs TEP pourrait être automatisée d’une manière convenable pour la production de la clinique, suivant la même logique et Méthodes. Suivant la méthode présentée ici, nous avons aussi adapté la synthèse automatisée de 9-(4-[18F] fluoro – 3-[hydroxyméthyl] butyl) guanine ([18F] FHBG) et validé pour l’usage clinique. Protocoles établis à l’utilisateur peuvent être téléchargés vers et téléchargés sur le réseau de sonde SOFIE, un portail web pour le partage de programmes de synthèse et associés documentation parmi radiopharmacie différents sites27. Cela peut éviter une duplication des efforts de la communauté et faciliter des études cliniques multicentriques de TEP.
The authors have nothing to disclose.
Ce travail a été soutenu en partie par le National Cancer Institute (R44 CA216539) et la Fondation de UCLA provenant d’un don fait par Ralph et Marjorie Crump pour l’UCLA Crump Institut d’imagerie moléculaire.
ELIXYS FLEX/CHEM | Sofie (Culver City, CA, USA) | 1010001 | Radiosynthesizer |
Radiosynthesizer cassette | Sofie (Culver City, CA, USA) | 1861030400 | Cassette for ELIXYS FLEX/CHEM |
ELIXYS PURE/FORM | Sofie (Culver City, CA, USA) | 1510001 | Radiosynthesizer purification module |
[O-18]H2O | IBA RadioPharma Solutions (Reston, VA, USA) | IBA.SP.065 | >90% isotopic purity |
[F-18]fluoride in [O-18]H2O | UCLA | N/A | Produced in a cyclotron (RDS-112; Siemens; Knoxville, TN, USA) by the (p,n) reaction of [O-18]H2O. Bombardment at 11 MeV using a 1 mL tantalum target with havar foil. |
Deionized water | UCLA | N/A | Purified to 18 MΩ and passed through 0.1 µm filter |
Acetonitrile (MeCN) | Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) | 271004 | Anhydrous, 99.8% |
Ethanol (EtOH) | Decon Laboratories, Inc. (King of Prussia, PA, USA) | 2701 | Anhydrous, 200 proof |
Sodium hydroxide (NaOH) solution | Merck (Burlington, MA, USA) | 1.09137.1000 | 1M solution |
Hydrochloric acid (HCl) solution | Fisher Chemical (Hampton, NH, USA) | SA48-500 | 1M solution |
Ethyl acetate (EtAc) | Fisher Chemical (Hampton, NH, USA) | E195SK-4 | HPLC grade |
Sodium chloride (NaCl) | Fisher Chemical (Hampton, NH, USA) | S-640-500 | USP grade |
Ammonium acetate | Fisher Chemical (Hampton, NH, USA) | A639-500 | HPLC grade |
Potassium carbonate (K2CO3) | Fisher Chemical (Hampton, NH, USA) | P-208-500 | Certified ACS |
CFA precursor | CalChem Synthesis (San Diego, CA, USA) | N/A | Custom synthesis |
Cryptand 222 (K222; Kryptofix 2.2.2) | ABX Advanced Biochemical Compounds (Radeberg, Germany) | 800.1000 | >99% |
Sodium chloride (NaCl) solution (saline) | Hospira (Lake Forest, IL, USA) | 0409-4888-02 | 0.9%, for injection, USP grade |
Silica cartridge | Waters (Milford, MA, USA) | WAT051900 | Sep-pak Classic |
Quaternary methylammonium (QMA) cartridge | Waters (Milford, MA, USA) | WAT023525 | Sep-pak Light Plus |
Sterile syringe filter (0.22 µm) | Millipore Sigma (Burlington, MA, USA) | SLGSV255F | Millex-GV |
Glass V-vial (5 mL) | Wheaton (Millville, NJ) | W986259NG | Used for reaction vessels |
Septa | Wheaton (Millville, NJ) | 224100-072 | Used for reagent vials |
Crimp cap | Wheaton (Millville, NJ) | 224177-01 | Used for reagent vials |
Amber serum vial (2 mL) | Voigt (Lawrence, KS, USA) | 62413P-2 | Used for reagent vials |
Magnetic stir bar | Fisher Scientific (Hampton, NH, USA) | 14-513-65 | Used for reaction vessels |