Summary
ここでは、トリプトファン代謝を研究するための陽電子放射断層撮影用イメージング剤である1-(2-[18F]フルオロエチル)-L-トリプトファンの放射合成について、良好な放射化学的収率、高い鏡像体過剰、および高い信頼性を有する放射化学合成システムにおけるワンポット2段階戦略を用いて説明する。
Abstract
キヌレニン経路 (KP) トリプトファン代謝のための主要な経路であります.証拠は、KPの代謝産物が、その免疫調節性、神経調節性、および神経毒性作用のために、腫瘍増殖、てんかん、神経変性疾患、および精神疾患において重要な役割を果たしていることを強く示唆している。トリプトファン代謝をマッピングするために最も広く使用されている陽電子放射断層撮影法(PET)剤 であるα-[11C]メチル-L-トリプトファン([11C]AMT)は、面倒な放射線合成手順で20分の短い半減期を有する。[11C]AMTを放射合成するには、オンサイトサイクロトロンが必要です。限られた数のセンターだけが、前臨床試験および臨床調査のために[11C]AMTを生産している。したがって、より長い半減期を有し、良好な 生体内 動態を有し、かつ自動化が容易である代替イメージング剤の開発が緊急に必要とされている。フッ素-18標識トリプトファン類似体である1-(2-[18F]フルオロエチル)-L-トリプトファンの有用性と価値は、細胞株由来異種移植片、患者由来異種移植片、およびトランスジェニック腫瘍モデルにおける前臨床応用において報告されている。
本稿では、1-(2-[18F]フルオロエチル)-L-トリプトファンの放射合成のためのプロトコルを、ワンポット、2段階戦略を用いて提示する。このプロトコールを使用して、放射性トレーサーは、放射化学的純度および鏡像体過剰の両方±95%を超える20〜5%(合成終了時に補正された崩壊、n>20)の放射化学的収率で製造することができる。このプロトコルは、各工程で0.5mL以下の反応溶媒を有する少量の前駆体、潜在的に毒性のある4,7,13,16,21,24-ヘキサオキサ-1,10-ジアザビシクロ[8.8.8]ヘキサコサン(K222)の低装填量、および精製のための環境にやさしい注射可能な移動相を特徴とする。このプロトコルは、市販のモジュールで臨床調査用の1-(2-[18F]フルオロエチル)-L-トリプトファンを製造するように容易に構成することができる。
Introduction
ヒトでは, トリプトファンは、毎日の食事の必須成分であります.トリプトファンは、主にキヌレニン経路を介して代謝されます (KP).KPは、2つの律速酵素、インドールアミン2,3−ジオキシゲナーゼ(IDO)およびトリプトファン2,3−ジオキシゲナーゼ(TDO)によって触媒される。トリプトファンの95%以上がキヌレニンとその下流代謝産物に変換され、最終的に細胞エネルギー伝達に不可欠なニコチンアミドアデニンジヌクレオチドを生成する。KPは免疫系の主要な調節因子であり、神経可塑性と神経毒性作用の重要な調節因子です1,2。異常なトリプトファン代謝は、様々な神経学的に関与しています, 腫瘍学的, 精神医学的, 代謝障害;したがって、放射性標識されたトリプトファン類似体は、臨床研究において広く使用されている。2つの最も一般的な臨床的に調査されたトリプトファン放射性トレーサーは、11C-α-メチル-L-トリプトファン([11C]AMT)および11C-5-ヒドロキシトリプトファン(11C-5-HTP)3である。
1990年代には、セロトニン分泌性神経内分泌腫瘍4を可視化し、転移性ホルモン難治性前立腺腺癌の治療を診断および監視するために、11C-5-HTPが使用されました。その後、内分泌膵臓におけるセロトニン作動系の定量化のためのイメージングツールとして使用されました6。11名C-5-HTPはまた、門脈内膵島移植および2型糖尿病における生存可能な膵島の非侵襲的検出のための有望なトレーサーであった7,8。過去20年間、多くの放射性標識アミノ酸が臨床調査に進んでいます9,10。特に、炭素-11標識トリプトファン類似体[11C]AMTは、脳セロトニン合成のマッピング11,12,13,14およびてんかん病巣、てんかん原性腫瘍、結節性硬化症複合体、グリオーマ、および乳癌の局在化のために広範な注目を集めている15,16,17,18,19,20 ,21,22,23,24,25,26.[11C]AMTはまた、小児の様々な低悪性度および高悪性度の腫瘍において高い取り込みを有する27。さらに、ヒト被験者における[11C]AMTの動態トレーサー解析は、様々な腫瘍を鑑別およびグレード化し、神経膠腫を放射線誘発組織損傷から鑑別するために用いられてきた15。[11C]AMT誘導画像化は、脳障害において有意な臨床的利益を示している3,25。しかし、炭素11の半減期が短く(20分)、面倒な放射線合成手順のため、[11C]AMTの使用は、オンサイトサイクロトロンと放射化学施設を備えた少数のPETセンターに制限されています。
フッ素-18は、炭素-11の20分の半減期と比較して、109.8分の好ましい半減期を有する。トリプトファン代謝のためのフッ素-18標識放射性トレーサーの開発にますます努力が注がれています3,28。合計15のユニークなフッ素-18放射性標識トリプトファン放射性トレーサーが、放射性標識、輸送機構、インビトロおよびインビボの安定性、生体分布、および異種移植片における腫瘍取り込みに関して報告されている。しかし、4-、5-、および6-[18F]フルオロトリプトファンを含むいくつかのトレーサーについて、迅速なin vivo脱フッ素化が観察され、さらなる臨床翻訳を妨げた29。5-[18F]フルオロ-α-メチルトリプトファン(5-[18F]FAMT)および1-(2-[18F]フルオロエチル)-L-トリプトファン(L-[18F]FETrp、別名(S)-2-アミノ-3-(1-(2-[18F]フルオロエチル)-1H-インドール-3-イル)プロパン酸、分子量249.28g/mol)は、動物モデルにおいて良好な生体内動態を有し、これを上回る大きな可能性を秘めた2つの最も有望な放射性トレーサーである[11]C]調節解除されたトリプトファン代謝を伴う臨床状態の評価のためのAMT28.5-[18F]FAMTは、免疫不全マウスのIDO1陽性腫瘍異種移植片において高い取り込みを示し、[11C]AMT28,30よりもKPのイメージングに特異的である。しかしながら、5-[18F]FAMTのインビボ安定性は、トレーサー30の注射後30分を超えてインビボ脱フッ素化データが報告されていないため、依然として潜在的な懸念事項である。
遺伝子操作された髄芽腫マウスモデルにおける前臨床試験では、18F-フルオロデオキシグルコース(18F-FDG)と比較した場合、L-[18F]FETrpは脳腫瘍における高い蓄積を有し、生体内脱フッ素化はごくわずかであり、バックグラウンド取り込みが低く、優れた標的対非標的比を示すことを示した31,32。マウスにおける放射線線量測定研究は、L-[18F]FETrpが臨床18F-FDG PET PETトレーサーよりも約20%低い好ましい線量測定被ばくを有することを示した33。他の研究者の知見と一致して、前臨床試験データは、てんかん、神経腫瘍学、自閉症、結節性硬化症などの脳障害を有するヒトにおける異常なトリプトファン代謝の調査のためのL-[18F]FETrpの臨床翻訳を支持する実質的な証拠を提供する28,31,32,33,34,35,36.トリプトファン代謝のための3つの最も広く調査されたトレーサー間の全体的な比較, 11C-5-HTP, [11C]AMT, と L-[18F]FETrp, 表1に示されています. 両方の 11C-5-HTP と [11C]AMT 短い半減期と面倒な放射性標識手順を持っています。.ここでは、1ポット2ステップアプローチを用いたL-[18F]FETrpの放射合成のプロトコルについて説明します。このプロトコルは、少量の放射性標識前駆体、少量の反応溶媒、毒性K222の低負荷、および精製および容易な製剤化のための環境的に良性で注射可能な移動相の使用を特徴とする。
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Protocol
警告: プロトコルには放射性物質が含まれています。放射性物質の追加投与は、がんなどの健康に悪影響を及ぼす可能性に比例して増加する可能性があります。研究者は、「合理的に達成可能な限り低い」(ALARA)線量の実践に従って、ホットセルまたは鉛フード内の適切な保護で放射線合成プロトコルを導く必要があります。直接接触時間を最小限に抑え、リードシールドを使用し、放射線合成プロセスの放射線被ばくステップで最大距離を維持することが不可欠です。実験全体を通して放射線線量測定バッジとハンドモニタリングリングを着用し、手袋、袖、足などの汚染された可能性のある表面を頻繁に監視します。放射性物質の使用、輸送、廃棄については、原子力規制委員会(NRC)、地方および機関の規制に従わなければなりません。
1. 初期準備
- 半分取高速液体クロマトグラフィー(HPLC)用に50 mM酢酸ナトリウム/酢酸移動相中に10%エタノールを調製する。
- 3mLの氷酢酸を清潔な1000mLメスフラスコに入れる。900mLの超純水(25°Cで1800万オームcmの抵抗率)をメスフラスコに加える。約8 mLの6 M水酸化ナトリウム溶液を加え、較正されたpHメーターとpHストリップを使用してpHを5.5に調整します。溶液を室温まで冷却した後、超純水で体積を1000mLにし、50mM酢酸ナトリウム/酢酸(pH5.5)溶液を調製した。
- 0.2 μm のメンブレンフィルターで溶液を真空ろ過し、溶液を 2 本の 500 mL 溶媒ボトルに移します。
- 約250mLの上記の緩衝液を500mLメスフラスコに入れる。メスシリンダーを使用して50mLの米国薬局方(USP)エタノールを測定し、エタノールをメスフラスコに加える。50 mM酢酸ナトリウム/酢酸で容量を500 mLにし、pHストリップでpH値を測定します。
- システム適合性テスト用の品質管理 (QC) ソリューションを準備します。
- HPLC溶媒ボトルに新鮮な超純水(溶媒A)およびエタノール(溶媒B)を補充する。HPLCポンプをプライムし、30%溶媒Aと70%溶媒B(v/v)からなる1mL/minの流量でHPLCプログラムをロードします。
- QC用の制御ソリューション(ブランクソリューション)を作成します。5 mL の 0.9% 塩化ナトリウムを 20 mL のガラスバイアルに加えます。上記の溶液に0.15mLの23.4%塩化ナトリウムを加える。ステップ1.1.3で調製した6 mLの半分取HPLC移動相(50 mM酢酸ナトリウム/酢酸中の10%エタノール、pH 5.5)をガラスバイアルに加える。
- 1 μg/mL の非放射性標識 L-FETrp および 5 μg/mL のラセミ体 L-FETrp および D-FETrp 混合物 (標準溶液) を調製します。
- 標準 L-FETrp 溶液 (0.1 μg/mL, 0.5 μg/mL, 1.0 μg/mL, 10 μg/mL, 100 μg/mL) を使用して検量線を作成します。
- HPLC シーケンスを設定します。シーケンスに、ブランクサンプル溶液の 1 ラン、標準 L-FETrp (1 μg/mL) の 2 ラン、ラセミ体 L-FETrp および D-FETrp 混合物の 1 ラン (5 μg/mL)、および最終放射性医薬品の 1 ランが含まれていることを確認します。
- 分析 HPLC カラム (250 x 4.6 mm) を使用して放射性サンプルを分析する前に、部分 HPLC シーケンスを実行してシステムの適合性をテストします。
- ブランクサンプルを 1 つ実行し、ブランクサンプルのクロマトグラムに、ボイド体積とクロマトグラムの 10 分の間にピークがまったくないか、または重要でないことを確認します。
- 標準溶液(1 μg/mLのL-FETrpを含む)の2回の反復を実行します。2回の反復におけるL-FETrpの面積が平均値の±5%以内であることを確認します。
- L-FETrp および D-FETrp 混合物のサンプルを 1 つ実行します (L-FETrp および D-EFTrp のそれぞれ 5 μg/mL)。L-FETrp と D-FETrp がクロマトグラムとベースラインで識別できることを確認します。
- 放射性標識ソリューションおよびその他の消耗品を準備します。
- 以下の溶液を5つの1.5mL V字型バイアルにそれぞれ加える。バイアル1:18Fフッ化物溶出のための炭酸カリウム(K2CO3)/K222溶液1mL(水/アセトニトリル溶液中の5mg/mL K222およびK2CO3、1/99、v/v)1mL;バイアル2:[18F]フッ化物乾燥のための無水アセトニトリル0.4mL;バイアル3:[18F]フッ化物の取り込みのための無水アセトニトリル中の放射性標識前駆体(無水アセトニトリルの0.5mL中に1〜2mg);バイアル4:酸分解のためのアセトニトリル(0.25mL)中の塩酸(2M、0.25mL);バイアル 5: 2 M 水酸化ナトリウム (0.25 mL) 反応混合物の中和のため。
- 第四級メチルアンモニウム(QMA)ライトカートリッジを作動させるには、まず10 mLの飽和重曹溶液、次に10 mLの超純水を通過し、次にカートリッジを窒素フローでフラッシュします。軽いC8カートリッジと中性酸化アルミニウムカートリッジを10mLのエタノールに通し、続いて10mLの超純水を通すことによって条件付ける。
- 0.15 mL の 23.4% 塩化ナトリウムおよび 5 mL の 0.9% 塩化ナトリウムを 30 mL の滅菌製剤バイアルに加え、張度を調整し、HPLC 画分を希釈します。
- 反応容器をすすぐためのシリンジに溶液(酢酸ナトリウム/酢酸緩衝液1mL、50mM、pH=5.5、工程1.1.1で調製したエタノール1mL、および水0.5mL[合計2.5mL])を調製する。10mLの滅菌バイアルにロードする。
2. 放射性標識電源を組み立て、L-[18F]FETrpを放射合成する
- 放射性標識用品を組み立てます。
- モジュール電源、二酸化炭素、圧縮空気、アルゴンライン、およびプログラマブルロジックコントローラ(PLC)電源をオンにします。 mod_pscf18 ボタンをクリックすると、放射化学合成システムのプログラムが起動します。入力、出力、および定式化 MVP を初期化し、MVP がそれぞれ 4、1、1 桁目にあることを確認します。
- HPLCループが 注入 位置にあり、QMAライトカートリッジが[18F]フッ化 物トラップ 位置にあることを確認します。
- 半分取HPLC移動相ボトル(ステップ1.1.3で調製した溶液を含む)を取り付ける。移動相をキラル HPLC カラム (250 x 10 mm) および C18 カラム (100 x 10 mm) に流速 2 mL/分で少なくとも 30 分間通過させて HPLC システムを平衡化し、次に転用バルブを切り替えて、HPLC モバイルがキラル HPLC カラムのみを通過するようにし、流速を 3 mL/分に増やします。
- QMAライトカートリッジを[18F]フッ化物トラップ/リリースラインに取り付けます。積み重ねたアルミナ/C8カートリッジを、入力MVP位置6と中間バイアル(HPLCサンプルループに接続された10mLのV字型バイアル)の間に取り付けます。10 mL の空のバイアル (通気バイアル) を出力 MVP 位置 4 に取り付け、別の針を通気口としてバイアルに取り付けます。試薬バイアル 1 ~ 5 をそれぞれ入力 MVP 位置 1 ~ 5 に取り付けます。
- ステップ1.3.4で調製したリンス液を含むバイアルを出力MVP位置6に取り付ける。
- 500mL廃棄物ボトル(キラルカラムとC18カラムの両方を通過するHPLC廃棄物を収集するため)を製剤MVP位置1に設置する。別の 500 mL 廃棄物ボトル (キラルカラムを通過する HPLC 廃棄物を収集するため) を 4 ポート 2 ポジションバルブの廃棄物収集端に取り付けます。
- フラクション収集バイアル(ステップ1.3.3で調製したプレフィルド溶液)を製剤MVP位置2に接続する。出力MVP位置3(ガスライン)および最終製品送達ラインを製剤MVP位置2バイアルに接続して、最終製剤化生成物を回収する。製剤MVP位置3に10mLの空の滅菌バイアルを設置し、これを標的画分収集のためのバックアップバイアルとして使用する。
- C18ショートカラムを4ポート、2ポジション迂回バルブと処方MVPの間に取り付けます。
注:試薬および製剤バイアルの設置中は、バイアルアセンブリ中の予期しない液体移動を避けるために、コントロールパネルのアルゴン供給がオフであり、アルゴン圧力がゼロであることを確認してください。すべての針の接続、バイアルの位置、およびMVPの位置を再確認して、再現可能な放射性合成を行います。
- Radiosynthesis of L-[18F]FETrp
- フッ化物[18F]を受け取り、調査する。
- [18F]フッ化物溶液(合成開始時に15±3ギガベクレル(GBq)を受容した場合、 材料表を参照)、表面の鉛箱を1mで調査し、最大放射線被ばく率を記録した。ワイプテストを行い、輸送箱が汚染されていないことを確認します。[18F]フッ化物の線量と時間を記録します。
- [18F]フッ化物を転送します。
- 放射能を放射化学合成システムに移す。
- アルゴンラインを短い針で、長い針で[18F]フッ化物移送ラインを[18F]フッ化物バイアルに接続します。ホットセルガラスドアとリードドアを閉じます。
警告: 長いクランプを使用して、両方の針を押し下げます。長い針先が[18F]フッ化物バイアルの底に座っていることを確認し、すべての[18F]フッ化物を移すことができるようにします。典型的には、[18F]フッ化物送達のためにV字型のバイアルが要求される。
- トラップ、溶出、共沸乾燥[18F]フッ化物。
- Ar Supplyをクリックしてアルゴン供給ラインをオンにし、アルゴン圧力を上げ、[18F]フッ化物プッシュラインをオンにして、フッ化物水溶液[18F]をQMAライトカートリッジに押し込みます。すべての放射能がQMAライトカートリッジに閉じ込められ、放射能検出器の読み取り値が安定したら、アルゴン圧力を上げ、カートリッジを通してアルゴンをさらに5分間吹き飛ばして余分な水を除去します。
- [18F]フッ化物押し出しラインをオフにし、アルゴン圧力をゼロに下げ、6ポート2ポジションバルブを[18F]フッ化物トラップ位置から溶出位置に切り替えます。反応バイアルを開き、入力MVP位置1アルゴンラインをオンにし、K222/K2CO3溶液をQMAライトカートリッジを介して入力MVP位置1バイアルに押し込み、放射能を反応バイアルに溶出させる。[18F]フッ化物溶出位置を捕集位置に切り替えます。
- [加熱 ] ボタンをクリックして反応器を110°Cに加熱し、反応器に接続する出力MVP位置4アルゴンライン(掃引ライン)をオンにし、溶媒を蒸発させて出力MVP位置4バイアルに入れる。
- 冷却ボタンをクリックして、圧縮二酸化炭素で反応器を室温まで冷却し、掃引ラインをオフにし、入力MVP位置1を位置2に切り替え、バイアル2に無水アセトニトリルを追加します。掃引ラインとヒーターをオンにして、フッ化物を110°Cで共沸乾燥させます。
- 放射性標識前駆体を添加し、[18F]フッ化物を組み込む。
- 反応器を室温まで冷却し、掃引ラインをオフにし、入力MVPを位置2から位置3に切り替え、トシル酸放射性標識前駆体をバイアル3に加える。反応器を閉じ、反応混合物を100°Cで10分間加熱した。
- 反応溶媒およびアシドーズを蒸発させる。
- 冷却して反応器を開き、掃引ラインをオンにし、100°Cで反応溶媒を蒸発させた。
- 反応器を冷却し、掃引ラインをオフにし、入力MVP位置3を位置4に切り替え、塩酸/アセトニトリル混合物(0.5mL、1/1、v/v)を加える。反応物を100°Cで10分間加熱し、放射性標識前駆体中のtert-ブチルオキシカルボニル保護基およびtert-ブチルオキシカルボニル保護基を脱保護した。
- 反応を中和する。
- 反応器を室温まで冷却し、入力MVPを4位から5位に切り替えて2M水酸化ナトリウムを加えて反応混合物を中和する。入力 MVP アルゴン行をオフにします。
- 反応混合物を中間バイアルに移す。
- 出力 MVP の F ボタンをクリックして出力 MVP を通気位置 4 から位置 5 に切り替え、次に入力 MVP の F ボタンをクリックして入力 MVP を位置 5 から位置 6 に切り替えます。出力 MVP アルゴン行をオンにします。積層された中性酸化アルミニウムおよびC8カートリッジを通して、HPLCサンプルループの前に設置された中間バイアルに反応混合物を押し込む。
- 反応器をすすぎ、溶液を移す。
- 出力MVP位置5を位置6に切り替え、出力MVP位置6のバイアル内のリンス溶液を反応バイアルを通して押し込み、カートリッジを中間バイアルに、順次押し込む。合わせた混合物の体積は約3.5mLであることに留意されたい。反応容器を閉じます。
- 合わせた混合物をHPLCループにロードし、混合物を精製する。
- HPLCループを注入位置からロード位置に切り替え、入力MVPアルゴンラインをオンにして、混合物を5mLのHPLCループにロードします。ロードが完了したら、ロードボタンを切り替えてインジェクションし、[HPLC をインジェクト ]をクリックして、3mL/minの流量でHPLCクロマトグラムを開始します。HPLCモニターボタンをクリックして、リアルタイム HPLC クロマトグラムにアクセスします。
- ターゲット画分をC18カラムにそらします。
- 転用 MVP ボタンをクリックして、ターゲットHPLCフラクションを約12分で短いC18カラムにそらします。
- キラルHPLCカラムをフラッシュし、C18カラムで画分を精製します。
- C18カラムで目標放射能が回収された後(HPLC移動相が製剤MVP位置1廃棄物ボトルに流入すると)、4ポート2位置迂回弁を廃棄物回収位置に切り替える。キラルカラムを 4 mL/分で 6 分間フラッシュし、マイナーな D-[18F]FETrp 鏡像異性体およびその他の紫外線 (UV) 不純物を除去します。
- 転用MVPボタンをクリックして、HPLC移動相を3mL/minの流速で製剤 MVP 位置1に戻します。移動相がキラルカラムおよびC18カラムを通過して、C18カラムに保持されたL-[18F]FETrpを精製することを確認します。
- ターゲット画分を収集します。
- 溶離液を約32〜34分で製剤MVP位置2バイアルに集める。
注:典型的には、2分間のHPLC画分を回収し、予め充填された塩化ナトリウム溶液を加えた総容量は8〜15mLである。
- 溶離液を約32〜34分で製剤MVP位置2バイアルに集める。
- 無菌の最終製品バイアルに用量を送達する。
- 製剤MVP位置2バイアル内の溶液を送達ラインおよび滅菌フィルターを通して最終用量バイアルに押し込む(予め取り付けられた滅菌通気フィルター針を介して)。
注: プロトコルステップ 2.2.9 ~ 2.2.13 は、L-[18F]FETrp の HPLC 精製に使用されるステップです。
- 製剤MVP位置2バイアル内の溶液を送達ラインおよび滅菌フィルターを通して最終用量バイアルに押し込む(予め取り付けられた滅菌通気フィルター針を介して)。
- 放射能および線量量をアッセイする。
- 滅菌フィルターを取り出し、最終用量活性および体積をアッセイする。
- システムを超純水で洗い流し、続いてエタノールを4mL/minでそれぞれ少なくとも15分間洗浄します。HPLCポンプとPLCボックスの電源を切ります。プログラムを閉じます。圧縮空気ライン、アルゴンライン、二酸化炭素ラインをシャットダウンします。モジュールの主電源をシャットダウンします。
- QC用量を撤回し、QCサンプルを実行します。
- 約0.1mLの最終用量をQCバイアルの0.2mLインサートに引き出す。ホットサンプルを「部分シーケンス」プログラムとして実行し、ステップ 1.2.6 で説明したシステム適合性テストに従います。
- QCデータを分析し、用量を解放する。
- 化学的および放射化学的純度、鏡像異性過剰値、およびモル活性を計算する。pH値を決定する。
- すべての試験結果が許容範囲に合格した場合は、用量を解放してください。
- フッ化物[18F]を受け取り、調査する。
3. 実行後のシステムのクリーン
- ガイガー・ミューラー(GM)サーベイメーターを使用して放射性標識モジュールをサーベイし、システムがクリーンになる前に放射能が適切に減衰(少なくとも24時間)していることを確認します。
- 無線ラベリングモジュールの電源とPLCボックスの電源を入れます。放射化学合成システムのプログラムを起動する。入力 MVP、出力 MVP、および定式化 MVP を初期化します。カラムセレクターをバイパス位置に切り替えます。
- QMA ライト、アルミナ、および C8 カートリッジを取り外します。
- すべてのバイアルとラインを最初に超純水で洗い流し、次にエタノールで洗い流します。バイアルとラインを高純度アルゴンで乾燥させます。
- キャップ付きの滅菌針を使用して各ライン通気孔をシールします。試薬バイアルおよび反応容器を、それぞれオーブンで燃焼させたバイアルおよび反応容器と交換する。
- HPLCポンプとPLCボックスの電源を切ります。プログラムを閉じます。圧縮空気ライン、アルゴンライン、二酸化炭素ラインをシャットダウンします。モジュールの主電源をシャットダウンします。
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Representative Results
反応式を図1に示す。放射性標識には、以下の2つのステップが含まれる:1)トシル酸放射性標識前駆体と[18F]フッ化物との反応は、18F標識中間体を提供し、2)中間体中のtert-ブチルオキシカルボニルおよびtert-ブチル保護基の脱保護は、最終生成物L-[18F]FETrpを提供する。両反応工程は100°Cで10分間継続する。
市販業者から[18F]フッ化物を受け取る前に、試薬バイアル、製剤バイアル、カートリッジを組み立てる。半分取QCシステムを平衡化する。QCシステムの適合性テストを実行します。L-[18F]FETrpの放射線合成の詳細なワークフローを 図2に概説します。要するに、放射能を調査して放射化学合成系に移し、捕集・放出工程の後に反応容器内で[18F]フッ化物を共沸乾燥させる。第1工程における[18F]フッ化物の取り込みの後、酸を加えて2つの官能基を脱保護し、続いて塩基中和を行う。反応混合物を中間バイアルに移し、反応容器を混合溶液ですすいでください。結合された混合物を精製のためにHPLCループにロードする。キラル HPLC カラムと C18 HPLC カラムの組み合わせを使用して、化学的不純物を除去します。標的画分を塩化ナトリウムで予め充填した製剤バイアルに集めて、用量濃度および張度を調整する。最終生成物を最終用量バイアルに滅菌濾過し、アッセイし、用量が放出される前にQCについて小分けする。
セットアップユーティリティの概略図を 図3に示します。このモジュールは、1)試薬添加のための入力MVP、2)反応器の通気およびすすぎのための出力MVP、3)HPLC画分の収集および用量製剤のための製剤MVP、4)[18F]フッ化物の捕捉および放出MVP、および5)HPLC精製システムからなる。放射能、反応温度、圧力の傾向は、コントロールパネルからリアルタイムで監視できます。典型的なセミ分取HPLCクロマトグラムを 図4に示す。UV不純物を含むターゲット画分を短いC18カラムに転用します(黒いトレースが赤色のUVトレースと重なっています、 図4)。目的成分中の不純物は、C18カラムに留分を通すことによって除去することができる。C18カラムから溶出した精製HPLC画分を製剤バイアルに回収する。用量をアッセイし、QCについて小分けする。
QCについての代表的なHPLCクロマトグラムを図5に示す。ブランクサンプルのクロマトグラムは、ボイド体積とプログラムの10分の間にわずかなピークを示しています。非放射性標識標準参照L-FETrpは、そのD対応物の標準参照から十分に分離された単一の異性体を示す。L-[18F]FETrpの最終用量は、高い化学的純度および放射化学的純度を示す。最高用量濃度での最終生成物を最大8時間にわたって安定性試験したところ、L-[18F]FETrpは化学的純度、放射化学的純度、鏡像異性過剰、およびpH値の点で安定であることを示している(表2)37。L-[18F]FETのワンポット、2段階の放射合成のためのこのプロトコルは、約100分かかります。減衰補正された収率は20±5%で、化学的および放射化学的純度は95%を超えています。[18F]フッ化物の12〜18GBqから始まり、L−[18F]FETのモル活性は88〜118GBq/μmolである。質量濃度は通常0.5μg/mL未満であり、用量濃度は37〜185MBq/mLの範囲である。
図1:L-[18F]FETrpのワンポット、2段階の放射合成のための反応スキーム。 略語: MeCN = アセトニトリル;L-[18F]FETrp = 1-(2-[18F]フルオロエチル)-L-トリプトファン;K222 = 4,7,13,16,21,24-ヘキサオキサ-1,10-ジアザビシクロ[8.8.8]ヘキサコサン。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図2:L-[18F]FETrp 無線合成ワークフローの概要 *USP823、USP797に準拠した完全な品質管理は、L-[18F]FETrpの人間による使用のために維持されます。略語: QC = 品質管理;MeCN = アセトニトリル;L-[18F]FETrp = 1-(2-[18F]フルオロエチル)-L-トリプトファン。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図3:L-[18F]FETrpの生産段取りの模式図(左)と放射線合成プラットフォームの写真(右)。このセットアップには、次の主要なコンポーネントが含まれています: 1. 入力 MVP;2. MVP を出力します。3. MVPの策定;4. [18F]フッ化物トラップ/リリースMVP;5. QMAカートリッジ;中間バイアル;7. アルミナ/C8カートリッジ;リアクター;キラルHPLCカラム;10、C18カラム;キラルカラムへのHPLC廃棄物ボトル;12. 迂回MVP;キラルおよびC18カラムへのHPLC廃棄物ボトル;製剤バイアル;15. バイアルをバックアップします。略語: L-[18F]FETrp = 1-(2-[18F]フルオロエチル)-L-トリプトファン;MVP = モジュラーバイアルポジショナー;QMA = 第四級メチルアンモニウム。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図4:L-[18F]FETrpの精製のための典型的な半分取クロマトグラム。 赤色のトレース、254nmのUVチャネル。黒い痕跡、放射能チャンネル。矢印1、2は、L-[18F]FETrpを含む放射性画分をそれぞれC18列に転用する開始および終了を示す。矢印3、4は、C18カラムから溶出した精製標的画分L-[18F]FETrpの採取の開始及び終了をそれぞれ示す。略語: L-[18F]FETrp = 1-(2-[18F]フルオロエチル)-L-トリプトファン。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図5:L-[18F]FETrpの品質管理のための典型的な分析用HPLCクロマトグラム。 1)ブランク溶液、2)L-FETrpの標準溶液、3)L-FETrpおよびD-FETrp混合物の標準溶液、4)230nmにおけるL-FETrpのUVトレース、4)L-[18F]FETrp製剤の放射能トレース。略語: L-[18F]FETrp = 1-(2-[18F]フルオロエチル)-L-トリプトファン;L-FETrp = 1-(2-フルオロエチル)-L-トリプトファン;D-FETrp = 1-(2-フルオロエチル)-D-トリプトファン。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
| トレーサー | 臨床調査 | 主な適応症 | 長所 | 短所 | |||
| 11名C - 5 - HTP | はい | セロトニン産生神経内分泌腫瘍、精神神経疾患のイメージング | 小さな神経内分泌腫瘍の検出に敏感 | オンサイトサイクロトロン、短い半減期、面倒な手順、マルチ酵素放射性合成、前駆体濃度および溶液pHに敏感、ドーパミン作動性およびノルアドレナリン作動性領域における非特異的取り込みが必要 | |||
| [11C]ティッカー | はい | 強力なキヌレニン経路活性化に基づくてんかん形成組織および脳腫瘍の局在化 | cGMP生産が利用可能で、タンパク質合成には組み込まれていない | オンサイトサイクロトロン、短い半減期、面倒な手順、病理学的条件下での複雑な定量が必要 | |||
| L-[18F]FETrp | いいえ | てんかん病巣、脳腫瘍を含むキヌレニン経路のイメージング、てんかん関連神経炎症異常の検出 | 良好な半減期、衛星送達、cGMP放射性合成、脱フッ素化および好ましい放射線線量測定に向けた高い安定性 | L-アミノ酸トランスポーターとアラニン-セリン-システイントランスポーターの両方によって促進された取り込み、ヒトの調査はまだありません | |||
表 1: 11C-5-HTP, [11C]AMT, および L-[18F]FETrp の比較略語: cGMP = 現在の適正製造基準;α-[11C]メチル-L-トリプトファン;L-[18F]FETrp = 1-(2-[18F]フルオロエチル)-L-トリプトファン;11名C-5-HTP = 11C-5-ヒドロキシトリプトファン.
| アッセイの合成終了後数時間 | HPLCによる放射化学的純度(%) | 化学純度(%) | 鏡像異性過剰(%) | pH値 |
| 0 | 99 | >95 | 98 | 5.5 |
| 1 | 99 | >95 | 99 | 5.5 |
| 2 | 99 | >95 | 99 | 5.5 |
| 4 | 99 | >95 | 98 | 5.5 |
| 6 | 98 | >95 | 98 | 5.5 |
| 8 | 97 | >95 | 97 | 5.5 |
表2:最高用量濃度での典型的なバッチにおけるL-[18F]FETrpの安定性試験。略語: L-[18F]FETrp = 1-(2-[18F]フルオロエチル)-L-トリプトファン。
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Discussion
トリプトファンは、ヒトにとって必須アミノ酸であります.それは気分、認知機能、および行動の調節において重要な役割を果たしています。放射性標識トリプトファン誘導体、特に炭素-11標識[11C]AMTは、セロトニン合成のマッピング38,39、腫瘍の検出とグレーディング40、てんかん手術の指導41,42、糖尿病における治療応答の評価における独自の役割のために、広範囲に研究されてきました43。しかし、短い半減期と手間のかかる放射性標識手順は、[11C]AMTの広範な適用を制限している。最近の2つのレビュー論文は、フッ素-18標識トリプトファンイメージング剤の開発とイメージング特性を要約しています3,28。
11C標識の前身と比較して、L-[18F]FETrpは、良好なインビボイメージング特性、良好な代謝安定性、および脱フッ素に対する耐性を示す33。さらに、L-[18F]FETrpは、18F-FDGと比較して好ましい線量測定プロファイルを示し、臨床翻訳のための有望なトリプトファンイメージング剤として提案されている32,33。ここで説明する方法論は、放射化学合成システムにおけるL-[18F]FETrpの放射合成のためのワンポット、2ステップ戦略を利用しています。L-[18F]FETrpは、高い化学純度、放射化学的純度、および鏡像異性過剰で製造された。最終用量中の非放射性標識L-FETrpの総質量は5μg以下であり、エタノール含有量は10%以下である。L-[18F]FETrpは、トランスジェニック髄芽腫マウス脳腫瘍モデルにおけるトリプトファン代謝のイメージングのためにPETセンターで日常的に産生され、良好なイメージング結果を示している32。L-[18F]FETrpの報告された方法と比較すると、現在のプロトコルには以下に詳述する利点が含まれています。
第1に、他の報告された放射性標識モジュールおよび方法(1.1mLの溶媒中に9mgの前駆体が使用された)と比較して、小さな反応容器およびより少ない前駆体および反応溶媒が放射性標識に使用される35、および0.5mLの溶媒中の1〜2mgの放射性標識前駆体のみが反応に添加されるが、鏡像異性体の収率ははるかに高い。L-[18F]FETrpの2ポット3段階の放射性合成について、鏡像異性過剰値の報告なしに1%未満の収率が報告されている44。
第二に、L-[18F]FETrpまたはラセミ[18F]FETrpの報告された手順と比較して、毒性K222の最低量が使用される。典型的には、4〜5mgのK222が使用され、他のものによって使用される37.5mgと比較して35.K222は、 18F標識PETトレーサーの放射性合成によく使用される相間移動触媒である。K222 の USP で規定されている制限は 50 μg/mL 未満です。残留K222濃度を検出するためのカラースポット試験は、臨床使用のための最終用量を放出する前に、基準を満たすように実施されなければならない45。
第三に、[18F]フッ化物溶出のためにK2CO3/K222溶液に1%の水しか導入されず、フッ化物水溶液[18F]の乾燥プロセスが迅速化される。[18F]フッ化物アニオンは重く水和され、水性媒体中で化学的に不活性になる46。そのため、[18F]フッ化物の混入には、[18F]フッ化物を脱溶媒し、水溶液を共沸乾燥することにより求核性を高めることが必要である。水はまた、放射性標識前駆体の所望の[18F]フッ化物求核置換の代わりに加水分解するために[18F]フッ化物と競合する。
第四に、注射可能な移動相がL-[18F]FETrpの精製に使用される。50 mM 酢酸ナトリウム/酢酸 pH 5.5 の 10% エタノールが放射性トレーサーを精製するための移動相として使用され、臨床使用のための最終用量でエタノール含有量を 10% 未満に容易にもたらします。水中の90%エタノールが鏡像異性体を解消することが報告されているが、78°Cでエタノール含有量を10%未満に蒸発させるにはより多くの時間がかかる34。
トランスジェニック髄芽腫マウスモデルにおけるL-[18F]FETrpの前臨床試験では、1-L-[18F]FETrpは良好な動態で高い脳腫瘍蓄積を有し、生体内脱フッ素化はごくわずかであり、バックグラウンド取り込みは低いことが示された32。1-L-[18F]FETrpはまた、18F-FDG31よりも優れたターゲット対非ターゲット比を示す。さらに、このプロトコルは、臨床調査用のL-[18F]FETrpの製造用に簡単にセットアップできます37。フィルター完全性、放射性核種純度、残留溶媒レベル、K222濃度、細菌エンドトキシンレベル、および無菌性試験を含む追加の包括的なQC試験は、放射性医薬品の最終用量について容易に実施することができる。ヒト被験者におけるL-[18F]FETrpの臨床利用に関する規制当局の承認プロセスは、積極的に進行中である。
この方法にはいくつかの制限があります。2 つの HPLC カラムを使用して、適切な化学純度と鏡像異性過剰の L-[18F]FETrp を取得します。3mL/minでの移動相の流速が精製に使用されます。流量が高いほど背圧が高くなり、流量が低いと精製時間が長くなり、ピークのベースライン分解能が低下します。移動相と互換性があり、鏡像異性体に対する優れた選択性と不純物に対する良好な分解能を示す代替 HPLC カラムは、精製ステップを簡素化する可能性があります。
放射化学合成モジュールは、非商用システムです。ラセミ体[18F]FETrpの完全自動放射性合成は、市販のGE FASTlabシンセサイザーで報告されています。鏡像異性体のキラル分離は、キラル分析HPLCカラムを用いて行われる;最終的なL体およびD異性体は、第2のFASTLabカセット35上に製剤化される。XinとCai34 は、GE FX-Nシステムを用いた光学的に純粋なL-[18F]FETrpの自動放射性合成を報告した。2つの鏡像異性体は半分取キラルHPLCカラムで容易に分離できますが、エタノール含有量の高い移動相(水中の90%エタノール)はヒトの直接注射には適していません34。市販のラジオシンセサイザーと、エナンチオマー過剰率の高いL-[18F]FETrp用の注射可能な移動相を使用することは、臨床調査を容易にするために非常に望ましい。
結論として、フッ素-18標識トリプトファン類似体L-[18F]FETrpは、高い信頼性と再現性を備えたワンポット、2段階のアプローチを使用して放射化学合成システムで合成された。この放射性合成は、少量の放射性標識前駆体および溶媒、注射可能な移動相、およびヒト使用のためのL-[18F]FETrpの臨床生産のための容易な実施を特徴とする。プロトコルは、トリプトファン代謝に関与する神経学的障害および癌のためのこの放射性トレーサーのより広範な利用を促進するであろう。
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Disclosures
著者らは、競合する金銭的利益は存在しないと宣言している。
Acknowledgments
この研究は、Diagnostic & Research PET/MRI CenterとNemours/Alfred I. duPont Hospital for Childrenの生物医学研究および放射線科によって支援された。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| [18F]Fluoride in [18O]H2O | PETNET Solutions Inc. | N/A | |
| 4,7,13,16,21,24-hexaoxa-1,10-diazabicyclo[8.8.8]hexacosane | ACROS | 291950010 | Kryptofix 222 or K222, 98% |
| Acetic acid | ACROS | 222142500 | 99.8% |
| Acetonitrile | Sigma-Aldrich | 271004 | anhydrous, 99.8% |
| Agilent 1260 HPLC system | Agilent Technologies | Agilent 1260 | Agilent 1260 series |
| Analytcial chiral HPLC column | Sigma-Aldrich | 12024AST | Astec CHIROBIOTIC T, 25 cm × 4.6 mm |
| Carbon dioxide, 60 LBS | Airgas | REFR744R200S | 99.99% |
| D-FETrp standard reference | Affinity Research Chemicals Inc | N/A | Custom synthesis |
| Empty sterile vial | Jubilant HollisterStier | 7515 | 20 mm closure, 10 mL |
| Ethanol | Decon Labs | 2716 | 200 proof, USP grade. ≥99.9% |
| Fisherbrand 13 mm Syringe Filter, 0.22 µm, PVDF, sterile | Fisher Scientific | 09-720-3 | |
| Hydrochloric acid | Sigma-Aldrich | 30721 | ≥37% |
| Isopropanol | Decon Labs | 8316 | 70%, sterile |
| L-[18F]FETrp radiolabeling precursor | Affinity Research Chemicals Inc | N/A | Custom synthesis |
| L-FETrp standard reference | Affinity Research Chemicals Inc | N/A | Custom synthesis |
| Light C8 cartridge | Waters | WAT036770 | Sep-Pak C8 plus light cartridge |
| Needle, 20 G x 1 | Becton-Dickinson & Co. | 305175 | |
| Needle, 20 G x 1 ½ | Becton-Dickinson & Co. | 305176 | |
| Needle, 21 G x 2 | Becton-Dickinson & Co. | 305129 | |
| Neutral aluminum oxide | Waters | WAT023561 | Sep-Pak alumina N plus light |
| Nylon membrane (0.20 µm ) | MilliPore | GNWP04700 | 47 mm |
| Pall Acrodisc 25 mm syringe sterile filter | Pall Corporation | 4907 | |
| PETCHEM radiochemistry synthesis system | PETCHEM Solutions Inc. Pinckney, MI | N/A | Radiosynthesizer |
| pH strips 2.0 - 9.0 | EMD Millipore | 1.09584.0001 | |
| Potassium carbonate | Sigma-Aldrich | 367877 | 99.995% |
| Quaternary methylammonium light cartridge | Waters | 186004051 | Sep-Pak QMA light |
| Semi-preparative C18 HPLC column | Phenomenex | 00D-4253-N0 | 100 × 10 mm |
| Semi-preparative chiral HPLC column | Sigma-Aldrich | 12034AST | Astec CHIROBIOTIC T, 25 cm × 10 mm |
| Sodium chloride injection 23.4% | APP Pharmaceutical, LLC | 18730 | USP grade |
| Sodium chloridei injection 0.9% | Hospira | NDC 0409-4888-10 | USP grade |
| Sodium hydroxide | Honeywell | 306576 | 99.99% |
| Spinal needle, 20 G x 3 ½ | Becton-Dickinson & Co. | 405182 | |
| Sterile alcohol prep pads | BioMed Resource Inc. | PC661 | |
| Sterile empty vials, 2 mL | Hollister Stier | 7505ZA | 13 mm closure |
| Sterile empty vials, 30 mL | Jubilant HollisterStier | 7520ZA | 20 mm closure |
| Syringe PP/PE, 3 mL, Luer Lock | Air-Tite | 4020-X00V0 | |
| Syringe PP/PE, 5 mL, Luer Lock | Becton-Dickinson & Co. | 309646 | |
| Syringe, PP/PE, 10 mL, NORM-JECT | Air-Tite | 4100-000V0 | |
| Syringe, 1 mL, Luer Slip | Becton-Dickinson & Co. | 309659 | |
| Syringe, 3 mL, Luer-Lock | Becton-Dickinson & Co. | 309657 | |
| Ultra high purity argon | Airgas | AR UHP300 | 99.999% |
| Ultrapure water | MilliporeSigma | ZRQSVP300 | Direct-Q 3 tap to pure and ultrapure water purification system |
References
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