La síntesis de flúor-18 (18F) radiofármacos etiquetados para la tomografía por emisión de positrones normalmente requiere meses de experiencia. Cuando se incorpora en una radiosonda, el motivo del aceptador de fluoruro de silicio (SiFA) permite un protocolo simple de etiquetado de 18F que es independiente de los costosos equipos y entrenamiento preparatorio, al tiempo que reduce la cantidad de precursores necesarios y utiliza condiciones de reacción más suaves.
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Artículo de método
18 F-Etiquetado de Radiosondas Funcionalizado con un Aceptador de Fluoruro de Silicio (SiFA) para Tomografía por Emisión de Positrones
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Resumen
Resumen
El motivo estructural para-utilizado di-tert-butylfluorosilylbenzene conocido como el aceptador de fluoruro de silicio (SiFA) es una etiqueta útil en el kit de herramientas del radioquímico para incorporar radioactivo [18F]fluoruro en trazadores para su uso en tomografía de emisión de positrones. En comparación con las estrategias convencionales de radioetiquetado, el intercambio isotópico de flúor-19 de SiFA con [18F]fluoruro se lleva a cabo a temperatura ambiente y requiere participantes de reacción mínima. Por lo tanto, la formación de subproductos es insignificante, y la purificación se simplifica en gran medida. Sin embargo, mientras que la molécula precursora utilizada para el etiquetado y el producto radiomarcado final son isotópicamente discretos, son químicamente idénticos y por lo tanto son inseparables durante los procedimientos de purificación. La etiqueta SiFA también es susceptible a la degradación en las condiciones básicas derivadas del procesamiento y secado de [18F]fluoruro. El 'método de 4 gotas', en el que sólo las primeras 4 gotas de elulado [18F]fluoruro se utilizan a partir de la extracción de fase sólida, reduce la cantidad de base en la reacción, facilita cantidades molares más bajas de precursor, y reduce la degradación.
Introducción
Fluorine-18 (109 minutos de vida media, 97% emisión de positrones) es uno de los radionúclidos más importantes para la tomografía por emisión de positrones (PET), un método de imagen no invasivo que visualiza y cuantifica la biodistribución de trazadores radiomarcados para diversas enfermedades1. Los péptidos y las proteínas son especialmente difíciles de etiquetar con [18F]fluoruro porque requieren bloques de construcción formados por sintetizadores de varios pasos2. Para reducir la complejidad de 18F-radiolabeling, el aceptador de flúor de silicio (SiFA) se introdujo recientemente como herramientas confiables3. El grupo SiFA consiste en un átomo central de silicio conectado a dos grupos de butilo terciario, una mitad de fenilo derivatizada y un átomo de flúor no radioactivo. Los grupos de butilo terciarios imparten estabilidad hidrolítica al enlace de silicio-fluoruro, que es una característica crítica para las aplicaciones in vivo de los conjugados SiFA como agentes de imagen.
Cuando se unen a una molécula pequeña o biomolécula, los bloques de construcción de SiFA se unen a los aniones radiactivos [18F]fluoruro mediante el intercambio de flúor-19 por flúor-18 a concentraciones nanomolares sin formar cantidades significativas de productos secundarios radiactivos4. Además, un alto rendimiento radioquímico se logra rápidamente etiquetando la mitad de SiFA en disolventes aproticos dipolares a bajas temperaturas. Esto contrasta con las reacciones clásicas de intercambio isotópico, que producen radiosondas de baja actividad específica5. En estos casos, se deben utilizar grandes cantidades de precursor (en el rango de miligramos) para obtener una incorporación razonable de [18F]fluoruro. Las reacciones de intercambio isotópico sin siefas son mucho más eficientes, como confirman los estudios cinéticos y los cálculos de la teoría funcional de densidad6,7. Los SiFA etiquetados se purifican fácilmente mediante extracción en fase sólida, ya que tanto los compuestos SiFA etiquetados como los no etiquetados son químicamente idénticos. Esto difiere de los trazadores radiomarcados tradicionales, donde la molécula precursora y el producto etiquetado son dos especies químicas diferentes y deben separarse después de la radioetiquetado mediante cromatografía líquida de alto rendimiento (HPLC). El uso de bloques de construcción de SiFA, moléculas pequeñas, proteínas y péptidos se puede etiquetar con éxito con [18F]fluoruro por protocolos de etiquetado de uno y dos pasos desprovistos de complicados procedimientos de purificación(Figura 1)4,8,9. Además, algunos compuestos etiquetados con SiFA son agentes de imagen in vivo fiables para el flujo sanguíneo y los tumores10. La simplicidad de la química siFA permite incluso a los investigadores no entrenados utilizar [18F]fluoruro para la síntesis y el desarrollo de radiosonda.
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Protocolo
ADVERTENCIA: Hay que tener en cuenta que 18F es un isótopo radiactivo, por lo que es necesario llevar a cabo todos los procedimientos detrás de un blindaje adecuado. El blindaje de plomo es apropiado para este tipo de radiación. Asegúrese de llevar insignias de detección de radiación durante todo el procedimiento. Además, deseche inmediatamente los guantes antes de tocar cualquier cosa después de la síntesis, ya que pueden estar contaminados con actividad radiactiva. Utilice monitores de pie de mano, así como contadores Geiger de panqueques para comprobar la contaminación de mangas, manos y pies.
1. Secado azeotrópico de 18F-anión
NOTA: La Figura 2A muestra un gráfico de flujo de trabajo de este procedimiento, que tarda 10 minutos.
- Condicionar previamente un cartucho de intercambio de aniones de metil amonio (QMA) cuaternario(Tabla de materiales)pasando 0,5 M K2CO3 (10 ml) a través del cartucho, seguido de agua desionizada (10 ml).
- Pase una solución acuosa de [18F]F-/[18O]H2O (100-500 MBq) a través del cartucho QMA preacondicionado en reversa, utilizando un adaptador macho a macho. Deseche el [18O]H2O.
NOTA: Estos pasos se pueden realizar utilizando un módulo de síntesis automatizado o mediante el blindaje adicional de la jeringa. - Eluir las primeras cuatro gotas de los aniones fijos [18F]fluoruro del cartucho QMA en una solución preparada de [2.2.2]cryptand(Tabla de materiales) (10 mg), 0,2 M K2CO3 (50 l, 10 mol), y acetonitrilo (1 ml) en un v-vial de paredes gruesas, y sellar el vial.
NOTA: Sólo las primeras cuatro gotas se utilizan como la mayoría de los radiactivos [18F]fluoruro se eluye fuera de la QMA en estas gotas. Esto reduce la cantidad de base transportada en la solución de stock [18F]fluoride, que es necesaria para evitar la degradación de la mitad de SiFA. - Sellar el vial y colocarlo en un baño de aceite mineral a 90oC colocado sobre una placa caliente. Inserte una aguja de ventilación y una aguja conectada a una corriente de gas de argón en el tabique de la tapa del vial. Espere 5 minutos para evaporar los disolventes bajo la suave corriente de argón. Retire los restos de agua añadiendo 1 ml de acetonitrilo para facilitar la coevaporación azeotrópica. Repita este paso 2x para garantizar la sequedad.
- Una vez que el disolvente se extrae visiblemente, detenga el flujo de argón y retire las jeringas de la tapa del vial y retire el vial del baño de aceite.
- Resuspenda el fluoruro seco [18F] en el disolvente de reacción de elección.
NOTA: En este caso, se añade acetonitrilo (1 ml) para crear una solución de stock de alta reactiva [18F-]F- (100-500 MBq). Esta solución ahora se puede utilizar para el etiquetado.
2. Etiquetado SiFA-ligand de un solo paso
NOTA: La Figura 2B muestra un gráfico de flujo de trabajo de este procedimiento, que tarda 15 minutos.
- Preacondicionar un cartucho C-18(Tabla de Materiales)enjuagándolo con etanol (10 ml) y agua destilada (10 ml).
- Añadir la solución de stock de fluoruro [18F-]a un vial de reacción que contenga un precursor con la etiqueta SiFA (100 l, 20 x 100 nmol). Deje que la reacción de etiquetado continúe durante 5 minutos a temperatura ambiente sin agitar la solución.
NOTA: Se puede añadir toda la solución de stock o una alícuota, dependiendo de la cantidad de actividad que se desee para la reacción. - Extraiga la mezcla de reacción en una jeringa de 20 ml que contenga un tampón de fosfato de 0,1 M (9 ml) y pase la solución a través del cartucho C-18 preacondicionado para atrapar el trazador etiquetado.
- Lavar el cartucho con agua destilada (5 ml), luego eluir el trazador atrapado del cartucho C-18 con etanol (300 l) y diluir con tampón de fosfato estéril para inyección (3 ml).
- Pase el trazador purificado [18F]SiFA a través de un filtro estéril.
NOTA: Para obtener un PET claro imagine para imágenes de animales pequeños, la dosis del paciente particionada debe estar entre 5 x 8 MBq. Para uso humano, la dosis del paciente particionada debe estar entre 200-300 MBq. - Inyectar una pequeña alícuota (4 MBq) del trazador purificado [18F]SiFA-tracer en un sistema HPLC equipado con una columna C-18 de fase inversa para confirmar que la pureza radioquímica es superior al 95%.
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Resultados
El intercambio isotópico SiFA simplista puede lograr un alto grado de incorporación radioquímica de [18F]fluoruro (60-90%) con una cantidad mínima de complejidad sintética (Figura 1). La mayoría de las moléculas pueden ser radioetiquetadas con [18F]fluoruro en un solo paso sin involucrar HPLC para purificación (Figura 2). Radio-HPLC se puede utilizar con fines de control de calidad, en el que el pico de absorción ultravioleta (UV) del produ...
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Discusión
La química del etiquetado SiFA representa uno de los primeros 18métodos de etiquetado F que emplean una reacción de intercambio isotópico extraordinariamente eficiente que se puede realizar a temperatura ambiente. Una reacción radioquímica típica se basa en la formación de un enlace carbono-fluorina a través de una reacción de [18F]fluoruro con una funcionalidad reactiva con flúor a través de una vía de eliminación o sustitución. Estas condiciones de reacción son a menudo duras, se realizan a pH ext...
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Divulgaciones
Los autores no tienen nada que revelar.
Agradecimientos
Los autores no tienen reconocimientos.
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| [18F]F-/H2[18O]O | (Ciclotrón producido) | - | - |
| [2.2.2]Criptando | Aldrich | 291110 | Kryptofix 2.2.2 |
| Acetonitrilo | anhidro Aldrich | 271004-Agua | |
| desionizada | Baxter | JF7623-Etanol | |
| , anhidro | Alcoholes | ||
| comerciales-carbonato de potasio | Cartucho Aldrich | 209619-QMA | |
| 186004540Cartucho SepPak Light (46 mg) | |||
| Equipment | |||
| C-18 cartucho | Waters | WAT023501 C-18 SepPak Light | |
| columna | C18Phenomenex | 00G-4041-N0 | HPLC Luna C18 250 x 10 mm, 5 &; m |
| HPLC | Agilent | Technologies-HPLC serie 1200 | |
| micro-PET Escáner | Siemens-micro-PET | R4 | |
| Lector de placas Radio-TLC | Raytest-Radio-TLC | Mini Gita | |
| Filtro estéril 0.22µ m | Millipore | SLGP033RS | - |
Referencias
- Wahl, R. L., Buchanan, J. W. Principles and practice of positron emission tomography. , Lippincott Williams & Wilkins. Philadelphia, PA. (2002).
- Wängler, C., Schirrmacher, R., Bartenstein, P., Wängler, C. Click-chemistry reactions in radiopharmaceutical chemistry: Fast & easy introduction of radiolabels into biomolecules for in vivo imaging. Current Medical Chemistry. 17, 1092-1116 (2010).
- Schirrmacher, R., et al. 18F-labeling of peptides by means of an organosilicon-based fluoride acceptor. Angewandte Chemie International Edition. 45, 6047-6050 (2006).
- Kostikov, A. P., et al. Oxalic acid supported Si-18F-radiofluorination: One-step radiosynthesis of N-succinimidyl 3-(di-tert-butyl[18F]fluorosilyl)benzoate ([18F]SiFB) for protein labeling. Bioconjugate Chemistry. 23 (1), 106-114 (2012).
- Cacace, F., Speranza, M., Wolf, A. P., Macgregor, R. R. Nucleophilic aromatic substitution; kinetics of fluorine-18 substitution reactions in polyfluorobenzenes. Isotopic exchange between 18F- and polyfluorobenzenes in dimethylsulfoxide. A kinetic study. Journal of Fluorine Chemistry. 21, 145-158 (1982).
- Schirrmacher, E., et al. Synthesis of p-(di-tert-butyl[18F]fluorosilyl)benzaldehyde ([18F]SiFA-A) with high specific activity by isotopic exchange: A convenient labeling synthon for the 18F-labeling of N-amino-oxy derivatized peptides. Bioconjugate Chemistry. 18, 2085-2089 (2007).
- Kostikov, A., et al. N-(4-(di-tert-butyl[18F]fluorosilyl)benzyl)-2-hydroxy-N,N-dimethylethylammonium bromide ([18F]SiFAN+Br-): A novel lead compound for the development of hydrophilic SiFA-based prosthetic groups for 18F-labeling. Journal of Fluorine Chemistry. 132, 27-34 (2011).
- Wängler, B., et al. Kit-like 18F-labeling of proteins: Synthesis of 4-(di-tert-butyl[18F]fluorosilyl)benzenethiol (Si[18F]FA-SH) labeled rat serum albumin for blood pool imaging with PET. Bioconjugate Chemistry. 20, 317-321 (2009).
- Iovkova, L., et al. para-Functionalized aryl-di-tert-butylfluorosilanes as potential labeling synthons for 18F radiopharmaceuticals. Chemistry. 15, 2140-2147 (2009).
- Wängler, C., et al. One-step 18F-labeling of carbohydrate-conjugated octreotate-derivatives containing a silicon-fluoride-acceptor (SiFA): In vitro and in vivo evaluation as tumor imaging agents for positron emission tomography (PET). Bioconjugate Chemistry. 21, 2289-2296 (2010).
- Ilhan, H., et al. First-in-human 18F-SiFAlin-TATE PET/CT for NET imaging and theranostics. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 46, 2400-2401 (2019).
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Reimpresiones y permisos
