本文介绍了一种在放射化学合成系统中采用一锅法、两步策略合成1-(2-[18F]氟乙基)-L-色氨酸的方法,该化合物是一种用于研究色氨酸代谢的正电子发射断层成像示踪剂,具有较高的放射化学产率、高对映体过量以及良好的重复性。
方法文章
本文介绍了一种在放射化学合成系统中采用一锅法、两步策略合成1-(2-[18F]氟乙基)-L-色氨酸的方法,该化合物是一种用于研究色氨酸代谢的正电子发射断层成像示踪剂,具有较高的放射化学产率、高对映体过量以及良好的重复性。
犬尿氨酸通路(KP)是色氨酸代谢的主要途径。大量证据表明,KP的代谢产物由于具有免疫调节、神经调节和神经毒性作用,在肿瘤增殖、癫痫、神经退行性疾病和精神疾病中发挥关键作用。目前最常用的用于示踪色氨酸代谢的正电子发射断层扫描(PET)显像剂是 α-[11C]甲基-L-色氨酸([11C]AMT,其半衰期较短,仅为20分钟,且放射性合成过程繁琐。需在现场配备回旋加速器以进行[C11C]AMT。仅有少数几家中心能够生产[11C]AMT 用于临床前研究和临床调查。因此,开发一种半衰期更长、性能更佳的替代性显像剂具有重要意义 体内 动力学,且易于自动化的检测方法亟需建立。1-(2-[18F]氟乙基-L-色氨酸是一种氟-18标记的色氨酸类似物,已在细胞系来源异种移植模型、患者来源异种移植模型及转基因肿瘤模型中报道用于临床前研究。
本文介绍了一种采用一锅法、两步策略合成1-(2-[18F]氟乙基)-L-色氨酸的放射性合成方案。利用该方案,放射性示踪剂的放化产率可达20 ± 5%(以合成结束时衰变校正计,n > 20),放化纯度和对映体过量均超过95%。该方案具有前体用量少、每步反应溶剂体积不超过0.5 mL、对潜在有毒试剂4,7,13,16,21,24-六氧-1,10-二氮杂双环[8.8.8]二十六烷(K222)的用量低、以及采用环境友好且可注射的流动相进行纯化等优点。该方案可便捷地在商用模块中配置,用于临床研究用1-(2-[18F]氟乙基)-L-色氨酸的制备。
在人体中,色氨酸是日常饮食中的一种必需成分。色氨酸主要通过犬尿氨酸通路(KP)进行代谢。该通路由两种限速酶催化,分别为吲哚胺2,3-双加氧酶(IDO)和色氨酸2,3-双加氧酶(TDO)。超过95%的色氨酸被转化为犬尿氨酸及其下游代谢产物,最终生成烟酰胺腺嘌呤二核苷酸,后者对细胞能量转换至关重要。犬尿氨酸通路是免疫系统的关键调节因子,同时也是神经可塑性和神经毒性效应的重要调控通路1,2。色氨酸代谢异常与多种神经系统、肿瘤、精神疾病及代谢性疾病相关,因此,放射性标记的色氨酸类似物已被广泛应用于临床研究。目前临床上研究最多的两种色氨酸放射性示踪剂是11C-α-甲基-L-色氨酸([11C]AMT)和11C-5-羟基色氨酸(11C-5-HTP)3。
20世纪90年代,11C-5-HTP被用于可视化分泌血清素的神经内分泌肿瘤4,以及诊断和监测转移性激素难治性前列腺腺癌的治疗5。随后,它被用作成像工具,用于量化内分泌胰腺中的血清素能系统6。11C-5-HTP还是一种有前景的示踪剂,可用于门静脉内胰岛移植和2型糖尿病中存活胰岛的无创检测7,8。在过去的二十年中,许多放射性标记的氨基酸已进入临床研究阶段9,10。特别是碳-11标记的色氨酸类似物[11C]AMT,因其在绘制脑内血清素合成图谱11,12,13,14以及定位癫痫灶、致痫性肿瘤、结节性硬化症复合体、胶质瘤和乳腺癌方面的应用而受到广泛关注15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26。[11C]AMT在儿童多种低级别和高级别肿瘤中也表现出高摄取27。此外,对受试者体内[11C]AMT的示踪剂动力学分析已被用于区分和分级不同类型的肿瘤,并区分胶质瘤与放射诱导的组织损伤15。[11C]AMT引导的成像在脑部疾病中显示出显著的临床益处3,25。然而,由于碳-11的半衰期较短(20分钟)以及放射性合成过程繁琐,[11C]AMT的使用仅限于少数配备现场回旋加速器和放射化学设施的正电子发射断层扫描(PET)中心。
氟-18的半衰期为109.8分钟,相较于碳-11的20分钟半衰期更具优势。近年来,研究 increasingly 集中于开发用于色氨酸代谢研究的氟-18标记放射性示踪剂3,28。已有15种不同的氟-18放射性标记色氨酸示踪剂被报道,涉及放射性标记方法、转运机制、体外和体内稳定性、生物分布以及在异种移植瘤中的肿瘤摄取情况。然而,包括4-、5-和6-[18F]氟代色氨酸在内的多种示踪剂均观察到快速的体内脱氟现象,限制了其进一步的临床转化29。5-[18F]氟代-α-甲基色氨酸(5-[18F]FAMT)和1-(2-[18F]氟乙基)-L-色氨酸(L-[18F]FETrp,也称为(S)-2-氨基-3-(1-(2-[18F]氟乙基)-1H-吲哚-3-基)丙酸,分子量249.28 g/mol)是目前最具前景的两种示踪剂,在动物模型中表现出理想的体内动力学特性,有望超越[11C]AMT,用于评估色氨酸代谢失调相关的临床状况28。5-[18F]FAMT在免疫缺陷小鼠的IDO1阳性肿瘤异种移植模型中显示出高摄取,并且对犬尿氨酸通路(KP)成像的特异性高于[11C]AMT28,30。然而,5-[18F]FAMT的体内稳定性仍存在潜在担忧,因为目前尚无注射示踪剂30分钟后更长时间点的体内脱氟数据报道30。
在一种基因工程小鼠髓母细胞瘤模型中的临床前研究显示,与……相比 18F-氟脱氧葡萄糖(18F-FDG),L-[18F]FETrp 在脑肿瘤中具有高摄取,且背景摄取可忽略不计 体内 脱氟,且背景摄取低,显示出更优的靶区与非靶区摄取比31,32辐射剂量学研究显示,小鼠体内的L-[18F]FETrp 的有利剂量学暴露比临床应用的约低 20% 18F-FDG PET 示踪剂33. 与其他研究者的发现一致,临床前研究数据提供了有力证据,支持将 L-[18F]FETrp 用于研究患有癫痫、神经肿瘤学疾病、自闭症和结节性硬化等脑部疾病的人类体内异常的色氨酸代谢28,31,32,33,34,35,36三种最常用于色氨酸代谢研究的示踪剂的整体比较 11C-5-HTP,[11C]AMT 和 L-[18F]FETrp 的结果如图所示 表1两者 11C-5-HTP 和 [11C]AMT的半衰期较短,且放射性标记过程繁琐。以下为L-[18采用一锅法、两步反应合成F]FETrp。该方案的特点是使用少量放射标记前体、小体积反应溶剂、低剂量有毒的K222,并采用环境友好且可注射的流动相进行纯化和简便制剂。
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警告:本实验方案涉及放射性物质。任何额外的放射性物质剂量都可能成比例地增加不良健康效应(如癌症)的发生风险。研究人员必须遵循“合理可行尽量低”(ALARA)的剂量原则,在热室或铅屏蔽罩内进行充分防护,以指导放射性合成实验的实施。在放射性合成过程中的任何辐射暴露步骤,均须尽量减少直接接触时间、使用铅屏蔽装置,并保持最大安全距离。在整个实验过程中,必须佩戴辐射剂量监测徽章和手部监测环,并频繁检测可能被污染的表面,例如手套、袖套和鞋底。放射性物质的使用、运输和处置必须严格遵守核管理委员会(NRC)以及地方和机构的相关法规。
1. 初始准备
2. 准备放射性标记试剂并放射合成 L-[18F]FETrp
3. 运行后系统清洗
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反应过程如图1所示。放射性标记包括以下两个步骤:1)甲苯磺酸酯放射性标记前体与[18F]氟化物反应生成18F标记的中间体;2)中间体中的tert-丁氧羰基和tert-丁基保护基团去保护,得到终产物L-[18F]FETrp。两个反应步骤均在100 °C下持续进行10分钟。
在接收商业供应商提供的 [18F]氟化物之前,需准备好试剂瓶、制剂瓶和色谱柱;平衡半制备型和质量控制(QC)系统;并运行QC系统适用性测试。L-[18F]FETrp放射性合成的详细流程见图2。简要而言,首先对放射性进行检测,并将放射性物质转移至放射化学合成系统;经过捕获/释放步骤后,在反应瓶中通过共沸法干燥[18F]氟化物。第一步完成[18F]氟化物的引入后,加入酸以脱除两个官能团的保护基团,随后进行碱中和。将...
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色氨酸是人体必需的一种氨基酸,它在情绪、认知功能和行为的调节中发挥着重要作用。由于放射性标记的色氨酸衍生物,特别是碳-11标记的[11C]AMT,在绘制5-羟色胺合成图谱38,39、肿瘤的检测与分级40、癫痫手术的引导41,42以及糖尿病治疗反应评估43等方面具有独特作用,已被广泛研究。然而,[11C]AMT的半衰期较短且放射性标记过程繁琐,限制了其广泛应用。目前,研究人员正在致力于开发氟-18标记的色氨酸代谢示踪剂。两篇近期的综述文章总结了氟-18标记色氨酸显像剂的开发进展及其成像特性3,28。
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作者声明不存在任何竞争性财务利益。
本工作由诊断学 & 研究型PET/MRI中心,以及内摩斯/艾尔弗雷德·I·杜邦儿童医院的生物医学研究部和放射科。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| [18F]氟化物在[18O]H2O | PETNET Solutions 公司 | N/A | |
| 4,7,13,16,21,24-六氧-1,10-二氮杂二环[8.8.8]二十六烷 | ACROS | 291950010 | Kryptofix 222 或 K222,98% |
| 乙酸 | ACROS | 222142500 | 99.8% |
| 乙腈 | Sigma-Aldrich | 271004 | 无水,99.8% |
| 安捷伦 1260 高效液相色谱系统 | 安捷伦科技 | Agilent 1260 | 安捷伦 1260 系列 |
| 分析型手性高效液相色谱柱 | Sigma-Aldrich | 12024AST | Astec CHIROBIOTIC T,25 cm × 4.6 mm |
| 二氧化碳,60磅 | Airgas | REFR744R200S | 99.99% |
| D-FETrp 标准参照物 | Affinity Research Chemicals Inc | N/A | 定制合成 |
| 空的无菌小瓶 | Jubilant HollisterStier | 7515 | 20 mm 封口,10 mL |
| 乙醇 | Decon Labs | 2716 | 200 证明,USP 级别。 ≥99.9% |
| Fisherbrand 13 mm 注射器滤器,0.22 µ米,聚偏氟乙烯,无菌 | Fisher Scientific | 09-720-3 | |
| 盐酸 | Sigma-Aldrich | 30721 | ≥37% |
| 异丙醇 | Decon Labs | 8316 | 70%,无菌 |
| L-[18F]FETrp 放射性标记前体 | Affinity Research Chemicals Inc | N/A | 定制合成 |
| L-FETrp 标准参照物 | Affinity Research Chemicals Inc | N/A | 定制合成 |
| 轻质C8柱 | 沃特斯 | WAT036770 | Sep-Pak C8 加强型光 cartridges |
| 20 G × 1 针头 | Becton-Dickinson & Co. | 305175 | |
| 20 G × 1 针头 ½ | Becton-Dickinson & Co. | 305176 | |
| 21 G 针头 × 2 | Becton-Dickinson & Co. | 305129 | |
| 中性氧化铝 | 沃特斯 | WAT023561 | Sep-Pak 氧化铝 N plus light |
| 尼龙膜(0.20 µm | MilliPore | GNWP04700 | 47 mm |
| Pall Acrodisc 25 mm 注射器无菌滤器 | Pall Corporation | 4907 | |
| PETCHEM 放射化学合成系统 | PETCHEM Solutions Inc. Pinckney, MI | N/A | 放射性合成仪 |
| pH 试纸 2.0 - 9.0 | EMD Millipore | 1.09584.0001 | |
| 碳酸钾 | Sigma-Aldrich | 367877 | 99.995% |
| 季铵甲基胺光反应盒 | 沃特斯 | 186004051 | Sep-Pak QMA light |
| 半制备型 C18 HPLC 柱 | Phenomenex | 00D-4253-N0 | 100 × 10 mm |
| 半制备型手性高效液相色谱柱 | Sigma-Aldrich | 12034AST | Astec CHIROBIOTIC T, 25 cm × 10 mm |
| 23.4% 氯化钠注射液 | APP Pharmaceutical, LLC | 18730 | USP 级别 |
| 0.9% 氯化钠注射液 | Hospira | NDC 0409-4888-10 | USP 级 |
| 氢氧化钠 | 霍尼韦尔 | 306576 | 99.99% |
| 脊髓穿刺针,20 G × 3 ½ | Becton-Dickinson & Co. | 405182 | |
| 无菌酒精消毒片 | BioMed Resource Inc. | PC661 | |
| 无菌空瓶,2 mL | Hollister Stier | 7505ZA | 13 mm 封口 |
| 无菌空瓶,30 mL | Jubilant HollisterStier | 7520ZA | 20 mm 封口 |
| 3 mL,聚丙烯/聚乙烯注射器,鲁尔锁扣 | Air-Tite | 4020-X00V0 | |
| 5 mL,聚丙烯/聚乙烯注射器,鲁尔锁扣 | Becton-Dickinson & 公司 | 309646 | |
| 注射器, PP/PE,10 mL,NORM-JECT | Air-Tite | 4100-000V0 | |
| 1 mL鲁尔滑动式注射器 | Becton-Dickinson & 公司 | 309659 | |
| 注射器,3 mL,鲁尔锁 | Becton-Dickinson & Co. | 309657 | |
| 超高纯氩气 | Airgas | AR UHP300 | 99.999% |
| 超纯水 | MilliporeSigma | ZRQSVP300 | Direct-Q 3 市政水纯化与超纯水制备系统 |
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