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18 F-Rotulagem de Radiotracers Funcionalizado com um Acceptor de Fluoreto de Silício (SiFA) para Tomografia de Emissão de Pósitrons

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DOI:

10.3791/60623

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11 de janeiro de 2020

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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

Neste artigo

Resumo

A síntese de florina-18(18F) rotulada de radiofármacos para tomografia de emissão de pósitrons normalmente requer meses de experiência. Quando incorporado em um radiotracer, o motivo do acceptor do silicone-fluoreto (SiFA) permite um protocolo simples da 18F-etiquetagem que seja independente do equipamento caro e do treinamento preparatório, ao reduzir a quantidade do precursor necessário e a utilizar umas condições mais suaves da reação.

Resumo

O motivo estrutural para-substituídodi-tert-butilfluorosilylbenzee conhecido como o aceitador de silício-flúor (SiFA) é uma marca útil no kit de ferramentas do radioquímico para incorporar radioativo [18F] flúor em traçadores para uso em tomografia de emissão de pósitron. Em comparação com as estratégias convencionais de rotulagem de rádio, a troca isotópica de flúor-19 da SiFA com o flúor [18F] é realizada à temperatura ambiente e requer participantes de reação mínima. A formação de subprodutos é, portanto, insignificante, e a purificação é muito simplificada. No entanto, enquanto a molécula precursora usada para rotulagem e o produto radiorotulado final são isoticamente discretos, eles são quimicamente idênticos e são, portanto, inseparáveis durante os procedimentos de purificação. A etiqueta SiFA também é suscetível à degradação as condições básicas decorrentes do processamento e secagem do flúor [18F]. O 'método de queda 4', em que apenas as primeiras 4 gotas de flúor eluted [18F] são usadas a partir da extração de fase sólida, reduz a quantidade de base na reação, facilita menores quantidades de molar de precursores e reduz a degradação.

Introdução

A fluorina-18 (109 minutos de meia-idade, 97% de emissão de pósitrons) está entre os radionuclídeos mais importantes para a tomografia por emissão de pósitrons (PET), um método de imagem não invasivo que visualiza e quantifica a biodistribuição de traçadores com rótulo sorão de rádio para várias doenças1. Peptídeos e proteínas são especialmente difíceis de rotular com [18F] flúor, porque eles exigem blocos de construção formados por sínteses de várias etapas2. Para reduzir a complexidade de 18f-radiolabeling, silicon-fluoreto acceptor (SiFA) foi recentemente introduzido como ferramentas confiáveis3. O grupo SiFA consiste em um átomo central de silício conectado a dois grupos de butil terciário, uma moiety fenil derivada e um átomo de flúor não radioativo. Os grupos de butilos terciários transmitem estabilidade hidrolítica ao vínculo silício-flúor, que é uma característica crítica para aplicações in vivo de conjuga ções in vivo como agentes de imagem.

Quando ligado a uma pequena molécula ou biomolécula, os blocos de construção SiFA ligam anions radioativos [18F]fluoretados trocando flúor-19 por flúor-18 em concentrações nanomolar sem formar quantidades significativas de produtos laterais radioativos4. Além disso, um alto rendimento radioquímico é rapidamente alcançado rotulando a moiety SiFA em solventes aprotic dipolares em baixas temperaturas. Isto está em contraste gritante com as reações clássicas de troca isotópica, que produzem radiotraers de baixa atividade específica5. Nesses casos, grandes quantidades de precursores (na faixa de miligramas) devem ser usadas para obter incorporação razoável de [18F] flúor. As reações de troca isotópicas usando SiFAs são muito mais eficientes, como confirmado por estudos cinéticos e cálculos de teoria funcional de densidade6,7. SiFAs rotulados são facilmente purificados pela extração de fase sólida, uma vez que os compostos SiFA rotulados e não rotulados são quimicamente idênticos. Isso difere dos traçadores tradicionais com rótulos de rádio, onde a molécula precursora e o produto rotulado são duas espécies químicas diferentes e devem ser separados após a rotulagem por cromatografia líquida de alto desempenho (HPLC). Usando blocos de construção SiFA, pequenas moléculas, proteínas e peptídeos podem ser rotulados com sucesso com [18F] flúor por protocolos de rotulagem de uma e duas etapas desprovidos de procedimentos complicados de purificação (Figura 1)4,8,9. Além disso, alguns compostos rotulados por SiFA são agentes de imagem in vivo confiáveis para o fluxo sanguíneo e tumores10. A simplicidade da química SiFA permite que até mesmo investigadores não treinados para usar [18F] flúor para síntese radiotracer e desenvolvimento.

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Protocolo

CUIDADO: Deve-se ter em mente que 18F é um isótopo radioativo e, portanto, é necessário realizar todos os procedimentos por trás da blindagem adequada. A blindagem do chumbo é apropriada para este tipo de radiação. Certifique-se de usar crachás de detecção de radiação durante toda a totalidade deste procedimento. Além disso, imediatamente dispor de luvas antes de tocar em qualquer coisa após a síntese, como eles podem estar contaminados com a atividade radioativa. Utilize monitores de pé de mão, bem como contadores Geiger panqueca para verificar se há contaminação de mangas, mãos e pés.

1. Secagem azeotrópica de 18F-anion

NOTA: Figura 2A mostra um gráfico de fluxo de trabalho deste procedimento, que leva ~ 10 min.

  1. Pré-condição de um cartucho de troca de anion metílico quaternary (QMA)(Mesa de Materiais),passando 0,5 M K2CO3 (10 mL) através do cartucho, seguido por água desionizada (10 mL).
  2. Passe uma solução aquosa de [18F]F-/[18O]H2O (100-500 MBq) através do cartucho QMA pré-condicionado em sentido inverso, usando um adaptador masculino para masculino. Descarte o [18O]H2O.
    NOTA: Essas etapas podem ser executadas usando um módulo de síntese automatizado ou usando blindagem adicional na seringa.
  3. Elute as quatro primeiras gotas do fixo [18F] anions fluoreto do cartucho QMA em uma solução preparada de [2,2,2]cryptand (Tabela de Materiais) (10 mg), 0,2 M K2CO3 (50 μL, 10 μmol), e acetonitrile (1 mL) em um v-vial de paredegrossa, e selar o frasco.
    NOTA: Apenas as quatro primeiras gotas são usadas como a maioria do radioativo [18F] flúor é eluted fora do QMA nestas gotas. Isso reduz a quantidade de base transportada pela solução de ações fluoretadas [18F], o que é necessário para evitar a degradação da moiety SiFA.
  4. Selar o frasco e coloque em um banho de óleo mineral de 90 °C posicionado em uma placa quente. Insira uma agulha de ventilação e uma agulha conectada a um fluxo de gás argônio no septo da tampa do frasco. Espere 5 min para evaporar os solventes o fluxo suave de argônio. Remova todos os traços restantes da água adicionando 1 mL do acetonitrile para facilitar a co-evaporação azeotropic. Repita este passo 2x para garantir a secura.
  5. Uma vez que o solvente é visivelmente removido, parar o fluxo de argônio, e retire as seringas da tampa do frasco, e retire o frasco do banho de óleo.
  6. Resuspenda o fluoreto seco [18F] no solvente de reação de escolha.
    NOTA: Neste caso, acetonitrile (1 mL) é adicionado para criar uma solução de ações de altamente reativa [18F-] F- (100-500 MBq). Esta solução agora pode ser usada para rotulagem.

2. Rotulagem sifa-ligand de um passo

NOTA: Figura 2B mostra um gráfico de fluxo de trabalho deste procedimento, que leva ~ 15 min.

  1. Pré-condição de um cartucho C-18(Mesa de Materiais)enxaguando-o com etanol (10 mL) e água destilada (10 mL).
  2. Adicione a solução de ações de flúor [18F-] a um frasco de reação contendo um precursor rotulado pela SiFA (100 μL, 20 a 100 nmol). Permita que a reação de rotulagem prossiga para 5 min na temperatura ambiente sem agitar a solução.
    NOTA: Toda a solução de estoque pode ser adicionada ou um alibamento, dependendo de quanta atividade é desejada para a reação.
  3. Elabore a mistura de reação em uma seringa de 20 mL contendo tampão de fosfato de 0,1 M (9 mL) e passe a solução através do cartucho C-18 pré-condicionado para prender o rastreador rotulado.
  4. Lave o cartucho com água destilada (5 mL), em seguida, elute rastreador preso do cartucho C-18 com etanol (300 μL), e diluir com tampão de fosfato estéril para injeção (3 mL).
  5. Passe o purificado [18F] SiFA-tracer através de um filtro estéril.
    NOTA: Para obter uma imagem pet clara para pequenas imagens de animais, a dose do paciente partitioned deve ser entre 5-8 MBq. Para uso humano, a dose do paciente partitioned deve estar entre 200-300 MBq.
  6. Injete um pequeno alibador (~4 MBq) do purificado [18F]SiFA-tracer em um sistema HPLC equipado com uma coluna C-18 de fase invertida para confirmar que a pureza radioquímica é maior do que 95%.

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Resultados

A troca isotópica simplista de SiFA pode alcançar um grau elevado de incorporação radioquímica do flúor[18F](60-90%) com uma quantidade mínima de complexidade sintética (Figura 1). A maioria das moléculas pode ser radioetiquetada com [18F] flúor em uma etapa sem envolver HPLC para purificação (Figura 2). O Radio-HPLC pode ser usado para fins de controle de qualidade, em que o pico de absorção ultravioleta (UV) do produto final deve coincidi...

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Discussão

A química de rotulagem da SiFA representa um dos primeiros 18métodos de rotulagem F que empregam uma reação de troca isotópica extraordinariamente eficiente que pode ser realizada à temperatura ambiente. Uma reação radioquímica típica depende da formação de uma ligação carbono-flúor através da reação de [18F] flúor com uma funcionalidade reativa de flúor através de uma via de eliminação ou substituição. Essas condições de reação são muitas vezes duras, realizadas em pH extremo ou alta temperatura, e...

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Divulgações

Os autores não têm nada a divulgar.

Agradecimentos

Os autores não têm reconhecimentos.

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
[18F]F-/H2[18O]O(Ciclotron produzido)--
[2.2.2]CryptandAldrich291110Kryptofix 2.2.2
Acetonitrila anidraAldrich271004-Água
desionizadaBaxterJF7623-Etanol
, ÁlcoolComercial-
Carbonato de PotássioAldrich209619-QMA
cartuchoWaters186004540QMA SepPak Light (46 mg) cartucho
Equipment
C-18WatersWAT023501C-18 SepPak Light cartucho
C18 colunaPhenomenex00G-4041-N0HPLC Luna C18 250 x 10 mm, 5 µ m
HPLCAgilentTechnologies-HPLC série 1200
scanner micro-PETSiemens-micro-PETR4
Scanner Radio-TLC leitor de placas Raytest-Radio-TLCMini Gita
Filtro estéril 0.22µ mMilliporeSLGP033RS-
Anidro

Referências

  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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