Solid phase 11C-methylering, zuivering en formulering voor de productie van Pet-tracers
Summary
We rapporteren een efficiënte Carbon-11 radiolabeling-techniek om klinisch relevante tracers te produceren voor positron emissie tomografie (PET) met behulp van Solid phase-extractie cartridges. 11 C-methylating agent wordt doorgegeven via een patroon vooraf geladen met precursor en opeenvolgende elutie met waterige ethanol biedt chemisch en radiochemisch zuivere PET tracers in hoge radiochemische opbrengsten.
Abstract
Routine matige productie van radiotracers gebruikt in positron emissie tomografie (PET) meestal vertrouwt op natte chemie waar de radioactieve synthon reageert met een niet-radioactieve precursor in oplossing. Deze aanpak vereist zuivering van de Tracer door hogedrukvloeistofchromatografie (HPLC), gevolgd door herformulering in een biocompatibel oplosmiddel voor menselijke toediening. We hebben onlangs een roman ontwikkeld 11C-Methylation aanpak voor de zeer efficiënte synthese van koolstof-11 GELABELDE huisdier radiofarmaca, gebruik te maken van Solid phase cartridges als wegwerp “3-in-1” eenheden voor de synthese, zuivering en herformulering van de tracers. Deze aanpak voorkomt het gebruik van preparatieve HPLC en vermindert de verliezen van de Tracer in Transfer lijnen en als gevolg van radioactief verval. Bovendien verbetert de cartridge-gebaseerde techniek de betrouwbaarheid van de synthese, vereenvoudigt het automatiseringsproces en vergemakkelijkt het de naleving van de Good Manufacturing Practices (GMP) vereisten. Hier demonstreren we deze techniek op het voorbeeld van de productie van een PET Tracer Pittsburgh compound B ([11C] PIB), een gouden standaard in vivo imaging agent voor amyloïde plaques in de menselijke hersenen.
Introduction
Positron emissie tomografie (PET) is een moleculaire beeldvormings modaliteit die berust op het opsporen van het radioactieve verval van een isotoop die is gekoppeld aan een biologisch actief molecuul om de in vivo visualisatie van biochemische processen, signalen en transformaties mogelijk te maken . Koolstof-11 (t1/2 = 20,3 min) is een van de meest gebruikte radio-isotopen in pet vanwege zijn overvloed aan organische moleculen en korte halfwaardetijd die meerdere Tracer administraties op dezelfde dag mogelijk maakt met hetzelfde menselijke of dierlijke onderwerp en vermindert de Stralingsbelasting van de patiënten. Veel tracers gelabeld met deze isotoop worden gebruikt in klinische studies en in fundamenteel gezondheidsonderzoek voor in vivo PET-beeldvorming van klassieke en opkomende biologisch relevante doelen-[11c] Raclopride voor d2/d3 -receptoren, [11c] PiB voor amyloïde plaques, [11C] PBR28 voor trans Locator eiwit-om er maar een paar te noemen.
Koolstof-11 gelabelde PET tracers worden voornamelijk geproduceerd via 11C-methylatie van niet-radioactieve PRECURSOREN bevattende-Oh (alcohol, fenol en carbonzuur),-NH (amine en amide) of-sh (thiol) groepen. Kort, de isotoop wordt gegenereerd in de gasdoelstelling van een cyclotron via een 14N (p, α)11c nucleaire reactie in de chemische vorm van [11c] co2. Deze laatste wordt vervolgens omgezet in [11c] methyljodide ([11c] ch3I) via ofwel natte chemie (reductie tot [11c] ch3Oh met LiAlH4 gevolgd door afschrikken met Hi)1 of droog Scheikunde (katalytische reductie tot [11C] ch4 gevolgd door radicale iodinatie met moleculaire I2)2. [11C] CH3ik kan dan verder worden omgezet naar de meer reactieve 11c-methyl triflaat ([11c] ch3otf) door het over een zilveren triflaat kolom3. De 11C-Methylation wordt vervolgens uitgevoerd door ofwel het borrelen van het radioactieve gas in een oplossing van niet-radioactieve precursor in organisch oplosmiddel of via de meer elegante Captive solvent “lus” methode4,5. De 11C-Tracer wordt vervolgens gezuiverd door middel van HPLC, geherformuleerd in een biocompatibel oplosmiddel, en doorgegeven via een steriel filter voordat het aan menselijke proefpersonen wordt toegediend. Al deze manipulaties moeten snel en betrouwbaar zijn gezien de korte halfwaardetijd van Carbon-11. Het gebruik van een HPLC-systeem verhoogt echter aanzienlijk de verliezen van de Tracer en de productietijd, vereist vaak het gebruik van giftige oplosmiddelen, bemoeilijkt de automatisering en leidt af en toe tot mislukte syntheses. Bovendien verlengt de vereiste reiniging van de reactoren en de HPLC-kolom de vertragingen tussen de syntheses van volgende Tracer batches en verhoogt het de blootstelling van personeel aan straling.
De radiochemie van fluor-18 (t1/2 = 109,7 min), de andere veelgebruikte Pet-isotoop, is onlangs gevorderd via de ontwikkeling van cassette-gebaseerde Kits die de noodzaak voor HPLC-zuivering overbodig maken. Door gebruik te maken van Solid phase extraction (SPE) cartridges, bieden deze volledig wegwerp kits de betrouwbare routine productie van 18f-tracers, waaronder [18f] FDG, [18f] FMISO, [18f] FMC en anderen, met kortere synthese minder betrokkenheid van het personeel en minimaal onderhoud van de apparatuur. Een van de redenen waarom Carbon-11 nog steeds een minder populaire isotoop in PET Imaging is, is een gebrek aan soortgelijke Kits voor de routine productie van 11C-tracers. Hun ontwikkeling zou de synthetische betrouwbaarheid aanzienlijk verbeteren, de radiochemische opbrengsten verhogen en de automatisering en het preventieve onderhoud van de productie modules vereenvoudigen.
Momenteel beschikbare productie kits profiteren van goedkope, wegwerp-, SPE-cartridges in plaats van HPLC-kolommen voor de scheiding van de radio Tracer van niet-gereageerd radioactieve isotoop, precursor en andere radioactieve en niet-radioactieve bijproducten. Idealiter gaat de radiolabeling-reactie ook op dezelfde cartridge voort; bijvoorbeeld, de [18f] fluoromethylatie van Dimethylaminoethanol met gasvormige [18f] ch2BRF in de productie van prostaatkanker Imaging Pet Tracer [18f] fluoromethylcholine treedt op een kation-uitwisseling hars cartridge 6. hoewel soortgelijke procedures voor het radiolabeling van verschillende 11c-tracers op cartridges zijn gemeld7,8 en werd bijzonder krachtig voor de radio synthese van [11c] choline9 en [11C] methionine10, deze voorbeelden blijven beperkt tot oncologische Pet-tracers waar de scheiding van de precursor vaak niet nodig is. Onlangs rapporteerden we de ontwikkeling van “[11c] kits” voor de productie van[11c] ch3I11 en daaropvolgende 11c-methylatie, evenals een solide fase-ondersteunde synthese12 in onze inspanningen om Vereenvoudig de routine productie van 11C-tracers. Hier willen we onze vooruitgang demonstreren met behulp van het voorbeeld van de vaste fase ondersteunde radio synthese van [11C] PIB, een radio Tracer voor Aβ-beeldvorming die een revolutie teweeggebracht in het gebied van de ziekte van Alzheimer (AD) Imaging toen het voor het eerst werd ontwikkeld in 2003 ( Figuur 1) 13,14. Bij deze methode wordt vluchtige [11C] ch3otf (BP 100 °c) over 6-Oh-BTA-0-precursor afgezet op de hars van een wegwerp cartridge. PET Tracer [11C] PIB wordt vervolgens gescheiden van de precursor en radioactieve onzuiverheden door elutie uit de patroon met biocompatibele waterige ethanol. Verder hebben we deze methode van [11C] PIB radiosynthese geautomatiseerd met behulp van een op afstand bediende radiochemie synthese module en wegwerp cassette Kits. Specifiek, we implementeerden deze radio synthese op een 20-Valve radiochemie module, uitgerust met spuit aandrijving (dispenser) die geschikt is voor standaard 20 mL wegwerp plastic spuit, gasstroom controller, vacuümpomp en gauge. Vanwege de eenvoud van deze methode, zijn we ervan overtuigd dat het kan worden aangepast aan de meeste commercieel verkrijgbare geautomatiseerde synthesizers, ofwel cassette-based of die uitgerust met stationaire kleppen. Deze solide fase ondersteunde techniek vergemakkelijkt [11C] PIB productie voldoet aan goede Manufacturing Practice (GMP) regelgeving en verbetert de betrouwbaarheid van de synthese. De hier beschreven techniek vermindert ook de hoeveelheid precursor die nodig is voor radio synthese, gebruikt alleen “groene” biocompatibele oplosmiddelen en verlaagt de tijd tussen opeenvolgende productie batches.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ondanks de recente opkomst en FDA-goedkeuring van verschillende 18F-GELABELDE Pet-tracers, zoals florbetapir, florbetaben en flutemetamol, blijft [11C] PIB een gouden standaard Tracer voor amyloïde beeldvorming vanwege de snelle hersen opname en lage niet-specifieke Bindend. Momenteel wordt deze Tracer gesynthetiseerd via ofwel natte chemie16 ofwel met behulp van een “Dry loop” aanpak4,17. Beide methoden ver…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Deze studie werd gedeeltelijk gesteund door een subsidie 18-05 van de Alzheimer’s Society of Canada (voor A. K.) en Brain Canada Foundation met ondersteuning van Health Canada. De auteurs willen graag de McGill University faculteit geneeskunde, Montreal neurologische Instituut en McConnell Brain Imaging Centre erkennen ter ondersteuning van dit werk. We danken ook mevrouw Monica Lacatus-Samoila voor hulp bij kwaliteitscontroleprocedures en Drs. Jean-Paul Soucy en Gassan Massarweh voor de toegang tot radio-isotopen en de radiochemie faciliteit.
Materials
| 6-OH-BTA-0 | ABX advanced biochemical compounds | 5101 | Non-radioactive precursor of [11C]PiB |
| 6-OH-BTA-1 | ABX advanced biochemical compounds | 5140 | Non-radioactive standard of [11C]PiB |
| Agilent 1200 HPLC system | Agilent | Agilent 1200 | Analytical HPLC system |
| Ethanol absolute | Commercial alcohols | 432526 | |
| Hamilton syringe (luer-tip, 250 µL) | Hamilton | HAM80701 | |
| MZ Analytical PerfectSil 120 | MZ-Analysentechik GmbH | MZ1440-100040 | Analytical HPLC column |
| Perkin Elmer Clarus 480 GC system | Perkin Elmer | Clarus 480 | Gas chromotograph |
| polycarbonate manifold | Scintomics | ACC-101 | Synthesis manifold |
| Restek MTX-Wax column (30 m, 0.53 mm) | Restek | 70625-273 | Analytical GC column |
| Scintomics GRP module | Scintomics | Scintomics GRP | Automated synthesis unit |
| Sep-Pak tC18 Plus | Waters | WAT020515 | Solid phase extraction cartridge |
| solvent-resistant manifold | Scintomics | ACC-201 | Synthesis manifold |
| Spinal needle | BD | 405181 | |
| Sterile extension line | B. Braun | 8255059 | |
| Sterile filter | Millipore | SLLG013SL | |
| Sterile vial (20mL) | Huayi | SVV-20A | |
| Sterile water | Baxter | JF7623 | |
| Synthra MeIplus Research | Synthra | MeIplus Research | [11C]CH3I/[11C]CH3OTf module |
| Syringe (10 mL) | BD | 309604 | |
| Syringe (1mL) | BD | 309659 | |
| Syringe (20 mL) | B. Braun | 4617207V | Dispenser syringe |
| Vent filter | Millipore | TEFG02525 |
References
- Langstrom, B., Lundqvist, H. The preparation of 11C-methyl iodide and its use in the synthesis of 11C-methyl-L-methionine. The International journal of applied radiation and isotopes. 27 (7), 357-363 (1976).
- Larsen, P., Ulin, J., Dahlstrøm, K., Jensen, M. Synthesis of [11C]iodomethane by iodination of [11C]methane. Applied radiation and isotopes. 48 (2), 153-157 (1997).
- Jewett, D. M. A simple synthesis of [11C]methyl triflate. International journal of radiation applications and instrumentation. Part A, Applied radiation and isotopes. 43 (11), 1383-1385 (1992).
- Wilson, A. A., Garcia, A., Houle, S., Vasdev, N. Utility of commercial radiosynthetic modules in captive solvent [11C]-methylation reactions. Journal of Labelled Compounds and Radiopharmaceuticals. 52 (11), 490-492 (2009).
- Wilson, A. A., Garcia, A., Jin, L., Houle, S. Radiotracer synthesis from [(11)C]-iodomethane: a remarkably simple captive solvent method. Nuclear medicine and biology. 27 (6), 529-532 (2000).
- Fedorova, O. S., Vaitekhovich, F. P., Krasikova, R. N. Automated Synthesis of [18F]Fluoromethylcholine for Positron-Emission Tomography Imaging. Pharmaceutical Chemistry Journal. 52 (8), 730-734 (2018).
- Jewett, D. M., Ehrenkaufer, R. L., Ram, S. A captive solvent method for rapid radiosynthesis: application to the synthesis of [1-(11)C]palmitic acid. The International journal of applied radiation and isotopes. 36 (8), 672-674 (1985).
- Watkins, G. L., Jewett, D. M., Mulholland, G. K., Kilbourn, M. R., Toorongian, S. A. A captive solvent method for rapid N-[11C]methylation of secondary amides: application to the benzodiazepine, 4′-chlorodiazepam (RO5-4864). International journal of radiation applications and instrumentation. Part A, Applied radiation and isotopes. 39 (5), 441-444 (1988).
- Hockley, B. G., Henderson, B., Shao, X. Chapter 27, Synthesis of {11C]Raclopride. Radiochemical Syntheses. , 167-175 (2012).
- Lodi, F., et al. Reliability and reproducibility of N-[11C]methyl-choline and L-(S-methyl-[11C])methionine solid-phase synthesis: a useful and suitable method in clinical practice. Nuclear Medicine Communications. 29 (8), 736-740 (2008).
- Jolly, D., et al. Development of “[(11)C]kits” for a fast, efficient and reliable production of carbon-11 labeled radiopharmaceuticals for Positron Emission Tomography. Applied radiation and isotopes. 121, 76-81 (2017).
- Boudjemeline, M., et al. Highly efficient solid phase supported radiosynthesis of [(11) C]PiB using tC18 cartridge as a “3-in-1” production entity. Journal of Labelled Compounds and Radiopharmaceuticals. 60 (14), 632-638 (2017).
- Mathis, C. A., et al. A lipophilic thioflavin-T derivative for positron emission tomography (PET) imaging of amyloid in brain. Bioorganic and medicinal chemistry letters. 12 (3), 295-298 (2002).
- Mathis, C. A., et al. Synthesis and evaluation of 11C-labeled 6-substituted 2-arylbenzothiazoles as amyloid imaging agents. Journal of medicinal chemistry. 46 (13), 2740-2754 (2003).
- . Buffer Reference Center Available from: https://www.sigmaaldrich.com/life-science/core-bioreagents/biological-buffers/learning-center/buffer-reference-center.html (2019)
- Philippe, C., Mitterhauser, M., Wadsak, W. Chapter 18, Synthesis of 2-(4-N-[11C]Methylaminophenyl)-6-Hydroxybenzothiazole ([11C]6-OH-BTA-1; [11C]PIB). Radiochemical Syntheses. , 177-189 (2012).
- Shao, X., Fawaz, M. V., Jang, K., Scott, P. J. H. Synthesis and Applications of [11C]Hydrogen Cyanide. Radiochemical Syntheses. , 207-232 (2015).
- Ametamey, S. M., et al. Radiosynthesis and preclinical evaluation of 11C-ABP688 as a probe for imaging the metabotropic glutamate receptor subtype 5. Journal of Nuclear Medicine. 47 (4), 698-705 (2006).
- Ametamey, S. M., et al. Human PET studies of metabotropic glutamate receptor subtype 5 with 11C-ABP688. Journal of Nuclear Medicine. 48 (2), 247-252 (2007).
