18 F-labeling van Radiotracers Functionaliseerde met een Siliciumfluoride acceptor (SiFA) voor positron emissie tomografie
Summary
De synthese van fluor-18 (18F) gelabelde radiofarmaceutica voor positron emissie tomografie vereist meestal maanden ervaring. Wanneer de siliconen-fluoride acceptor (SiFA) in een radio Tracer wordt verwerkt, is een eenvoudig 18F-labeling protocol mogelijk dat onafhankelijk is van kostbare apparatuur en voorbereidende training, terwijl de precursor hoeveelheid die nodig is en mildere reactie condities worden verminderd.
Abstract
Het para-gesubstitueerde di-tert-butylfluorosilylbenzeen-constructie motief, dat bekend staat als de silicium-fluoride acceptor (Sifa), is een nuttig label in de Toolkit van radio chemicus voor het opnemen van radioactieve [18F] fluoride in tracers voor gebruik in positron emissie tomografie. In vergelijking met conventionele radiolabeling strategieën, wordt isotopen uitwisseling van fluorine-19 uit Sifa met [18F] fluoride uitgevoerd bij kamertemperatuur en vereist minimale reactie deelnemers. De vorming van bijproducten is dus verwaarloosbaar en de zuivering is sterk vereenvoudigd. Echter, terwijl de precursor molecuul gebruikt voor het labelen en de uiteindelijke van product zijn isotopisch discrete, ze zijn chemisch identiek en zijn dus onlosmakelijk verbonden tijdens zuiverings procedures. De SiFA-tag is ook vatbaar voor degradatie onder de basisomstandigheden die voortvloeien uit de verwerking en droging van [18F] fluoride. De ‘ 4 druppel methode ‘, waarbij alleen de eerste 4 druppels van de Elten [18F] fluoride worden gebruikt van de Solid-phase extractie, vermindert de hoeveelheid basis in de reactie, vergemakkelijkt lagere molaire hoeveelheden precursor en vermindert afbraak.
Introduction
Fluorine-18 (109-minuut halfwaardetijd, 97% positron emissie) behoort tot de belangrijkste radionucliden voor positron emissie tomografie (PET), een niet-invasieve beeldvormings methode die de bio-verdeling van radioolabeled tracers voorverschillende ziektenvisualiseert en kwantificeert. Peptiden en eiwitten zijn met name moeilijk te labelen met [18F] fluoride omdat ze bouwstenen nodig hebben die gevormd worden door multi-step syntheses2. Om de complexiteit van 18F-radiolabeling te verminderen, werd de silicium-fluoride acceptor (Sifa) onlangs geïntroduceerd als betrouwbare tools3. De Sifa groep bestaat uit een centraal siliciumatoom dat verbonden is met twee tertiaire butylgroepen, een guarderivaten fenyl-deel, en een niet-radioactief fluor atoom. De tertiaire butylgroepen maken een Hydrolytische stabiliteit van de silicium-fluoride binding mogelijk, wat een essentieel kenmerk is voor in vivo toepassingen van SiFA-conjugaten als beeldvormings middelen.
Wanneer gehecht aan een kleine molecule of biomolecule binden de SiFA-bouwstenen radioactieve [18F] fluoride anionen door het uitwisselen van fluor-19 voor fluor-18 bij nano concentraties zonder aanzienlijke hoeveelheden radioactieve nevenproducten te vormen4. Bovendien wordt een hoge radiochemische opbrengst snel bereikt door de SiFA-groep in dipolaire aprotische oplosmiddelen bij lage temperaturen te labelen. Dit staat in schril contrast met klassieke isotopen wissel reacties, die radiotracers van lage specifieke activiteit5produceren. In deze gevallen moeten grote hoeveelheden precursoren (in het bereik van milligram) worden gebruikt om een redelijke opname van [18F] fluoride te verkrijgen. Isotopen uitwisseling reacties met behulp van sifas zijn veel efficiënter, zoals bevestigd door kinetische studies en dichtheid functionele theorie berekeningen6,7. Gelabelde SiFAs zijn gemakkelijk gezuiverd door Solid-phase extractie omdat zowel de gelabelde als de niet gelabelde SiFA-verbindingen chemisch identiek zijn. Dit verschilt van traditionele van tracers, waarbij het precursor molecuul en het gelabelde product twee verschillende chemische soorten zijn en moeten worden gescheiden na radiolabeling door High-Performance vloeistofchromatografie (HPLC). Het gebruik van Sifa-bouwstenen, kleine moleculen, eiwitten en peptiden kan met succes worden gelabeld met [18F] fluoride met een-en twee-stappen etiketterings protocollen zonder ingewikkelde zuiverings procedures (Figuur 1)4,8,9. Bovendien zijn sommige SiFA-gelabelde verbindingen betrouwbaar in vivo beeldvormings middelen voor bloedtoevoer en tumoren10. Door de eenvoud van SiFA Chemistry kunnen zelfs ongetrainde onderzoekers [18F] fluoride gebruiken voor de synthese en ontwikkeling van radio tractoren.
Protocol
Representative Results
Discussion
Sifa labeling chemie vertegenwoordigt een van de eerste 18F-labeling methoden met een buitengewoon efficiënte isotopen wissel reactie die bij kamertemperatuur kan worden uitgevoerd. Een typische radiochemische reactie berust op de vorming van een koolstof fluor binding via een reactie van [18F] fluoride met een fluoride-reactieve functionaliteit door middel van een eliminatie-of substitutie traject. Deze reactieomstandigheden zijn vaak hard, uitgevoerd bij extreme pH of hoge temperatuur, en worden …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs hebben geen erkenningen.
Materials
| [18F]F–/H2[18O]O | (Cyclotron produced) | – | – |
| [2.2.2]Cryptand | Aldrich | 291110 | Kryptofix 2.2.2 |
| Acetonitrile anhydrous | Aldrich | 271004 | – |
| Deionized water | Baxter | JF7623 | – |
| Ethanol, anhydrous | Commercial Alcohols | – | |
| Potassium carbonate | Aldrich | 209619 | – |
| QMA cartridge | Waters | 186004540 | QMA SepPak Light (46 mg) cartridge |
| Equipment | |||
| C-18 cartridge | Waters | WAT023501 | C-18 SepPak Light cartridge |
| C18 column | Phenomenex | 00G-4041-N0 | HPLC Luna C18 250 x 10 mm, 5 µm |
| HPLC | Agilent Technologies | – | HPLC 1200 series |
| micro-PET Scanner | Siemens | – | micro-PET R4 Scanner |
| Radio-TLC plate reader | Raytest | – | Radio-TLC Mini Gita |
| Sterile filter 0.22µm | Millipore | SLGP033RS | – |
References
- Wahl, R. L., Buchanan, J. W. . Principles and practice of positron emission tomography. , (2002).
- Wängler, C., Schirrmacher, R., Bartenstein, P., Wängler, C. Click-chemistry reactions in radiopharmaceutical chemistry: Fast & easy introduction of radiolabels into biomolecules for in vivo imaging. Current Medical Chemistry. 17, 1092-1116 (2010).
- Schirrmacher, R., et al. 18F-labeling of peptides by means of an organosilicon-based fluoride acceptor. Angewandte Chemie International Edition. 45, 6047-6050 (2006).
- Kostikov, A. P., et al. Oxalic acid supported Si-18F-radiofluorination: One-step radiosynthesis of N-succinimidyl 3-(di-tert-butyl[18F]fluorosilyl)benzoate ([18F]SiFB) for protein labeling. Bioconjugate Chemistry. 23 (1), 106-114 (2012).
- Cacace, F., Speranza, M., Wolf, A. P., Macgregor, R. R. Nucleophilic aromatic substitution; kinetics of fluorine-18 substitution reactions in polyfluorobenzenes. Isotopic exchange between 18F- and polyfluorobenzenes in dimethylsulfoxide. A kinetic study. Journal of Fluorine Chemistry. 21, 145-158 (1982).
- Schirrmacher, E., et al. Synthesis of p-(di-tert-butyl[18F]fluorosilyl)benzaldehyde ([18F]SiFA-A) with high specific activity by isotopic exchange: A convenient labeling synthon for the 18F-labeling of N-amino-oxy derivatized peptides. Bioconjugate Chemistry. 18, 2085-2089 (2007).
- Kostikov, A., et al. N-(4-(di-tert-butyl[18F]fluorosilyl)benzyl)-2-hydroxy-N,N-dimethylethylammonium bromide ([18F]SiFAN+Br-): A novel lead compound for the development of hydrophilic SiFA-based prosthetic groups for 18F-labeling. Journal of Fluorine Chemistry. 132, 27-34 (2011).
- Wängler, B., et al. Kit-like 18F-labeling of proteins: Synthesis of 4-(di-tert-butyl[18F]fluorosilyl)benzenethiol (Si[18F]FA-SH) labeled rat serum albumin for blood pool imaging with PET. Bioconjugate Chemistry. 20, 317-321 (2009).
- Iovkova, L., et al. para-Functionalized aryl-di-tert-butylfluorosilanes as potential labeling synthons for 18F radiopharmaceuticals. Chemistry. 15, 2140-2147 (2009).
- Wängler, C., et al. One-step 18F-labeling of carbohydrate-conjugated octreotate-derivatives containing a silicon-fluoride-acceptor (SiFA): In vitro and in vivo evaluation as tumor imaging agents for positron emission tomography (PET). Bioconjugate Chemistry. 21, 2289-2296 (2010).
- Ilhan, H., et al. First-in-human 18F-SiFAlin-TATE PET/CT for NET imaging and theranostics. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 46, 2400-2401 (2019).
