Fase solida 11C-Metilazione, purificazione e formulazione per la produzione di traccianti PET
Summary
Riportiamo un’efficiente tecnica di radioetichettatura del carbonio-11 per produrre traccianti clinicamente rilevanti per la tomografia a emissione di Positron (PET) utilizzando cartucce di estrazione in fase solida. 11 Del sistema di L’agente c-metilante viene passato attraverso una cartuccia precaricata con precursore e l’eluizione successiva con etanolo acquoso fornisce traccianti PET chimicamente e radiochimicamente puri in alti rese radiochimiche.
Abstract
La produzione di routine di radiotracciatori utilizzati nella tomografia a emissione di positroni (PET) si basa principalmente sulla chimica umida in cui il synthon radioattivo reagisce con un precursore non radioattivo nella soluzione. Questo approccio richiede la purificazione del tracciante dalla cromatografia liquida ad alte prestazioni (HPLC) seguita dalla riformulazione in un solvente biocompatibile per l’amministrazione umana. Recentemente abbiamo sviluppato un nuovo approccio a metilazione a 11C per la sintesi altamente efficiente di prodotti radiofarmaceutici PET con etichettato carbonio 11, sfruttando le cartucce di fase solide come unità monouso “3-in-1” per la sintesi, la purificazione e riformulazione dei traccianti. Questo approccio evita l’uso di HPLC preparativo e riduce le perdite del tracciante nelle linee di trasferimento e a causa del decadimento radioattivo. Inoltre, la tecnica basata sulla cartuccia migliora l’affidabilità della sintesi, semplifica il processo di automazione e facilita la conformità ai requisiti GMP (Good Manufacturing Practice). Qui, dimostriamo questa tecnica sull’esempio di produzione di un composto B di Pittsburgh, tracciante PET ([11C]PiB), un agente di imaging in vivo gold standard per placche amiloidi nel cervello umano.
Introduction
La tomografia a emissione di positroni (PET) è una modalità di imaging molecolare che si basa sulla rilevazione del decadimento radioattivo di un isotopo attaccato a una molecola biologicamente attiva per consentire la visualizzazione in vivo di processi, segnali e trasformazioni biochimiche . Il carbonio-11 (t1/2 x 20,3 min) è uno dei radioisotopi più comunemente utilizzati nel PET a causa della sua abbondanza in molecole organiche e della breve emivita che consente più amministrazioni tracciari nello stesso giorno allo stesso soggetto umano o animale e riduce il carico di radiazioni sui pazienti. Molti tracciari etichettati con questo isotopo sono utilizzati negli studi clinici e nella ricerca sanitaria di base per l’imaging PET in vivo di bersagli classici ed emergenti biologicamente rilevanti – [11C]raclopride per i recettori D2/ D3, [11C] PiB per placche amiloidi, [11C]PBR28 per la proteina traslocatore – per citarne solo alcuni.
I traccianti PET con etichetta di carbonio 11 sono prevalentemente prodotti tramite 11modelli c-metilazione di precursori non radioattivi contenenti -OH (alcol, fenolo e acido carboxil), -NH (amine e amide) o -SH (thiol). In breve, l’isotopo viene generato nell’obiettivo gassoso di un ciclotrone tramite una reazione nucleare 11N11 11nella forma chimica di [11C]CO2. Quest’ultimo viene poi convertito in iodidedimetil ([11C]CH3I) tramite chimica umida (riduzione a [11C]CH3OH con LiAlH4 seguita da disseta con HI)1 o asciutto chimica (riduzione catalitica a [11C]CH4 seguita da iodinazione radicale con molecolare I2)2. [11C] CH3Posso quindi essere ulteriormente convertito nel triflate più reattivo di 11C-metil ([11C]CH3OTf) passandolo sopra una colonna triflate d’argento3. L’11C-metilazione viene quindi eseguita bollendo il gas radioattivo in una soluzione di precursore non radioattivo nel solvente organico o attraverso il più elegante metodo “loop” del solvente in cattività4,5. Il 11C-tracer viene quindi purificato per mezzo di HPLC, riformulato in un solvente biocompatibile e passato attraverso un filtro sterile prima di essere somministrato a soggetti umani. Tutte queste manipolazioni devono essere veloci e affidabili data l’emivita breve del carbonio-11. Tuttavia, l’uso di un sistema HPLC aumenta significativamente le perdite del tracciante e del tempo di produzione, spesso richiede l’uso di solventi tossici, complica l’automazione e talvolta porta a sintesi fallite. Inoltre, la pulizia necessaria dei reattori e della colonna HPLC prolunga i ritardi tra le sintesi dei successivi lotti traccianti e aumenta l’esposizione del personale alle radiazioni.
La radiochimica del fluoro-18 (t1/2 – 109,7 min), l’altro isotopo PET ampiamente utilizzato, è stata recentemente avanzata attraverso lo sviluppo di kit basati su cassette che eliminano la necessità di purificazione dell’HPLC. Utilizzando cartucce di estrazione di fase solide (SPE), questi kit completamente usa e getta consentono la produzione di routine affidabile di 18F-tracciar, tra cui [18F]FDG,[18F]FMISO, [18F]FMC e altri, con sintesi più breve riduzione del coinvolgimento del personale e manutenzione minima dell’apparecchiatura. Uno dei motivi per cui il carbonio-11 rimane un isotopo meno popolare nell’imaging PET è la mancanza di kit simili per la produzione di routine di 11traccianti C. Il loro sviluppo migliorerebbe significativamente l’affidabilità sintetica, aumenterebbe le rese radiochimiche e semplificherebbe l’automazione e la manutenzione preventiva dei moduli di produzione.
I kit di produzione attualmente disponibili sfruttano le cartucce SPE poco costose e usa e getta al posto delle colonne HPLC per la separazione del radiotracer da isotopi radioattivi non reagiti, precursori di altri sottoprodotti radioattivi e non radioattivi. Idealmente, la reazione di radioetichettatura procede anche sulla stessa cartuccia; per esempio, la[18F]fluoromalalazione del dimetilaminoetolo con gassoso [18F]CH2BrF nella produzione di cancro alla prostata PET tracciar [18F]fluoromethylcolina si verifica su una cartuccia di resina cation-exchange 6. Anche se procedure simili per la radioetichettatura di diversi 11traccianti C sulle cartucce sono state riportate7,8 ed è diventato particolarmente potente per la radiosintesi di [11C]colina9 e [11C]methionina10, questi esempi rimangono limitati ai traccianti PET oncologici in cui la separazione dal precursore spesso non è necessaria. Recentemente abbiamo riferito lo sviluppo di“[11C]kit” per la produzione di [11C]CH3I11 e la successiva 11C-metilazione, così come la solida sintesi sostenuta in fase12 nei nostri sforzi per semplificare la produzione di routine di 11traccianti C. In questo caso, vogliamo dimostrare il nostro progresso utilizzando l’esempio della radiosintesi solida supportata dalla fase di [11C]PiB, un radiotracer per l’imaging A- che ha rivoluzionato il campo dell’imaging della malattia di Alzheimer (AD) quando è stato sviluppato per la prima volta nel 2003 ( Figura 1) 13,14. In questo metodo, il precursore volatile [11C]CH3OTf (bp 100) viene passato sopra il precursore 6-OH-BTA-0 depositato sulla resina di una cartuccia usa e getta. Il tracciante PET [11C]PiB viene quindi separato dal precursore e dalle impurità radioattive per eluizione dalla cartuccia con etanolo acquoso biocompatibile. Inoltre, abbiamo automatizzato questo metodo di radiosintesi [11C]PiB utilizzando un modulo di sintesi radiochimica azionato a distanza e kit di cassette usa e getta. In particolare, abbiamo implementato questa radiosintesi su un modulo di radiochimica a 20 valvole, dotato di unità siringa (dispenser) che si adatta a siringa di plastica monouso standard da 20 mL, controller di flusso del gas, pompa a vuoto e misuratore. Grazie alla semplicità di questo metodo, siamo fiduciosi che possa essere modificato per la maggior parte dei sintetizzatori automatici disponibili in commercio, sia su cassetta che quelli dotati di valvole fisse. Questa tecnica solida supportata in fase facilita la conformità alla produzione [11C]PiB con le normative GMP (Good Manufacturing Practice) e migliora l’affidabilità della sintesi. La tecnica qui descritta riduce anche la quantità di precursore necessaria per la radiosintesi, utilizza solo solventi biocompatibili “verdi” e diminuisce il tempo tra i lotti di produzione consecutivi.
Protocol
Representative Results
Discussion
Nonostante la recente comparsa e l’approvazione FDA di diversi traccianti PET etichettati da 18F, come florbetapir, florbetaben e flutemetamolo, [11C]PiB rimane un tracciante standard d’oro per l’imaging amiloide a causa della rapida assunzione del cervello e rilegatura. Attualmente questo tracciante è sintetizzato tramite chimica bagnata16 o utilizzando un approccio “ciclo secco”4,17. Entrambi i metodi rich…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo studio è stato parzialmente sostenuto da una sovvenzione 18-05 della Alzheimer’s Society of Canada (per A. K.) e Brain Canada Foundation con il sostegno di Health Canada. Gli autori desiderano riconoscere la Facoltà di Medicina dell’Università McGill, l’Istituto Neurologico di Montreal e il McConnell Brain Imaging Centre per il supporto di questo lavoro. Ringraziamo anche la signora Monica Lacatus-Samoila per l’aiuto con le procedure di controllo della qualità e i dottori Jean-Paul Soucy e Gassan Massarweh per l’accesso ai radioisotopi e alla struttura di radiochimica.
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 |
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