2-18F-氟代丙酸的自動化合成及其Micro PET肺癌小鼠顯像*

黨永紅 蔡 炯 王 玲 李 欣 呂京橋 李 方

2-18F-氟代丙酸的自動化合成及其Micro PET肺癌小鼠顯像*

黨永紅①蔡 炯①王 玲①李 欣①呂京橋①李 方①

目的：利用國產(chǎn)PET-MF-2V-IT-I型氟多功能合成模塊建立2-18F-氟代丙酸(2-18F-FPA)穩(wěn)定合成方法，并評價其在腫瘤顯像中的價值。方法：前體2-溴代丙酸乙酯與18F-發(fā)生氟代反應(yīng)，中間體2-18F-FPA乙酯采用高壓液相色譜法(HPLC)分離，收集保留時間在6.3～7.3 min的組分，將組分與NaOH溶液于100 ℃加熱水解10 min，加入HCl調(diào)至中性，經(jīng)過0.22 μm除菌濾膜后得終產(chǎn)品。目測澄清度，測定pH值、放射化學(xué)純度和穩(wěn)定性后行C57BL/ Micro PETJ荷瘤小鼠顯像。結(jié)果：自動合成過程約40 min，放化收率(35±2)%(未經(jīng)時間校正)，產(chǎn)品放化純度＞98%。產(chǎn)品澄清無顆粒，pH值為6.0，在室溫放置6 h穩(wěn)定，小鼠腫瘤顯像清晰。結(jié)論：利用國產(chǎn)PET-MF-2V-IT-I型氟多功能合成模塊合成腫瘤顯像劑2-18F-FPA，操作簡便，合成時間短，收率及放射化學(xué)純度高，穩(wěn)定性好，在腫瘤顯像中值得進(jìn)一步的研究。

2-18F-氟代丙酸；腫瘤顯像劑；自動化合成

[First-author’s address] Department of Nuclear Medicine, Peking Union Medical College Hospital, Chinese Academic of Medical Sciences, Beijing 100730, China.

腫瘤是目前嚴(yán)重威脅人類生命健康的重大疾病，PET可以活體、三維及動態(tài)地觀察腫瘤的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移過程，給患者提供了早期診斷與治療的機(jī)會，成為當(dāng)前醫(yī)學(xué)研究的熱點[1-3]。然而，目前臨床常用的顯像劑18F-氟代脫氧葡萄糖(18F-fluorodeoxyglucose，18F-FDG)是葡萄糖類似物，其顯像結(jié)果存在假陰性和假陽性。為彌補(bǔ)18F-FDG顯像的不足，一些新型腫瘤顯像劑在臨床上使用，其中包括反映腫瘤脂肪酸代謝異常的短鏈脂肪酸類似物11C-乙酸鹽，其在診斷肝、腎腫瘤等方面顯示出明顯優(yōu)勢[6-7]。但11C的半衰期短(20 min)的缺點限制了其的應(yīng)用，利用半衰期相對較長(110 min)的正電子核素18F標(biāo)記的氟乙酸雖然克服11C半衰期短的缺點，但腫瘤診斷能力明顯下降[8]。Pillarsetty等[9]報道了另一種短鏈脂肪酸類似物2-18F-丙酸(2-18F-fluoropropoinic acid，2-18F-FPA)在前列腺癌中具有良好的應(yīng)用前景，國內(nèi)尚未見報道。因此，本研究擬在國產(chǎn)氟多功能模塊上建立一種簡單的自動化合成方法，并以肺癌小鼠為模型進(jìn)行小PET(Micro PET)研究，驗證其在臨床推廣使用的可行性。

1 材料與方法

1.1 儀器設(shè)備

RDS111型回旋加速器(美國CTI公司)；PETMF-2V-IT-I型18F正電子藥物合成模塊(北京派特科技有限公司)；高效液相色譜儀，配515型泵(美國Waters公司)；486型高效液相色譜紫外檢測器(美國Waters公司)；高效液相色譜放射性檢測器(美國Bio-Scan公司)；Mini-Scan和flow counter(美國Bio-Scan公司)；Micro PET(德國西門子公司)；CRC-15R型放射性活度計(美國CAPINTEC公司)。

1.2 試劑與材料

2-溴丙酸乙酯，純度＞97%；無水K2CO3，純度為99.995%(美國Aldrich公司)；99.9%無水乙腈，extra dry(比利時Acros公司)；K222，純度為98%(德國ABX公司)；HPLC乙腈(色譜純)，(瑞士Fisher公司)；其余試劑均為國產(chǎn)分析純。離子交換柱QMA Sep-pak Light(美國Waters公司)；色譜柱，Symemetry300TMC18，5 μ，4.6 mm×250 mm，Waters；Alltima C18，10 μ，250 mm×10.0 mm，Grace；除菌過濾器，Millex-GS 0.22 μm(美國Millipore公司)。

1.3 實驗動物

C57BL/6J小鼠，體質(zhì)量為20～24 g，來源于北京華阜康生物技術(shù)有限公司。瘤株，路易斯肺癌(lewis lung cancer，LLC)，來源于中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所細(xì)胞中心。

1.4 實驗方法

1.4.1 合成模塊

PET-MF-2V-IT-I型氟-18多功能合成模塊，根據(jù)2-18F-FPA的合成路線與處理方式編寫合成控制程序。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 18F-多功能模塊氣路及液路示意圖

1.4.2 2-18F-FPA的自動化合成

2-18F-FPA的自動化合成路線，18F-與2-溴丙酸乙酯反應(yīng)生成中間體2-18F-氟丙酸乙酯，中間體經(jīng)由HPLC分離純化后，經(jīng)NaOH水解再用HCl中和得到2-18F-FPA(如圖2所示)。

圖2 2-18F-FPA自動化合成路線示圖

2-18F-FPA具體反應(yīng)過程如下。

(1)1號瓶中的1.5 ml STOCK溶液(K222，13 mg/mL，K2CO33 mg/ml)將富集在離子交換柱QMA上的18F-淋洗至1號反應(yīng)管(RV1)中，于116 ℃加熱蒸干溶液。

(2)將2號瓶中的2 ml無水乙腈加入到RV1中，于116 ℃加熱，蒸干溶液后冷卻。

(3)加入3號瓶中的液體(3 mg的2-溴丙酸乙酯溶于1.0 ml無水乙腈)至RV1中，于90 ℃加熱反應(yīng)5 min。

(4)冷卻RV1后加入4號瓶中的3 ml水，然后轉(zhuǎn)移至中轉(zhuǎn)瓶中。

(5)打開G0開關(guān)，將中轉(zhuǎn)瓶中的液體轉(zhuǎn)移至LOOP環(huán)，采用高壓液相色譜法(high pressure liquid chromatography，HPLC)制備，色譜柱Alltima C18 10 μ，250 mm×10.0 mm，Grace，流動相乙腈∶水= 40∶60(體積比)，流速為4 ml/min進(jìn)行分離純化。收集保留時間6.3～7.3 min的組分至11號瓶中。

(6)將11號瓶中收集的組分加入反應(yīng)管2(RV2)中，再加入12號瓶中的0.5 ml 1 mol/l的NaOH溶液，于115 ℃加熱10 min后，加入13號瓶中的0.5 ml 1 mol/l HCl進(jìn)行中和。

(7)將RV2中的液體經(jīng)過0.22 μm除菌過濾器轉(zhuǎn)移至30 ml無菌產(chǎn)品瓶中，得到無色澄明的2-18F-FPA注射液。

1.4.3 產(chǎn)品的質(zhì)量控制

(1)目測產(chǎn)品的顏色及澄明度，用精密pH試紙測定pH值。

(2)檢測產(chǎn)品的放射化學(xué)純度。采用HPLC分析，色譜條件：色譜柱Symemetry300TMC18，5 μ，4.6 mm×250 mm，Waters，流動相20 mmol/l NaH2PO4溶液，流速0.5 ml/min，紫外檢測波長210 nm。

(3)室溫下測定3個半衰期內(nèi)(t1/2=108 min)的放射化學(xué)純度，檢測其穩(wěn)定性。

1.4.4 MicroPET荷瘤鼠顯像

(1)荷瘤鼠模型的建立。在C57BL/J小鼠右上肢接種1×106LLCr細(xì)胞，生長15 d待腫瘤直徑1～2 cm備用。

(2)荷瘤鼠顯像。取C57BL/J荷瘤小鼠尾靜脈注射7.4-11.1 MBq的2-18F-FPA，注射前后測量注射器放射性，精確計算注射活度。在注射藥物后40 min在2%異氟烷麻醉下(加2 L/min氧氣)用西門子Inoven專用小動物PET進(jìn)行動物顯像。能量窗口設(shè)定為350～650 keV，符合時間設(shè)定為3.432 ns，采集時間設(shè)定為5 min。

2 結(jié)果

2.1 2-18F-FPA的自動化合成

整個自動化合成過程需時約40 min，產(chǎn)品的放化收率為(35±2)%(未經(jīng)時間校正)。產(chǎn)品的比活度為60 GBq/μmol。

2.2 2-18F-FPA的質(zhì)量控制

(1)產(chǎn)品為無色澄明溶液，精密pH試紙測定pH值為6.0。

(2)產(chǎn)品的放射化學(xué)純度＞98%，色譜圖如圖3所示。

圖3 2-18F-FPA注射液radio-HPLC譜圖

色譜柱Symemetry300TMC18，5 μ，4.6 mm×250 mm，Waters流動相20 mmol/l NaH2PO4溶液，流速0.5 ml/min，保留時間6.2 min。

(3)產(chǎn)品放置3個半衰期后，放化純度仍＞95%。色譜圖如圖4所示。

圖4 2-18F-FPA注射液放置3個半衰期后的radio-HPLC譜圖

色譜柱Symemetry300TMC18，5 μ，4.6 mm×250 mm，Waters流動相20 mmol/l NaH2PO4溶液，流速0.5 ml/min，保留時間6.3 min。

2.3 荷瘤鼠顯像

荷瘤鼠Micro PET圖像顯示，注射2-18F-FPA 40 min后，腫瘤明顯攝取放射性，顯像清晰，腸道及膀胱亦有較多的放射性濃聚。其顯像結(jié)果如圖5所示。

圖5 C57BL/J荷瘤小鼠顯像示圖

3 討論

2-18F-FPA最初被用作18F－標(biāo)記短肽的放射性衍生試劑，其生物分布和顯像尚未見報道[10]。Pillarsetty等[9]研究發(fā)現(xiàn)，在前列腺癌小鼠模型中，2-18F-FPA能濃聚在腫瘤部位，具有較高的腫瘤－背景比值，而且比11C-乙酸鹽具有更高的%ID/g，表明其可以做為潛在的腫瘤顯像劑進(jìn)行深入研究。此外，丙酸的鈉、鉀和鈣鹽被廣泛用作食品添加劑，安全性能可靠，藥物代謝研究表明，根據(jù)物種的不同，丙酸是合成脂肪酸、氨基酸及糖原的前體[11-13]。

2-18F-FPA主要通過氟代和水解兩步反應(yīng)合成。文獻(xiàn)均采用了HPLC分離氟代中間體，再進(jìn)行水解的方法[9-10,14]。也有文獻(xiàn)采用了Sep-Pak柱分離純化的方法[15]。在報道的3種方法中，第1種方法是在氟代和水解反應(yīng)完成后將反應(yīng)溶液直接用水稀釋，然后依次經(jīng)過SCX柱和Sep-Pak Alumina-N柱純化最終產(chǎn)品；第2種方法同樣是在上述兩步反應(yīng)完成后，蒸干溶劑再用水稀釋，然后依次經(jīng)過Sep-Pak Alumina-N柱和SCX柱達(dá)到純化目的；第3種方法是將反應(yīng)中間體用Oasis HLB柱純化，然后將NaOH溶液直接加到柱上進(jìn)行在柱水解。只有第3種方法明顯縮短了合成時間，由45 min減少到36 min，同時提高了放化收率，從(44±3)%(經(jīng)時間衰減校正)增加到(46±7)%(未經(jīng)時間衰減校正)，另外兩種方法在合成時間和放化收率上均無明顯改進(jìn)。因2-溴丙酸甲酯與2-18F-氟丙酸甲酯的極性相差不大，用柱分離很難將二者分離開，導(dǎo)致最終的產(chǎn)品中會存在副產(chǎn)物2-溴丙酸。HPLC是最直接有效的分離手段。用HPLC制備分離氟代反應(yīng)中間體，不僅可以很好地除去反應(yīng)中的催化劑K222，也能完全除掉未反應(yīng)的前體2-溴丙酸乙酯，使得產(chǎn)物中無2-溴丙酸的存在，在顯像實驗中，可以避免2-溴丙酸可能引起的競爭抑制的影響。因此本研究采用和文獻(xiàn)[9]相似的合成方法。

國產(chǎn)PET-MF-2V-IT-I型氟多功能模塊在我國已推廣使用很多年，可以根據(jù)放化合成路線設(shè)計自動化過程。本研究在此模塊上實現(xiàn)了2-18F-FPA的自動化合成，整個合成過程40 min，放化純度和產(chǎn)率分別＞98%和(35±2)%(未經(jīng)時間衰減校正)。文獻(xiàn)[9]報道的合成時間為45 min，放化純度和產(chǎn)率分別為≥98%和(44±3)%(經(jīng)時間衰減校正)。雖然模塊的管路較多較長，導(dǎo)致較多放射性損失，但用模塊自動化合成仍能達(dá)到與文獻(xiàn)[9]相持平的放化純度與收率，同時縮短了時間，表明自動化模塊合成方法高效可行，同時還可以極大減少工作人員在合成過程中接受的放射性照射劑量，也有助于實現(xiàn)符合GMP標(biāo)準(zhǔn)的PET顯像劑的大量生產(chǎn)。

荷瘤鼠顯像結(jié)果顯示，腦、心臟、肝臟及腎臟放射性濃聚較低，與文獻(xiàn)[9]報道一致，提示2-18F-FPA對這些部位腫瘤的檢測可能優(yōu)于18F-FDG；腫瘤攝取明顯；腸道內(nèi)有大量的放射性攝取，推測和該部位微生物豐富、粗纖維分解及短鏈脂肪酸吸收利用有關(guān)。

4 結(jié)語

利用PET-MF-2V-IT-I型國產(chǎn)18F多功能合成模塊可以高效、安全自動化合成2-18F-FPA，產(chǎn)品的放射化學(xué)收率高，穩(wěn)定性高。Lewis肺癌小鼠顯像結(jié)果表明，2-18F-FPA其腫瘤顯像清晰，是一種很有應(yīng)用前景的腫瘤顯像劑，值得進(jìn)一步深入研究。

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The automated synthesis of 2-18F-fluoropropoinic acid and micro PET imaging in mice of lung cancer

DANG Yong-hong, CAI Jiong, WANG Ling, et al

China Medical Equipment,2015,12(6):46-50.

Objective: To establish a stable automated synthetic technology of 2-18F-fluoropropoinic acid (2-18F-FPA) using PET-MF-2V-IT-I multifunction synthesizer. To evaluate its value in tumor imaging. Methods: The precursor, ethyl 2-bromopropoinitatewas fluorinated with18F .The intermediate, ethyl 2-[18F] fluoropropoinitate was separated by HPLC. The components which retention time was from 6.3 to 7.3 min were collected. The components were heated with NaOH solution at 100℃ for 10 min to hydrolyze, then neutralized with HCl solution. The product was obtained after the solution passed through the 0.22 m sterile filter. The clarity was tested visually, the pH value was tested with precise pH paper, and its radiochemical purity and stability were also measured. The microPET imagings were performed on C57BL/J mice with lung cancer. Results: The whole synthesis procedure was about 40 min. The radiochemical yield was about 35% ±2%(decay uncorrected). The radiochemical purity of 2-18F-FPA was ＞98%.The product solution was clear and no particles. The pH value was 6.0.The product solution was stable in room temperature 6 h later.The imaging of tumor was clearly. Conclusion: Tumor imaging agent 2-18F-FPA can be synthesized on PET-MF-2V-IT-I multifunction synthesizer simply and rapidly. The synthetic yield, radiochemical purity and stability at room temperature can meet the clinical requirements and worth further studies.

2-18F-fluoropropoinate; Tumor imaging agent; Automated synthesis

黨永紅,女,(1973- ),博士，助理研究員。中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科，研究方向：正電子藥物及分子影像研究。

1672-8270(2015)06-0046-05

R817.4

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.06.015

2015-03-02

國家自然科學(xué)基金(30670741)“AAV介導(dǎo)的淀粉樣肽單鏈抗體基因治療AD的研究”；國家自然科學(xué)基金(30500573)“阿爾茨海默病Beta淀粉樣肽單鏈抗體和全人抗體的研究”

①中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科 北京 100730