¹⁸ F-Kennzeichnung von Radiotracern funktionalisiert mit einem Siliziumfluorid-Akzeptor (SiFA) für Positronen-Emissionstomographie

Das übergeordnete Ziel des folgenden Verfahrens besteht darin, die Kennzeichnung eines Liganden mit dem Radionuklid fluorin-18 oder F-18 unter Verwendung von Siliziumfluorid-Akzeptorverbindungen, im Folgenden als SiFAs bezeichnet, nachzuweisen. Die Kennzeichnung eines Liganden mit F-18 und die Injektion in den Körper ermöglicht die Abbildung zahlreicher Krankheiten mit Positronenemissionstomographie oder PET. Fluor-18 gehört zu den wichtigsten Radionukliden für die PET-Bildgebung.

Es hat eine Halbwertszeit von 109 Minuten, und 97% seines Zerfalls ist durch Positronenemission, so dass es fast perfekt für PET-Bildgebung. Peptide und Proteine sind besonders schwierig mit F-18 zu kennzeichnen, da sie Bausteine erfordern, die durch mehrstufige Synthese gebildet werden. Andernfalls werden Makromoleküle einen großen Teil der verfügbaren PET-Tracer ausmachen.

Um die Komplexität der F-18-Radiokennung zu reduzieren, wurden Siliziumfluorid-Akzeptoren als zuverlässiges Werkzeug eingeführt. Die SiFA-Gruppe besteht aus einem zentralen Siliziumatom, das mit zwei tertiären Butylgruppen verbunden ist, einem derivatisierten Phenylmoiety und einem Fluoratom. Die beiden tertiären Butylgruppen verleihen der Siliziumfluoridbindung hydrolytische Stabilität, was ein kritisches Merkmal für In-vivo-Anwendungen von SiFA-Konjugaten als Bildgebungsmittel ist.

Die Phenylmoiety fungiert als Bindeglied zwischen dem Radionuklid und dem biologisch aktiven Molekül, dargestellt als R in diesem Diagramm. Bei der Anbeuge an einem Biomolekül tauschen die SiFA-Bausteine aufgrund der geringen Aktivierungsenergie der Isotopenaustauschreaktion leicht Fluor-19 gegen radioaktives Fluor-18 aus. Der Etikettiervorläufer und die F-18-etikettierte Verbindung sind chemisch identisch, was die Reinigung relativ einfach macht.

Die nicht-kanonische Isotop-Etikettierungstechnik, die mit SiFA verwendet wird, ist auch auf Augenhöhe mit anderen neuartigen Etikettierungstechniken wie trifluoroboratistopischem Isotopenaustausch und Aluminiumfluorid-Chelation. Man muss bedenken, dass F-18 ein radioaktives Isotop ist. Daher ist es notwendig, alle Verfahren hinter einer angemessenen Abschirmung durchzuführen.

Die Bleiabschirmung ist für diese Art von Strahlung geeignet. Achten Sie darauf, Strahlenerkennungsabzeichen während des gesamten Verfahrens zu tragen. Entsorgen Sie außerdem sofort Handschuhe, bevor Sie etwas nach der Synthese berühren, da sie mit Radioaktivität kontaminiert sein können.

Verwenden Sie Hand-Fuß-Monitore sowie Pfannkuchen-Geigerzähler, um die Kontamination von Ärmeln, Händen und Füßen zu überprüfen. Eine signifikante Anzahl kleiner organischer Moleküle wurde mit Fluor-18 gekennzeichnet. Die interventionelle organische Chemie erfordert jedoch in der Regel harte Reaktionsbedingungen, um F-18 in diese Moleküle zu integrieren.

Diese Bedingungen sind in der Regel unvereinbar mit empfindlichen chemischen Funktionalitäten und empfindlichen Makromolekülen wie Proteinen und Peptiden. Daher sind neuartige Methoden zur Kennzeichnung dieser Moleküle sehr begehrt. Der Hauptvorteil der SiFA-Technik besteht darin, dass sie es ermöglicht, ein kompliziertes Verfahren innerhalb von ein oder zwei Schritten mit minimaler Reinigung abzuschließen, so dass F-18-Radiopharmazeutika mit weniger Training und Erfahrung hergestellt werden können.

Die Implikationen dieser Technik erstrecken sich auf Forschungsgruppen, die an der In-vivo-Anwendung experimenteller Biomoleküle interessiert sind. Die SiFA-Kennzeichnungsmethode verwendet F-18-Fluorid, das routinemäßig in Zyklotronanlagen über das Protonenbombardement von O-18-Wasser hergestellt wird. Bei den meisten F-18-Reaktionen muss das F-18-Fluorid zunächst vom Cyclotronwasser getrennt werden, um eine wasserfreie organische Stammlösung hochnucleophiler F-18-Anionen zur Reaktion vorzubereiten.

Dies wird üblicherweise durch das Einfangen von F-18-Fluorid auf einer Anionenaustauschpatrone erreicht, das Fluorid mit einer Basis und Krypta eluiert und in Acetonitril gelöst und die resultierende Lösung azeotrop trocknend, bevor sie wieder in das Trockenreaktionslösungsmittel der Wahl aufsuspensionwird. Beginnen Sie mit der Vorbedingung einer QMA-Austauschpatrone mit 5 molarem Kaliumcarbonat, gefolgt von entionisiertem Wasser. Als nächstes passieren Sie eine wässrige Lösung von F-18-Fluorid durch die vorkonditionierte QMA-Patrone in umgekehrter Richtung mit einem männlich-männlichen Adapter, wie gezeigt.

Wenn große Mengen an Radioaktivität behandelt werden sollen, können diese Schritte mit einem automatisierten Synthesemodul oder durch zusätzliche Abschirmung auf der Spritze durchgeführt werden. Entsorgen Sie den Sauerstoff-18 Wasser. Die ersten vier Tropfen der festen F-18-Anionen aus der QMA-Patrone mit einer vorbereiteten Lösung aus Kryptofix, Kaliumcarbonat und Acetonitril in eine dickwandige V-Durchstechflasche zu verwandeln und die Durchstechflasche zu versiegeln.

Legen Sie die Durchstechflasche in ein auf 90 Grad erhitztes Ölbad. Nur die ersten vier Tropfen werden verwendet, da der Großteil des radioaktiven Fluorids mit diesen Tropfen aus dem QMA eluiert wird. Dies reduziert die Menge der Basis, die in unsere F-18-Lagerlösung übertragen wird, was notwendig ist, um eine Verschlechterung des SiFA-Anteils zu vermeiden.

Legen Sie eine Entlüftungsnadel und eine Nadel ein, die mit einem Strom von Argongas verbunden ist, und warten Sie dann fünf Minuten, um die Lösungsmittel zu verdampfen. Um Spuren von Wasser zu entfernen, fügen Sie Acetonitril hinzu, um die azeotropische Verdunstung zu erleichtern. Führen Sie diesen Schritt zweimal aus, um Trockenheit zu gewährleisten.

Nach dem Entfernen der Argon- und Entlüftungsnadeln den trockenen Fluoridrückstand im Lösungsmittel der Wahl, in diesem Fall Acetonitril, wieder aufhängen, um eine Stammlösung aus hochreaktivem F-18 zu erzeugen. Diese Lösung kann nun für die Etikettierung verwendet werden. Voraussetzung für eine C18-Lichtpatrone durch Spülen mit Ethanol und mit destilliertem Wasser.

Fügen Sie die F-18 Fluorid-Stammlösung zu einer Reaktionsdurchstechflasche hinzu, die einen SiFA-markierten Vorläufer enthält. Je nachdem, wie viel Aktivität für die Reaktion gewünscht wird, kann die gesamte Lagerlösung hinzugefügt oder ein Aliquot hinzugefügt werden. Lassen Sie die Reaktion für fünf Minuten bei Raumtemperatur ohne Rühren ablaufen.

Lassen Sie das Reaktionsgemisch in eine Spritze mit 1 Molarphosphatpuffer fallen. Übergeben Sie die Lösung durch die vorkonditionierte C18-Patrone, um den beschrifteten Tracer einzufangen. Als nächstes die Patrone mit destilliertem Wasser waschen, dann den Tracer mit Ethanol ausziehen.

Mit sterilem Phosphatpuffer zur Injektion verdünnen. Den resultierenden gereinigten F-18-markierten Tracer durch einen sterilen Filter passieren. Um ein klares PET-Bild für die Bildgebung von Kleintieren zu erhalten, sollte die partitionierte Patientendosis zwischen fünf und acht Megabecquerel liegen.

Für den menschlichen Gebrauch sollte die partitionierte Patientendosis zwischen 200 und 300 Megabecquerel liegen. Sammeln und injizieren Sie ein kleines Aliquot des F-18-markierten Tracers in ein HPLC-System, das mit einer C18-Säule der umgekehrten Phase ausgestattet ist, um zu bestätigen, dass die radiochemische Reinheit größer als 95% ist Der F-18-markierte SiFA-Tracer kann in ein Tier oder menschliches Subjekt injiziert werden, und die dynamischen Daten, die von einem PET-Scanner gesammelt wurden, können rekonstruiert werden, um eine Zeitreihe dreidimensionaler PET-Bilder zu erstellen. In einem Beispiel wurde dieser MitsiFA-markierte kleine Molekül-Tracer, der für die Bildgebung von Prostatakrebs entwickelt wurde, erfolgreich genutzt, um Tumoren zu visualisieren, die bei Mäusen für präklinische Studien implantiert wurden.

Das SiFA-Tag ist auch für Radiolabeling geeignet, Krebs-Targeting-Peptide wie Tyrosin-3-Octreotat oder TATE. Der hier gezeigte F-18-labeled SiFAlin-TATE Tracer wurde zur Visualisierung neuroendokriner Tumoren bei Krebspatienten verwendet. Die SiFA-Kennzeichnungschemie neben Trifluoroboraten und Aluminiumfluorid-Chelaten stellt eine der ersten F-18-Etikettierungsmethoden dar, bei denen eine außerordentlich effiziente Isotopenaustauschreaktion bei Raumtemperatur oder darunter eingesetzt wird.

Die Methode kann in nur 30 Minuten abgeschlossen werden, was im Vergleich zu herkömmlichen Radiolabeling-Verfahren den chemischen Verbrauch und die radioaktive Exposition minimiert.