Methodenartikel

Radiosynthese van 1-(2-[18F]Fluoroethyl)-L-tryptofaan met behulp van een eenpot, tweestapsprotocol

DOI:

10.3791/63025

⸱

21 september 2021

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Diagnostic & Research PET/MRI Center, Nemours/Alfred I. duPont Hospital for Children, 2Department of Radiology, Nemours/Alfred I. duPont Hospital for Children, 3Department of Neurology, Nemours/Alfred I. duPont Hospital for Children, 4Department of Biomedical Research, Nemours/Alfred I. duPont Hospital for Children

In dit artikel

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Hier beschrijven we de radiosynthese van 1-(2-[18F]Fluoroethyl)-L-tryptofaan, een positronemissietomografiebeeldvormingsmiddel voor het bestuderen van tryptofaanmetabolisme, met behulp van een eenpotstrategie in twee stappen in een radiochemisch synthesesysteem met goede radiochemische opbrengsten, hoge enantiomeerovermaat en hoge betrouwbaarheid.

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De kynurenine route (KP) is een primaire route voor tryptofaan metabolisme. Er zijn sterke aanwijzingen dat metabolieten van de KP een vitale rol spelen bij tumorproliferatie, epilepsie, neurodegeneratieve ziekten en psychiatrische ziekten vanwege hun immuunmodulerende, neuromodulerende en neurotoxische effecten. Het meest gebruikte positronemissietomografiemiddel (PET) voor het in kaart brengen van tryptofaanmetabolisme, α-[11C]methyl-L-tryptofaan ([11C]AMT), heeft een korte halfwaardetijd van 20 minuten met moeizame radiosyntheseprocedures. Een cyclotron op locatie is nodig om [11C]AMT radiosynthetiseren. Slechts een beperkt aantal centra produceert [11C]AMT voor preklinische studies en klinische onderzoeken. Daarom is de ontwikkeling van een alternatief beeldvormingsmiddel met een langere halfwaardetijd, gunstige in vivo kinetiek en gemakkelijk te automatiseren dringend nodig. Het nut en de waarde van 1-(2-[18F]fluoroethyl)-L-tryptofaan, een fluor-18-gelabeld tryptofaan analoog, is gemeld in preklinische toepassingen in cellijn-afgeleide xenografts, patiënt-afgeleide xenografts en transgene tumormodellen.

Dit artikel presenteert een protocol voor de radiosynthese van 1-(2-[18F]fluoroethyl)-L-tryptofaan met behulp van een eenpotstrategie in twee stappen. Met behulp van dit protocol kan de radiotracer worden geproduceerd in een radiochemische opbrengst van 20 ± 5% (verval gecorrigeerd aan het einde van de synthese, n > 20), met zowel radiochemische zuiverheid als enantiomeer van meer dan 95%. Het protocol bevat een kleine hoeveelheid precursor met niet meer dan 0,5 ml reactieoplosmiddel in elke stap, een lage belasting van potentieel toxisch 4,7,13,16,21,24-hexaoxa-1,10-diazabicyclo[8.8.8]hexacosaan (K222) en een milieuvriendelijke en injecteerbare mobiele fase voor zuivering. Het protocol kan eenvoudig worden geconfigureerd om 1-(2-[18F]fluoroethyl)-L-tryptofaan te produceren voor klinisch onderzoek in een commercieel verkrijgbare module.

Inleiding

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bij mensen is tryptofaan een essentieel onderdeel van de dagelijkse voeding. Tryptofaan wordt voornamelijk gemetaboliseerd via de kynurenine route (KP). De KP wordt gekatalyseerd door twee snelheidsbeperkende enzymen, indoolamine 2, 3-dioxygenase (IDO) en tryptofaan 2, 3-dioxygenase (TDO). Meer dan 95% van tryptofaan wordt omgezet in kynurenine en zijn stroomafwaartse metabolieten, waardoor uiteindelijk nicotinamide adenine dinucleotide wordt gegenereerd, wat essentieel is voor cellulaire energietransductie. De KP is een belangrijke regulator van het immuunsysteem en een belangrijke regulator van neuroplasticiteit en neurotoxische effecten1,2. Abnormaal tryptofaanmetabolisme is betrokken bij verschillende neurologische, oncologische, psychiatrische en metabole stoornissen; daarom zijn radioactief gelabelde tryptofaan analogen uitgebreid gebruikt in klinisch onderzoek. De twee meest voorkomende klinisch onderzochte tryptofaan radiotracers zijn 11C-α-methyl-L-tryptofaan ([11C]AMT) en 11C-5-hydroxytryptophan (11C-5-HTP)3.

In de jaren 1990, 11C-5-HTP werd gebruikt om serotonine-afscheidende neuro-endocriene tumoren4 te visualiseren en om de behandeling van gemetastaseerd hormoon-refractair prostaat adenocarcinoom5 te diagnosticeren en te controleren. Later werd het gebruikt als een beeldvormingsinstrument voor de kwantificering van het serotonerge systeem in de endocriene pancreas6. 11 C-5-HTP is ook een veelbelovende tracer voor niet-invasieve detectie van levensvatbare eilandjes in intraportal eilandjestransplantatie en type 2 diabetes7,8. In de afgelopen twee decennia zijn veel radioactief gelabelde aminozuren gevorderd tot klinisch onderzoek9,10. In het bijzonder heeft het koolstof-11-gelabelde tryptofaan analoog [11C] AMT uitgebreide aandacht gekregen voor het in kaart brengen van de serotoninesynthese in de hersenen11,12,13,14 en voor het lokaliseren van epileptische foci, epileptogene tumoren, tubereuze sclerosecomplex, gliomen en borstkanker15,16,17,18,19,20 ,21,22,23,24,25,26. [11C] AMT heeft ook een hoge opname in verschillende laag- en hooggradige tumoren bij kinderen27. Bovendien is kinetische traceranalyse van [11C]AMT bij menselijke proefpersonen gebruikt om verschillende tumoren te differentiëren en te rangschikken en glioom te onderscheiden van door straling geïnduceerd weefselletsel15. [11C] AMT-geleide beeldvorming toont significante klinische voordelen bij hersenaandoeningen3,25. Vanwege de korte halfwaardetijd van koolstof-11 (20 min) en de moeizame radiosyntheseprocedures is [11C] AMT-gebruik echter beperkt tot de weinige PET-centra met een cyclotron op locatie en een radiochemische faciliteit.

Fluor-18 heeft een gunstige halfwaardetijd van 109,8 min, vergeleken met de 20 min halfwaardetijd van koolstof-11. In toenemende mate zijn de inspanningen gericht op de ontwikkeling van fluor-18-gelabelde radiotracers voor tryptofaanmetabolisme3,28. Een totaal van 15 unieke fluor-18 radioactief gelabelde tryptofaan radiotracers zijn gemeld in termen van radiolabeling, transportmechanismen, in vitro en in vivo stabiliteit, biodistributie en tumoropname in xenografts. Snelle in vivo defluorinatie werd echter waargenomen voor verschillende tracers, waaronder 4-, 5- en 6-[18F]fluorotryptofaan, wat verdere klinische translatie uitsloot29. 5-[18F]Fluoro-α-methyltryptophan (5-[18F]FAMT) en 1-(2-[18F]fluoroethyl)-L-tryptofaan (L-[18F]FETrp, ook bekend als (S)-2-amino-3-(1-(2-[18F]fluoroethyl)-1H-indol-3-yl)propaanzuur, molecuulgewicht 249,28 g/mol), zijn de twee meest veelbelovende radiotracers met gunstige in vivo kinetiek in diermodellen en een groot potentieel om [111] te overtreffen C]AMT voor de evaluatie van klinische aandoeningen met gedereguleerd tryptofaanmetabolisme28. 5-[18F]FAMT toonde een hoge opname in IDO1-positieve tumor xenografts van immuungecompromitteerde muizen en is specifieker voor het in beeld brengen van de KP dan [11C]AMT28,30. De in vivo stabiliteit van 5-[18F]FAMT blijft echter een potentieel punt van zorg, aangezien er geen in vivo defluorinatiegegevens zijn gemeld na 30 minuten na injectie van de tracer30.

Een preklinische studie in een genetisch gemanipuleerd medulloblastoommuismodel toonde aan dat in vergelijking met 18F-fluorodeoxyglucose (18F-FDG), L-[18F]FETrp een hoge accumulatie had in hersentumoren, verwaarloosbare in vivo defluorinatie en lage achtergrondopname, wat een superieure target-to-nontarget ratio aantoont31,32. Stralingsdosimetriestudies bij muizen gaven aan dat L-[18F]FETrp een ongeveer 20% lagere gunstige dosimetrieblootstelling had dan de klinische 18F-FDG PET-tracer33. In overeenstemming met de bevindingen van andere onderzoekers leveren preklinische studiegegevens substantieel bewijs ter ondersteuning van de klinische vertaling van L-[18F]FETrp voor het onderzoek naar abnormaal tryptofaanmetabolisme bij mensen met hersenaandoeningen zoals epilepsie, neuro-oncologie, autisme en tubereuze sclerose28,31,32,33,34,35,36 . Een algemene vergelijking tussen de drie meest onderzochte tracers voor tryptofaanmetabolisme, 11C-5-HTP, [11C] AMT, en L-[18F] FETrp, wordt weergegeven in tabel 1. Zowel 11C-5-HTP en [11C] AMT hebben een korte halfwaardetijd en moeizame radiolabelprocedures. Een protocol voor de radiosynthese van L-[18F]FETrp met behulp van een eenpotige, tweestapsbenadering wordt hier beschreven. Het protocol omvat het gebruik van een kleine hoeveelheid radiolabelprecursor, een klein volume reactie-oplosmiddelen, lage belasting van toxische K222 en een milieuvriendelijke en injecteerbare mobiele fase voor zuivering en eenvoudige formulering.

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

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

LET OP: Het protocol heeft betrekking op radioactieve materialen. Elke extra dosis radioactief materiaal kan leiden tot een evenredige toename van de kans op nadelige gezondheidseffecten zoals kanker. Onderzoekers moeten de dosispraktijken 'zo laag als redelijkerwijs haalbaar' (ALARA) volgen om het radiosyntheseprotocol te begeleiden met voldoende bescherming in de hete cel of loden kap. Het minimaliseren van directe contacttijd, het gebruik van een loden schild en het houden van maximale afstand voor elke stralingsblootstellingsstap in het radiosyntheseproces zijn essentieel. Draag een stralingsdosimetriebadge en handbewakingsringen tijdens het hele experiment en controleer regelmatig mogelijk besmette oppervlakken zoals handschoenen, mouwen en voeten. Nuclear Regulatory Commission (NRC), lokale en institutionele voorschriften moeten worden gevolgd voor het gebruik, de verzending en de verwijdering van radioactieve materialen.

1. Eerste voorbereidingen

  1. Bereid 10% ethanol in de mobiele fase van 50 mM natriumacetaat/azijnzuur voor semipreparatieve high-performance vloeistofchromatografie (HPLC).
    1. Breng 3 ml ijsazijn aan in een schone maatkolf van 1000 ml. Voeg 900 ml ultrapuur water (weerstand van 18 miljoen ohm-cm bij 25 °C) toe aan de maatkolf; voeg ongeveer 8 ml natriumhydroxideoplossing van 6 M toe en stel de pH in op 5,5 met behulp van een gekalibreerde pH-meter en een pH-strip. Nadat de oplossing is afgekoeld tot kamertemperatuur, maakt u het volume tot 1000 ml met ultrapuur water om de 50 mM natriumacetaat / azijnzuur (pH 5.5) oplossing te bereiden.
    2. Vacuüm-filter de oplossing door een membraanfilter van 0,2 μm en breng de oplossing over in twee flessen oplosmiddel van 500 ml.
    3. Breng ongeveer 250 ml van de bovenstaande buffer in een maatkolf van 500 ml. Gebruik een gegradueerde cilinder om 50 ml ethanol van de United States Pharmacopeia (USP) te meten en voeg de ethanol toe aan de maatkolf. Vul het volume aan tot 500 ml met 50 mM natriumacetaat/azijnzuur en meet de pH-waarde met een pH-strip.
  2. Bereid oplossingen voor kwaliteitscontrole (QC) voor op een systeemgeschiktheidstest.
    1. Vul de HPLC-oplosmiddelflessen opnieuw met vers ultrapuur water (oplosmiddel A) en ethanol (oplosmiddel B). Primeer de HPLC-pomp en laad het HPLC-programma met een debiet van 1 ml/min, bestaande uit 30% oplosmiddel A en 70% oplosmiddel B (v/v).
    2. Maak een besturingsoplossing (lege oplossing) voor QC. Voeg 5 ml 0,9% natriumchloride toe aan een glazen injectieflacon van 20 ml. Voeg 0,15 ml 23,4% natriumchloride toe aan de bovenstaande oplossing. Voeg 6 ml semipreparatieve HPLC mobiele fase bereid in stap 1.1.3 (10% ethanol in 50 mM natriumacetaat/azijnzuur, pH 5,5) toe aan de glazen injectieflacon.
    3. Bereid 1 μg/ml niet-radioactief gelabelde L-FETrp en 5 μg/ml racemische L-FETrp- en D-FETrp-mengsels (standaardoplossingen).
    4. Bouw een kalibratiecurve met behulp van standaard L-FETrp-oplossingen (0,1 μg/ml, 0,5 μg/ml, 1,0 μg/ml, 10 μg/ml, 100 μg/ml).
    5. Stel de HPLC-reeks in. Zorg ervoor dat de sequentie één run van de blanco monsteroplossing, twee runs van de standaard L-FETrp (1 μg/ml), één run van de racemische L-FETrp- en D-FETrp-mengsels (5 μg/ml) en één run van het uiteindelijke radiofarmaceutische middel omvat.
    6. Voer de gedeeltelijke HPLC-sequentie uit om de geschiktheid van het systeem te testen voordat u de radioactieve monsters analyseert met behulp van een analytische HPLC-kolom (250 x 4,6 mm).
      1. Voer één blanco monster uit en zorg ervoor dat het chromatogram van het blanco monster geen of onbeduidende pieken vertoont tussen het leegtevolume en 10 minuten van het chromatogram.
      2. Voer twee replicaties van de standaardoplossing uit (bevat 1 μg/ml L-FETrp). Zorg ervoor dat de gebieden van de L-FETrp in de twee replicaties binnen ±5% van de gemiddelde waarde liggen.
      3. Voer één monster uit van de L-FETrp- en D-FETrp-mengsels (respectievelijk 5 μg/ml L-FETrp en D-EFTrp). Zorg ervoor dat L-FETrp en D-FETrp kunnen worden geïdentificeerd op het chromatogram en de uitgangswaarde opgelost.
  3. Bereid de radiolabeloplossingen en andere benodigdheden voor.
    1. Voeg de volgende oplossingen toe aan respectievelijk vijf V-vormige injectieflacons van 1,5 ml. Injectieflacon 1: 1 ml kaliumcarbonaat (K2CO3)/K222-oplossing (5 mg/ml K222 en 1 mg/ml K2CO3 in een water/acetonitriloplossing, 1/99, v/v) voor [18F]fluoride-elutie; Injectieflacon 2: 0,4 ml watervrij acetonitril voor [18F]fluoridedroging; Injectieflacon 3: radiolabelprecursor in watervrij acetonitril (1-2 mg in 0,5 ml watervrij acetonitril) voor [18F]fluoride-opname; Injectieflacon 4: zoutzuur (2 M, 0,25 ml) in acetonitril (0,25 ml) voor acidol; Injectieflacon 5: 2 M natriumhydroxide (0,25 ml) voor neutralisatie van de reactiemengsels.
    2. Activeer een quaternaire methylammonium (QMA) lichtpatroon door eerst door 10 ml verzadigde natriumbicarbonaatoplossing te gaan, gevolgd door 10 ml ultrapuur water en spoel vervolgens de patroon met een stikstofstroom. Conditioneer een lichte C8-patroon en een neutrale aluminiumoxidepatroon door 10 ml ethanol te doorlopen, gevolgd door 10 ml ultrapuur water.
    3. Voeg 0,15 ml 23,4% natriumchloride en 5 ml 0,9% natriumchloride toe aan een steriele formuleringsflacon van 30 ml om de toniciteit aan te passen en de HPLC-fractie te verdunnen.
    4. Bereid een oplossing (1 ml natriumacetaat/azijnzuurbuffer, 50 mM, pH = 5,5 bereid in stap 1.1.1, 1 ml ethanol en 0,5 ml water [totaal 2,5 ml]) in een spuit voor het spoelen van het reactievat; laad in een steriele injectieflacon van 10 ml.

2. Monteer de radiolabelbenodigdheden en radiosynthetiseer L-[18F]FETrp

  1. Monteer de radiolabelbenodigdheden.
    1. Schakel de modulevoeding, koolstofdioxide, perslucht, argonleidingen en de PLC-voeding (Programmeble Logic Controller) in. Klik op de knop mod_pscf18 om het programma van het radiochemische synthesesysteem te activeren. Initialiseer de input-, output- en formulerings-MVP en zorg ervoor dat de MVP's zich respectievelijk op posities 4, 1, 1 bevinden.
    2. Zorg ervoor dat de HPLC-lus zich in de injectiepositie bevindt en de QMA-lampcartridge in de [18F]fluoride-vangpositie.
    3. Installeer de semipreparatieve HPLC mobiele fasefles (met daarin de in stap 1.1.3 bereide oplossing). Breng het HPLC-systeem in evenwicht door de mobiele fase door de chirale HPLC-kolom (250 x 10 mm) en C18-kolom (100 x 10 mm) te laten gaan met een stroomsnelheid van 2 ml / min gedurende ten minste 30 minuten, schakel vervolgens de omleidingsklep, laat de HPLC-mobiel alleen door de chirale HPLC-kolom gaan en verhoog het debiet tot 3 ml / min.
    4. Installeer de QMA-lichtcartridge in de [18F]fluoride-oversluit-/loslijn. Installeer de gestapelde aluminiumoxide/C8-patronen tussen de ingangs-MVP-positie 6 en de tussenflacon, een V-vormige injectieflacon van 10 ml die is aangesloten op de HPLC-monsterlus. Installeer een lege injectieflacon van 10 ml (ontluchtingsflacon) op de uitgang MVP-positie 4 met een andere naald die als ontluchting aan de injectieflacon is bevestigd. Installeer de reagensflacons 1-5 op de ingangs-MVP-posities 1-5, respectievelijk.
    5. Installeer de injectieflacon met de in stap 1.3.4 bereide spoeloplossing tot de uitgang MVP-positie 6.
    6. Installeer een afvalfles van 500 ml (om het HPLC-afval te verzamelen dat door zowel de chirale als de C18-kolom gaat) op de formulering MVP-positie 1. Installeer nog een afvalfles van 500 ml (om HPLC-afval te verzamelen dat door de chirale kolom gaat) naar het afvalinzamelingseinde van de vierpoorts tweekleps.
    7. Sluit de injectieflacon met fractieverzameling (voorgevulde oplossing bereid in stap 1.3.3) aan op de MVP-positie 2 van de formulering. Sluit de uitgangs-MVP-positie 3 (gasleiding) en de eindproductafgiftelijn aan op de MVP-positie 2-injectieflacons van de formulering om het uiteindelijk geformuleerde product terug te winnen. Installeer een lege steriele injectieflacon van 10 ml in formulering MVP-positie 3, die zal worden gebruikt als de back-upflacon voor de doelfractieverzameling.
    8. Installeer de korte kolom C18 tussen de vierpoorts omleidingsklep met twee posities en de MVP van de formulering.
      OPMERKING: Zorg er tijdens de installatie van de reagens- en formuleringsflacons voor dat de argontoevoer in het bedieningspaneel is uitgeschakeld en dat de argondruk nul is om onverwachte vloeistofoverdracht tijdens de injectieflaconassemblage te voorkomen. Controleer alle naaldverbindingen, injectieflaconposities en MVP-posities op reproduceerbare radiosynthese.
  2. Radiosynthese van L-[18F]FETrp
    1. Ontvang en onderzoek [18F]fluoride.
      1. Bij ontvangst van de [18F]fluorideoplossing (15 ± 3 gigabecquerel (GBq) aan het begin van de synthese, zie de tabel met materialen), onderzoek de loodkast op het oppervlak en op 1 m om de maximale stralingsblootstelling te registreren. Voer een veegtest uit om er zeker van te zijn dat de verzenddoos niet besmet is. Noteer de [18F]fluoride dosis en tijd.
    2. Overdracht [18F]fluoride.
      1. Breng de radioactiviteit over naar het radiochemische synthesesysteem.
      2. Verbind de argonlijn met een korte naald en de [18F]fluoride-overdrachtslijn met een lange naald met de [18F]fluorideflacon. Sluit de glazen deur en de loden deur met hete cel.
        LET OP: Gebruik een lange klem om beide naalden naar beneden te duwen; ervoor zorgen dat de lange naaldpunt in de bodem van de [18F]fluorideflacon zit, zodat alle [18F]fluoride kan worden overgedragen. Meestal wordt een V-vormige injectieflacon gevraagd voor de [18F] fluorideafgifte.
    3. Val, eluut en azeotropisch droge [18F] fluoride.
      1. Klik op Ar Supply om de argontoevoerleiding in te schakelen, de argondruk te verhogen, de [18F]fluoride-duwlijn in te schakelen en de waterige [18F]fluoride door de QMA-lichtcartridge te duwen. Nadat alle radioactiviteit is opgesloten in de QMA-lichtcartridge en de aflezing van de radioactiviteitsdetector stabiel is, verhoogt u de argondruk en blaast u argon nog eens 5 minuten door de cartridge om overtollig water te verwijderen.
      2. Schakel de [18F]fluoride duwleiding uit, verlaag de argondruk tot nul, schakel de zespoorts tweekleps van de [18F]fluoride vangpositie naar de elutiepositie. Open de reactieflacon, zet de ingangs-MVP-positie 1 argonlijn aan, duw de K222/K2CO3-oplossing door de QMA-lichtcartridge in de ingangs-MVP-positie 1-injectieflacon om de radioactiviteit in de reactieflacon te elueren. Schakel de [18F]fluoride-elutiepositie in de vangpositie.
      3. Klik op de warmteknop om de reactor op 110 °C te verwarmen, schakel de uitgangs-MVP-positie 4 argonlijn (veeglijn) in die op de reactor is aangesloten en verdamp het oplosmiddel in de uitgaande MVP-positie 4-injectieflacon.
      4. Klik op de knop Koelen om de reactor af te koelen tot kamertemperatuur met gecomprimeerde kooldioxide, schakel de veeglijn uit, schakel de ingangS-MVP-positie 1 naar positie 2 en voeg de watervrije acetonitril toe aan de injectieflacon 2. Zet de veegleiding en de verwarming aan om azeotroop [18F]fluoride bij 110 °C te drogen.
    4. Voeg de radiolabelprecursor toe en voeg [18F]fluoride toe.
      1. Koel de reactor af tot kamertemperatuur, schakel de veeglijn uit, schakel de ingangs-MVP-positie 2 in positie 3 en voeg de voorloper van de tosylaatradiolabel toe in injectieflacon 3. Sluit de reactor en verwarm de reactiemengsels gedurende 10 minuten bij 100 °C.
    5. Verdamp het reactieoplosmiddel en de acidolyse.
      1. Koel af en open de reactor, zet de veegleiding aan en verdamp het reactieoplosmiddel bij 100 °C.
      2. Koel de reactor af, schakel de veegleiding uit, schakel de ingangs-MVP-positie 3 naar positie 4 en voeg het mengsel van zoutzuur/acetonitril (0,5 ml, 1/1, v/v) toe. Verwarm de reactie gedurende 10 minuten bij 100 °C om de tert-butyl- en tert-butylcarbonylbeschermende groepen in de radiolabelprecursor te beschermen.
    6. Neutraliseer de reactie.
      1. Koel de reactor af tot kamertemperatuur en schakel de ingang MVP-positie 4 naar positie 5 om 2 M natriumhydroxide toe te voegen om het reactiemengsel te neutraliseren. Schakel de invoer-MVP-argonregel uit.
    7. Breng het reactiemengsel over in de tussenflacon.
      1. Klik op de F-knop in de uitgang MVP om de uitgang MVP van de ontluchtingspositie 4 naar positie 5 te schakelen en klik vervolgens op de F-knop in de ingang MVP om de ingang MVP van positie 5 naar positie 6 te schakelen. Schakel de uitvoer-MVP-argonlijn in. Duw het reactiemengsel door de gestapelde neutrale aluminiumoxide- en C8-patronen naar de tussenflacon die vóór de HPLC-monsterlus is geïnstalleerd.
    8. Spoel de reactor en breng de oplossing over.
      1. Schakel de uitgang MVP positie 5 naar positie 6, duw de spoeloplossing in de injectieflacon van uitgang MVP positie 6 door de reactieflacon en patronen achtereenvolgens naar de tussenliggende injectieflacon. Merk op dat het volume van het gecombineerde mengsel ongeveer 3,5 ml is. Sluit het reactievat.
    9. Laad het gecombineerde mengsel in de HPLC-lus en zuiver het mengsel.
      1. Schakel de HPLC-lus van de injectiepositie naar de belastingspositie, schakel de ingangs-MVP-argonlijn in en laad de mengsels naar de HPLC-lus van 5 ml. Wanneer de belasting is voltooid, schakelt u de belastingsknop om te injecteren en klikt u op HPLC injecteren om het HPLC-chromatogram te starten met een stroomsnelheid van 3 ml/min. Klik op de knop HPLC-monitor om toegang te krijgen tot het realtime HPLC-chromatogram.
    10. Leid de doelfractie om naar de kolom C18.
      1. Klik op de MVP-knop om de doel-HPLC-fractie om te leiden naar de korte C18-kolom op ongeveer 12 minuten.
    11. Spoel de chirale HPLC-kolom en zuiver de fractie in de C18-kolom.
      1. Nadat de doelradioactiviteit is opgevangen in de kolom C18 (en de mobiele HPLC-fase in de formulering MVP-positie 1 afvalfles stroomt), schakelt u de vierpoorts tweekleps omleidingsklep naar de afvalinzamelingspositie. Spoel de chirale kolom gedurende 6 minuten op 4 ml/min om de kleine D-[18F]FETrp enantiomeer en andere ultraviolette (UV) onzuiverheden te verwijderen.
      2. Klik op de omleidings-MVP-knop om de HPLC mobiele fase terug te leiden naar de formulering MVP-positie 1 met een stroomsnelheid van 3 ml /min. Merk op dat de mobiele fase door de chirale kolom en C18-kolom gaat om L-[18F]FETrp te zuiveren die in de C18-kolom wordt bewaard.
    12. Verzamel de doelfractie.
      1. Verzamel het eluent na ongeveer 32-34 minuten in de formulering MVP positie 2 injectieflacon.
        OPMERKING: Meestal wordt een HPLC-fractie van 2 minuten verzameld en het totale volume plus de voorgevulde natriumchlorideoplossing is 8-15 ml.
    13. Lever de dosis toe aan een steriele injectieflacon met het eindproduct.
      1. Duw de oplossing in de formulering MVP positie 2 injectieflacon door de toedieningslijn en het steriele filter in de uiteindelijke dosis injectieflacon (via de voorgeïnstalleerde steriele ontluchtingsfilternaald).
        OPMERKING: Protocolstappen 2.2.9-2.2.13 zijn stappen die worden gebruikt voor de HPLC-zuivering van L-[18F]FETrp.
    14. Test de radioactiviteit en het dosisvolume.
      1. Verwijder het steriele filter en test de uiteindelijke dosisactiviteit en het uiteindelijke volume.
      2. Spoel het systeem met ultrapuur water gevolgd door ethanol bij 4 ml/min gedurende ten minste 15 minuten elk. Schakel de HPLC-pomp en PLC-box uit; sluit het programma; de persluchtleiding, argonlijn en kooldioxideleiding afsluiten; en schakel de hoofdstroom van de module uit.
    15. Trek de QC-dosis op en voer de QC-monsters uit.
      1. Zuig ongeveer 0,1 ml van de uiteindelijke dosis op in een injectieflacon van 0,2 ml van een injectieflacon met QC. Voer het hete monster uit als het programma "partiële sequentie" na de in stap 1.2.6 beschreven systeemgeschiktheidstest.
    16. Analyseer de QC-gegevens en geef de dosis vrij.
      1. Bereken de chemische en radiochemische zuiverheid, enantiomeeroverwaarde en molaire activiteit; bepaal de pH-waarde.
      2. Geef de dosis vrij als alle testresultaten het aanvaardbare bereik overschrijden.

3. Post-run systeem schoon

  1. Onderzoek de radiolabelmodule met behulp van een Geiger-Mueller (GM) onderzoeksmeter om ervoor te zorgen dat de radioactiviteit voldoende is vervallen (ten minste 24 uur) voordat het systeem wordt gereinigd.
  2. Schakel het radiolabelmodulevermogen en de PLC-boxvoeding in; activeer het programma van het radiochemische synthesesysteem; en initialiseer de input MVP, output MVP en formulering MVP. Schakel de kolomkiezer naar de bypass-positie.
  3. Maak de QMA-lamp, aluminiumoxide en C8-cartridges los.
  4. Spoel eerst alle injectieflacons en lijnen met ultrapuur water, gevolgd door ethanol. Droog de injectieflacons en lijnen met zeer zuiver argon.
  5. Sluit elke lijnopening af met een steriele naald met een dop. Vervang de reagensflacons en het reactievat door respectievelijk in de oven verbrande injectieflacons en het reactievat.
  6. Schakel de HPLC-pomp en PLC-box uit; sluit het programma; de persluchtleiding, argonlijn en kooldioxideleiding afsluiten; en schakel de hoofdstroom van de module uit.

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

Resultaten

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Het reactieschema is weergegeven in figuur 1. De radiolabeling omvat de volgende twee stappen: 1) reactie van de tosylaatradiolabelprecursor met [18F]fluoride levert het 18F-gelabelde tussenproduct, en 2) deprotectie van de tert-butyloxycarbonyl- en tert-butyl-beschermende groepen in het tussenproduct biedt het eindproduct L-[18F]FETrp. Beide reactiestappen gaan door bij 100 °C gedurende 10 minuten.

Voordat u [

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

Discussie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Tryptofaan is een essentieel aminozuur voor de mens. Het speelt een belangrijke rol bij de regulatie van stemming, cognitieve functie en gedrag. Radioactief gelabelde tryptofaanderivaten, met name de koolstof-11-gelabelde [11C] AMT, zijn uitgebreid bestudeerd vanwege hun unieke rol bij het in kaart brengen van serotoninesynthese38,39, het detecteren en beoordelen van tumoren40, het begeleiden van epilepsiechirurgie41,42 en het evalueren van de behandel...

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

Openbaarmakingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs verklaren dat er geen tegenstrijdige financiële belangen bestaan.

Dankbetuigingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit werk werd ondersteund door het Diagnostic & Research PET/MRI Center en door de afdelingen Biomedisch Onderzoek en Radiologie van Nemours/Alfred I. duPont Hospital for Children.

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

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
[18F]Fluoride in [18O]H2OPETNET Solutions Inc.N/A
4,7,13,16,21,24-hexaoxa-1,10-diazabicyclo[8.8.8]hexacosaneACROS291950010Kryptofix 222 or K222, 98%
AzijnzuurACROS22214250099.8%
AcetonitrilSigma-Aldrich271004watervrij, 99.8%
Agilent 1260 HPLC-systeemAgilent TechnologiesAgilent 1260Agilent 1260-serie
Analytische chirale HPLC-kolomSigma-Aldrich12024ASTAstec CHIROBIOTIC T, 25 cm × 4.6 mm
Koolstofdioxide, 60 LBSAirgasREFR744R200S99.99%
D-FETrp standaard referentieAffinity Research Chemicals IncN/AAangepaste synthese
Lege steriele flaconJubilant HollisterStier751520 mm sluiting, 10 mL
EthanolDecon Labs2716200 proof, USP-kwaliteit. ≥99.9%
Fisherbrand 13 mm spuitfilter, 0.22 µm, PVDF, sterieleFisher Scientific09-720-3
ZoutzuurSigma-Aldrich30721≥37%
IsopropanolDecon Labs831670%, steriele
L-[18F]FETrp radiolabeling-precursorAffinity Research Chemicals IncN/AAangepaste synthese
L-FETrp standaard referentieAffinity Research Chemicals IncN/AAangepaste synthese
Light C8 cartridgeWatersWAT036770Sep-Pak  C8 plus licht cartridge
Naald, 20 G x 1Becton-Dickinson & Co.305175
Naald, 20 G x 1 ½Becton-Dickinson & Co.305176
Naald, 21 G x 2Becton-Dickinson & Co.305129
Neutraal aluminiumoxideWatersWAT023561Sep-Pak alumina N plus licht
Nylonmembraan (0.20 µm )MilliPoreGNWP0470047 mm
Pall Acrodisc 25 mm spuit steriele filterPall Corporation4907
PETCHEM radiochemie synthese systeemPETCHEM Solutions Inc. Pinckney, MIN/ARadiosynthetator
pH-strips 2.0 - 9.0EMD Millipore1.09584.0001
KaliumcarbonaatSigma-Aldrich36787799.995%
Kwartaire methylammonium licht cartridgeWaters186004051Sep-Pak QMA light
Semi-preparatieve C18 HPLC-kolomPhenomenex00D-4253-N0100 × 10 mm
Semi-preparatieve chirale HPLC-kolomSigma-Aldrich12034ASTAstec CHIROBIOTIC T, 25 cm × 10 mm
Natriumchloride-injectie 23,4%APP Pharmaceutical, LLC18730USP-kwaliteit
Natriumchloride-injectie 0,9%HospiraNDC 0409-4888-10USP-kwaliteit
NatriumhydroxideHoneywell30657699.99%
Spinale naald, 20 G x 3 ½Becton-Dickinson & Co.405182
Steriele alcohol prep padsBioMed Resource Inc.PC661
Steriele lege flacons, 2 mLHollister Stier7505ZA13 mm sluiting
Steriele lege flacons, 30 mLJubilant HollisterStier7520ZA20 mm sluiting
Spuit PP/PE, 3 mL, Luer LockAir-Tite4020-X00V0
Spuit PP/PE, 5 mL, Luer LockBecton-Dickinson & Co.309646
Spuit, PP/PE, 10 mL, NORM-JECTAir-Tite4100-000V0
Spuit, 1 mL, Luer SlipBecton-Dickinson & Co.309659
Spuit, 3 mL, Luer-LockBecton-Dickinson & Co.309657
Ultrahoge zuiverheid argonAirgasAR UHP30099.999%
Ultrazuiver waterMilliporeSigmaZRQSVP300Direct-Q 3 tap to pure and ultrapure water purification system

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Cetina Biefer, H. R., Vasudevan, A., Elkhal, A. Aspects of tryptophan and nicotinamide adenine dinucleotide in immunity: A new twist in an old tale. International Journal of Tryptophan Research. 10, 1178646917713491(2017).
  2. Savitz, J. The kynurenine pathway: a finger in every pie. Molecular Psychiatry. 25 (1), 131-147 (2020).
  3. Zlatopolskiy, B. D., et al. 11C- and 18F-labelled tryptophans as PET-tracers for imaging of altered tryptophan metabolism in age-associated disorders. Russian Chemical Reviews. 89 (9), 879-896 (2020).
  4. Eriksson, B., et al. Positron emission tomography (PET) in neuroendocrine gastrointestinal tumors. Acta Oncologica. 32 (2), 189-196 (1993).
  5. Kälkner, K. M., et al. Positron emission tomography (PET) with 11C-5-Hydroxytryptophan (5-HTP) in patients with metastatic hormone-refractory prostatic adenocarcinoma. Nuclear Medicine and Biology. 24 (4), 319-325 (1997).
  6. Eriksson, O., et al. Quantitative imaging of serotonergic biosynthesis and degradation in the endocrine pancreas. Journal of Nuclear Medicine. 55 (3), 460-465 (2014).
  7. Carlbom, L., et al. 11C]5-hydroxy-tryptophan pet for assessment of islet mass during progression of type 2 diabetes. Diabetes. 66 (5), 1286-1292 (2017).
  8. Eriksson, O., et al. Positron emission tomography to assess the outcome of intraportal islet transplantation. Diabetes. 65 (9), 2482-2489 (2016).
  9. Jager, P. L., et al. Radiolabeled amino acids: Basic aspects and clinical applications in oncology. Journal of Nuclear Medicine. 42 (3), 432-445 (2001).
  10. Langen, K. J., Galldiks, N. Update on amino acid pet of brain tumours. Current Opinion in Neurology. 31 (4), 354-361 (2018).
  11. Chugani, D. C., Muzik, O., Chakraborty, P., Mangner, T., Chugani, H. T. Human brain serotonin synthesis capacity measured in vivo with α-[C-11]methyl-L-tryptophan. Synapse. 28 (1), 33-43 (1998).
  12. Chugani, D. C., Muzik, O. Alpha[C-11]methyl-L-tryptophan PET maps brain serotonin synthesis and Kynurenine pathway metabolism. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 20, 2-9 (2000).
  13. Diksic, M., Nagahiro, S., Sourkes, T. L., Yamamoto, Y. L. A new method to measure brain serotonin synthesis in vivo. I. Theory and basic data for a biological model. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 10 (1), 1-12 (1990).
  14. Diksic, M., Young, S. N. Study of the brain serotonergic system with labeled α-methyl-L-tryptophan. Journal of Neurochemistry. 78 (6), 1185-1200 (2001).
  15. Alkonyi, B., et al. Accurate differentiation of recurrent gliomas from radiation injury by kinetic analysis of α-11C-methyl-L-tryptophan PET. Journal of Nuclear Medicine. 53, 1058-1064 (2012).
  16. Bagla, S., et al. A distinct microRNA expression profile is associated with α[11C]-methyl-L-tryptophan (AMT) PET uptake in epileptogenic cortical tubers resected from patients with tuberous sclerosis complex. Neurobiology of Disease. 109, 76-87 (2018).
  17. Alkonyi, B., et al. Increased tryptophan transport in epileptogenic dysembryoplastic neuroepithelial tumors. Journal of Neuro-oncology. 107 (2), 365-372 (2012).
  18. Chugani, D. C. α-methyl-L-tryptophan: Mechanisms for tracer localization of epileptogenic brain regions. Biomarkers in Medicine. 5 (5), 567-575 (2011).
  19. Chugani, D. C., et al. Imaging epileptogenic tubers in children with tuberous sclerosis complex using α-[11C]methyl-L-tryptophan positron emission tomography. Annals of Neurology. 44 (6), 858-866 (1998).
  20. Chugani, H. T., et al. α-[11C]-Methyl-L-tryptophan-PET in 191 patients with tuberous sclerosis complex. Neurology. 81 (7), 674-680 (2013).
  21. Jeong, J. W., et al. Multi-modal imaging of tumor cellularity and tryptophan metabolism in human Gliomas. Cancer Imaging. 15 (1), 10(2015).
  22. Juhász, C., et al. Quantitative PET imaging of tryptophan accumulation in gliomas and remote cortex. Clinical Nuclear Medicine. 37 (9), 838-842 (2012).
  23. Juhász, C., et al. Tryptophan metabolism in breast cancers: Molecular imaging and immunohistochemistry studies. Nuclear Medicine and Biology. 39 (7), 926-932 (2012).
  24. Juhász, C., et al. Successful surgical treatment of an inflammatory lesion associated with new-onset refractory status epilepticus. Neurosurgical Focus. 34, 5(2013).
  25. Kumar, A., Asano, E., Chugani, H. T. α-[11C]-methyl-L-tryptophan PET for tracer localization of epileptogenic brain regions: Clinical studies. Biomarkers in Medicine. 5 (5), 577-584 (2011).
  26. Tiwari, V. N., Kumar, A., Chakraborty, P. K., Chugani, H. T. Can diffusion tensor imaging (DTI) identify epileptogenic tubers in tuberous sclerosis complex? Correlation with α-[11C]methyl-L-tryptophan ([11C]AMT) positron emission tomography (PET). Journal of Child Neurology. 27 (5), 598-603 (2012).
  27. Juhász, C., et al. In vivo uptake and metabolism of α-[11C]methyl-L-tryptophan in human brain tumors. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 26 (3), 345-357 (2006).
  28. John, F., Muzik, O., Mittal, S., Juhász, C. Fluorine-18-labeled PET radiotracers for imaging tryptophan uptake and metabolism: a systematic review. Molecular Imaging and Biology. 22 (4), 805-819 (2020).
  29. Zlatopolskiy, B. D., et al. Discovery of 7-[ 18 F]fluorotryptophan as a novel positron emission tomography (PET) probe for the visualization of tryptophan metabolism in vivo. Journal of Medicinal Chemistry. 61 (1), 189-206 (2018).
  30. Giglio, B. C., et al. Synthesis of 5-[18F]fluoro-α-methyl tryptophan: New trp based PET agents. Theranostics. 7 (6), 1524-1530 (2017).
  31. Yue, X., et al. Comparison of 1-(2-[18F]fluoroethyl)-L-tryptophan and FDG for the detection of medulloblastoma in a transgenic mouse model. Journal of Nuclear Medicine. 60, Supplement 1 545(2019).
  32. Xin, Y., et al. PET imaging of medulloblastoma with an 18F-labeled tryptophan analogue in a transgenic mouse model. Scientific Reports. 10 (1), 3800(2020).
  33. Michelhaugh, S. K., et al. Assessment of tryptophan uptake and kinetics using 1-(2-18F-fluoroethyl)-L-tryptophan and α-11C-methyl-L-tryptophan PET imaging in mice implanted with patient-derived brain tumor xenografts. Journal of Nuclear Medicine. 58 (2), 208-213 (2017).
  34. Xin, Y., Cai, H. Improved radiosynthesis and biological evaluations of L- and D-1-[18F]fluoroethyl-tryptophan for PET imaging of IDO-mediated kynurenine pathway of tryptophan metabolism. Molecular Imaging and Biology. 19 (4), 589-598 (2017).
  35. Henrottin, J., et al. Fully automated radiosynthesis of N1-[18F]fluoroethyl-tryptophan and study of its biological activity as a new potential substrate for indoleamine 2,3-dioxygenase PET imaging. Nuclear Medicine and Biology. 43 (6), 379-389 (2016).
  36. Xin, Y., et al. Evaluation of l-1-[18F]Fluoroethyl-tryptophan for PET imaging of cancer. Molecular Imaging and Biology. 21 (6), 1138-1146 (2019).
  37. Yue, X., et al. Automated production of 1-(2-[18F]fluoroethyl)-L-tryptophan for imaging of tryptophan metabolism. Applied Radiation and Isotopes. 156, 109022(2020).
  38. Booij, L., et al. Brain serotonin synthesis in adult males characterized by physical aggression during childhood: A 21-year longitudinal study. PLoS ONE. 5 (6), 11255(2010).
  39. Chandana, S. R., et al. Significance of abnormalities in developmental trajectory and asymmetry of cortical serotonin synthesis in autism. International Journal of Developmental Neuroscience. 23 (2-3), 171-182 (2005).
  40. Juhász, C., Dwivedi, S., Kamson, D. O., Michelhaugh, S. K., Mittal, S. Comparison of amino acid positron emission tomographic radiotracers for molecular imaging of primary and metastatic brain tumors. Molecular Imaging. 13 (6), 1-10 (2014).
  41. Rubí, S., et al. Positron emission tomography with α-[11C]methyl-L-tryptophan in tuberous sclerosis complex-related epilepsy. Epilepsia. 54 (12), 2143-2150 (2013).
  42. Chugani, H. T., et al. Clinical and histopathologic correlates of 11C-alpha-methyl-L-tryptophan (AMT) PET abnormalities in children with intractable epilepsy. Epilepsia. 52 (9), 1692-1698 (2011).
  43. Muzik, O., Burghardt, P., Yi, Z., Kumar, A., Seyoum, B. Successful metformin treatment of insulin resistance is associated with down-regulation of the kynurenine pathway. Biochemical and Biophysical Research Communications. 488 (1), 29-32 (2017).
  44. Sun, T., et al. Radiosynthesis of 1-[18F]fluoroethyl-L-tryptophan as a novel potential amino acid PET tracer. Applied Radiation and Isotopes. 70 (4), 676-680 (2012).
  45. Mock, B. H., Winkle, W., Vavrek, M. T. A color spot test for the detection of Kryptofix 2.2.2 in [18F]FDG preparations. Nuclear Medicine and Biology. 24 (2), 193-195 (1997).
  46. Kim, D. W., Jeong, H. J., Lim, S. T., Sohn, M. H. Recent trends in the nucleophilic [18F]-radiolabeling method with no-carrier-added [18F]fluoride. Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 44 (1), 25-32 (2010).

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

RadiosyntheseprotocolBeeldvorming van tryptofaanmetabolismeKynureninepadF18 radiolabelingOne pot syntheseHPLC zuiveringChirale kolomRadiochemische zuiverheidNeuroimaging tracer

Gerelateerde artikelen