Методическая статья

18 лет F-маркировка радиотрадных средств, функционализированных с приемником силиконовой фтор (SiFA) для позитронно-эмиссионной томографии

7K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/60623

⸱

11 января 2020 г.

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
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

В этой статье

Краткое содержание

Синтез фтора-18(18F) помечены радиофармацевтические для позитронно-эмиссионной томографии обычно требует месяцев опыта. При включении в радиотрактор, кремниевый фтор приемник (SiFA) мотив позволяет простой 18F-маркировки протокол, который не зависит от дорогостоящего оборудования и подготовительной подготовки, при одновременном сокращении количества прекурсоров необходимо и с использованием более мягких условий реакции.

Аннотация

Пара-заменители ди-терт-butylfluosilylbenzene структурный мотив, известный как кремниевый фтор приемник (SiFA) является полезным тегом в наборе инструментов радиохимика для включения радиоактивныхNo 18Фтор в трассировки для использования в позитронно-эмиссионной томографии. По сравнению с обычными стратегиями радиомаркировки, изотопный обмен фтора-19 от SiFA с фтором18F'fluoride осуществляется при комнатной температуре и требует минимальной реакции участников. Таким образом, формирование побочных продуктов является незначительным, а очистка значительно упрощается. Однако, в то время как молекула-предшественник, используемая для маркировки, и конечный радиомаркированный продукт изотопно дискретны, они химически идентичны и, таким образом, неотделимы во время процедур очистки. Тег SiFA также подвержен деградации в основных условиях, вытекающих из обработки и сушки фтораNo 18F'fluoride. Метод «4 капли», в котором только первые 4 капли элетационного й18Фхофорид используются из твердой фазы извлечения, уменьшает количество базы в реакции, облегчает более низкое количество моляров прекурсора, и уменьшает деградацию.

Введение

Фтор-18 (109-минутный период полураспада, 97% позитронно-излучения) является одним из наиболее важных радионуклидов для позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), неинвазивный метод визуализации, который визуализирует и количественно био-распределение радиомаркированных трассиров для различных заболеваний1. Пептиды и белки особенно трудно маркировать с помощьюфтора 18F'fluoride, потому что они требуют строительных блоков, образованных многоступенчатыми синтезами2. Чтобы уменьшить сложность 18F-радиомаркировки, кремниевый фтор приемник (SiFA) был недавно введен в качестве надежных инструментов3. Группа SiFA состоит из центрального атома кремния, соединенного с двумя третичных бутиловых групп, производно-фенилму и нерадиоактивного атома фтора. Третичные бутильные группы прививают гидролитическую стабильность кремниево-фторовой связи, которая является важной особенностью для in vivo приложений SiFA конъюгирует в качестве агентов изображений.

При прикреплении к небольшой молекуле или биомолекуле строительные блоки SiFA связывают радиоактивные анионы18Фтор, обменивая фтор-19 на фтор-18 в концентрациях наномолляров, не образуя значительного количества радиоактивных побочных продуктов4. Кроме того, высокий радиохимический выход быстро достигается путем маркировки SiFA moiety в диполярных апротических растворителей при низких температурах. Это резко контрастирует с классическими изотопными реакциями обмена, которые производят радиочастоты низкой специфической активности5. В этих случаях, большое количество прекурсора (в диапазоне миллиграммов) должны быть использованы для получения разумного включения18Фюртор. Изотопные реакции обмена с использованием SiFAs являются гораздо более эффективными, что подтверждается кинетические исследования и плотность функциональной теории расчеты6,7. Приклеенные этикетку SiFA легко очищаются путем извлечения твердой фазы, так как как маркированные, так и немаркированные соединения SiFA химически идентичны. Это отличается от традиционных радиомаркированных трассаторов, где молекула-предшественник и маркированный продукт являются двумя различными химическими видами и должны быть разделены после радиомаркировки высокопроизводительной жидкой хроматографией (HPLC). Используя строительные блоки SiFA, малые молекулы, белки и пептиды, можно успешно маркировать с помощью18фторсовых протоколов, разное и двухступенчатые протоколы маркировки, лишенные сложных процедур очистки (Рисунок 1)4,8,9. Кроме того, некоторые соединения с маркировкой SiFA являются надежными инвиво-визуальными агентами для кровотока и опухолей10. Простота химии SiFA позволяет даже неподготовленным следователям использовать18Фхофрида для синтеза и развития радиотраповского излжания.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

ВНИМАНИЕ: Необходимо иметь в виду, что 18F является радиоактивным изотопом, и поэтому необходимо проводить все процедуры, лежащие в основе адекватного защиты. Защита свинца подходит для данного типа излучения. Обязательно носите значки обнаружения радиации на протяжении всей этой процедуры. Кроме того, немедленно утилизировать перчатки, прежде чем касаться ничего после синтеза, так как они могут быть загрязнены радиоактивной активностью. Используйте ручные ноги мониторы, а также блин Гейгер счетчики, чтобы проверить на загрязнение рукава, руки и ноги.

1. Азеотропная сушка 18F-анионов

ПРИМЕЧАНИЕ: На рисунке 2А показан график рабочего процесса этой процедуры, который занимает 10 минут.

  1. Предварительное условие кватернаровметиловый аммоний (ЗМА) анион обмена картридж(Таблица материалов) путем прохождения 0,5 М K CO3 (10 мл) через картридж, а затем деионизированной воды (10 мл).
  2. Передайте ваковый раствор No18ФЗ-/18O'H2O (100-500 MBq) через предупорливый картридж зМА в обратном направлении, используя мужской адаптер. Отбросьте No18ОЗН2О.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Эти шаги могут быть выполнены с помощью автоматизированного модуля синтеза, или с помощью дополнительного экранирования на шприц.
  3. Выделите первые четыре капли фиксированных анионов фтора18F'fluoride из картриджа зМА в подготовленный раствор из 2,2,2-криптовалюты(Таблица материалов)(10 мг), 0,2 М К СО23 (50 л, 10 моль) и ацетонитрил (1 мл) в толстой стенке v-vial, и виал.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Только первые четыре капли используются в качестве большинства радиоактивных no18Фютор является eluted от ЗМА в этих капель. Это уменьшает количество базы, перевозимых вперед в растворе фтораNo 18,что необходимо, чтобы избежать деградации SiFA moiety.
  4. Запечатать флакон и поместить в ванну с минеральным маслом 90 градусов, расположенную на горячей тарелке. Вставьте вентиляционную иглу и иглу, соединенную с потоком аргонового газа, в перегородку флакона. Подождите 5 минут, чтобы испарить растворители под нежным потоком аргона. Удалите оставшиеся следы воды, добавив 1 мл ацетонитрила для облегчения ацеотропного совместного испарения. Повторите этот шаг 2x, чтобы обеспечить сухость.
  5. После того, как растворитель заметно удалены, остановить поток аргона, и удалить шприцы из флакона крышка, и удалить флакон из масляной ванны.
  6. Отдохните высушенный No18Фюфтор в растворителе реакции выбора.
    ПРИМЕЧАНИЕ: В этом случае, ацетонитрил (1 мл) добавляется для создания акционерного раствора высокореактивного no18F-F- (100-500 MBq). Это решение теперь можно использовать для маркировки.

2. Одноступенчатая маркировка SiFA-ligand

ПРИМЕЧАНИЕ: На рисунке 2B показан график рабочего процесса этой процедуры, который занимает 15 мин.

  1. Предварительное условие Картридж C-18(Таблица материалов) путем промывки его этанолом (10 мл) и дистиллированной воды (10 мл).
  2. Добавьте раствор фторированного запаса18F-в реакционный флакон, содержащий предшественник с маркировкой SiFA (100 л, 20–100 нмоль). Разрешить маркировки реакции продолжать в течение 5 минут при комнатной температуре, не помешивая раствор.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Весь фондовый раствор может быть добавлен или aliquot, в зависимости от того, сколько активности желательно для реакции.
  3. Нарисуйте реакционную смесь в шприцу 20 мл, содержащем 0,1 М фосфатный буфер (9 мл) и передайте раствор через предусловную картридж C-18 для ловушки маркированного трассировщика.
  4. Вымойте картридж дистиллированной водой (5 мл), затем выветриваемый трассировщик из картриджа C-18 с этанолом (300 л) и разбавьте стерильным фосфатным буфером для инъекций (3 мл).
  5. Передайте очищенный No18F'SiFA-трассировщик через стерильный фильтр.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Чтобы получить четкое ПЭТ представить для маленьких изображений животных, разделенная доза пациента должна быть между 5'8 MBq. Для использования человеком, раздельная доза пациента должна быть между 200-300 MBq.
  6. Введите небольшой аликот (No 4 МБК) очищенногоNo 18F'SiFA-трассировщика на систему HPLC, оснащенную оборотной фазой C-18, чтобы подтвердить, что радиохимическая чистота превышает 95%.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

Упрощенный изотопный обмен SiFA может достичь высокой степени радиохимического включения в размере18f-фтор (60–90%) с минимальным количеством синтетической сложности(рисунок 1). Большинство молекул могут быть радиомаркированы с помощью18Фтор фтор в один шаг без привлечения HPLC для очистки (Рисунок 2). Радио-HPLC может быть использован для целей контроля качества, в котором ультрафиолетовый (УФ) пик абсорбции конечного продукта должен совпа...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

Химия маркировки SiFA представляет собой один из первых 18методов маркировки F, использующих чрезвычайно эффективную изотопную реакцию обмена, которая может быть выполнена при комнатной температуре. Типичная радиохимическая реакция опирается на формирование углеродно-фторовой связи через реакциюNo 18Фюрторид с фтором-реактивной функциональности путем ликвидации или замены пути. Эти условия реакции часто суровы, выполняются при экстремальных рН или высокой температуре, и нагружены побочными продуктам...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

Авторам нечего раскрывать.

Благодарности

Авторы не имеют подтверждений.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
[18F]F-/H2[18O]O(Циклотрон производится)--
[2.2.2]CryptandAldrich291110Kryptofix 2.2.2
Ацетонитрил безводныйAldrich271004-деионизированная
водаBaxterJF7623-этанол
, безводныеКоммерческие спирты-Карбонат
калияОлдрич209619-QMA
картриджВоды186004540QMA SepPak Light (46 мг) картридж
Equipment
C-18 картриджВодыWAT023501C-18 SepPak Light
картридж C18 колонкаPhenomenex00G-4041-N0ВЭЖХ Luna C18 250 x 10 мм, 5 & микро; m
ВЭЖХAgilentTechnologies-HPLC 1200 серия
micro-PET СканерSiemens-micro-PET R4
Сканер Radio-TLC Считыватель пластинMini Gita
Стерильный фильтр 0,22&микро; mMilliporeSLGP033RS-
Raytest-Radio-TLC

Ссылки

  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).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

18QMAC18

Похожие статьи