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微波辅助合成一锅 N -琥珀酰亚胺- 4 - [ 18 F] fluorobenzoate（[ 18 F] SFB）

*1,2,3, *1,2,3, 1,2,3, 4, 5, 1,2,3

1Department of Molecular and Medical Pharmacology, David Geffen School of Medicine, University of California at Los Angeles, 2Crump Institute for Molecular Imaging, David Geffen School of Medicine, University of California at Los Angeles, 3California NanoSystems Institute, University of California at Los Angeles, 4Nuclear Medicine, PET Center, Shanghai Medical Collegea, Fudan University, 5Electronics and Information Engineering, College of Electronics and Information Engineering, Wuhan Textile University

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Cite this Article: 微波辅助合成一锅 N -琥珀酰亚胺- 4 - [ 18 F] fluorobenzoate（[ 18 F] SFB）

Hou, S., Phung, D. L., Lin, W., Wang, M., Liu, K., Shen, C. K. Microwave-assisted One-pot Synthesis of N-succinimidyl-4-[18F]fluorobenzoate ([18F]SFB). J. Vis. Exp. (52), e2755, doi:10.3791/2755 (2011).

Abstract: 微波辅助合成一锅 N -琥珀酰亚胺- 4 - [ 18 F] fluorobenzoate（[ 18 F] SFB）

生物分子，包括肽，蛋白质1-9，10,11和抗体及其设计片段，12-14获得作为潜在的治疗和分子显像剂的重要性。值得注意的是，与正电子发射放射性同位素标记（例如，铜64，GA - 68或F - 18）时，他们可以被用来作为许多生理和病理过程中有针对性的成像探测。15-18因此，重大努力用于18架F -标记的生物分子的合成和探索。虽然也有直接的 18架F -标签肽的优雅的例子，19日至22日在苛刻的反应条件（即，通常是不相容的有机溶剂，极端的pH值，高温）与直接radiofluorination相关的脆弱的蛋白质样品。因此，到目前为止，纳入到生物分子的放射性标记的假肢群体仍然是首选的方法 。23,24

N -琥珀酰亚胺- 4 - [18 F] fluorobenzoate（[18楼 ] SFB），25-37一个博尔顿猎人型试剂与生物分子的主要氨基酸残基的反应，是一个非常通用的的修复组为18架F -标签广泛的生物实体，其在体内的稳定性和高放射性标记的产量明显。经过与标签[18 F] SFB的，由此产生的[18 F] fluorobenzoylated生物分子在活体成像研究可以探讨潜在的PET示踪剂。1 [18 F] SFB在目前的文献描述radiosyntheses需要两个甚至三个反应堆和使用固相萃取（SPE）或高效液相色谱（HPLC）的多个纯化。这种漫长的过程，妨碍其日常生产和放射性标记的生物分子中的广泛应用。虽然几个模块辅助[18 F] SFB的合成已有报道，29-32，41-42，他们主要是基于复杂和漫长的程序，使用昂贵的市售放射化学盒（ 见表 1 ）。因此，进一步简化的放射合成[18 F] SFB使用一个低成本的设置将其适应一个自动化的过程十分有利。

在这里，我们报告一个简洁的准备[18 F] SFB的，基于一种简化的微波辅助合成一锅煮（ 图1）。我们的方法，不需要净化步骤或任何水试剂之间。此外，微波辐射，已在几个PET示踪剂的合成，38-41可以提供更高RCYs和更好的选择性比相应的热反应或他们提供类似的收益率在更短的反应时间 。38最重要的是，当标签的生物分子，节省的时间可以改行随后bioconjugation或PET显像步骤28,43新颖的改进[18 F] SFB的合成是两个方面：（1）无水脱保护战略的需要之间没有中间（S）的净化每个步骤和（2）微波辅助放转换实现快速，可靠的生产[18楼 ] SFB。

Protocol: 微波辅助合成一锅 N -琥珀酰亚胺- 4 - [ 18 F] fluorobenzoate（[ 18 F] SFB）

1。前期准备

  1. V -小瓶（5毫升）RV1（搅拌棒）是用来作为主要执行微波合成反应釜。它是连接到PEEK的适配器七进/出端口连接，放在里面的微波腔（见图2）。 RV2连接到SPE柱（一）收集的原油[18楼 ] SFB的。 RV3连接到SPE柱（二）收集的最后18架F] SFB的解决方案。它可以被放置在一个温水浴（40℃）前集中相应的解决方案，在PBS缓冲液中重组，尤其是对下游的放射性标记的生物分子。
  2. 收集原油[18 F] SFB：填充乙腈/ H 2 O [6毫升; 1:4（V：V）]的解决方案，5％的水醋酸（8毫升），乙腈水库一（2毫升），设置B和C分别。然后激活一个SPE柱（一）（聚苯乙烯，默克LiCholut EN）与乙醇（10毫升），5％水溶液的醋酸（10毫升）洗。
  3. 设置收集纯化[18楼 ] SFB：准备水库D和E与H 2 O和10毫升3毫升乙醚填写。第二个SPE柱（二）（聚苯乙烯，默克LiCholut EN）被激活上述相同的步骤。
  4. 启动预调节的高效液相色谱仪（洗脱缓冲液：乙腈/ H 2 O，1:1（V / V）含0.2％TFA的;流速：3毫升/分）的高效液相色谱法，色谱柱[反相半预习列（LUNA，5微米C18（2）100 nm，250 × 10毫米），Phenomenex，托伦斯，美国加利福尼亚州。

2。干涸[即非运营商补充说，（NCA）] [18 F]氟的制备

  1. [18楼 ] [18 O] H 2 O（100μL），氟化钠溶液添加到Kryptofix 222（20毫克），1M水溶液K 2 CO 3（26μL）和乙腈（0.8毫升）的混合物在一个Eppendorf公司管。整个解决方案，然后充分混合，然后转移到通过入口1号线RV1。 [18楼 ]氟化钠溶液也可通过阴离子交换盒（如QMA光九月乐从水中）陷阱氟- 18，然后在乙腈的混合物的K 2 CO 3和Kryptofix洗脱。
  2. 下微波控制程序执行的干燥序列（20W，3分钟），以消除RV1 [真空条件下残留的水。后冷却系统的温度低于50℃，额外的乙腈（1.0毫升）引入反应堆和序列是重复一次。

3。合成乙基4 - [18楼 ] fluorobenzoate

  1. 一个DMSO溶液（0.4毫升）含乙基4 - （N，N，N -三甲基）三氟苯甲酸（1.5毫克）加入RV1通过进线2。
  2. 下搅拌，容器冷却和所有阀门的微波控制程序执行的标签序列（50W，1分钟）封闭负担乙基4 - [18 F] fluorobenzoate（[18 F]，2） 。

4。合成的钾4 - [18楼 ] fluorobenzoate

  1. 一个DMSO溶液（0.5毫升）含KOtBu（13毫克）加入RV1通过进线3。
  2. 下搅拌，容器冷却和所有阀门的微波控制程序执行Deprotect方案（40瓦，1分钟）封闭负担4 - [18楼] fluorobenzoate盐（[18楼] 3） 。

5。合成原油[18 F] SFB

  1. 乙腈溶液（2.5毫升）含TSTU（30毫克）被添加到RV1通过进线6。 TSTU是水分和光敏感。应该分装到小瓶中，并在4 ° C铝箔盖的密闭容器中储存。
  2. 下搅拌，容器冷却和所有阀门的微波控制程序执行封闭耦合序列（30W，2分钟）[18楼] SFB的负担粗。

6。 SPE纯化[18楼 ] SFB的制备

  1. 5％的水醋酸（1.0毫升）被添加到RV1通过进口第7行中反应混合物。解决的办法是再转移到小瓶含8毫升5％的醋酸水溶液（图2）乙。
  2. 通过SPE柱（一）稀释反应混合物陷阱原油[18楼 ] SFB的使用氮气（10磅）。
  3. 洗SPE柱用乙腈和H 2 O [10毫升，1:4（V：V）]的混合物水库答：（一）
  4. [18楼 ] SFB的洗脱RV2从水库C.使用乙腈（2毫升）

7。原油净化[18 F] SFB的电台高效液相色谱法

  1. 稀要么原油[18 F] SFB或SPE纯化[18 F] SFB在RV2与H 2 O（2毫升），并转移到HPLC循环（5毫升）的混合物。的解决方案是无线电HPLC乙腈/ H 2 O，1:1（V / V）含0.2％TFA的流速注入3毫升/分钟]。
  2. 收集含有纯化[18 F] SFB（保留添分数E：8-10分钟）到小瓶D（与10毫升的H 2 O预填充）（图2）。关键的一步：如果正确执行，这里收集的比例量应该是4-5毫升。
  3. 通过SPE柱（二）稀释反应混合物陷阱纯化[18楼 ] SFB的使用氮气（10磅）。干燥的氮气流2-3分钟的墨盒。
  4. [18楼 ] SFB洗脱RV3从水库E.乙醚（3毫升）。
  5. 溶剂蒸发RV3干燥的氮气温柔流使用水浴（40℃）（10磅）。最后干[18楼 ] SFB可重组PBS缓冲液的下游应用。

8。代表性的成果：

我们开发了一种简化，快速，一锅煮合成方法[18 F] SFB的使用在每放/化学转化一个无水条件下和微波加热脱保护策略。图1显示了我们的放射合成的细节。最终产品的身份证实了高效液相色谱保留时间比较，与非放射性的SFB的参考。纯化[18楼 ] SFB还通过广播，薄层色谱法和高效液相色谱法分析，以确定其放射化学和化学纯度。 RCY [18 F] SFB时后60分钟内35 ± 5％HPLC纯化（N> 30），放射化学纯度高（> 99％）和良好的化学纯度（HPLC的配置文件中看到紫外线跟踪，图3 ）。 CA的具体活动。 67-330吉贝/μmol（1.8-9.0次/μmol），取决于起始放射性。

图1
图1微波辅助一锅煮放射合成[18 F] SFB。首先，radiofluorination乙基4 - （N，N，N -三甲基）三氟苯甲酸（1）下进行微波加热（50瓦，1分钟）的存在[K⊃2.2.2] [18楼 ]楼-在二甲基亚砜（DMSO）的复杂负担乙酯4 - [18 F] fluorobenzoate（[18 F]，2） 。没有净化，叔丁醇钾（T BuOK）的DMSO溶液添加和反应容器微波照射（40瓦，1分钟）完成无水脱保护。最终转换[18 F]分为3 [18 F] SFB时使用- O -（N -琥珀酰亚胺） - N，N'，N' - tetramethyluronium四氟（TSTU）激活。在乙腈TSTU被添加到反应混合物中，含有4 - [18楼] fluorobenzoate（[18 F]，3）盐，这最后的合成一步取得原油 [18楼] SFB的加热后（30瓦，2分钟）。

图2
图2设置微波辅助一锅煮[18楼 ] SFB的合成示意图。

图3
图3：最后的无线电HPL色谱[18 F] SFB 。顶：在254 nm的紫外信号;底部：放射性信号;插图：紫外线在254 nm（X 33.3）的信号。

表1
表1总结[18 F] SFB radiosyntheses在文献报道使用烷基4 - （三甲基）苯甲酸作为前体三氟。

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Discussion: 微波辅助合成一锅 N -琥珀酰亚胺- 4 - [ 18 F] fluorobenzoate（[ 18 F] SFB）

这种简化的三步，一锅煮的18架F -酰化试剂放射合成[18 F] SFB的是开发基于非水溶液化学。这个过程具有优异的可重复性和可用于生产可靠[18 F] SFB的自动化放射化学模块，由于两个关键的修改，如以下所述：1 。我们聘请在无水KOtBu / DMSO系统去保护/皂化的步骤，以取代普通的水基本或酸性溶液。我们的非水性脱保护策略，使固相萃取净化，没有中间或溶剂蒸发/交换顺序加入试剂。这一修改消除了需要大量的额外的组件和相关的控制单元与第二个反应器和SPE模块已在其他合成路线的要求。因此，降低系统复杂性，同时提高其可靠性。我们的过程中可以进行一个简单的手动设置，或在自动放射化学模块中有一个基本的单反应器配置。此外，消除之间的固相萃取净化步骤（S）的全合成时间缩短。 2。使用微波炉加热也可以快速，可靠的生产[18 F] SFB（见与其他方法的比较见表 1） 。我们每一步微波炉适用于在此一锅煮[18楼] SFB的合成：F - 18型干燥，radiofluorination，脱保护，并激活。 如图1所示，每个转换是根据微波加热1-2分钟内完成;相比，它一般需要5 - 10分钟时使用传统的传导加热（例如，油浴或加热块）29-32，41 - 。 42

有了一个显着减少其整体的复杂性，我们相信，这种改进和简洁的合成的日常生产[18 F] SFB的更实际和有吸引力的采用自动化模块，让使用18架F -标记的生物分子研究43工具来加速医学发现和加强临床研究。

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Disclosures: 微波辅助合成一锅 N -琥珀酰亚胺- 4 - [ 18 F] fluorobenzoate（[ 18 F] SFB）

这种方法已提交美国专利申请。

Acknowledgements: 微波辅助合成一锅 N -琥珀酰亚胺- 4 - [ 18 F] fluorobenzoate（[ 18 F] SFB）

支持这项研究是由美国能源署（DE - FG02 - 09ER09 - 08和DE - PS02 - 09ER09 - 18），在加州大学洛杉矶分校琼森综合癌症中心，工业大学合作研究计划“（市政局发现批准，bio07 -10665）。我们感谢在加州大学洛杉矶分校生物医学回旋加速器设施Nagichettiar Satyamurthy博士和工作人员提供的F - 18的放射性同位素和许多有见地的讨论。我们感谢博士。迈克尔柯林斯，格雷格 - 勒布朗，约瑟夫兰伯特，和CEM的Barnhardt凯勒从他们的技术咨询和支持。我们感谢达林德克 - 威廉姆斯，威廉姆斯，博士。香港敦林，约瑟夫迈克尔面包车大坝的设计和加工零件修改CEM微波反应器，用于固相萃取净化模块。

Materials: 微波辅助合成一锅 N -琥珀酰亚胺- 4 - [ 18 F] fluorobenzoate（[ 18 F] SFB）

Name Company Catalog Number Comments
acetic acid in aqueous solution (5%, v/v) Fisher Scientific A38-500 Prepared in our lab
Acetonitrile Sigma-Aldrich 75-05-8
Diethyl ether Sigma-Aldrich 14775
Dimethyl Sulfoxide (DMSO) Sigma-Aldrich 472301
Ethyl 4-(N,N,N-trimethylammonium) benzoate triflate Prepared in Lab
4,7,13,16,21,24-Hexaoxa-1,10-diazabicyclo[8.8.8]hexacosane (K222) Sigma-Aldrich 29,111-0
O-(N-succinimidyl)-N,N,N’,N’-tetramethyluronium tetrafluoroborate (TSTU) Sigma-Aldrich 105832-38-0
Potassium carbonate in aqueous solution (1M) Sigma-Aldrich 209619 Prepared in our lab
Potassium tert-butoxide Sigma-Aldrich 156671

References: 微波辅助合成一锅 N -琥珀酰亚胺- 4 - [ 18 F] fluorobenzoate（[ 18 F] SFB）

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