Fase sólida 11C-Metilación, purificación y formulación para la producción de trazadores PET
Summary
Reportamos una técnica eficiente de radioetiquetado carbono-11 para producir trazadores clínicamente relevantes para la tomografía por emisión de positrones (PET) utilizando cartuchos de extracción de fase sólida. 11 El agente metilante C se pasa a través de un cartucho precargado con elución precursora y sucesiva con etanol acuoso proporciona trazadores PET química y radioquímicamente puros en altos rendimientos radioquímicos.
Abstract
La producción rutinaria de radiosondas utilizada en la tomografía por emisión de positrones (PET) se basa principalmente en la química húmeda donde el sintetizador radiactivo reacciona con un precursor no radiactivo en solución. Este enfoque requiere la purificación del trazador mediante cromatografía líquida de alto rendimiento (HPLC) seguida de reformulación en un disolvente biocompatible para administración humana. Recientemente desarrollamos un novedoso enfoque de 11C-metilación para la síntesis altamente eficiente de radiofármacos PET etiquetados con carbono-11, aprovechando los cartuchos de fase sólida como unidades desechables “3-en-1” para la síntesis, purificación y reformulación de los trazadores. Este enfoque evita el uso de HPLC preparativo y reduce las pérdidas del trazador en las líneas de transferencia y debido a la descomposición radiactiva. Además, la técnica basada en cartuchos mejora la fiabilidad de la síntesis, simplifica el proceso de automatización y facilita el cumplimiento de los requisitos de Buenas Prácticas de Manufactura (GMP). Aquí, demostramos esta técnica en el ejemplo de la producción de un trazador PET compuesto de Pittsburgh B ([11C]PiB), un agente de imagen in vivo estándar de oro para placas amiloideas en los cerebros humanos.
Introduction
La tomografía por emisión de positrones (PET) es una modalidad de imagen molecular que se basa en la detección de la descomposición radiactiva de un isótopo unido a una molécula biológicamente activa para permitir la visualización in vivo de procesos bioquímicos, señales y transformaciones . El carbono-11 (t1/2 x 20,3 min) es uno de los radioisótopos más utilizados en PET debido a su abundancia en moléculas orgánicas y vida media corta que permite múltiples administraciones de trazador en el mismo día al mismo sujeto humano o animal y reduce la carga de radiación en los pacientes. Muchos trazadores etiquetados con este isótopo se utilizan en estudios clínicos y en investigaciones básicas de salud para imágenes IN vivo PET de objetivos clásicos y emergentes biológicamente relevantes – [11C]raclopride para receptores D2/D3, [11C] PiB para placas amiloideas, [11C]PBR28 para proteína transclodor – por nombrar sólo unos pocos.
Los trazadores PET etiquetados con carbono-11 se producen predominantemente a través de 11grupos C-metilación de precursores no radiactivos que contienen -OH (alcohol, fenol y ácido carboxílico), -NH (amina y amida) o -SH (tiol). En resumen, el isótopo se genera en el objetivo de gas de un ciclotrón a través de una reacción nuclear de 14N(p,o)11C en forma química de [11C]CO2. Este último se convierte entonces en [11C]yoduro de metilo ([11C]CH3I) a través de la química húmeda (reducción a [11C]CH3OH con LiAlH4 seguido de temple con HI)1 o seco química (reducción catalítica a [11C]CH4 seguida de yodiminación radical con molecular I2)2. [11C] CH3A continuación, puedo convertirse en el triflato más reactivo 11C-metil ([11C]CH3OTf) pasándolo sobre una columna triflada de plata3. La metilación 11C se realiza entonces burbujeando el gas radiactivo en una solución de precursor no radioactivo en disolvente orgánico o a través del método de “bucle” de disolvente cautivo más elegante4,5. El trazador C 11se purifica por medio de HPLC, se reformula en un disolvente biocompatible y se pasa a través de un filtro estéril antes de ser administrado a sujetos humanos. Todas estas manipulaciones deben ser rápidas y fiables dada la corta vida media de carbono-11. Sin embargo, el uso de un sistema HPLC aumenta significativamente las pérdidas del trazador y el tiempo de producción, a menudo requiere el uso de disolventes tóxicos, complica la automatización y ocasionalmente conduce a sintetizaciones fallidas. Además, la limpieza necesaria de los reactores y la columna HPLC prolonga los retrasos entre las síntesis de los lotes de trazadores posteriores y aumenta la exposición del personal a la radiación.
La radioquímica del flúor-18 (t1/2 a 109,7 min), el otro isótopo PET ampliamente utilizado, se ha avanzado recientemente mediante el desarrollo de kits basados en casetes que obvian la necesidad de purificación de HPLC. Mediante el empleo de cartuchos de extracción de fase sólida (SPE), estos kits totalmente desechables permiten la producción rutinaria confiable de 18trazadores F, incluyendo [18F]FDG, [18F]FMISO, [18F]FMC y otros, con síntesis más corta reducción de la participación del personal y mantenimiento mínimo del equipo. Una de las razones por las que carbon-11 sigue siendo un isótopo menos popular en las imágenes PET es la falta de kits similares para la producción rutinaria de 11trazadores C. Su desarrollo mejoraría significativamente la fiabilidad sintética, aumentaría los rendimientos radioquímicos y simplificaría la automatización y el mantenimiento preventivo de los módulos de producción.
Los kits de producción disponibles actualmente aprovechan los cartuchos SPE baratos y desechables en lugar de las columnas HPLC para la separación de la radiosonda de isótopos radiactivos, precursores y otros subproductos radiactivos y no radiactivos no reaccionados. Idealmente, la reacción de radioetiquetado también procede en el mismo cartucho; por ejemplo, la[18F]fluoromethylation de dimetilaminoetanol con gaseoso [18F]CH2BrF en la producción de marcador de IMAGEN de cáncer de próstata PET trazación [18F]fluorometilcolina se produce en un cartucho de resina de intercambio catiónico 6. Aunque procedimientos similares para el etiquetado radioeléctrico de varios 11c-trazadores en cartuchos se han reportado7,8 y se convirtió en especialmente potente para la radiosíntesis de [11C]colina9 y [11C]metionina10, estos ejemplos permanecen limitados a trazadores ONcológicos PET donde a menudo no se requiere la separación del precursor. Recientemente informamos del desarrollo de “[11C]kits” para la producción de [11C]CH3I11 y posterior 11C-metilación, así como síntesis sólida apoyada en fase12 en nuestros esfuerzos por simplificar la producción rutinaria de 11trazadores C. Aquí, queremos demostrar nuestros progresos utilizando el ejemplo de la radiosíntesis apoyada en fase sólida de [11C]PiB, una radiosonda para la imagen a A que revolucionó el campo de la enfermedad de Alzheimer (AD) cuando se desarrolló por primera vez en 2003 ( Figura 1) 13,14. En este método, volátil [11C]CH3OTf (bp 100 oC) se pasa sobre el precursor 6-OH-BTA-0 depositado en la resina de un cartucho desechable. El trazador PET [11C]PiB se separa de las impurezas precursoras y radiactivas por elución del cartucho con etanol acuoso biocompatible. Además, automatizamos este método de radiosíntesis [11C]PiB utilizando un módulo de síntesis de radioquímica operado a distancia y kits de casete desechables. Específicamente, implementamos esta radiosíntesis en un módulo de radioquímica de 20 válvulas, equipado con accionamiento de jeringa (dispensador) que se adapta a la jeringa de plástico desechable estándar de 20 ml, controlador de flujo de gas, bomba de vacío y medidor. Debido a la simplicidad de este método, estamos seguros de que se puede modificar a la mayoría de los sintetizadores automatizados disponibles comercialmente, ya sea a base de casete o a aquellos equipados con válvulas estacionarias. Esta técnica de soporte de fase sólida facilita la producción [11C]PiB compatible con las regulaciones de Buenas Prácticas de Manufactura (GMP) y mejora la fiabilidad de la síntesis. La técnica descrita aquí también reduce la cantidad de precursor necesario para la radiosíntesis, utiliza sólo disolventes biocompatibles “verdes” y disminuye el tiempo entre lotes de producción consecutivos.
Protocol
Representative Results
Discussion
A pesar de la reciente aparición y la aprobación por la FDA de varios 18marcadores PET con etiqueta F, como florbetapir, florbetaben y flutemetamol, [11C]PiB sigue siendo un marcador estándar de oro para imágenes amiloideas debido a la rápida aparición cerebral y baja inespecífico Vinculante. Actualmente este trazador se sintetiza a través de la química húmeda16 o utilizando un enfoque de “bucle seco”4,17…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este estudio fue parcialmente apoyado por una subvención 18-05 de la Sociedad de Alzheimer de Canadá (para A. K.) y Brain Canada Foundation con el apoyo de Health Canada. Los autores quieren reconocer a la Facultad de Medicina de la Universidad McGill, el Instituto Neurológico de Montreal y el Centro de Imágenes Cerebrales McConnell por el apoyo a este trabajo. También damos las gracias a la Sra. Monica Lacatus-Samoila por su ayuda con los procedimientos de control de calidad y a los doctores Jean-Paul Soucy y Gassan Massarweh por el acceso a los radioisótopos y a las instalaciones de radioquímica.
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).
