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

מיקרוגל בעזרת סינתזה אחת סיר 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

קליל, אחד בסיר סינתזה של N-succinimidyl-4-[<sup> 18</sup> F] fluorobenzoate ([<sup> 18</sup> F] SFB) פותחה על בסיס תהליך בלתי מימית שלושה שלבים, radiochemical. באמצעות חימום במיקרוגל, ההליך כולו יכול להסתיים תוך פחות מ 30 דקות או 60 דקות עם טיהור נוספת על ידי preparative HPLC. ריקבון, תיקן התשואות radiochemical (RCYs) היו 35-5% (n> 30).

Abstract

ביומולקולות, כולל פפטידים, חלבונים 1-9, 10,11 ונוגדנים ושברי מהונדסים שלהם, 12-14 צוברים חשיבות כמו גם הרפוי פוטנציאליים וסוכני הדמיה מולקולרית. יש לציין, כאשר תווית עם פוזיטרונים פולטות רדיואיזוטופים (למשל, CU-64, GA-68 או F-18), הם יכולים לשמש בדיקות הדמיה ממוקד של תהליכים פיזיולוגיים ופתולוגיים רבים. 15-18 לפיכך, מאמץ משמעותי מוקדש סינתזה וחקירה של ה-F-18 שכותרתו ביומולקולות. אמנם יש דוגמאות אלגנטי של ה-F-18 ישירה תיוג של פפטידים, 19-22 התנאים תגובה חריפה (כלומר, אורגני pH ממס, קיצוניות, טמפרטורה גבוהה) הקשורים radiofluorination ישירה הן בדרך כלל בקנה אחד עם דגימות חלבון שביר. עד כה, ולכן, שילוב של קבוצות תותבת radiolabeled לתוך ביומולקולות נשארת השיטה של בחירה. 23,24

N-Succinimidyl-4-[18 F] fluorobenzoate ([18 F] SFB), 25-37 מגיב בולטון האנטר מסוג זה מגיב עם קבוצות אמינו ראשונית של ביומולקולות, היא קבוצה מאוד תכליתי תותבת עבור תיוג F-18 של ספקטרום רחב של גורמים ביולוגיים, במונחים של יציבות vivo ו radiolabeling תשואה גבוהה מאליו שלה. לאחר תיוג עם [18 F] SFB, שהתקבל [18 F] ביומולקולות fluorobenzoylated יכול להיחקר כמו קליעים נותבים PET פוטנציאל במחקרים vivo הדמיה. רוב 1 [18 F] radiosyntheses SFB המתואר הספרות הנוכחי דורשים שניים או אפילו שלושה כורים ו purifications מרובים באמצעות מיצוי שלב או מוצק (SPE) או בעלי ביצועים גבוהים כרומטוגרפיה נוזלית (HPLC). תהליכים ממושכים כאלה סל הייצור השוטפת ויישומים נרחב radiolabeling של ביומולקולות. למרות כמה מודול בסיוע [18 F] סינתזות SFB דווחו, 29-32, 41-42 הם מתבססים בעיקר על נהלים מסובך וארוך באמצעות יקר, זמין מסחרית תיבות radiochemistry (טבלה 1). לכן, פישוט נוסף של radiosynthesis של [18 F] SFB באמצעות התקנה בעלות נמוכה יהיה מועיל מאוד עבור adaption שלה לתהליך אוטומטי.

בזאת, אנו מדווחים הכנה תמציתית של [18 F] SFB, המבוססת על סינתזה פשוטה במיקרוגל בסיוע חד סיר (איור 1). הגישה שלנו אינה דורשת טיהור בין השלבים או כל ריאגנטים מימית. בנוסף, קרינה מיקרוגל, אשר שימש את סינתזות של קליעים נותבים PET כמה, 38-41 יכול נותן RCYs סלקטיביות גבוהה יותר מאשר התגובות תרמי המתאים או שהם מספקים תשואות דומות זמני תגובה קצרים יותר. 38 והכי חשוב, כאשר תיוג ביומולקולות , הזמן הציל יכול להיות מופנות bioconjugation הבאים או צעד הדמיה PET 28,43 החידוש שלנו השתפר [18 F] סינתזה SFB היא כפולה: (1). האסטרטגיה deprotection anhydrous לא דורש טיהור ביניים (ים) בין כל צעד ו (2) המיקרוגל בעזרת טרנספורמציות radiochemical מאפשרים ייצור מהיר, אמין [18 F] SFB.

Protocol

1. ההכנות ראשוניות V-בקבוקון (5-מ"ל) RV1 (עם ערבוב בר) משמש כלי התגובה העיקרי לביצוע סינתזה מיקרוגל. הוא מחובר למתאם הצצה עם שבעה כניסת / יציאות מתחבר לשקע והניח בתוך חלל המיקרוגל (ראה איור 2). RV2 מחובר SPE מיכל (אני) כדי לאסוף …

Discussion

זה פשוט בן שלושה שלבים, אחד סיר radiosynthesis של ריאגנט ה-F-18 acylation [18 F] SFB היא פותחה על בסיס כימיה אי – מימית. תהליך זה reproducibility מעולה יכול לשמש אמין לייצור [18 F] SFB במודולים radiochemistry אוטומטיות, בשל שני שינויים מרכזיים כמתואר הבאים: 1. אנו מעסיקים צעד deprotection / סבון ?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

מחקר זה נתמך על ידי משרד האנרגיה של ארה"ב (DE-FG02-09ER09-08 ו-de-PS02 09ER09-18), מרכז מקיף Jonsson הסרטן באוניברסיטת קליפורניה, והתכנית התעשייה האוניברסיטה שיתופית מחקר (UC דיסקברי גרנט, bio07 -10,665). אנו מודים לד"ר Nagichettiar Satyamurthy צוותי במתקן ביו הציקלוטרון UCLA למתן ה-F-18 radioisotope ודיונים תובנות רבות. אנו מודים בני הזוג. מייקל קולינס, גרג לבלאן, יוסף למברט, ואת קלר Barnhardt מ CEM עבור ייעוץ טכני ותמיכתם. אנו מודים דירק וויליאמס, דרין וויליאמס, בני הזוג. יוסף דן הונג לין, ומיכאל ואן דאם עבור חלקים בעיצוב עיבוד כדי לשנות את הכור מיקרוגל CEM עבור מודולים טיהור 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