Radiosynthèse du 1-(2-[18F]fluoroéthyl)-L-tryptophane à l’aide d’un protocole à un pot en deux étapes
Summary
Ici, nous décrivons la radiosynthèse du 1-(2-[18F]Fluoroéthyl)-L-tryptophane, un agent d’imagerie par tomographie par émission de positons pour étudier le métabolisme du tryptophane, en utilisant une stratégie à un pot, en deux étapes dans un système de synthèse radiochimique avec de bons rendements radiochimiques, un excès énantiomère élevé et une grande fiabilité.
Abstract
La voie de la kynurénine (KP) est une voie primaire pour le métabolisme du tryptophane. Les preuves suggèrent fortement que les métabolites du KP jouent un rôle vital dans la prolifération tumorale, l’épilepsie, les maladies neurodégénératives et les maladies psychiatriques en raison de leurs effets immunomodulateurs, neuromodulateurs et neurotoxiques. L’agent de tomographie par émission de positons (TEP) le plus largement utilisé pour cartographier le métabolisme du tryptophane, α-[11C]méthyl-L-tryptophane ([11C]AMT), a une courte demi-vie de 20 minutes avec des procédures de radiosynthèse laborieuses. Un cyclotron sur site est nécessaire pour radiosynthétiser [11C]AMT. Seul un nombre limité de centres produisent [11C]AMT pour les études précliniques et les investigations cliniques. Par conséquent, le développement d’un agent d’imagerie alternatif qui a une demi-vie plus longue, une cinétique in vivo favorable et qui est facile à automatiser est nécessaire de toute urgence. L’utilité et la valeur du 1-(2-[18F]fluoroéthyl)-L-tryptophane, un analogue du tryptophane marqué au fluor-18, ont été rapportées dans des applications précliniques dans des xénogreffes dérivées de lignées cellulaires, des xénogreffes dérivées de patients et des modèles tumoraux transgéniques.
Cet article présente un protocole pour la radiosynthèse du 1-(2-[18F]fluoroéthyl)-L-tryptophane en utilisant une stratégie à un pot et en deux étapes. En utilisant ce protocole, le radiotraceur peut être produit dans un rendement radiochimique de 20 ± 5% (désintégration corrigée à la fin de la synthèse, n > 20), avec une pureté radiochimique et un excès énantiomère de plus de 95%. Le protocole comporte une petite quantité de précurseurs ne dépassant pas 0,5 mL de solvant réactionnel à chaque étape, une faible charge de 4,7,13,16,21,24-hexaoxa-1,10-diazabicyclo[8,8,8]hexacosane (K222) potentiellement toxique et une phase mobile injectable et respectueuse de l’environnement pour la purification. Le protocole peut être facilement configuré pour produire du 1-(2-[18F]fluoroéthyl)-L-tryptophane pour l’investigation clinique dans un module disponible dans le commerce.
Introduction
Chez l’homme, le tryptophane est un composant essentiel de l’alimentation quotidienne. Le tryptophane est principalement métabolisé par la voie de la kynurénine (KP). Le KP est catalysé par deux enzymes limitant le débit, l’indoleamine 2, 3-dioxygénase (IDO) et la tryptophane 2, 3-dioxygénase (TDO). Plus de 95% du tryptophane est converti en kynurénine et ses métabolites en aval, générant finalement du nicotinamide adénine dinucléotide, essentiel à la transduction de l’énergie cellulaire. Le KP est un régulateur clé du système immunitaire et un régulateur important de la neuroplasticité et des effets neurotoxiques1,2. Le métabolisme anormal du tryptophane est impliqué dans divers troubles neurologiques, oncologiques, psychiatriques et métaboliques; par conséquent, les analogues du tryptophane radiomarqués ont été largement utilisés dans les recherches cliniques. Les deux radiotraceurs de tryptophane les plus courants étudiés cliniquement sont le 11C-α-méthyl-L-tryptophane ([11C]AMT) et le 11C-5-hydroxytryptophane (11C-5-HTP)3.
Dans les années 1990, le 11C-5-HTP a été utilisé pour visualiser les tumeurs neuroendocrines sécrétant de la sérotonine4 et pour diagnostiquer et surveiller le traitement de l’adénocarcinome prostatique hormono-réfractaire métastatique5. Plus tard, il a été utilisé comme outil d’imagerie pour la quantification du système sérotoninergique dans le pancréas endocrinien6. 11 Le C-5-HTP a également été un traceur prometteur pour la détection non invasive d’îlots viables dans la transplantation intraportaire d’îlots et le diabète de type 27,8. Au cours des deux dernières décennies, de nombreux acides aminés radiomarqués ont progressé vers l’investigation clinique9,10. En particulier, l’analogue du tryptophane marqué au carbone 11 [11C]AMT a reçu une attention particulière pour la cartographie de la synthèse de la sérotonine cérébrale11,12,13,14 et pour la localisation des foyers épileptiques, des tumeurs épileptogènes, du complexe de sclérose tubéreuse, des gliomes et des cancers du sein15,16,17,18,19,20 ,21,22,23,24,25,26. [11C] L’AMT a également une absorption élevée dans diverses tumeurs de bas et de haut grade chez les enfants27. En outre, l’analyse du traceur cinétique de [11C]AMT chez des sujets humains a été utilisée pour différencier et classer diverses tumeurs et différencier le gliome des lésions tissulaires radio-induites15. [11C] L’imagerie guidée par AMT montre des avantages cliniques significatifs dans les troubles cérébraux3,25. Cependant, en raison de la courte demi-vie du carbone 11 (20 min) et des procédures laborieuses de radiosynthèse, l’utilisation de l’AMT [11C] est limitée aux quelques centres PET dotés d’un cyclotron sur place et d’une installation de radiochimie.
Le fluor-18 a une demi-vie favorable de 109,8 min, par rapport à la demi-vie de 20 min du carbone-11. De plus en plus, les efforts se sont concentrés sur le développement de radiotraceurs marqués au fluor 18 pour le métabolisme du tryptophane3,28. Au total, 15 radiotraceurs de tryptophane radiomarqués au fluor 18 ont été signalés en termes de radiomarquage, de mécanismes de transport, de stabilité in vitro et in vivo, de biodistribution et d’absorption tumorale dans les xénogreffes. Cependant, une défluoration in vivo rapide a été observée pour plusieurs traceurs, y compris le 4-, 5-, et 6-[18F]fluorotryptophane, empêchant toute traduction clinique ultérieure29. Le 5-[18F]Fluoro-α-méthyltryptophane (5-[18F]FAMT) et le 1-(2-[18F]fluoroéthyl)-L-tryptophane (L-[18F]FETrp, également connu sous le nom d’acide (S)-2-amino-3-(1-(2-[18F]fluoroéthyl)-1H-indol-3-yl)propanoïque, poids moléculaire 249,28 g/mole), sont les deux radiotraceurs les plus prometteurs avec une cinétique in vivo favorable dans les modèles animaux et un grand potentiel pour surpasser [11 C]AMT pour l’évaluation des conditions cliniques avec métabolisme dérégulé du tryptophane28. 5-[18F]FAMT a montré une absorption élevée dans les xénogreffes tumorales IDO1 positives de souris immunodéprimées et est plus spécifique à l’imagerie du KP que [11C]AMT28,30. Cependant, la stabilité in vivo du 5-[18F]FAMT demeure une préoccupation potentielle, car aucune donnée de défluoration in vivo n’a été rapportée au-delà de 30 minutes après l’injection du traceur30.
Une étude préclinique dans un modèle murin de médulloblastome génétiquement modifié a montré que, par rapport au 18F-fluorodésoxyglucose (18F-FDG), le L-[18F]FETrp présentait une accumulation élevée dans les tumeurs cérébrales, une fluoration in vivo négligeable et une faible absorption de fond, démontrant un rapport cible/non cible supérieur31,32. Des études de dosimétrie par rayonnement chez la souris ont indiqué que le L-[18F]FETrp avait une exposition à la dosimétrie favorable d’environ 20 % inférieure à celle du traceur PET 18F-FDG clinique33. En accord avec les résultats d’autres chercheurs, les données de l’étude préclinique fournissent des preuves substantielles pour soutenir la traduction clinique de L-[18F]FETrp pour l’étude du métabolisme anormal du tryptophane chez les humains atteints de troubles cérébraux tels que l’épilepsie, la neuro-oncologie, l’autisme et la sclérose tubéreuse28,31,32,33,34,35,36 . Une comparaison globale entre les trois traceurs les plus largement étudiés pour le métabolisme du tryptophane, 11C-5-HTP, [11C]AMT et L-[18F]FETrp, est présentée dans le tableau 1. Le 11C-5-HTP et le [11C]AMT ont tous deux une demi-vie courte et des procédures de radiomarquage laborieuses. Un protocole pour la radiosynthèse de L-[18F]FETrp utilisant une approche à un pot, deux étapes est décrit ici. Le protocole comprend l’utilisation d’une petite quantité de précurseur de radiomarquage, d’un petit volume de solvants de réaction, d’une faible charge de K222 toxique et d’une phase mobile injectable et respectueuse de l’environnement pour la purification et la formulation facile.
Protocol
Representative Results
Discussion
Le tryptophane est un acide aminé essentiel pour l’homme. Il joue un rôle important dans la régulation de l’humeur, de la fonction cognitive et du comportement. Les dérivés radiomarqués du tryptophane, en particulier l’AMT [11C]marqué au carbone 11, ont été largement étudiés en raison de leur rôle unique dans la cartographie de la synthèse de la sérotonine38,39, la détection et le classement des tumeurs40, l…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été soutenu par le Centre de diagnostic et de recherche TEP/IRM et par les départements de recherche biomédicale et de radiologie de l’Hôpital pour enfants Nemours/Alfred I. duPont.
Materials
| [18F]Fluoride in [18O]H2O | PETNET Solutions Inc. | N/A | |
| 4,7,13,16,21,24-hexaoxa-1,10-diazabicyclo[8.8.8]hexacosane | ACROS | 291950010 | Kryptofix 222 or K222, 98% |
| Acetic acid | ACROS | 222142500 | 99.8% |
| Acetonitrile | Sigma-Aldrich | 271004 | anhydrous, 99.8% |
| Agilent 1260 HPLC system | Agilent Technologies | Agilent 1260 | Agilent 1260 series |
| Analytcial chiral HPLC column | Sigma-Aldrich | 12024AST | Astec CHIROBIOTIC T, 25 cm × 4.6 mm |
| Carbon dioxide, 60 LBS | Airgas | REFR744R200S | 99.99% |
| D-FETrp standard reference | Affinity Research Chemicals Inc | N/A | Custom synthesis |
| Empty sterile vial | Jubilant HollisterStier | 7515 | 20 mm closure, 10 mL |
| Ethanol | Decon Labs | 2716 | 200 proof, USP grade. ≥99.9% |
| Fisherbrand 13 mm Syringe Filter, 0.22 µm, PVDF, sterile | Fisher Scientific | 09-720-3 | |
| Hydrochloric acid | Sigma-Aldrich | 30721 | ≥37% |
| Isopropanol | Decon Labs | 8316 | 70%, sterile |
| L-[18F]FETrp radiolabeling precursor | Affinity Research Chemicals Inc | N/A | Custom synthesis |
| L-FETrp standard reference | Affinity Research Chemicals Inc | N/A | Custom synthesis |
| Light C8 cartridge | Waters | WAT036770 | Sep-Pak C8 plus light cartridge |
| Needle, 20 G x 1 | Becton-Dickinson & Co. | 305175 | |
| Needle, 20 G x 1 ½ | Becton-Dickinson & Co. | 305176 | |
| Needle, 21 G x 2 | Becton-Dickinson & Co. | 305129 | |
| Neutral aluminum oxide | Waters | WAT023561 | Sep-Pak alumina N plus light |
| Nylon membrane (0.20 µm ) | MilliPore | GNWP04700 | 47 mm |
| Pall Acrodisc 25 mm syringe sterile filter | Pall Corporation | 4907 | |
| PETCHEM radiochemistry synthesis system | PETCHEM Solutions Inc. Pinckney, MI | N/A | Radiosynthesizer |
| pH strips 2.0 – 9.0 | EMD Millipore | 1.09584.0001 | |
| Potassium carbonate | Sigma-Aldrich | 367877 | 99.995% |
| Quaternary methylammonium light cartridge | Waters | 186004051 | Sep-Pak QMA light |
| Semi-preparative C18 HPLC column | Phenomenex | 00D-4253-N0 | 100 × 10 mm |
| Semi-preparative chiral HPLC column | Sigma-Aldrich | 12034AST | Astec CHIROBIOTIC T, 25 cm × 10 mm |
| Sodium chloride injection 23.4% | APP Pharmaceutical, LLC | 18730 | USP grade |
| Sodium chloridei injection 0.9% | Hospira | NDC 0409-4888-10 | USP grade |
| Sodium hydroxide | Honeywell | 306576 | 99.99% |
| Spinal needle, 20 G x 3 ½ | Becton-Dickinson & Co. | 405182 | |
| Sterile alcohol prep pads | BioMed Resource Inc. | PC661 | |
| Sterile empty vials, 2 mL | Hollister Stier | 7505ZA | 13 mm closure |
| Sterile empty vials, 30 mL | Jubilant HollisterStier | 7520ZA | 20 mm closure |
| Syringe PP/PE, 3 mL, Luer Lock | Air-Tite | 4020-X00V0 | |
| Syringe PP/PE, 5 mL, Luer Lock | Becton-Dickinson & Co. | 309646 | |
| Syringe, PP/PE, 10 mL, NORM-JECT | Air-Tite | 4100-000V0 | |
| Syringe, 1 mL, Luer Slip | Becton-Dickinson & Co. | 309659 | |
| Syringe, 3 mL, Luer-Lock | Becton-Dickinson & Co. | 309657 | |
| Ultra high purity argon | Airgas | AR UHP300 | 99.999% |
| Ultrapure water | MilliporeSigma | ZRQSVP300 | Direct-Q 3 tap to pure and ultrapure water purification system |
Referências
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