Methodenartikel

18 F-labeling van Radiotracers Functionaliseerde met een Siliciumfluoride acceptor (SiFA) voor positron emissie tomografie

7K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/60623

⸱

11 januari 2020

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
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

In dit artikel

Samenvatting

De synthese van fluor-18 (18F) gelabelde radiofarmaceutica voor positron emissie tomografie vereist meestal maanden ervaring. Wanneer de siliconen-fluoride acceptor (SiFA) in een radio Tracer wordt verwerkt, is een eenvoudig 18F-labeling protocol mogelijk dat onafhankelijk is van kostbare apparatuur en voorbereidende training, terwijl de precursor hoeveelheid die nodig is en mildere reactie condities worden verminderd.

Samenvatting

Het para-gesubstitueerde di-tert-butylfluorosilylbenzeen-constructie motief, dat bekend staat als de silicium-fluoride acceptor (Sifa), is een nuttig label in de Toolkit van radio chemicus voor het opnemen van radioactieve [18F] fluoride in tracers voor gebruik in positron emissie tomografie. In vergelijking met conventionele radiolabeling strategieën, wordt isotopen uitwisseling van fluorine-19 uit Sifa met [18F] fluoride uitgevoerd bij kamertemperatuur en vereist minimale reactie deelnemers. De vorming van bijproducten is dus verwaarloosbaar en de zuivering is sterk vereenvoudigd. Echter, terwijl de precursor molecuul gebruikt voor het labelen en de uiteindelijke van product zijn isotopisch discrete, ze zijn chemisch identiek en zijn dus onlosmakelijk verbonden tijdens zuiverings procedures. De SiFA-tag is ook vatbaar voor degradatie onder de basisomstandigheden die voortvloeien uit de verwerking en droging van [18F] fluoride. De ' 4 druppel methode ', waarbij alleen de eerste 4 druppels van de Elten [18F] fluoride worden gebruikt van de Solid-phase extractie, vermindert de hoeveelheid basis in de reactie, vergemakkelijkt lagere molaire hoeveelheden precursor en vermindert afbraak.

Inleiding

Fluorine-18 (109-minuut halfwaardetijd, 97% positron emissie) behoort tot de belangrijkste radionucliden voor positron emissie tomografie (PET), een niet-invasieve beeldvormings methode die de bio-verdeling van radioolabeled tracers voorverschillende ziektenvisualiseert en kwantificeert. Peptiden en eiwitten zijn met name moeilijk te labelen met [18F] fluoride omdat ze bouwstenen nodig hebben die gevormd worden door multi-step syntheses2. Om de complexiteit van 18F-radiolabeling te verminderen, werd de silicium-fluoride acceptor (Sifa) onlangs geïntroduceerd als betrouwbare tools3. De Sifa groep bestaat uit een centraal siliciumatoom dat verbonden is met twee tertiaire butylgroepen, een guarderivaten fenyl-deel, en een niet-radioactief fluor atoom. De tertiaire butylgroepen maken een Hydrolytische stabiliteit van de silicium-fluoride binding mogelijk, wat een essentieel kenmerk is voor in vivo toepassingen van SiFA-conjugaten als beeldvormings middelen.

Wanneer gehecht aan een kleine molecule of biomolecule binden de SiFA-bouwstenen radioactieve [18F] fluoride anionen door het uitwisselen van fluor-19 voor fluor-18 bij nano concentraties zonder aanzienlijke hoeveelheden radioactieve nevenproducten te vormen4. Bovendien wordt een hoge radiochemische opbrengst snel bereikt door de SiFA-groep in dipolaire aprotische oplosmiddelen bij lage temperaturen te labelen. Dit staat in schril contrast met klassieke isotopen wissel reacties, die radiotracers van lage specifieke activiteit5produceren. In deze gevallen moeten grote hoeveelheden precursoren (in het bereik van milligram) worden gebruikt om een redelijke opname van [18F] fluoride te verkrijgen. Isotopen uitwisseling reacties met behulp van sifas zijn veel efficiënter, zoals bevestigd door kinetische studies en dichtheid functionele theorie berekeningen6,7. Gelabelde SiFAs zijn gemakkelijk gezuiverd door Solid-phase extractie omdat zowel de gelabelde als de niet gelabelde SiFA-verbindingen chemisch identiek zijn. Dit verschilt van traditionele van tracers, waarbij het precursor molecuul en het gelabelde product twee verschillende chemische soorten zijn en moeten worden gescheiden na radiolabeling door High-Performance vloeistofchromatografie (HPLC). Het gebruik van Sifa-bouwstenen, kleine moleculen, eiwitten en peptiden kan met succes worden gelabeld met [18F] fluoride met een-en twee-stappen etiketterings protocollen zonder ingewikkelde zuiverings procedures (Figuur 1)4,8,9. Bovendien zijn sommige SiFA-gelabelde verbindingen betrouwbaar in vivo beeldvormings middelen voor bloedtoevoer en tumoren10. Door de eenvoud van SiFA Chemistry kunnen zelfs ongetrainde onderzoekers [18F] fluoride gebruiken voor de synthese en ontwikkeling van radio tractoren.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

Let op: men moet in gedachten houden dat 18F een radioactieve isotoop is, en daarom is het noodzakelijk om alle procedures achter adequate afscherming uit te voeren. Lood afscherming is geschikt voor dit type straling. Zorg ervoor dat u straling detectie badges dragen gedurende het geheel van deze procedure. Bovendien, onmiddellijk te ontdoen van handschoenen voor het aanraken van iets na de synthese, als ze kunnen worden verontreinigd met radioactieve activiteit. Gebruik hand-Foot monitoren evenals pannenkoek Geiger tellers om te controleren op besmetting van de mouwen, handen, en voeten.

1. Azeotropisch drogen van 18F-anion

Opmerking: afbeelding 2a toont een werkstroom grafiek van deze procedure, die ~ 10 minuten duurt.

  1. Voorwaarde een anion-wissel cartridge met een Kwartair methyl ammonium (QMA) (tabel met materialen) door door de patroon 0,5 M K2co3 (10 ml) door te geven, gevolgd door gedeïoniseerd water (10 ml).
  2. Geef een waterige oplossing van [18f] f-/[18o] H2O (100 − 500 MBq) door de vooraf geconditioneerde QMA-cartridge in omgekeerde richting, met behulp van een male naar Male adapter. Gooi de [18o] H2o weg.
    Opmerking: deze stappen kunnen worden uitgevoerd met behulp van een geautomatiseerde synthese module, of met behulp van extra afscherming op de spuit.
  3. Elute de eerste vier druppels van de vaste [18F] fluoride anionen uit de QMA-patroon in een bereide oplossing van [2.2.2] crypten (tabel met materialen) (10 mg), 0,2 M K2co3 (50 μL, 10 μmol) en acetonitril (1 ml) in een dikke-ommuurde v-injectieflacon en sluit de injectieflacon af.
    Opmerking: alleen de eerste vier druppels worden gebruikt omdat het merendeel van de radioactieve [18F] fluoride in deze druppels uit de QMA wordt afgemaakt. Dit vermindert de hoeveelheid basis die wordt getransporteerd in de [18F] fluoride-voorraadoplossing, die nodig is om afbraak van de Sifa-groep te voorkomen.
  4. Sluit de injectieflacon af en plaats deze in een mineraaloliebad van 90 °C dat op een hete plaat is geplaatst. Plaats een ontluchtings naald en een naald die is aangesloten op een stroom Argon-gas in het septum van de dop van de injectieflacon. Wacht 5 minuten om de oplosmiddelen onder de zachte stroom argon te verdampen. Verwijder alle overgebleven sporen van water door 1 ml acetonitril toe te voegen om azeotrope co-verdamping te vergemakkelijken. Herhaal deze stap 2x om droogheid te garanderen.
  5. Zodra het oplosmiddel zichtbaar is verwijderd, stopt u de argon-stroom en verwijdert u de spuiten uit de dop van de injectieflacon en verwijdert u de injectieflacon uit het oliebad.
  6. Resuspendeer de gedroogde [18F] fluoride in het reactie oplosmiddel naar keuze.
    Opmerking: in dit geval wordt acetonitril (1 mL) toegevoegd om een stamoplossing te creëren van zeer reactieve [18F-] f- (100 − 500 MBq). Deze oplossing kan nu worden gebruikt voor het labelen.

2. een-stap SiFA-ligand labeling

Opmerking: afbeelding 2B toont een werkstroom grafiek van deze procedure, die duurt ~ 15 min.

  1. Voorwaarde een C-18 patroon (tabel van de materialen) door het spoelen met ethanol (10 ml) en gedestilleerd water (10 ml).
  2. Voeg de [18F-] fluoride-voorraadoplossing toe aan een reactieflacon met een voorloper van het Sifa-label (100 μL, 20 − 100 nmol). Laat de etiketterings reactie gedurende 5 minuten bij kamertemperatuur gaan zonder de oplossing te roeren.
    Opmerking: de volledige voorraadoplossing kan worden toegevoegd of een aliquot, afhankelijk van hoeveel activiteit voor de reactie gewenst is.
  3. Trek het reactiemengsel op in een spuit van 20 mL met 0,1 M fosfaatbuffer (9 mL) en geef de oplossing door de voorgeconditioneerde C-18-cartridge om de gelabelde Tracer te vangen.
  4. Was de cartridge met gedestilleerd water (5 mL), en sluit de gevangen Tracer af van de C-18-cartridge met ethanol (300 μL) en Verdun met een steriele fosfaatbuffer voor injectie (3 mL).
  5. De gezuiverde [18F] Sifa-Tracer door een steriel filter passeren.
    Opmerking: voor het verkrijgen van een duidelijk huisdier voorstellen voor kleine dierlijke beeldvorming, de gepartitioneerde patiënt dosis moet tussen 5 − 8 MBq. Voor menselijk gebruik dient de dosis van de gepartitioneerde patiënt tussen 200 − 300 MBq te liggen.
  6. Injecteer een klein aliquot (~ 4 MBq) van de gezuiverde [18F] Sifa-Tracer op een HPLC-systeem dat is uitgerust met een omgekeerde fase C-18-kolom om te bevestigen dat de radiochemische zuiverheid groter is dan 95%.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

De simplistische Sifa-isotopen uitwisseling kan een hoge mate van radiochemische opname van [18F] fluoride (60 − 90%) met een minimale hoeveelheid synthetische complexiteit (Figuur 1). De meeste moleculen kunnen in één stap worden van met [18F] fluoride zonder dat HPLC voor zuivering wordt betrokken (Figuur 2). Radio-HPLC kan worden gebruikt voor kwaliteitscontroledoeleinden, waarbij de ultraviolette (UV) extinctie-piek van het eindproduct ...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

Sifa labeling chemie vertegenwoordigt een van de eerste 18F-labeling methoden met een buitengewoon efficiënte isotopen wissel reactie die bij kamertemperatuur kan worden uitgevoerd. Een typische radiochemische reactie berust op de vorming van een koolstof fluor binding via een reactie van [18F] fluoride met een fluoride-reactieve functionaliteit door middel van een eliminatie-of substitutie traject. Deze reactieomstandigheden zijn vaak hard, uitgevoerd bij extreme pH of hoge temperatuur, en worden b...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

De auteurs hebben geen erkenningen.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
[18F]F-/H2[18O]O(Cyclotron geproduceerd)--
[2.2.2]CryptandAldrich291110Kryptofix 2.2.2
Acetonitrile anhydrousAldrich271004-
Deionized waterBaxterJF7623-
Ethanol, anhydrousCommercial Alcohols-
Potassium carbonateAldrich209619-
QMA cartridgeWaters186004540QMA SepPak Light (46 mg) cartridge
Equipment
C-18 cartridgeWatersWAT023501C-18 SepPak Light cartridge
C18 columnPhenomenex00G-4041-N0HPLC Luna C18 250 x 10 mm, 5 µm
HPLCAgilent Technologies-HPLC 1200 series
micro-PET ScannerSiemens-micro-PET R4 Scanner
Radio-TLC plate readerRaytest-Radio-TLC Mini Gita
Sterile filter 0.22µmMilliporeSLGP033RS-

Referenties

  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).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Fluor 18 labelingisotopische uitwisselingsreactie4 druppelmethodeQMA cartridgeC18 cartridgelabeling bij kamertemperatuurzuivering van radiotracersPET imaging

Gerelateerde artikelen