Твердый этап 11C-метилирование, очищение и формулирование для производства ПЭТ-трассаторов
Summary
Мы сообщаем об эффективном методе радиомаркировки углерода-11 для производства клинически значимых трассаторов для позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) с использованием твердой фазовой картриджи. 11 Год C-метилалинг агент проходит через картридж, предварительно загруженный с предшественником и последовательной elution с aqueous этанол обеспечивает химически и радиохимически чистых ПЭТ трассаторов в высоких радиохимических урожаев.
Abstract
Регулярное производство радиочастот, используемых в позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), в основном зависит от влажной химии, где радиоактивный синтион реагирует с нерадиоактивным предшественником в растворе. Такой подход требует очищения трассировщика высокой производительностью жидкой хроматографии (HPLC), с последующим переформулированием в биосовместимый растворитель для человеческого управления. Недавно мы разработали новый подход 11C-метилирования для высокоэффективного синтеза углерода-11 помечены ПЭТ радиофармацевтических препаратов, пользуясь твердых картриджей фазы как одноразовые “3-в-1” единиц для синтеза, очистки и переформулирование трассировок. Такой подход устраняет использование подготовительного HPLC и уменьшает потери трассировщика в линиях передачи и из-за радиоактивного распада. Кроме того, технология на основе картриджа повышает надежность синтеза, упрощает процесс автоматизации и облегчает соблюдение требований надлежащей производственной практики (GMP). Здесь мы демонстрируем эту технику на примере производства ПЭТ-трекера Pittsburgh соединения B(No 11C’PiB), золотого стандарта in vivo image einio image einiloid plaques in the human brains.
Introduction
Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) – это молекулярная методика визуализации, которая опирается на обнаружение радиоактивного распада изотопов, прикрепленного к биологически активной молекуле, чтобы обеспечить визуализацию биохимических процессов, сигналов и преобразований in vivo . Углерод-11 (т1’2 и 20,3 мин) является одним из наиболее часто используемых радиоизотопов в ПЭТ из-за его изобилия в органических молекул и короткий период полураспада, который позволяет для нескольких контрольных администраций в тот же день к тому же человеку или животному вопросу и снижает радиационную нагрузку на пациентов. Многие трассы помечены с этим изотопом используются в клинических исследованиях и в фундаментальных исследованиях здоровья для in vivo ПЭТ-изображения классических и возникающих биологически значимых целей –11C raclopride для D2/D3 рецепторов,No 11C PiB для амилоидных бляшек,No 11C’PBR28 для белка транслокатора – назвать лишь некоторые из них.
Углерод-11 помечены ПЭТ трассаторы в основном производятся через 11C-метилирования нерадиоактивных прекурсоров, содержащих -OH (алкоголь, фенол и карбоксиловая кислота), -NH (амина и амида) или -SH (тиол) групп. Короче говоря, изотоп генерируется в газовой цели циклотрона через 14N (p, )11C ядерной реакции в химической формеNo 11C’CO2. Последний затем преобразуется в11Сметилйййййййййййййййййййд(No 11C’CH3I) либо с помощью влажной химии (сокращение до11C’CH3OH с LiAlH4, за которым следует закалка с HI)1 или сухой химия (каталитическое снижение до11C’CH4 с последующим радикальным йодинацией с молекулярным I2)2. 11С. CH3Я могу затем быть преобразованы в более реактивные 11C-метил трифлат (No11C CH3OTf), передавая его над серебряной колонкойтрифла3. 11C-метилирование затем выполняется либо восходящей радиоактивный газ в раствор нерадиоактивного предшественника в органическом растворителе или через более элегантный плен растворителя “петля” метод4,5. 11C-tracer затем очищается с помощью HPLC, переформулируется в биосовместимый растворитель, и прошел через стерильный фильтр, прежде чем вводиться к людям. Все эти манипуляции должны быть быстрыми и надежными, учитывая короткий период полураспада углерода-11. Однако использование системы HPLC значительно увеличивает потери трассировщика и время производства, часто требует использования токсичных растворителей, усложняет автоматизацию и иногда приводит к неудачным синтезам. Кроме того, необходимая очистка реакторов и колонны HPLC продлевает задержки между синтезами последующих трассиковых партий и увеличивает подверженность персонала радиации.
Радиохимия фтора-18 (т1’2 и 109,7 мин), другие широко используемые ПЭТ изотоп, недавно была выдвинута через развитие кассетных комплектов, которые излечиваются необходимость очистки HPLC. Используя картриджи из твердой фазы (SPE), эти полностью одноразовые комплекты позволяют надежное рутинное производство 18F-трассеров, в том числе18F-FDG,No 18F’FMISO,No 18F’FMC и др., с более коротким синтезом сокращение участия персонала и минимальное техническое обслуживание оборудования. Одной из причин, по которой углерод-11 остается менее популярным изотопом в ПЭТ-изображении, является отсутствие аналогичных комплектов для обычного производства 11C-трассеров. Их разработка позволит значительно повысить синтетическую надежность, повысить радиохимические урожаи и упростить автоматизацию и профилактическое обслуживание производственных модулей.
Имеющиеся в настоящее время производственные комплекты используют недорогие одноразовые картриджи SPE вместо столбцов HPLC для отделения радиотрактора от неотреагированных радиоактивных изотопов, прекурсоров и других радиоактивных и нерадиоактивных побочных продуктов. В идеале реакция радиомаркировки также происходит на том же картридже; Например, фторметилирование диметиламиноэтана с газообразным газомNo 18F’CH2BrF при производстве пэт-трекера длявизуализации рака простаты 6. Хотя аналогичные процедуры для радиомаркировки нескольких 11C-трассировочных веществ на картриджах были зарегистрированы7,8 и стал особенно мощным для радиосинтезаNo 11C’choline9 и11C’methionine10, эти примеры остаются ограниченными онкологических ПЭТ трассаторов, где отделение от предшественника часто не требуется. Недавно мы сообщили о разработке«11комплектов» для производства11C’CH3I11 и последующего 11C-метилирования, а также твердого фазово-поддерживаемого синтеза12 в наших усилиях по упростить рутинное производство 11C-трассировок. Здесь мы хотим продемонстрировать наш прогресс на примере твердой фазы, поддерживаемой радиосинтезомNo 11C’PiB, радиотрейстом для изображения АЗ, который произвел революцию в области визуализации болезни Альцгеймера (АД), когда она была впервые разработана в 2003 году ( Рисунок 1) 13,14. В этом методе, летучиеNo 11C CH3OTf (bp 100 кв. C) передается через 6-OH-BTA-0 прекурсор на хранение на мели с одноразовым картриджом. ПЭТ-трассировщик No11C’PiB затем отделяется от прекурсора и радиоактивных примесей путем выяснения картриджа с биосовместимым aqueous этанолом. Кроме того, мы автоматизировали этот метод радиосинтеза No11C’PiB с помощью дистанционно управляемого модуля синтеза радиохимии и одноразовых кассетных комплектов. В частности, мы реализовали этот радиосинтез на 20-клапанном радиохимическом модуле, оснащенном шприц-драйвом (дозатором), который подходит для стандартных 20 мл одноразового пластикового шприца, контроллера потока газа, вакуумного насоса и датчика. Благодаря простоте этого метода, мы уверены, что он может быть изменен на ибольшинство коммерчески доступных автоматизированных синтезаторов, либо кассетных или тех, оснащенных стационарными клапанами. Этот метод, поддерживаемый твердой фазой, облегчает производство11C’PiB в соответствии с правилами хорошей производственной практики (GMP) и повышает надежность синтеза. Описанный здесь метод также уменьшает количество прекурсора, необходимого для радиосинтеза, использует только “зеленые” биосовместимые растворители и уменьшает время между последовательными производственными партиями.
Protocol
Representative Results
Discussion
Несмотря на недавнее появление и одобрение FDA нескольких 18F-маркированных ПЭТ-трассировщиков, таких как флорбетапир, флорбетабен и флетеметамол,No 11C’PiB остается золотым стандартом трассировщика для амилоидной визуализации из-за быстрого поглощения мозга и низкой неспецифи?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Это исследование было частично поддержано грантом 18-05 от Общества Альцгеймера Канады (для А. К.) и Фонда Мозга Канады при поддержке Министерства здравоохранения Канады. Авторы хотели бы отметить, Макгилл университет факультета медицины, Монреальский неврологический институт и Макконнелл мозга Imaging центр для поддержки этой работы. Мы также благодарим г-жу Моника Лакатус-Самойла за помощь в проведении процедур контроля качества, а д-ра Джин-Поля Суси и Гассана Массарвеха за доступ к радиоизотопам и радиохимии.
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).
