18 F-mærkning af Radiotracers Funktionaliseret med en silicium fluorid acceptor (SiFA) for Positron emission Tomography
Summary
Syntesen af fluor-18 (18F) mærkede radioaktive lægemidler til Positron emission tomografi typisk kræver måneders erfaring. Når Silicon-fluorid acceptor (SiFA)-motivet inkorporeres i et radiotracer, muliggør det en simpel 18F-mærknings protokol, der er uafhængig af dyrt udstyr og forberedende træning, samtidig med at det er nødvendigt at reducere prækursorer og udnytte mildere reaktionsbetingelser.
Abstract
Den para-substituerede di-tert-butylfluorosilylbenzen strukturelle motiv kendt som Silicon-fluorid acceptor (sifa) er en nyttig tag i radio kemiker værktøjssæt til inkorporering af radioaktivt [18F] fluorid i røbestoffer til brug i Positron emission Tomography. Sammenlignet med konventionelle radioaktive strategier, isotop udveksling af fluor-19 fra SiFA med [18F] fluorid udføres ved stuetemperatur og kræver minimal reaktion deltagere. Dannelsen af biprodukter er således ubetydelig, og rensningen er meget forenklet. Men mens forløberen molekyle anvendes til mærkning og det endelige radioaktivt mærkede produkt er isotopisk diskret, de er kemisk identiske og er således uadskillelige under rensningsprocedurer. SiFA-mærket er også udsat for nedbrydning under de grundlæggende betingelser, der opstår ved behandling og tørring af [18F] fluorid. Den ‘ 4 drop metode ‘, hvor kun de første 4 dråber elueret [18F] fluorid anvendes fra solid-fase ekstraktion, reducerer mængden af base i reaktionen, letter lavere molære mængder af forløber, og reducerer nedbrydning.
Introduction
Fluor-18 (109-minutters halveringstid, 97% Positron emission) er blandt de vigtigste radionukleider til Positron emission tomografi (PET), en ikke-invasiv billeddannelses metode, der visualiserer og kvantificerer bio-distribution af radioaktivt mærkede røbestoffer til forskellige sygdomme1. Peptider og proteiner er særligt svære at mærke med [18F] fluorid, fordi de kræver byggeklodser dannet af multi-step synteser2. For at reducere kompleksiteten af 18F-radioaktiv mærkning, silicium-fluorid acceptor (sifa) blev for nylig introduceret som pålidelige værktøjer3. SiFA-Gruppen består af et centralt silicium Atom, der er forbundet med to tertiære butylgrupper, en derivatiseret phenyl-delen og et ikke-radioaktivt fluor Atom. De tertiære butyl-grupper er en hydrolytisk stabilitet i silicium fluorid-båndet, som er et kritisk træk ved in vivo-anvendelser af SiFA-konjugater som billedbehandlings midler.
Når SiFA-byggestenene er fastgjort til et lille molekyle eller biomoletin binder de radioaktive [18F] fluorid anioner ved at udveksle fluor-19 for fluor-18 ved nanomolære koncentrationer uden at danne betydelige mængder radioaktive side produkter4. Desuden opnås et højt radiokemisk udbytte hurtigt ved at beskrive sifa-delen i dipolære aprotisk opløsningsmidler ved lave temperaturer. Dette er i skarp kontrast til klassiske isotop udvekslings reaktioner, som producerer radio Tracers af lav specifik aktivitet5. I disse tilfælde skal der anvendes store mængder af prækursorer (i intervallet milligram) for at opnå en rimelig inkorporering af [18F] fluorid. Isotop udvekslings reaktioner ved hjælp af sifas er langt mere effektive, som bekræftet af kinetiske undersøgelser og tæthed funktionelle teori beregninger6,7. Mærkede SiFAs renses let ved massiv fase ekstraktion, da både de mærkede og ikke-mærkede SiFA forbindelser er kemisk identiske. Dette adskiller sig fra traditionelle radioaktivt mærkede røbestoffer, hvor forstadiet molekyle og det mærkede produkt er to forskellige kemiske arter og skal adskilles efter radioaktiv mærkning med højtydende væskekromatografi (HPLC). Ved hjælp af sifa byggeklodser, små-molekyler, proteiner og peptider kan med succes mærkes med [18F] fluorid ved en-og to-trins mærknings protokoller blottet for komplicerede rensningsprocedurer (figur 1)4,8,9. Desuden, nogle SiFA-mærket forbindelser er pålidelige in vivo Imaging agenter for blodgennemstrømning og tumorer10. Enkelheden i SiFA kemi gør det muligt for selv uuddannede efterforskere at bruge [18F] fluorid til radiotracer syntese og udvikling.
Protocol
Representative Results
Discussion
SiFA mærkning kemi repræsenterer en af de første 18F-mærkning metoder, der anvender en usædvanlig effektiv isotop udveksling reaktion, som kan udføres ved stuetemperatur. En typisk radiokemisk reaktion er afhængig af dannelsen af et Carbon-fluor-bånd via reaktionen på [18F] fluorid med en fluorid-reaktiv funktionalitet gennem en Eliminerings-eller substitutions pathway. Disse reaktionsbetingelser er ofte barske, udføres ved ekstrem pH eller høj temperatur, og er lastet med biprodukter ell…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne har ingen bekræftelser.
Materials
| [18F]F–/H2[18O]O | (Cyclotron produced) | – | – |
| [2.2.2]Cryptand | Aldrich | 291110 | Kryptofix 2.2.2 |
| Acetonitrile anhydrous | Aldrich | 271004 | – |
| Deionized water | Baxter | JF7623 | – |
| Ethanol, anhydrous | Commercial Alcohols | – | |
| Potassium carbonate | Aldrich | 209619 | – |
| QMA cartridge | Waters | 186004540 | QMA SepPak Light (46 mg) cartridge |
| Equipment | |||
| C-18 cartridge | Waters | WAT023501 | C-18 SepPak Light cartridge |
| C18 column | Phenomenex | 00G-4041-N0 | HPLC Luna C18 250 x 10 mm, 5 µm |
| HPLC | Agilent Technologies | – | HPLC 1200 series |
| micro-PET Scanner | Siemens | – | micro-PET R4 Scanner |
| Radio-TLC plate reader | Raytest | – | Radio-TLC Mini Gita |
| Sterile filter 0.22µm | Millipore | SLGP033RS | – |
Riferimenti
- Wahl, R. L., Buchanan, J. W. . Principles and practice of positron emission tomography. , (2002).
- Wängler, C., Schirrmacher, R., Bartenstein, P., Wängler, C. Click-chemistry reactions in radiopharmaceutical chemistry: Fast & easy introduction of radiolabels into biomolecules for in vivo imaging. Current Medical Chemistry. 17, 1092-1116 (2010).
- Schirrmacher, R., et al. 18F-labeling of peptides by means of an organosilicon-based fluoride acceptor. Angewandte Chemie International Edition. 45, 6047-6050 (2006).
- Kostikov, A. P., et al. Oxalic acid supported Si-18F-radiofluorination: One-step radiosynthesis of N-succinimidyl 3-(di-tert-butyl[18F]fluorosilyl)benzoate ([18F]SiFB) for protein labeling. Bioconjugate Chemistry. 23 (1), 106-114 (2012).
- Cacace, F., Speranza, M., Wolf, A. P., Macgregor, R. R. Nucleophilic aromatic substitution; kinetics of fluorine-18 substitution reactions in polyfluorobenzenes. Isotopic exchange between 18F- and polyfluorobenzenes in dimethylsulfoxide. A kinetic study. Journal of Fluorine Chemistry. 21, 145-158 (1982).
- Schirrmacher, E., et al. Synthesis of p-(di-tert-butyl[18F]fluorosilyl)benzaldehyde ([18F]SiFA-A) with high specific activity by isotopic exchange: A convenient labeling synthon for the 18F-labeling of N-amino-oxy derivatized peptides. Bioconjugate Chemistry. 18, 2085-2089 (2007).
- Kostikov, A., et al. N-(4-(di-tert-butyl[18F]fluorosilyl)benzyl)-2-hydroxy-N,N-dimethylethylammonium bromide ([18F]SiFAN+Br-): A novel lead compound for the development of hydrophilic SiFA-based prosthetic groups for 18F-labeling. Journal of Fluorine Chemistry. 132, 27-34 (2011).
- Wängler, B., et al. Kit-like 18F-labeling of proteins: Synthesis of 4-(di-tert-butyl[18F]fluorosilyl)benzenethiol (Si[18F]FA-SH) labeled rat serum albumin for blood pool imaging with PET. Bioconjugate Chemistry. 20, 317-321 (2009).
- Iovkova, L., et al. para-Functionalized aryl-di-tert-butylfluorosilanes as potential labeling synthons for 18F radiopharmaceuticals. Chimica. 15, 2140-2147 (2009).
- Wängler, C., et al. One-step 18F-labeling of carbohydrate-conjugated octreotate-derivatives containing a silicon-fluoride-acceptor (SiFA): In vitro and in vivo evaluation as tumor imaging agents for positron emission tomography (PET). Bioconjugate Chemistry. 21, 2289-2296 (2010).
- Ilhan, H., et al. First-in-human 18F-SiFAlin-TATE PET/CT for NET imaging and theranostics. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 46, 2400-2401 (2019).
