18 F-Kennzeichnung von Radiotracern funktionalisiert mit einem Siliziumfluorid-Akzeptor (SiFA) für Positronen-Emissionstomographie
Summary
Die Synthese von Fluor-18 (18F) markierten Radiopharmaka für die Positronenemissionstomographie erfordert in der Regel monatelange Erfahrung. Bei der Aufnahme in einen Radiotracer ermöglicht das Siliziumfluorid-Akzeptor (SiFA) ein einfaches 18-F-Kennzeichnungsprotokoll, das unabhängig von kostspieligen Geräten und Vorbereitungstrainings ist, während gleichzeitig die benötigte Vorläufermenge reduziert und mildere Reaktionsbedingungen genutzt werden.
Abstract
Das parasubstituierte Di-tert-Butylfluorosilylbenzol-Strukturmotiv, bekannt als Siliziumfluorid-Akzeptor (SiFA), ist ein nützliches Tag im Werkzeugkasten des Radiochemikers zur Integration von radioaktivem[18F]Fluorid in Tracer für die Positronenemissionstomographie. Im Vergleich zu herkömmlichen Radiolabeling-Strategien erfolgt der isotopenaustausch von Fluor-19 von SiFA mit[18F]Fluorid bei Raumtemperatur und erfordert minimale Reaktionsteilnehmer. Die Bildung von Nebenprodukten ist daher vernachlässigbar, und die Reinigung wird stark vereinfacht. Während jedoch das zur Etikettierung verwendete Vorläufermolekül und das endgültige radioaktiv markierte Produkt isotopisch diskret sind, sind sie chemisch identisch und somit bei Reinigungsvorgängen untrennbar miteinander verbunden. Das SiFA-Tag ist auch unter den Grundbedingungen, die sich aus der Verarbeitung und Trocknung von[18F]fluorid ergeben, abbauanfällig. Die “4-Tropfen-Methode”, bei der nur die ersten 4 Tropfen eluiertes[18F]Fluorid aus der Festphasenextraktion verwendet werden, reduziert die Basismenge in der Reaktion, erleichtert geringere Molmengen an Vorläuferund und reduziert den Abbau.
Introduction
Fluor-18 (109-Minuten-Halbwertszeit, 97% Positronenemission) gehört zu den wichtigsten Radionukliden für die Positronenemissionstomographie (PET), eine nichtinvasive bildgebende Methode, die die Bioverteilung von radioaktiv markierten Tracern für verschiedene Krankheiten visualisiert und quantifiziert1. Peptide und Proteine sind besonders schwer mit[18F]fluorid zu kennzeichnen, da sie Bausteine erfordern, die durch mehrstufige Synthesen gebildet werden2. Um die Komplexität von 18F-Radio-Labeling zu reduzieren, wurde Silizium-Fluorid-Akzeptor (SiFA) vor kurzem als zuverlässige Werkzeuge3eingeführt. Die SiFA-Gruppe besteht aus einem zentralen Siliziumatom, das mit zwei tertiären Butylgruppen verbunden ist, einem derivatisierten Phenylmoiety und einem nicht-radioaktiven Fluoratom. Die tertiären Butylgruppen verleihen der Silizium-Fluorid-Bindung hydrolytische Stabilität, was ein kritisches Merkmal für In-vivo-Anwendungen von SiFA-Konjugaten als Bildgebungsmittel ist.
Wenn sie an ein kleines Molekül oder Biomolekül angeschlossen sind, binden die SiFA-Bausteine radioaktive[18F]Fluorid-Anionen durch den Austausch von Fluor-19 gegen Fluor-18 in nanomolaren Konzentrationen, ohne signifikante Mengen radioaktiver Nebenprodukte zu bilden4. Darüber hinaus wird eine hohe radiochemische Ausbeute schnell durch die Kennzeichnung des SiFA-Moietys in dipolaren aprotischen Lösungsmitteln bei niedrigen Temperaturen erreicht. Dies steht in krassem Gegensatz zu klassischen Isotopenaustauschreaktionen, die Radiotracer mit geringer spezifischer Aktivität erzeugen5. In diesen Fällen müssen große Mengen an Vorläufer (im Bereich von Milligramm) verwendet werden, um eine angemessene Aufnahme von[18F]fluorid zu erhalten. Isotopische Austauschreaktionen mit SiFAs sind viel effizienter, wie kinetische Studien und Dichte-Funktionstheorie-Berechnungen6,7bestätigen. Beschriftete SiFAs lassen sich durch Festphasenextraktion leicht reinigen, da sowohl die markierten als auch die nicht beschrifteten SiFA-Verbindungen chemisch identisch sind. Dies unterscheidet sich von herkömmlichen radioaktiv markierten Tracern, bei denen das Vorläufermolekül und das beschriftete Produkt zwei verschiedene chemische Arten sind und nach der Radiokennung durch Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) getrennt werden müssen. Mit SiFA-Bausteinen können Kleinmoleküle, Proteine und Peptide erfolgreich mit [18F]fluorid durch ein- und zweistufige Etikettierungsprotokolle ohne komplizierte Reinigungsverfahren gekennzeichnet werden (Abbildung 1)4,8,9. Darüber hinaus sind einige SiFA-markierte Verbindungen zuverlässige In-vivo-Bildgebungsmittel für den Blutfluss und Tumore10. Die Einfachheit der SiFA-Chemie ermöglicht es auch ungeschulten Forschern,[18F]Fluorid für die Radiotracer-Synthese und -Entwicklung zu verwenden.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die SiFA-Etikettierungschemie stellt eine der ersten 18F-Etikettierungsmethoden dar, bei denen eine außerordentlich effiziente Isotopenaustauschreaktion eingesetzt wird, die bei Raumtemperatur durchgeführt werden kann. Eine typische radiochemische Reaktion beruht auf der Bildung einer Kohlenstoff-Fluor-Bindung über die Reaktion von[18F]fluorid mit fluorid-reaktiver Funktionalität durch einen Eliminations- oder Substitutionsweg. Diese Reaktionsbedingungen sind oft hart, werden bei extremer pH-Wer…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren haben keine Bestätigungen.
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
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