Vi demonstrerer den halvautomatiske radiokemiske syntese af [ 18 F] 3F4AP og kvalitetskontrolprocedurer.
3- [18F] fluor-4-aminopyridin, [18F] 3F4AP, er en radiofluoreret analog af det FDA-godkendte lægemiddel til multipel sclerose 4-aminopyridin (4AP). Denne forbindelse undersøges for øjeblikket som et PET-spor til demyelinering. Vi har for nylig beskrevet en ny kemisk reaktion til fremstilling af metafluorerede pyridiner bestående af direkte fluorering af et pyridin-N-oxid og anvendelsen af denne reaktion til den radiokemiske syntese af [18F] 3F4AP. I denne artikel demonstrerer vi, hvordan man fremstiller denne sporingsenhed ved hjælp af en automatiseret syntetisator og en internt gennemstrømmet hydrogeneringsreaktor. Vi viser også de standardkvalitetskontrolprocedurer, der er udført, inden der udsendes radiotracer til prækliniske dyredannelsesstudier. Denne semi-automatiserede procedure kan tjene som grundlag for fremtidig produktion af [ 18 F] 3F4AP til kliniske undersøgelser.
Evnen til at spore et lægemiddel med små molekyler, der ikke er invasivt i menneskekroppen, har stort potentiale mod præcisionsmedicin. Blandt molekylære billedteknikker har positronemissionstomografi (PET) mange gunstige egenskaber: PET-detektorernes høje følsomhed tillader detektion og kvantificering af meget små mængder radioaktivt materiale, og scannernes egenskaber tillader præcis rumlig kortlægning af lægemiddellokalisering 1 , 2 , 3 . For eksempel tillader PET detektion og lokalisering af tumorer og metastaser baseret på optagelsesniveauet for en radioaktiv glucoseanalog, [ 18 F] FDG 4 . PET kan også tilvejebringe lokalisering og kvantificering af specifikke hjerne receptorer og deres belægning, der kan være værdifuld til diagnosticering og forståelse af neurologiske og psykiatriske lidelser 5 . For at udvikleEt lille molekyl PET-sporstof, skal forbindelsen af interesse mærkes med en positronemitterende isotop, typisk 11 C eller 18 F. Mellem disse to radioisotoper har 18 F en længere halveringstid (109 min vs 20,3 for 11 C) , Som muliggør multidosis og offsite produktion. Ikke desto mindre kan tilføje 18 F til et molekyle være udfordrende. 18 F mærkning kræver hurtige reaktioner, der er kompatible med automatisering, der lindrer kemikeren af direkte håndtering af aktiviteten og modtager højabsorberede strålingsdoser.
Vi har for nylig beskrevet anvendelsen af pyridin-N-oxider som precursorer til fluorering af pyridiner og anvendelsen af denne kemi i den radiokemiske syntese af [18F] 3F4AP6, en radiofluoreret analog af det FDA-godkendte lægemiddel til multipel sklerose, 4- Aminopyridin (4AP) 7 , 8 , 9 . thEr en ny radiotracer i øjeblikket under undersøgelse som et PET-spor for demyelinering 10 , 11 , 12 . I denne videoartikel demonstrerer vi den halvautomatiske syntese af denne forbindelse ved anvendelse af en IBA Synthera Synthesis Unit (herefter omtalt som "synthesizer") og en internt fremstillet flow-hydrogeneringsanordning. Syntesen er baseret på reaktionen vist i figur 1 . Forberedelse til proceduren tager cirka 1 time, radioaktivt mærkning og rensning 1,5 timer og kvalitetskontrolprocedurer 0,5 timer.
Fremstillingen af PET-sporstoffer kræver effektiv mærkning med minimal brugerintervention for at minimere strålingseksponering 14 . Her beskrev vi den første semi-automatiserede procedure til den radiokemiske syntese af [ 18 F] 3F4AP, en PET-sporingsenhed, der for øjeblikket er under undersøgelse for afbildning af demyelinering. Denne semi-automatiserede metode producerer radiotracer med høj renhed og tilstrækkelig specifik aktivitet til dyreforsøg. Tidligere fremgangsmåder til syntesen af denne forbindelse er baseret på manuel syntese 6 , som signifikant begrænser mængden af radioaktivt sporstof, som kan fremstilles. At have en automatiseret metode til syntesen giver også mere reproducerbare udbytter og letter det at overføre proceduren til andre laboratorier med lignende udstyr. Fremtidige bestræbelser på at automatisere proceduren fuldt ud vil medvirke til produktion af sporen i store mængder til undersøgelser hos store dyr eller mennesker.
<p class = "jove_content"> Denne procedure anvender nukleofil udveksling på 19 F til 18 F for at indarbejde radioisotopen i molekylet af interesse. Fordelene ved denne reaktion er, at den er hurtig og næsten udelukkende producerer det ønskede produkt uden behov for at udføre et potentielt langt rensningstrin for at fjerne overskud af forstadie. En begrænsning ved anvendelse af fluorbyttermærkningsreaktioner som den her anvendte er, at på grund af den indledende masse af kold forbindelse kan den endelige specifikke aktivitet defineret som mængden af radioaktivitet i mCi over mængden af forbindelse i μmol være begrænset. Under vores standardbetingelser, der starter med 100-200 mCi på 18 F og 50 μg forstadium, er den typiske specifikke aktivitet ved slutningen af syntesen op til 100-200 mCi / μmol, hvilket synes at være tilstrækkeligt til prækliniske PET-billedstudier . Ikke desto mindre kan den specifikke aktivitet forbedres ved at øge startmængden for 18 F – </suP> samtidig med at massemængden holdes lav. Der har været adskillige rapporter om at producere radioligander ved fluorbytning med høj specifik aktivitet (1-3 Ci / μmol) ved at starte med høj aktivitet og lavprecursor mængder 15 , 16 .Som med alle radiochemiske synteser af PET-sporstoffer er det vigtigt at arbejde hurtigt for at minimere radioaktivt henfald. Det er også vigtigt at minimere tiden, der håndterer de radioaktive materialer, brug korrekt afskærmning og maksimere afstanden mellem det radioaktive materiale og brugeren for at minimere strålingseksponeringen. Disse aspekter er særligt vigtige i anden halvdel af protokollen (rensning og kvalitetskontrol), hvor brugeren manuelt skal injicere opløsningen i HPLC, opsamle fraktionerne og filtrere slutproduktet.
Som med alle radiokemiske synteser af PET-sporstoffer er det vigtigt at arbejde hurtigt for at mInimize radioaktivt henfald. Det er også vigtigt at minimere tiden, der håndterer de radioaktive materialer, brug korrekt afskærmning og maksimere afstanden mellem det radioaktive materiale og brugeren for at minimere strålingseksponeringen. Disse aspekter er særligt vigtige i anden halvdel af protokollen (hydrogenering og oprensning), hvor brugeren manuelt skal injicere opløsningen i hydrogenatoren, opsamle fraktionerne, oprette tørringsproceduren, genopløse produktet i buffer og filtrere det. Under filtreringstrinnet er det let at miste en stor mængde radioaktivt materiale i væggene på hætteglassene. Således er det vigtigt at forsøge at samle al væsken forud for filtrering. Anvendelse af en større mængde af puffer til opløsning kan forbedre udbyttet af nyttiggørelse, men dets anvendelse modvirkes, fordi det vil kræve indsprøjtning af et større volumen på HPLC, hvilket får toppen til at udvide og øge volumenet af den endelige dosis.
For at fejlsøge enFor at optimere proceduren er det vigtigt at holde styr på udbyttet af hvert trin. For de fleste trin sker dette blot ved at måle mængden af radioaktivitet før og efter et hvilket som helst trin. I tilfælde af reaktionen kan udbyttet beregnes ved kvantificering af HPLC-toppe. Tabel 1 i resultatafsnittet viser de typiske udbytter for hvert trin. Tabel 2 nedenfor viser mange af de almindeligt forekommende fejl med potentielle årsager til fejlen og hvordan man retter dem.
Endelig er den generelle arbejdsgang og mange af de enkelte trin almindeligt til syntesen af andre forbindelser 17 , selv om proceduren demonstreret her er specifik for syntesen af [18F] 3F4AP. I denne artikel demonstrerede vi også de typiske QC-tests, der blev udført på ethvert PET-spor.
The authors have nothing to disclose.
Dette projekt blev støttet af tilskud NIH / NIBIB 1K99EB020075 til Pedro Brugarolas og en Innovation Fund Award fra Chicago Innovation Exchange til Brian Popko og Pedro Brugarolas. Prof. Brian Popko er taknemmeligt anerkendt for hans mentorskap og økonomisk støtte til projektet. Prof. Chin-Tu Chen og Integrated Small Animal Imaging Research Resource ved University of Chicago er anerkendt for generøst at dele laboratorierum og udstyr. IBA er anerkendt for at sponsorere åben adgang for denne 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 |