JoVE Journal > Biology
Summary
Abstract
Protocol
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Automatic Translation
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Biology

بمساعدة الميكروويف واحدة وعاء تجميع N - succinimidyl - 4 - [ 18 F] fluorobenzoate ([ 18 F] SFB)

Published: June 28, 2011
doi:
10.3791/2755
, , , , ,
1Department of Molecular and Medical Pharmacology, David Geffen School of Medicine,University of California at Los Angeles, 2Crump Institute for Molecular Imaging, David Geffen School of Medicine,University of California at Los Angeles, 3California NanoSystems Institute,University of California at Los Angeles, 4Nuclear Medicine, PET Center, Shanghai Medical Collegea,Fudan University, 5Electronics and Information Engineering, College of Electronics and Information Engineering,Wuhan Textile University

Summary

وسطحية ، واحدة وعاء تجميع N – succinimidyl – 4 – [<sup> 18</sup> F] fluorobenzoate ([<sup> 18</sup> F] SFB وقد وضعت) على أساس غير مائي ، الإشعاعية عملية من ثلاث خطوات. التسخين باستخدام الميكروويف ، ويمكن الانتهاء من الإجراء بأكمله في أقل من 30 دقيقة أو 60 دقيقة مع تنقية المزيد من هبلك إعدادي. كانت تسوس لتصحيح غلة الإشعاعية (RCYs) 35-5 ٪ (ن> 30).

Abstract

الجزيئات الحيوية ، بما في ذلك الببتيدات والبروتينات 1-9 ، 10،11 والأضداد وشظاياها هندسيا ، 12-14 تكتسب أهمية لأن كلا من العلاجات المحتملة وكلاء التصوير الجزيئي. ولا سيما عندما المسمى مع بوزيترون النظائر المشعة التي تنبعث منها (على سبيل المثال ، النحاس – 64 ، GA – 68 ، أو 18 – F) ، ويمكن استخدامها في التحقيقات التي تستهدف لتصوير العديد من العمليات الفسيولوجية والمرضية. 15-18 لذلك ، فقد بذل جهد كبير المكرسة لتركيب الجزيئات الحيوية والاستكشاف من طراز F – 18 المسمى. وإن كانت هناك أمثلة أنيقة من طراز F – 18 مباشرة توسيم الببتيدات ، 19-22 الظروف القاسية رد الفعل (على سبيل المثال ، المذيبات العضوية ، ودرجة الحموضة الشديدة ودرجات الحرارة المرتفعة) المرتبطة مباشرة radiofluorination وعادة ما تكون غير متوافقة مع عينات من البروتين الهشة. حتى الآن ، وبالتالي فإن إدماج الجماعات الاصطناعية radiolabeled الجزيئات الحيوية لا تزال في طريقة الاختيار. 23،24

N – Succinimidyl – 4 – [18 F] fluorobenzoate ([18 F] SFB) ، 25-37 كاشف نوع بولتون – هنتر أن يتفاعل مع المجموعات الأمينية الأساسية من الجزيئات الحيوية ، هي مجموعة صناعية متعددة جدا لوضع العلامات F – 18 من طائفة واسعة من الكيانات البيولوجية ، من حيث الاستقرار واضحا في الجسم الحي ، وارتفاع العائد radiolabeling. بعد وضع العلامات مع [18 F] SFB ، الناتجة [18 F] يمكن استكشاف الجزيئات الحيوية fluorobenzoylated كأثر PET إمكانات التصوير في الدراسات المجراة. معظم 1 [18 F] radiosyntheses SFB الموصوفة في الأدبيات الحالية تتطلب اثنين أو حتى ثلاثة مفاعلات و التنقيات متعددة باستخدام إما استخراج المرحلة الصلبة (SPE) أو عالية الأداء اللوني السائل (HPLC). هذه العمليات مطولة تعوق انتاجه الروتينية وتطبيقات على نطاق واسع في radiolabeling الجزيئات الحيوية. على الرغم من أن العديد من وحدة بمساعدة [18 F] تم الإبلاغ عن التوليفات SFB ، 29-32 ، 41-42 أنها تقوم أساسا على اجراءات معقدة وطويلة مكلفة باستخدام مربعات الكيمياء الإشعاعية المتاحة تجاريا (الجدول 1). لذلك ، المزيد من التبسيط في radiosynthesis من [18 F] سوف SFB باستخدام الإعداد منخفضة التكلفة تكون مفيدة جدا للتكيف لعملية مؤتمتة.

هنا ، علينا إعداد تقرير موجز [18 F] SFB ، استنادا إلى تجميع مبسطة بمساعدة الميكروويف وعاء واحد (الشكل 1). نهجنا لا تتطلب تنقية بين الخطوات أو أي الكواشف مائي. بالإضافة إلى ذلك ، تشعيع الميكروويف ، التي كانت تستخدم في توليفات من استشفاف PET عدة ، يمكن أن يعطي 38-41 RCYs أعلى وأفضل الانتقائية من ردود الفعل المقابلة الحرارية أو أنها توفر عوائد مماثلة في أوقات أقصر رد الفعل (38). والأهم من ذلك ، عندما وضع العلامات الجزيئات الحيوية ويمكن تحويل الوقت الذي وفره لاحقة أو bioconjugation PET خطوة 28،43 التصوير والجدة لدينا تحسن [18 F] SFB التوليف ذو شقين : (1) استراتيجية deprotection اللامائية لا يتطلب تنقية المتوسطة (ق) بين كل خطوة و (2) بمساعدة الميكروويف التحولات الإشعاعية تمكين السريع وإنتاج موثوق ل[18 F] SFB.

Protocol

1. التحضيرات الأولية يتم استخدام V – فيال (5 مل) RV1 (مع التحريك بار) كما وعاء التفاعل الرئيسي لأداء توليف الميكروويف. توصيله إلى محول PEEK مع منافذ مدخل / مخرج seven يربط وضعت داخل تجويف الميكروويف (انظر الشكل 2). يرتبط RV2 لخرطوشة …

Discussion

هذه ثلاث خطوات مبسطة ، وعاء واحد من كاشف radiosynthesis F – 18 أسيلة [18 F] تم تطويرها استنادا SFB غير مائي الكيمياء. هذه العملية قد استنساخ ممتازة ويمكن استخدامها بشكل موثوق لإنتاج [18 F] SFB في وحدات الكيمياء الإشعاعية الآلي ، نظرا لاثنين من التعديلات الرئيسية على ?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

وأيد هذه الدراسة من قبل وزارة الطاقة الأميركية (DE – FG02 – 08 – 09ER09 وDE – PS02 – 09ER09 18) ، ومركز جونسون الشامل للسرطان في جامعة كاليفورنيا ، والبرنامج التعاوني لأبحاث الصناعة الجامعة (جامعة كاليفورنيا اكتشاف المنحة ، bio07 -10665). نشكر الدكتور Nagichettiar Satyamurthy والعاملين في مرفق UCLA السيكلوترون الطبية لتوفير النظائر المشعة F – 18 والعديد من المناقشات الثاقبة. نشكر الدكاترة. مايكل كولينز ، غريغ لوبلان ، لامبرت يوسف ، وكيلر Barnhardt من CEM للحصول على المشورة الفنية والدعم. نشكر ديرك ويليامز ، ودارين ويليامز ، د. جوزيف دان هونغ لين ، ومايكل فان دام لقطع تصميم وتصنيع لتعديل مفاعل الميكروويف CEM وحدات لتنقية SPE.

Materials

Name of the reagent Company Catalogue number Comments (optional)
acetic acid in aqueous solution (5%, v/v) Fisher A38-500 Prepared in our lab
Acetonitrile Sigma-Aldrich 75-05-8  
Diethyl ether Sigma-Aldrich 14775  
Dimethyl Sulfoxide (DMSO) Sigma-Aldrich 472301  
Ethyl 4-(N,N,N-trimethylammonium)benzoate triflate Prepared in lab    
4,7,13,16,21,24-Hexaoxa-1,10-diazabicyclo[8.8.8]hexacosane (K222) Sigma-Aldrich 29,111-0  
O-(N-succinimidyl)-N,N,N‘,N‘-tetramethyluronium tetrafluoroborate (TSTU) Sigma-Aldrich 105832-38-0  
Potassium carbonate in aqueous solution (1M) Sigma-Aldrich 209619 Prepared in our lab
Potassium tert-butoxide Sigma-Aldrich 156671  
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Okarvi, S. M. Recent progress in fluorine-18 labeled peptide radiopharmaceuticals. Eur. J. Nucl. Med. 28, 929-938 (2001).
  2. Chen, X. Y., Park, R., Hou, Y. P., Khankaldyyan, V., Gonzales-Gomez, I., Tohme, M., Bading, J. R., Laug, W. E., Conti, P. S. MicroPET imaging of brain tumor angiogenesis with 18F-labeled PEGylated RGD peptide. Eur. J. Nucl. Med. Mol. Imaging. 31, 1081-1089 (2004).
  3. Wu, Z., Li, Z. -. B., Chen, K., Cai, W., He, L., Chin, F. T., Li, F., Chen, X. MicroPET of tumor integrin αvβ3 expression using 18F-labeled PEGylated tetrameric RGD peptide. J. Nucl. Med. 49, 1536-1544 (2007).
  4. Cheng, D., Yin, D., Zhang, L., Li, G., Wang, M., Li, S., Zheng, M., Cai, H., Wang, Y. Radiolabeling and in vitro and in vivo characterization of [18F]FB-[R8,15,21, L17]-VIP as a PET imaging agent for tumor over-expressed VIP receptors. Chem. Biol. Drug Des. 68, 319-325 (2006).
  5. Cheng, D., Yin, D., Zhang, L., Wang, M., Li, G., Wang, Y. Preparation of the novel fluorine-18-labeled VIP analog for PET imaging studies using two different synthesis methods. J. Fluorine Chem. 128, 196-201 (2007).
  6. Fredriksson, A., Johnstroem, P., Stone-Elander, S., Jonasson, P., Nygren, P. -. A., Ekberg, K., Johansson, B. -. L., Wahren, J. Labeling of human C-peptide by conjugation with N-succinimidyl-4-[18F]fluorobenzoate. J. Label. Compd. Radiopharm. 44, 509-519 (2001).
  7. Bergmann, R., Scheunemann, M., Heichert, C., Mäding, P., Wittrisch, H., Kretzschmar, M., Rodig, H., Tourwe, D., Iterbeke, K., Chavatte, K. Biodistribution and catabolism of 18F-labeled neurotensin(8-13) analogs. Nucl. Med. Biol. 29, 61-72 (2002).
  8. Guenther, K. J., Yoganathan, S., Garofalo, R., Kawabata, T., Strack, T., Labiris, R., Dolovich, M., Chirakal, R., Valliant, J. F. Synthesis and in vitro evaluation of 18F- and 19F-labeled insulin: a new radiotracer for PET-based molecular imaging studies. J. Med. Chem. 49, 1466-1474 (2006).
  9. Zhang, X., Cai, W., Cao, F., Schreibmann, E., Wu, Y., Wu, J. C., Xing, L., Chen, X. 18F-labeled bombesin analogs for targeting GRP receptor-expressing prostate cancer. J. Nucl. Med. 47, 492-501 (2006).
  10. Murakami, Y., Takamatsu, H., Taki, J., Tatsumi, M., Noda, A., Ichise, R., Tait, J. F., Nishimura, S. 18F-labelled annexin V: a PET tracer for apoptosis imaging. Eur. J. Nucl. Med. Mol. Imaging. 31, 469-474 (2004).
  11. Yagle, K. J., Eary, J. F., Tait, J. F., Grierson, J. R., Link, J. M., Lewellen, B., Gibson, D. F., Krohn, K. A. Evaluation of 18F-annexin v as a PET imaging agent in an animal model of apoptosis. J. Nucl. Med. 46, 658-666 (2005).
  12. Vaidyanathan, G., Zalutsky, M. R. An improved synthesis of N-succinimidyl 4-[18F]fluorobenzoate and its application to the labeling of a monoclonal antibody fragment. Bioconjugate Chem. 5, 352-356 (1994).
  13. Garg, P. K., Garg, S., Zalutsky, M. R. Fluorine-18 labeling of monoclonal antibodies and fragments with preservation of immunoreactivity. Bioconjugate Chem. 2, 44-49 (1991).
  14. Cai, W., Olafsen, T., Zhang, X., Cao, Q., Gambhir, S. S., Williams, L. E., Wu, A. M., Chen, X. PET imaging of colorectal cancer in xenograft-bearing mice by use of an 18F-labeled T84.66 anti-carcinoembryonic antigen diabody. J. Nucl. Med. 48, 304-310 (2007).
  15. Cai, W., Chen, X. Multimodality molecular imaging of tumor angiogenesis. J. Nucl. Med. 49, 113-128 (2008).
  16. Jong, M. d. e., Breeman, W. A., Kwekkeboom, D. J., Valkema, R., Krenning, E. P. Tumor imaging and therapy using radiolabeled somatostatin analogues. Acc. Chem. Res. 42, 873-880 (2009).
  17. Fani, M., André, J. P., Maecke, H. R. 68Ga-PET: a powerful generator-based alternative to cyclotron-based PET radiopharmaceuticals. Contrast Media Mol. Imaging. 3, 53-63 (2008).
  18. Shokeen, M., Anderson, C. J. Molecular imaging of cancer with copper-64 radiopharmaceuticals and positron emission tomography (PET. Acc. Chem. Res. 42, 832-841 .
  19. McBride, W. J., Sharkey, R. M., Karacay, H. C., D’Souza, A., Rossi, E. A., Laverman, P., Chang, C. -. H., Boerman, O. C., Goldenberg, D. M. A novel method of 18F radiolabeling for PET. J. Nucl. Med. 50, 991-998 (2009).
  20. Becaud, J., Mu, L., Karramkam, M., Schubiger, P. A., Ametamey, S. M., Graham, K., Stellfeld, T., Lehmann, L., Borkowski, S., Berndorff, D., Dinkelborg, L., Srinivasan, A., Smits, R., Koksch, B. Direct one-step 18F-labeling of peptides via nucleophilic aromatic substitution. Bioconjugate Chem. 20, 2254-2261 (2009).
  21. Mu, L., Höhne, A., Schubiger, P. A., Ametamey, S. M., Graham, K., Cyr, J. E., Dinkelborg, L., Stellfeld, T., Srinivasan, A., Voigtmann, U., Klar, U. Silicon-based building blocks for one-step 18F-radiolabeling of peptides for PET imaging. Angew. Chem. Int. Ed. 47, 4922-4925 (2008).
  22. Schirrmacher, R., Bradtmöller, G., Schirrmacher, E., Thews, O., Tillmanns, J., Siessmeier, T., Buchholz, H. G., Bartenstein, P., Wängler, B., Niemeyer, C. M., Jurkschat, K. 18F-labeling of peptides by means of an organosilicon-based fluoride acceptor. Angew. Chem. Int. Ed. 45, 6047-6050 (2006).
  23. Olberg, D. E., Hjelstuen, O. K., Solbakken, M., Arukwe, J., Karlsen, H., Cuthbertson, A. A novel prosthetic group for site-selective labeling of peptides for positron emission tomography. Bioconjugate Chem. 19, 1301-1308 .
  24. Wuest, F., Köhler, L., Berndt, M., Pietzsch, J. Systematic comparison of two novel, thiol-reactive prosthetic groups for 18F labeling of peptides and proteins with the acylation agent succinimidyl-4-[18F]fluorobenzoate ([18F]SFB. Amino Acids. 36, 283-295 (2009).
  25. Vaidyanathan, G., Zalutsky, M. R. Synthesis of N-succinimidyl 4-[18F]fluorobenzoate, an agent for labeling proteins and peptides with 18F. Nat. Protocols. 1, 1655-1661 .
  26. Guhlke, S., Coenen, H. H., Stöcklin, G. Fluoroacylation agents based on small N.C.A. [18F]fluorocarboxylic acids. Appl. Radiat. Isot. 45, 715-727 (1994).
  27. Wester, H. J., Hamacher, K., Stöcklin, G. A comparative study of N.C.A. Fluorine-18 labeling of proteins via acylation and photochemical conjugation. Nucl. Med. Biol. 23, 365-372 (1996).
  28. Wüst, F., Hultsch, C., Bergmann, R., Johannsen, B., Henle, T. Radiolabeling of isopeptide NE epsilon-(&gamma;-glutamyl)-L-lysine by conjugation with N-succinimidyl-4-[18F]fluorobenzoate. Appl. Radiat. Isot. 59, 43-48 (2003).
  29. Zijlstra, S., Gunawan, J., Burchert, W. Synthesis and evaluation of a 18F-labelled recombinant annexin-V derivative, for identification and quantification of apoptotic cells with PET. Appl. Rad. Isot. 58, 201-207 (2003).
  30. Mäding, P., Füchtner, F., Wüst, F. Module-assisted synthesis of the bifunctional labeling agent N-succinimidyl 4-[18F]fluorobenzoate ([18F]SFB. Appl. Rad. Isot. 63, 329-332 (2005).
  31. Marik, J., Sutcliffe, J. L. Fully automated preparation of N.C.A. 4-[18F]fluorobenzoic acid and N-succinimidyl 4-[18F]fluorobenzoate using a Siemens/CTI chemistry process control unit (CPCU). Appl. Rad. Isot. 65, 199-203 (2007).
  32. Johnström, P., Clark, J. C., Pickard, J. D., Davenport, A. P. Automated synthesis of the generic peptide labelling agent N-succinimidyl 4-[18F]fluorobenzoate and application to 18F-label the vasoactive transmitter urotensin-II as a ligand for positron emission tomography. Nucl. Med. Biol. 35, 725-731 (2008).
  33. Tang, G., Zeng, W. B., Yu, M. X., Kabalka, G. Facile synthesis of N-succinimidyl 4-[18F]fluorobenzoate ([18F]SFB) for protein labeling. J Label. Compd. Radiopharm. 51, 68-71 .
  34. Azarian, V., Gangloff, A., Seimbille, Y., Delaloye, S., Czernin, J., Phelps, M. E., Silverman, D. H. S. Synthesis and liposome encapsulation of a novel 18F-conjugate of ω-conotoxin GVIA for the potential imaging of N-type Ca2+ channels in the brain by positron emission tomography. J. Label. Compd. Radiopharm. 49, 269-283 (2006).
  35. Toretsky, J., Levenson, A., Weinberg, I. N., Tait, J. F., Uren, A., Mease, R. C. Preparation of F-18 labeled annexin V: a potential PET radiopharmaceutical for imaging cell death. Nucl. Med. Biol. 31, 747-752 (2004).
  36. Glaser, M., Arstad, E., Luthra, S. K., Robins, E. G. Two-step radiosynthesis of [18F]N-succinimidyl-4-fluorobenzoate ([18F]SFB. J. Label. Compd. Radiopharm. 52, 327-330 (2009).
  37. Carroll, M., Yan, R., Aigbirhio, F., Soloviev, D., Brichard, L. The first nucleophilic synthesis of 3-[18F]fluoroethylbenzoate. J. Nucl. Med. 49, 303P-303P (2008).
  38. Stone-Elander, S., Elander, N. Microwave application in radiolabeling with short-lived positron-emitting radionuclides. J. Label. Compd. Radiopharm. 45, 715-746 (2002).
  39. Guo, N., Alagille, D., Tamagnan, G., Price, R. R., Baldwin, R. M. Microwave-induced nucleophilic [18F]fluorination on aromatic rings: synthesis and effect of halogen on [18F]fluoride substitution of meta-halo (F, Cl, Br, I)-benzonitrile derivatives. Appl. Rad. Isot. 66, 1396-1402 (2008).
  40. Mandap, K. S., Ido, T., Kiyono, Y., Kobayashi, M., Lohith, T. G., Mori, T., Kasamatsu, S., Kudo, T., Okazawa, H., Fujibayashi, Y. Development of microwave-based automated nucleophilic [18F]fluorination system and its application to the production of [18F]flumazenil. Nucl. Med. Biol. 36, 403-409 (2009).
  41. Scott, P. J. H., Shao, X. Fully automated, high yielding production of N-succinimidyl 4-[18F]fluorobenzoate ([18F]SFB), and its use in microwave-enhanced radiochemical coupling reactions. J. Label. Compd. Radiopharm. 53, 586-591 (2010).
  42. Tang, G., Tang, X., Wang, X. A facile automated synthesis of N-succinimidyl 4-[18F]fluorobenzoate ([18F]SFB) for 18F-labeled cell-penetrating peptide as PET tracer. J. Label. Compd. Radiopharm. 53, 543-547 (2010).
  43. Olma, S., Liu, K., Chen, Y. -. C., Dam, R. v. a. n., Shen, C. K. -. F. Microfluidic Droplet Mixer for Fluorine-18 Labeling of Biomolecules. J. Label. Compd. Radiopharm. 52, S10-S10 (2009).
  44. Olma, S., Lambert, J., Barnhardt, E., Liu, K., Shen, C. K. -. F., van Dam, R. A compact microwave system for rapid, semi-automated radiosyntheses. J. Label. Compd. Radiopharm. 52, S509-S509 (2009).

Tags

Microwave-assistedOne-pot SynthesisN-succinimidyl-4-[18F]fluorobenzoate[18F]SFBBiomoleculesPeptidesProteinsAntibodiesEngineered FragmentsTherapeuticsMolecular Imaging AgentsPositron-emitting RadioisotopesCu-64Ga-68F-18Targeted ImagingPhysiological ProcessesPathological ProcessesSynthesisExploration18F-labeled BiomoleculesDirect 18F-labelingOrganic SolventExtreme PHHigh TemperatureRadiolabeled Prosthetic GroupsMethod Of ChoiceBolton-Hunter Type ReagentPrimary Amino GroupsIn Vivo StabilityRadiolabeling YieldPET Tracers

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Hou, S., Phung, D. L., Lin, W., Wang, M., Liu, K., Shen, C. K. Microwave-assisted One-pot Synthesis of N-succinimidyl-4-[18F]fluorobenzoate ([18F]SFB). J. Vis. Exp. (52), e2755, doi:10.3791/2755 (2011).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image