新型18F標(biāo)記心肌灌注顯像劑的PET顯像實(shí)驗(yàn)研究*

王道宇 牟甜甜 趙祚全* 郭 風(fēng) 張現(xiàn)忠 方 緯

新型18F標(biāo)記心肌灌注顯像劑的PET顯像實(shí)驗(yàn)研究*

王道宇①牟甜甜②趙祚全①*郭 風(fēng)①?gòu)埇F(xiàn)忠③方 緯①

目的：通過(guò)初步動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，評(píng)價(jià)4-氯-2-叔丁基-5-[[6-[[4-(2-氟-18F-乙基)-1H-1，2，3-三唑-1-基]甲基]-2-吡啶基]甲氧基]-3(2H)-噠嗪酮(18F-FPTP2)用于心肌灌注發(fā)射型正電子斷層顯像(PET)的可能性。方法：采用18F-F-取代OTs前體的方法進(jìn)行標(biāo)記，通過(guò)HPLC非梯度洗脫進(jìn)行純化，并通過(guò)HPLC確認(rèn)標(biāo)記化合物結(jié)構(gòu)。中華小型豬經(jīng)靜脈注射18F-FPTP2(37 MBq/15 kg)，并于注射后2 min、10 min、20 min、30 min、40 min、50 min和60 min分別進(jìn)行PET/CT掃描。結(jié)果：18F-FPTP2制備的總時(shí)間為70 min，未校正的放化產(chǎn)率為(25±7.2)%，放射化學(xué)純度＞98%。PET研究表明，18F-FPTP2在中華小型豬中的心肌攝取隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，靶器官與非靶器官比值亦隨之增加。注射后2 min，心和(或)肝以及心和(或)肺放射性攝取比值分別為0.65±0.10和3.47±0.29。注射后60 min，心和(或)肝以及心和(或)肺放射性攝取比值分別為0.92±0.13和9.28±0.77。結(jié)論：18F-FPTP2能夠被心肌組織攝取而顯影清晰，但心和(或)肝放射性攝取比值需要進(jìn)一步提高。

18F-FPTP2；噠嗪酮；心肌灌注；發(fā)射型正電子斷層顯像

[First-author’s address] Department of Nuclear Medicine,FuWai Hospital, National Center for Cardiovascular Diseases, Chinese Academy of Medical Sciences,Beijing 100037, China.

心肌灌注顯像是臨床最常用的心血管核素顯像技術(shù)，在冠心病危險(xiǎn)度分層、治療決策和預(yù)后評(píng)價(jià)中均發(fā)揮著重要的作用[1-2]。目前，臨床應(yīng)用的心肌灌注顯像劑主要是99Tcm-MIBI、201Tl和99Tcmtetrofosmin，還有研究中的锝氮核類(lèi)顯像劑，但均為發(fā)射型單光子斷層(single photon emission computed tomography，SPECT)顯像劑[3-5]。SPECT分辨率相對(duì)較低，目前難以實(shí)現(xiàn)心肌血流量的絕對(duì)定量評(píng)價(jià)[6]。

PET空間分辨率和時(shí)間分辨率均明顯優(yōu)于SPECT，可以進(jìn)行有效的組織衰減校正，實(shí)現(xiàn)心肌血流量的絕對(duì)定量。但目前的PET心肌灌注顯像劑都難以常規(guī)臨床應(yīng)用，如15O-H2O和13N-NH3標(biāo)記的核素半衰期很短，分別為2 min和10 min，必須同時(shí)配備現(xiàn)場(chǎng)回旋加速器，成本十分高昂。而82Rb不僅半衰期短(僅為75 s)，而且心肌攝取低于15O-H2O和13N-NH3，且價(jià)格昂貴[7]。因此，開(kāi)發(fā)新一代更為實(shí)用的PET心肌灌注顯像劑十分必要。

本研究合成的新型18F標(biāo)記心肌灌注顯像劑18F-FPTP2，以18F作為標(biāo)記核素，其半衰期適中(110 min)，不依賴(lài)現(xiàn)場(chǎng)回旋加速器，可以在1 d內(nèi)完成靜息和負(fù)荷顯像；18F的范德華半徑與氫類(lèi)似，對(duì)標(biāo)記化合物的生物活性影響很小。18F-FPTP2以心肌線(xiàn)粒體NADH-泛醌氧化還原酶(MC-I)為結(jié)合位點(diǎn)，有較強(qiáng)的特異性。故本研究將通過(guò)初步的小型豬實(shí)驗(yàn)探討18F-FPTP2用于PET顯像的效能。

1 材料與方法

1.1 儀器與裝置

高效液相色譜儀島津LC-20AT(日本島津公司)；Kromasil 100-5 C18半制備反相色譜柱250 mm×10 mm (瑞典AkzoNobel公司)；Biograph 64 PET/CT(德國(guó)西門(mén)子公司)；RM-905a放射性活度計(jì)(中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院)。

1.2 材料與試劑

18F-F-由北京宣武醫(yī)院提供；標(biāo)記前體PTP-2OTs由廈門(mén)大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院提供；參考物質(zhì)19F-FPTP2由廈門(mén)大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院提供；Kryptofix2.2.2.(K222) (美國(guó)Sigma-Aldrich公司)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.118F-FPTP2的制備

18F-FPTP2制備路線(xiàn)具體步驟如下：用0.3 ml K2CO3水溶液(1 mg/0.3 ml)和1 ml K222的乙腈溶液(13 mg/1 ml)的混合液將18F-F-從QMA柱淋洗至10 ml西林瓶中。110 ℃氮?dú)獯蹈珊?，加?.5 ml無(wú)水乙腈蒸發(fā)至干。將2 mg PTP-2OTs溶于1 ml無(wú)水乙腈，加至反應(yīng)瓶中，90 ℃密封反應(yīng)20 min。反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，將反應(yīng)液注入C18反相半制備柱，收集保留時(shí)間為10～11 min的組分，加入40 ml水稀釋后，過(guò)Sep-Pak C18小柱。用0.5 ml乙醇將小柱上吸附的放射性淋洗至西林瓶中，并加入9.5 ml水混勻，即為5%的18F-FPTP2乙醇溶液。①HPLC條件：A相為水，B相為乙腈；②洗脫條件：0～30 min， 55%A(如圖1所示)。

圖1 18F-FPTP2制備路線(xiàn)示圖

1.3.218F-FPTP2 PET的顯像研究

選擇5只體重約15 kg的中華小型豬，靜脈注射氯胺酮(25 mg/kg)和安定(1.1 mg/kg)進(jìn)行麻醉。然后將小型豬俯臥于PET/CT檢查床上，靜脈注射體積為2 ml，活度為37 MBq的18F-FPTP2溶液(溶于5%乙醇溶液中)。

PET/CT掃描分別于注射后2 min、10 min、20 min、30 min、40 min、50 min和60 min進(jìn)行。先進(jìn)行CT低劑量掃描，掃描條件為：管電壓120 kV，CareDose4D管電流50 mAs，準(zhǔn)直為24 mm×1.2 mm，旋轉(zhuǎn)時(shí)間0.5 s，螺距為1.2，斷層厚度3 mm。用于心臟部位定位及進(jìn)行衰減校正，然后行PET 8 min。影像采集結(jié)束后進(jìn)行OSEM重建，4次迭代，8個(gè)子集。像素單元為128×128，重建放大倍數(shù)為2.0，短軸圖像層厚為3 mm。勾畫(huà)心肌、肝和肺的“感興趣”區(qū)，自動(dòng)得到上述器官的標(biāo)準(zhǔn)化攝取值(standard uptake value，SUV)，計(jì)算各時(shí)間點(diǎn)的心和(或)肝以及心和(或)肺的放射性SUV比值。

2 結(jié)果

2.118F-FPTP2的放化產(chǎn)率及放射化學(xué)純度

從18F-F-起，包括HPLC純化在內(nèi)的制備時(shí)間為70 min，未校正的放化產(chǎn)率為(25±7.2)%。產(chǎn)物的放化純＞98%，比活度約為30 GBq/μmol。放射性峰的保留時(shí)間為10.5 min，和相應(yīng)的參考物質(zhì)19F-FPTP2的保留時(shí)間10.3 min一致，表明所制備的標(biāo)記物為18F-FPTP2(如圖2所示)。

圖2 18/19F-FPTP2的HPLC圖譜

2.218F-FPTP2 PET的應(yīng)用研究

18F-FPTP2在中華小型豬心肌中的初始攝取較低，但隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，心肌攝取明顯增加。18F-FPTP2在各時(shí)間點(diǎn)的肺攝取均很低，注射后2 min、10 min、20 min、30 min、40 min、50 min和60 min的心和(或)肺比值分別為3.47±0.29、4.10±0.46、4.57±0.38、6.10±0.59、7.17±0.87、8.01±1.01和9.28±0.77。與此同時(shí)，18F-FPTP2在肝部有著顯著的初始攝取，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，肝的放射性有一定的清除，但60 min后攝取仍較高。注射后2 min、10 min、20 min、30 min、40 min、50 min和60 min心臟與肝臟的比值分別為0.65±0.10、0.56±0.09、0.58±0.07、0.69±0.09、0.71±0.11、0.79±0.10和0.92±0.13(如圖3所示)。

圖3 18F-FPTP2 PET在中華小型豬中的顯像圖

3 討論

目前，新型PET心肌灌注顯像藥物的研發(fā)在國(guó)際上受到高度關(guān)注。由于18F被認(rèn)為是較為理想的標(biāo)記核素，因此，國(guó)內(nèi)外的心肌灌注顯像新藥研究主要集中于18F標(biāo)記的化合物。主要包括兩類(lèi)化合物。

(1)親脂性陽(yáng)離子結(jié)構(gòu)化合物。其原理是利用線(xiàn)粒體跨膜電位進(jìn)入心肌細(xì)胞線(xiàn)粒體，分為季銨鹽和季膦鹽兩種結(jié)構(gòu)。季銨鹽類(lèi)化合物以羅丹明衍生物18F-FERhB[8-9]為代表，但其結(jié)構(gòu)中的酯鍵容易水解造成該化合物在血清中不穩(wěn)定，因此后續(xù)研究較少。季膦鹽的代表性結(jié)構(gòu)是18F標(biāo)記三苯膦類(lèi)化合物18F-FBnTP，其心肌攝取較高，血液和肺本底低，在心肌缺血?jiǎng)游锬Ｐ蛯?shí)驗(yàn)中取得了較為滿(mǎn)意的顯像結(jié)果[10-12]。但該標(biāo)記物在肝臟中代謝較慢，影響了早期成像和心肌圖像質(zhì)量，同時(shí)標(biāo)記過(guò)程較為復(fù)雜，放射化學(xué)產(chǎn)率僅為6%，不利于臨床推廣。

(2)NADH-泛醌氧化還原酶(MC-I)抑制劑類(lèi)似物。MC-I抑制劑類(lèi)顯像藥物通過(guò)與線(xiàn)粒體中MC-I的特異性結(jié)合而在心肌中富集，代表性結(jié)構(gòu)是以MC-I抑制劑噠嗪酮為母體，制備得到的18F-BMS-747158-02[13-18]。其在心肌攝取、靶與非靶比值等方面均優(yōu)于201Tl和99Tcm-MIBI[19]。動(dòng)物模型PET顯示具有較高的心肌攝取和心肌滯留，心肌攝取量與血流量呈正比[20]。18F-BMS-747158-02已進(jìn)入三期臨床試驗(yàn)，但肝部清除相對(duì)較慢，最佳顯像時(shí)間為注射后60 min，且制備較為復(fù)雜，仍需要改進(jìn)[21]。

本研究的前期研究表明：18F-FPTP2具有穩(wěn)定性佳、放化產(chǎn)率高的特點(diǎn)，在小鼠中具有良好的心肌攝取和較高的靶與非靶比值，值得對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步研究[22]。同時(shí)，18F-FPTP2的HPLC純化方法為梯度洗脫，所用HPLC需要配備雙泵，但許多自動(dòng)化合成模塊所配備的HPLC只有單泵。為了更適于臨床研究和推廣，本研究中簡(jiǎn)化了HPLC的純化方式，將原有的梯度洗脫變?yōu)榉翘荻认疵?，從而降低了?duì)HPLC配置的要求。同時(shí)，本研究還將HPLC的出峰時(shí)間由原來(lái)的18.3 min提前至10.5 min，顯著縮短了制備和質(zhì)量控制的時(shí)間，提高了未校正的放射化學(xué)產(chǎn)率。

中華小型豬行PET的顯像結(jié)果與前期小鼠實(shí)驗(yàn)相比有所不同。在小鼠生物分布研究中，18F-FPTP2具有很高的初始心肌攝取，注射后2 min為(39.70±2.81)%ID/g，滯留注射后60 min心肌滯留率為51%。而在中華小型豬行PET的顯像中，心肌初始攝取較低，但隨著時(shí)間延長(zhǎng)，心肌攝取顯著增加。在小鼠生物分布實(shí)驗(yàn)中18F-FPTP2在肝中的初始攝取很低，注射后2 min僅為(4.87±1.35)%ID/g。而在小型豬實(shí)驗(yàn)中，肝部攝取在注射后2～60 min期間始終攝取較高，造成這種差異的原因可能是由于動(dòng)物種屬的不同。這種現(xiàn)象也曾出現(xiàn)在其他標(biāo)記物的研究中[23]。18F-FPTP2是否能在其他種屬大動(dòng)物(犬、靈長(zhǎng)類(lèi))中具有更好的生物性能，仍待后續(xù)研究。

標(biāo)記化合物的肝攝取高，通常與其脂溶性較高有關(guān)。在后續(xù)研究中可以對(duì)標(biāo)記物結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定調(diào)整，適當(dāng)降低其脂溶性，以期能得到性能更好的心肌灌注顯像劑。

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The preliminary experimental study of a novel 18F-labeled myocardial perfusion imaging agent for PET imaging

WANG Dao-yu, MU Tian-tian, ZHAO Zuo-quan, et al

China Medical Equipment,2015,12(6):50-53.

Objective: To preliminarily evaluate the potential of 2-tert-butyl-4-chloro-5-((6-((4-(2-[18F]fluroethyl)-1H-1,2,3-triazol-1-yl)methyl)-2-pyridinyl)methoxy)-3(2H)-pyridazinone ([18F]FPTP2) as a myocardial perfusion imaging agent, by animal positron emission tomography(PET) imaging. Methods: [18F]FPTP2 was prepared by substituting tosyl of precursor with18F, purified and confirmed by HPLC. [18F] FPTP2 (37 MBq/15 kg) was injected into Chinese mini-swines intravenously by a venous catheter. The cardiac PET scans were performed at 2, 10, 20, 30, 40, 50 and 60 min after injection. Results: The total radio-synthesis time was 70 min, radiochemical yield was 25±7.2% without correction. The radiochemical purities (RCP) were ＞98% after purification. In PET imaging study, the heart uptake and target-to-nontarget uptake ratios increased with time. The heart/liver and heart/lung ratios were 0.65±0.10 and 3.47±0.29 at 2 min post injection, 0.92±0.13 and 9.28±0.77 at 60 min post injection respectively. Conclusion: Although the higher uptake of [18F]FPTP2 were shown in myocardium, the heart/liver ratio still need to be improved in future study.

[18F]FPTP2; Pyridazinone; Myocardial perfusion; Positron emission tomography imaging

王道宇,男,(1970- ),大專(zhuān)，主管技師。中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院 國(guó)家心血管病中心 阜外心血管病醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科，從事核醫(yī)學(xué)工作。

1672-8270(2015)06-0050-04

R817.4

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.06.016

2015-04-02

國(guó)家自然科學(xué)基金(81301251)“新型氟-18標(biāo)記的噠嗪酮類(lèi)心肌灌注顯像劑的研制及PET顯像實(shí)驗(yàn)研究”

①中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院 國(guó)家心血管病中心 阜外心血管病醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科 北京 100037

②首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京安貞醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科 北京 100029

③廈門(mén)大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院分子影像暨轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究中心 福建 廈門(mén) 361102

*通訊作者：418zhaozuoquan@163.com