18 F-märkning av Radiotracers funktionaliserade med en kisel fluorid acceptor (SiFA) för positron emissions tomografi
Summary
Syntesen av fluor-18 (18F) märkt radiofarmaka för positron emissions tomografi kräver vanligtvis månader av erfarenhet. När den införlivas i en radiotracer, silikon-fluorid acceptor (SiFA) motiv möjliggör en enkel 18F-märkning protokoll som är oberoende av dyr utrustning och förberedande utbildning, samtidigt minska prekursorer mängd som behövs och utnyttja mildare reaktions förhållanden.
Abstract
Den para-substituerade di-tert-butylfluorsilylbensen strukturella motiv som kallas Silicon-fluorid acceptor (Sifa) är en användbar tagg i radiochemist ‘ s Toolkit för att införliva radioaktiva [18F] fluorid i spårämnen för användning i positron emissions tomografi. I jämförelse med konventionella radiolabeling strategier, isotop utbyte av fluor-19 från SiFA med [18F] fluor utförs vid rumstemperatur och kräver minimal reaktion deltagare. Bildandet av biprodukter är således försumbar, och rening är kraftigt förenklad. Medan den föregångare molekyl som används för märkning och den slutliga radioaktivt märkt produkt är isotopiskt diskret, de är kemiskt identiska och är därmed oskiljaktiga under reningsförfaranden. SiFA-taggen är också känslig för nedbrytning under de grundläggande förhållanden som uppkommer vid bearbetning och torkning av [18F] fluorid. Den “4 Drop metod”, där endast de första 4 droppar eluerade [18F] fluorid används från den fasta fasen utvinning, minskar mängden bas i reaktionen, underlättar lägre molar mängder av föregångare, och minskar nedbrytning.
Introduction
Fluor-18 (109-minuters halveringstid, 97% positron emission) är bland de viktigaste radionukliderna för positron emissions tomografi (PET), en noninvasiv avbildning metod som visualiserar och kvantifierar bio-distribution av radiomärkade spårämnen för olika sjukdomar1. Peptider och proteiner är särskilt svåra att märka med [18F] fluorid eftersom de kräver byggstenar som bildas av flera steg synteser2. För att minska komplexiteten av 18F-radiolabeling, kisel-fluorid acceptor (Sifa) infördes nyligen som tillförlitliga verktyg3. SiFA-gruppen består av en central kisel atom som är ansluten till två tertiära butylgrupper, en derivatiserad fenyldel och en icke-radioaktiv fluor Atom. Den tertiära butyl grupper ge hydrolytisk stabilitet till kisel-fluorid Bond, som är en kritisk funktion för in vivo tillämpningar av SiFA konjugat som Imaging agenter.
När SiFA-byggblocken är fästa vid en liten molekyl eller Biomolecule binder de radioaktiva [18F] fluorid anjoner genom att utbyta fluor-19 mot fluor-18 vid nanomolära koncentrationer utan att bilda betydande mängder radioaktiva sidoprodukter4. Dessutom uppnås snabbt en hög radiokemisk avkastning genom märkning av Sifa-delen i tvåpolig aprotiska-lösningsmedel vid låga temperaturer. Detta står i skarp kontrast till klassisk isotop utbyta reaktioner, som producerar radiotracers av låg specifik aktivitet5. I dessa fall måste stora mängder prekursorer (i intervallet milligram) användas för att få en rimlig inkorporering av [18F] fluorid. Isotop utbyta reaktioner med sifas är mycket effektivare, vilket bekräftas av kinetiska studier och densitet funktionell teori beräkningar6,7. Märkta SiFAs är lätt renas genom fast-fas extraktion eftersom både märkta och omärkta SiFA föreningar är kemiskt identiska. Detta skiljer sig från traditionella radiomärkta spårämnen, där föregångaren molekylen och den märkta produkten är två olika kemiska arter och måste separeras efter radiomärkt genom högeffektiv vätskekromatografi (HPLC). Med hjälp av Sifa byggstenar, små molekyler, proteiner och peptider kan framgångsrikt märkas med [18F] fluorid av en-och två steg märkning protokoll saknar komplicerade reningsförfaranden (figur 1)4,8,9. Dessutom, vissa SiFA-märkta föreningar är pålitliga in vivo Imaging agenter för blodflödet och tumörer10. Enkelheten i SiFA kemi möjliggör även otränade utredare att använda [18F] fluorid för radiotracer syntes och utveckling.
Protocol
Representative Results
Discussion
SiFA märkning kemi representerar en av de första 18F-märkning metoder anställa en utomordentligt effektiv isotop utbyte reaktion som kan utföras vid rumstemperatur. En typisk radiokemisk reaktion bygger på bildandet av en kol-fluor bindning genom reaktion av [18F] fluor med en fluor-reaktiv funktion genom en eliminering eller substitutions väg. Dessa reaktions förhållanden är ofta hårda, utförs vid extrema pH eller hög temperatur, och är lastade med biprodukter eller reaktions deltagar…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Författarna har inga erkännanden.
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).
