Vi demonstrerer halvautomatisk radiokjemisk syntese av [ 18 F] 3F4AP og kvalitetskontrollprosedyrer.
3- [18F] fluor-4-aminopyridin, [18F] 3F4AP, er en radiofluorert analog av det FDA-godkjente legemidlet for multippel sklerose 4-aminopyridin (4AP). Denne forbindelsen er for tiden undersøkt som en PET-sporer for demyelinering. Vi har nylig beskrevet en ny kjemisk reaksjon for å produsere metafluorerte pyridiner som består av direkte fluorering av et pyridin-N-oksyd og utnyttelsen av denne reaksjonen for den radiokjemiske syntese av [18F] 3F4AP. I denne artikkelen demonstrerer vi hvordan du produserer denne sporen ved hjelp av en automatisert syntetisator og en interngjorte hydrogeneringsreaktor. Vi viser også standardkvalitetskontrollprosedyrene som er utført før utgivelsen av radiotraceren for prekliniske dyrbildningsstudier. Denne semi-automatiserte prosedyren kan tjene som grunnlag for fremtidig produksjon av [ 18 F] 3F4AP for kliniske studier.
Evnen til å spore et lite molekylær legemiddel ikke-invasivt i menneskekroppen har stort potensial mot presisjonsmedisin. Blant molekylære bildebehandlingsteknikker har positronutslippstomografi (PET) mange gunstige egenskaper: PET-detektorens høy følsomhet tillater deteksjon og kvantifisering av svært små mengder radioaktivt materiale, og skannernes egenskaper tillater nøyaktig romlig kartlegging av stofflokalisering 1 , 2 , 3 . For eksempel tillater PET deteksjon og lokalisering av tumorer og metastaser basert på opptaksnivået av en radioaktiv glukoseanalog, [ 18 F] FDG 4 . PET kan også gi lokalisering og kvantifisering av spesifikke hjerne-reseptorer og deres belegg som kan være verdifulle for å diagnostisere og forstå nevrologiske og psykiatriske lidelser 5 . For å kunne utvikle segEt lite molekyl PET-spor, må forbindelsen av interesse merkes med en positron-emitterende isotop, typisk 11 C eller 18 F. Mellom disse to radioisotoper har 18 F en lengre halveringstid (109 min vs 20,3 i 11 C) , Som tillater produksjon av flere doser og offsite. Likevel, å legge 18 F til et molekyl kan være utfordrende. 18 F-merking krever raske reaksjoner som er kompatible med automatisering som lindrer kjemikeren av direkte håndtering av aktiviteten og mottar høyt absorberte strålingsdoser.
Vi har nylig beskrevet bruken av pyridin-N-oksider som forløpere for fluorering av pyridiner og bruken av denne kjemi i den radiokjemiske syntesen av [18F] 3F4AP6, en radiofluorert analog av FDA-godkjent legemiddel for multippel sklerose, 4- Aminopyridin (4AP) 7 , 8 , 9 . thEr en ny radiotracer for tiden undersøkt som en PET-sporer for demyelinisering 10 , 11 , 12 . I denne videoartikkelen demonstrerer vi den halvautomatiske syntesen av denne forbindelsen ved å bruke en IBA Synthera Synthesis Unit (heretter referert til som "synthesizer") og en egengjorte hydrogeneringsanordning. Syntesen er basert på reaksjonen vist i figur 1 . Forberedelse av prosedyren tar ca. 1 time, radiomerkning og rensing 1,5 timer og kvalitetskontrollprosedyrer 0,5 timer.
Utarbeidelsen av PET-tracere krever effektiv merking med minimal brukerintervensjon for å minimere strålingseksponering 14 . Her beskrev vi den første halvautomatiserte prosedyren for den radiokjemiske syntesen av [ 18 F] 3F4AP, en PET-sporingsenhet som for tiden er undersøkt for avbildning av demyelinering. Denne semi-automatiserte metoden produserer radiotracer med høy renhet og tilstrekkelig spesifikk aktivitet for dyreforsøk. Tidligere metoder for syntesen av denne forbindelsen baserte seg på manuell syntese 6 , som signifikant begrenser mengden av radioaktive sporstoffer som kan fremstilles. Å ha en automatisert metode for syntesen gir også mer reproduserbare utbytter og gjør det lettere å overføre prosedyren til andre laboratorier med lignende utstyr. Fremtidige anstrengelser for å fullføre automatiseringen av prosedyren vil være medvirkende til produksjonen av sporen i høye mengder for studier hos store dyr eller mennesker.
<p cLass = "jove_content"> Denne prosedyren bruker nukleofil utveksling på 19 F for 18 F for å innlemme radioisotopen i molekylet av interesse. Fordelene ved denne reaksjon er at den er rask og produserer nesten utelukkende det ønskede produkt uten behov for å utføre et potensielt langt rensingstrinn for å fjerne overflødig forløper. En begrensning ved bruk av fluor-utvekslingsmærkningsreaksjoner som den som benyttes her, er at på grunn av innledende masse av kald forbindelse kan den endelige spesifikke aktivitet definert som mengde av radioaktivitet i mCi over mengden av forbindelse i μmol være begrenset. Under standardbetingelsene, startende med 100-200 mCi på 18 F og 50 μg forløper, er den typiske spesifikke aktiviteten ved synteseenden opptil 100-200 mCi / μmol, som ser ut til å være tilstrekkelig for prekliniske PET-bildestudier . Likevel kan den spesifikke aktiviteten bli bedre ved å øke utgangsmengden for 18 F – </suP> mens massemengden holdes lav. Det har vært flere rapporter om å produsere radioligander ved fluoridbytter med høy spesifikk aktivitet (1-3 Ci / μmol) ved å starte med høy aktivitet og lave forløpermengder 15 , 16 .Som med alle radiokjemiske synteseer av PET-sporstoffer, er det viktig å arbeide raskt for å minimere radioaktivt henfall. Det er også viktig å minimere tiden som håndterer de radioaktive materialene, bruke riktig skjerming og maksimere avstanden mellom det radioaktive materialet og brukeren for å minimere strålingseksponering. Disse aspektene er spesielt viktige i løpet av andre halvdel av protokollen (rensing og kvalitetskontroll) der brukeren må injisere løsningen manuelt i HPLC, samle fraksjonene og filtrere sluttproduktet.
Som med alle radiokjemiske synteseer av PET-sporstoffer, er det viktig å jobbe raskt for å mInimize radioaktivt henfall. Det er også viktig å minimere tiden som håndterer de radioaktive materialene, bruke riktig skjerming og maksimere avstanden mellom det radioaktive materialet og brukeren for å minimere strålingseksponering. Disse aspektene er spesielt viktige i løpet av andre halvdel av protokollen (hydrogenering og rensing) der brukeren må injisere løsningen manuelt i hydrogenatoren, samle fraksjonene, sette opp tørkeprosedyren, gjenoppløse produktet i buffer og filtrere det. Under filtreringstrinnet er det lett å miste mye radioaktivt materiale i hetteglassets vegger. Derfor er det viktig å prøve å samle all væske før filtering. Bruk av en større mengde buffer for å oppløse kan forbedre utbyttet av utvinning, men bruken av dette blir motvirket fordi det vil kreve injisering av et større volum på HPLC, noe som får toppen til å utvide og øke volumet av sluttdosen.
For å feilsøke aÅ optimalisere prosedyren er viktig for å holde oversikt over avkastningen til hvert trinn. For de fleste trinn gjøres dette bare ved å måle mengden radioaktivitet før og etter hvert trinn. Ved reaksjonen kan utbyttet beregnes ved kvantifisering av HPLC-toppene. Tabell 1 i resultateksjonen viser de typiske utbyttene for hvert trinn. Tabell 2 nedenfor viser mange av de vanligste feilene med potensielle årsaker til feilen og hvordan du kan rette dem.
Til slutt, selv om prosedyren vist her er spesifikk for syntesen av [18F] 3F4AP, er den generelle arbeidsflyten og mange av de enkelte trinnene felles for syntesen av andre forbindelser 17 . I denne artikkelen demonstrerte vi også de typiske QC-tester som ble utført på en hvilken som helst PET-tracer.
The authors have nothing to disclose.
Dette prosjektet ble støttet av tilskudd NIH / NIBIB 1K99EB020075 til Pedro Brugarolas og en Innovasjonsfondspris fra Chicago Innovation Exchange til Brian Popko og Pedro Brugarolas. Prof. Brian Popko er takknemlig anerkjent for hans mentorskap og økonomisk støtte til prosjektet. Prof. Chin-Tu Chen og Integrated Small Animal Imaging Research Resource ved University of Chicago er anerkjent for sjenerøst å dele laboratorierom og utstyr. IBA er anerkjent for sponsring av åpen tilgang til denne artikkelen.
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 |