방법 논문

18세 양전자 방출 단층 촬영을 위한 실리콘 불소 수용기(SiFA)로 기능화된 방사성 추적기의 F 라벨링

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DOI:

10.3791/60623

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2020년 1월 11일

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1Department of Oncology, University of Alberta, 2Department of Nuclear Medicine, University Hospital of Munich, 3ENETS Centre of Excellence, Interdisciplinary Center of Neuroendocrine Tumors of the GastroEnteroPancreatic System, LMU Munich, 4Biomedical Chemistry, Department of Clinical Radiology and Nuclear Medicine, Medical Faculty Mannheim of Heidelberg University, 5Molecular Imaging and Radiochemistry, Department of Clinical Radiology and Nuclear Medicine, Medical Faculty Mannheim of Heidelberg University

* These authors contributed equally

이 논문에서

요약

양전자 방출 단층 촬영을 위한 불소-18(18F) 표지된 방사성 약제의 종합은 전형적으로 경험의 달을 요구합니다. 방사성 추적자에 통합될 때 실리콘 불소 수용기(SiFA) 모티프는 비용이 많이 드는 장비 및 준비 교육과는 무관한 간단한 18F라벨 링 프로토콜을 가능하게 하며, 필요한 전구체 양을 줄이고 더 온화한 반응 조건을 활용합니다.

초록

실리콘 불소 수용자(SiFA)로 알려진 파라 치환디-부틸플루오로실벤젠 구조 모티프는 방사능[18F]불소를 양전자 방출 단층 촬영에 사용하기 위한 트레이서에 통합하기 위한 방사성 화학자의 툴킷에 유용한 태그이다. 기존의 방사성 라벨링 전략에 비해, SiFA로부터 불소-19의 동위원소 교환[18F]불소는 실온에서 수행되고 최소한의 반응 참가자가 필요하다. 따라서 부산물의 형성은 무시할 수 있으며 정제는 크게 단순화됩니다. 그러나 라벨링에 사용되는 전구체 분자와 최종 방사성 표지 된 제품은 동위원소분리이지만 화학적으로 동일하므로 정화 절차 중에 분리할 수 없습니다. SiFA 태그는 또한[18F]불소의 처리 및 건조로부터 발생하는 기본 조건하에서 열화되기 쉽다. 상기 '4방울 방법'은 고체상 추출에서 용출된 처음 4방울[18F]불소만 사용되며, 반응에서 염기의 양을 감소시키고, 전구체의 낮은 어금니 양을 용이하게 하고, 분해를 감소시킨다.

서론

불소-18(109분 반감기, 97% 양전자 방출)은 양전자 방출 단층 촬영(PET)에 가장 중요한 방사성 핵종 중 하나이며, 다양한 질병에 대한 방사성 표지 추적자의 생체 분포를 시각화하고 정량화하는 비침습적 이미징 방법1. 펩티드 및 단백질은 다단계 합성에 의해 형성된 빌딩 블록을 필요로 하기 때문에[18F]불소로 라벨을 붙이기가 특히 어렵다2. 18F-방사성 라벨링의 복잡성을 줄이기 위해 실리콘 불소 수용기 (SiFA)는 최근 신뢰할 수있는 도구3으로도입되었습니다. SiFA 그룹은 두 개의 삼차 부틸 기, 유도페닐 모에티, 비방사성 불소 원자에 연결된 중앙 실리콘 원자로 구성됩니다. 삼차 부틸 그룹은 실리콘 불소 결합에 가수 분해 안정성을 부여하며, 이는 이미징 제제로서 SiFA 접합체의 생체 내 응용 분야에 중요한 특징입니다.

소분자 또는 생체분자에 부착될 때, SiFA 빌딩 블록은 방사성 측산물의 상당한 양을 형성하지 않고 나노몰 농도에서 불소-18에 대해 불소-19를 교환함으로써 방사성[18F]불소 음이온을 결합한다4. 또한, 높은 방사성 화학 수율은 낮은 온도에서 이극 성 용매에 SiFA moiety를 표시하여 신속하게 달성된다. 이것은 낮은 특정 활동의 방사성 추적자를 생성하는 고전적인 동위 원소 교환 반응과 극명한 대조에5. 이러한 경우, 다량의 전구체(밀리그램 범위)를 사용하여[18F]불소의 합리적인 통합을 얻어야 한다. SiFA를 이용한 동위원소 교환 반응은 운동학 연구 및 밀도 기능 이론계산에의해 확인된 바와 같이 훨씬 더 효율적입니다6,7. 표지된 SiFA는 표지된 SiFA 화합물과 라벨이 부착되지 않은 화합물이 화학적으로 동일하기 때문에 고체 상 추출에 의해 쉽게 정제됩니다. 이는 전구체 분자와 표지된 제품이 두 가지 화학 종이며 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC)에 의해 방사성 라벨링 후 분리되어야 하는 기존의 방사성 표지 추적기와 다릅니다. SiFA 빌딩 블록을 사용하여, 소분자, 단백질 및 펩티드는[18F]로 성공적으로 복잡한 정제 절차가 없는 1단계 및 2단계 라벨링 프로토콜에 의해 불소로 표지될 수 있다(그림 1)4,8,9. 더욱이, 일부 SiFA 표지 화합물은 혈류 및종양(10)에대한 생체내 이미징 제제에서 신뢰할 수 있다. SiFA 화학의 단순성은 훈련받지 않은 조사자조차도 방사선 추적기 합성 및 개발을 위해[18F] 불소를 사용할 수 있게 합니다.

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프로토콜

주의 : 18F는 방사성 동위원소이므로 적절한 차폐 뒤에있는 모든 절차를 수행 해야한다는 것을 명심해야합니다. 납 차폐는 이러한 유형의 방사선에 적합합니다. 이 절차 전체에 걸쳐 방사선 검출 배지를 착용해야 합니다. 또한, 합성 후 아무것도 만지기 전에 장갑을 즉시 폐기, 그들은 방사성 활동으로 오염 될 수 있습니다. 손발 모니터와 팬케이크 가이거 카운터를 사용하여 소매, 손 및 발의 오염 여부를 확인합니다.

1. 18F-음이온의 아제오트로픽 건조

참고: 그림 2A는 ~10분 정도 걸리는 이 프로시저의 워크플로 그래프를 보여 주며, 이 그래프는 다음과 같은 것입니다.

  1. 카리지를 통해 0.5 MK2CO3(10 mL)를 통과하고 탈이온수(10 mL)를 통과시킴으로써 사각 메틸 암모늄(QMA) 음이온 교환 카트리지(표)를 전제 조건으로 한다.
  2. [18F]F-/[18O]H2O(100−500 MBq)의 수성 용액을 남성 어댑터를 사용하여 역으로 조건부QMA 카트리지를 통과한다. 【18O 】H2O를 버리십시오.
    참고: 이러한 단계는 자동 합성 모듈을 사용하거나 주사기에 추가 차폐를 사용하여 수행할 수 있습니다.
  3. QMA 카트리지로부터 의 고정된[18F]의 처음 4방울을 [2.2.2]의 준비된 용액으로 [2.2]cryptand(재료의 표)(10 mg), 0.2 MK2CO3 (50 μL, 10 μmol), 및 아세토니트릴(1 mL)을 두꺼운 벽v-바이알, 밀봉의 용액으로 용해시켰다.
    참고: 처음 네 방울만이 방사성[18F]불소의 대다수로서 사용되며, 이들 방울에서 QMA를 용출한다. 이는 SiFA 의 분해를 피하기 위해 필요한[18F]불소 스톡 솔루션에서 전진되는 염기의 양을 감소시킨다.
  4. 바이알을 밀봉하고 뜨거운 접시에 위치한 90 °C 미네랄 오일 욕조에 놓습니다. 통풍구 바늘과 아르곤 가스 스트림에 연결된 바늘을 바이알 캡의 중격에 삽입합니다. 아르곤의 부드러운 흐름 아래에서 용매를 증발시키기 위해 5 분 기다립니다. 아세토니트릴 1mL를 추가하여 남은 물의 흔적을 제거하여 아제오트로픽 공동 증발을 용이하게 합니다. 건조함을 보장하기 위해 이 단계를 2x반복합니다.
  5. 용매가 눈에 띄게 제거되면 아르곤 흐름을 중지하고 바이알 캡에서 주사기를 제거하고 오일 욕조에서 바이알을 제거합니다.
  6. 건조[18F]불소를선택의 반응 용매에서 재중단시킨다.
    참고 :이 경우, 아세토니트릴 (1 mL)은 높은 반응성[18F-] F- (100−500 MBq)의 주식 솔루션을 만들기 위해 추가됩니다. 이제 이 솔루션을 레이블 지정에 사용할 수 있습니다.

2. 한 단계 SiFA-리간드 라벨링

참고: 그림 2B는 ~15분 정도 걸리는 이 프로시저의 워크플로 그래프를 보여 주며, 이 그래프는 다음과 같은 것입니다.

  1. C-18 카트리지(재료표)를에탄올(10mL)과 증류수(10mL)로 헹구어 서 두지.
  2. [18F-]불소스톡 용액을 SiFA 표지 된 전구체(100 μL, 20-100 nmol)를 함유하는 반응 바이알에 첨가한다. 용액을 교반하지 않고 실온에서 5분 동안 라벨링 반응을 진행합니다.
    참고: 반응에 필요한 활동의 양에 따라 전체 스톡 솔루션을 추가하거나 aliquot를 추가할 수 있습니다.
  3. 반응 혼합물을 0.1 m 포스페이트 버퍼(9 mL)를 함유하는 20 mL 주사기에 넣고 미리 조건이 있는 C-18 카트리지를 통과하여 표지된 트레이서를 트래핑한다.
  4. 증류수(5mL)로 카트리지를 세척한 다음 C-18 카트리지에서 에탄올(300 μL)으로 갇힌 추적자를 용출하고 주입용 멸균 인산 완충액으로 희석합니다(3 mL).
  5. 멸균 필터를 통해 정제된[18F]SiFA 추적기를 전달합니다.
    참고 : 작은 동물 이미징을위한 명확한 PET 상상을 얻으려면 분할 된 환자 용량은 5−8 MBq 사이여야합니다. 인간의 사용을 위해, 분할 된 환자 용량은 200-300 MBq 사이여야합니다.
  6. 정제된[18F]SiFA-트레이서의 작은 aliquot(~4 MBq)를 역상 C-18 컬럼이 장착된 HPLC 시스템에 주입하여 방사성 화학적 순도가 95% 이상임을 확인한다.

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결과

단순 SiFA 동위 원소 교환은[18F]불소 (60−90 %)의 높은 방사성 화학 적 혼입정도를 달성 할 수 있습니다. 합성 복잡성의 최소 금액(그림 1). 대부분의 분자는 정제를 위한 HPLC를 포함하지 않고 한 단계로[18F]불소로 방사성 표지될 수있다(도 2). 무선-HPLC는 품질 관리 목적으로 사용될 수 있으며, 여기서 최종 제품의 자외선(UV) 흡광도 피크는 총 피크 면적의 95% 이상인 무선 피크와 일치해야한다(도 3). Radio-HPLC 크로마토그램이 UV 활성 또는 방사성 불순물의 상당한 형성을 드러내는 경우, 전구체는 경미한 기본 방사성 라벨링 조건 하에서 안정되지 않을 수 있습니다. 유기 용매에 용해된 옥살산의 희석용액은 기본성을 낮추기 위한 노력의 일환으로 SiFA-전구체를 첨가하기 전에[18

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토론

SiFA 라벨링 화학은 실온에서 수행될 수 있는 매우 효율적인 동위원소 교환 반응을 채택한 최초의 18가지F 라벨링 방법 중 하나를 나타낸다. 전형적인 방사성 화학 반응은 제거 또는 치환 경로를 통해 불소 반응성 기능을 가진[18F]의 반응을 통해 탄소 불소 결합의 형성에 의존한다. 이러한 반응 조건은 종종 가혹한, 극단적인 pH 또는 높은 온도에서 수행, 그리고 HPLC와 같은 힘들고 시간이 많이 걸리는 기술을 사용 하 여 제거 해야 하는 부산물 또는 반응 참가자와 함께 누워. SiFA 라벨링 기술을 사용하면 라벨링 전구체와 18개의F-라벨화합물이 화학적으로 동일합니다. 더욱이, 반응이 아주 온화한 조건하에서 진행되기 때문에 아무 부작용도 일반적으로 관찰되지 않습니다. 이러한 기능을 통해 더 복잡한 분자(즉, 단백질, 자유 라디칼 발생기, 금속 킬레이트, 형광원, 생물 발광 전구체)에 라벨을 붙일 수 있으며, 이는 일반적으로 반응성 조건 이나 높은 온도하에서 분해되거나...

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공개 사항

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
[18F]F-/H2[18O]O(사이클로트론 생산)--
[2.2.2]CryptandAldrich291110Kryptofix 2.2.2
Acetonitrile 무수Aldrich
271004-Deionized waterBaxterJF7623-Ethanol
, 무수상업용 알코올-
탄산 칼륨Aldrich209619-QMA
카트리지Waters186004540QMA SepPak Light (46 mg) 카트리지
Equipment< / strong>
C-18 카트리지WatersWAT023501C-18 SepPak Light 카트리지
C18 컬럼Phenomenex00G-4041-N0HPLC 루나 C18 250 x 10 mm, 5 &마이크로; m
HPLCAgilentTechnologies-HPLC 1200 시리즈
마이크로 PET 스캐너Siemens-micro-PETR4 스캐너
라디오-TLC 플레이트 리더Mini Gita
멸균 필터 0.22µ m밀리포어SLGP033RS-
Raytest-Radio-TLC

참고문헌

  1. Wahl, R. L., Buchanan, J. W. Principles and practice of positron emission tomography. , Lippincott Williams & Wilkins. Philadelphia, PA. (2002).
  2. 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).
  3. Schirrmacher, R., et al. 18F-labeling of peptides by means of an organosilicon-based fluoride acceptor. Angewandte Chemie International Edition. 45, 6047-6050 (2006).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. Iovkova, L., et al. para-Functionalized aryl-di-tert-butylfluorosilanes as potential labeling synthons for 18F radiopharmaceuticals. Chemistry. 15, 2140-2147 (2009).
  10. 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).
  11. 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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태그

184QMAC18PET

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