Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

Automatisering av ett Positron-emission Tomography (PET) Radiotracer syntes protokoll för klinisk produktion

Published: October 26, 2018 doi: 10.3791/58428
Automatic Translation
*1, *2,3, 2,4, 1, 2,3, 2,4
1SOFIE, 2Department of Molecular & Medical Pharmacology, David Geffen School of Medicine, University of California, Los Angeles (UCLA), 3Ahmanson Translational Imaging Division, University of California, Los Angeles (UCLA), 4Crump Institute for Molecular Imaging, University of California, Los Angeles (UCLA)
* These authors contributed equally

Summary

Positron-emission tomografi (PET) imaging webbplatser som är involverade i flera tidiga kliniska forskning studier behöver robust och mångsidig radiotracer tillverkningsmöjligheter. Använda radiotracer [18F] klofarabin som ett exempel, vi illustrera hur till automatisera syntesen av en radiotracer med hjälp av en flexibel, kassett-baserade radiosynthesizer och validera syntesen för klinisk användning.

Abstract

Utvecklingen av nya positron-emission tomography (PET) spårämnen gör det möjligt för forskare och kliniker att bilden ett allt bredare utbud av biologiska mål och processer. Men skapar det ökande antalet olika spårämnen utmaningar för sin produktion på radiopharmacies. Historiskt har det varit praktiskt att ägna en specialkonfigurerade radiosynthesizer och hot cell för upprepad produktion av varje enskilt spårämne, blir det nödvändigt att ändra detta arbetsflöde. Senaste kommersiella radiosynthesizers baserat på disponibel kassetter/kit för varje spårämne förenkla produktionen av flera spårämnen med en uppsättning utrustning genom att eliminera behovet av egna tracer-specifika ändringar. Dessutom att några av dessa radiosynthesizers operatören att utveckla och optimera sin egen syntes protokoll förutom köpa kommersiellt tillgängliga kit. I detta protokoll, vi beskriva det allmänna förfarandet för hur manuell syntesen av en ny PET-tracer kan automatiseras på en av dessa radiosynthesizers och validerade för produktion av kliniska-grade spårämnen. Som ett exempel, vi använder den ELIXYS radiosynthesizer, en flexibel radiokemi-kassett-baserade verktyg som kan stödja både PET tracer utvecklingsinsatser, samt rutinmässig klinisk sonden tillverkning på samma system, för att producera [18F] klofarabin ([ 18 F] CFA), PET spårämne att mäta i vivo enzymaktivitet deoxycytidine kinase (dCK). Att översätta en manuell syntes innebär att bryta ner syntetiska protokollet i grundläggande radiokemi processer som översätts sedan till intuitiv kemi ”enhetsoperationer” stöds av synthesizer programvara. Dessa åtgärder kan sedan snabbt omvandlas till en automatiserad syntes program genom att samla dem i dra-och-släpp-gränssnittet. Efter grundläggande tester kräva syntes och rening förfarande optimering att uppnå önskad avkastning och renhet. När önskad prestanda uppnås, utförs en validering av syntesen för att avgöra dess lämplighet för produktionen av radiotracer för klinisk användning.

Introduction

En ökande mängd av biologiska mål kan visualiseras dynamiskt i levande ämnen via molekylär bildframställning modalitet PET. PET ger i vivo analyser av specifika biologiska, biokemiska och farmakologiska processer med hjälp av särskilda radiotracers (molekyler märkta med positron-emitting radionuklider) som injiceras in i ämnet före imaging1. Den ökade användningen av PET att studera ett brett utbud av dessa processer i grundforskning och klinisk forskning2,3,4, och upptäckt, utveckling och klinisk användning av droger i patientvården5, 6, leder till en växande efterfrågan på olika radiotracers7,8. Att undvika strålningsexponering för radiochemist och säkerställa en reproducerbar produktion av dessa kortlivade spårämnen, tillverkas de vanligen med en automatiserad radiosynthesizer inom en ”hot cell”. Senaste radiosynthesizers använda en engångs-kassett/kit arkitektur för att förenkla uppgiften att följa kliniska-grade tillverkning samtidigt ge flexibilitet för att förbereda flera typer av radiotracers helt enkelt genom att byta ut kassetter9 . Men i tidiga kliniska stadier finns det oftast inga kommersiellt tillgängliga kassetter/kit att utföra den automatiserade radiosynthesis; Följaktligen, PET drog tillverkningsanläggningar kamp för att anpassa system för att implementera cGMP-grade tracer produktionskapacitet inom en lämplig tidsram och till en rimlig kostnad. Således har radiosynthesizers utvecklats som kombinerar kassett/kit arkitektur med funktioner för att underlätta utveckling och optimering av spårämnen.

Den ELIXYS FLEX/CHEM (ELIXYS) är ett exempel på en flexibel kassett-baserade radiosynthesizer med en bred reagens, lösningsmedel och reaktion temperatur kompatibilitet10. Den har tre reaktionskärl och använder en robotliknande mekanism att dynamiskt konfigurera fluid vägen som krävs enligt någon viss syntes protokoll11. Synthesizer programvara möjliggör skapandet av syntes program (sekvenser) för olika spårämnen genom att dra och släppa Enhetsoperationer såsom Fälla isotopen Eluera isotop, Lägga till reagens, reagera, och avdunsta12. Varje enhet operation har en mängd olika programmerbara parametrar som är tillgängliga till operatören, såsom längd, temperatureller inert gas kör trycket (trycket). Genom att förstå arbetets art för varje enhet, en manuell syntes lätt kan översättas till en sekvens av enhetsoperationer och sedan ändras under optimering av protokoll13. I kombination med modulen ELIXYS PURE/FORM, kan det integrerade systemet också utföra en automatisk rening och formulering av PET spårämne. Använder denna radiosynthesizer, har vi tidigare rapporterat automatiserade syntesen av 24 olika 18F-märkt spårämnen och prosthetic grupper11,14,15,16, som samt den automatiserade enzymatisk radiofluorination av biomolekyler17, genom att helt enkelt ändra reagenser och inte konfigurationen av systemet. Andra har visat automatiserade syntesen av [18F] RO6958948 för bildtagning av tau neurofibrillära tangles18, automatiserade syntesen av gruppen prosthetic [18F] F-Py-TFP med en efterföljande märkning av peptider19 , och automatiserad syntesen av [18F] AM580 för bildtagning av fosfodiesteras 10a (PDE10A)20. Dessutom flera grupper har visat produktion av spårämnen lämplig för klinisk användning, inklusive 4-[18F] Fluorobenzyl-triphenylphosphonium ([18F] FBnTP) för bildtagning av mitokondriella membranet potential21, [ 18 F] DCFPyL för bildtagning av prostataspecifikt membran-antigen (PSMA)22och [18F] THK-5351 för bildtagning av tau23.

I detta papper, vi använder vår erfarenhet med [18F] CFA att illustrera hur en manuell radiosynthetic förfarande kan enkelt och snabbt översättas till en automatiserad syntes som lämpar sig för rutinmässig produktion efter cGMP riktlinjer. Spårämne [18F] CFA var avsedd för bildtagning av dCK aktivitet. Den manuella radiosynthesis [18F] CFA beskrevs ursprungligen av Shu o.a. 24 som en procedur med två reaktionskärl, mellanliggande kiseldioxid patron rening och en slutlig HPLC-rening steg (se Kompletterande Material, avsnitt 1 för detaljer). Senaste in vitro- och prekliniska studier har visat detta tracer att dCK exceptionella specificitet och första-i-mänskliga studier har visat gynnsam biodistribution25. Det finns ett omedelbart intresse i bredare skala kliniska studier för att bekräfta känslighet [18F] CFA sällskapsdjur till variationer i dCK aktivitet och ett mer långsiktiga intresse för de potentiella kliniska tillämpningarna av detta spårämne26. Det kan vara en användbar biomarkör för terapier som utlösa T-cells aktivering, inducerar DNA-skador eller förlita sig på dCK-beroende nucleoside analog prodrugs. I synnerhet [18F] CFA kan aktivera stratifieringen av patienterna för en potentiell svar på behandling med klofarabin. [18F] CFA kan också underlätta studier och utveckling av dCK-hämmare som avancerar mot kliniska studier. Eftersom denna tracer har traditionellt syntetiserats manuellt, avancera alla dessa studier kräver en tillförlitlig, automatiserad syntes av [18F] CFA lämplig för klinisk användning.

Även om vi tidigare rapporterat en automatiserad syntes av [18F] CFA för prekliniska studier16, detta protokoll bygger vidare på dessa ansträngningar och beskriver ytterligare ändringar krävs för klinisk produktion av denna tracer, inbegripet integrering av helautomatiska rening och formulering, protokoll validering och kvalitetskontroll provning. De allmänna förfarandena som beskrivs här är inte begränsade till utveckla en automatiserad och kliniskt-lämplig syntes av [18F] CFA men kan generaliseras på ett okomplicerat sätt att utveckla automatiserade synteser lämplig för klinisk användning av andra radiotracers märkt med fluor-18.

Protocol

1. allmänna förfarandet för Automation och validering av ett Radiosynthesis protokoll för kliniska tillverkning

  1. Analysera stödberättigande för manuell syntes stödordningen för kliniska tillverkning
    1. Utför riskanalys av produktkontamination med oönskad restkemikalier.
      1. Undvik klass 1 lösningsmedel såsom bensen och ersätta dem med lämpliga alternativa lösningsmedel (klass 2 eller klass 3).
      2. Undvik kemikalier som skulle vara svåra att upptäcka i den slutliga formuleringen som potentiella återstående föroreningar.
      3. Välj endast kemikalier som är kommersiellt tillgängliga i hög renhet årskurs (USP eller Ph.Eur. betyget önskas) och är försedda med ett analyscertifikat.
    2. Förfina syntes systemet om några oönskade kemikalier eller lösningsmedel upptäcks av riskanalysen och repetera avsnitt 1.1 tills inget återstår.
  2. Automatisera protokollet syntes
    1. Om ett automatiserat protokoll för den tracer använder samma syntet har redan skapats och överförts till en online-arkiv, hämta en kopia av programmet syntes.
    2. Om ett program för automatiserad syntes inte redan finns, skapa en.
      1. Använder papper och penna, dela upp manuell syntesen i högsta nivå stegen (t.ex. torkning/aktivera [18F] fluor, värme för att underlätta en radiokemiska reaktion, utför ett reningssteg, etc.). Ytterligare bryta ner övergripande åtgärder bör utföras i diskreta, grundläggande processer som krävs. Som ett exempel, syntes systemet [18F] CFA visas i figur 1, identifiering av högsta nivå stegen visas i figur 2Aoch fördelningen i processer visas i figur 2B.
      2. Papper och penna mappa varje process i de enskilda enheten verksamhet som tillhandahålls av programvaran synthesizer. Som ett exempel, en analys av kartläggningen av grundläggande processer i syntesen av [18F] CFA till lämplig enhetsoperationer i synthesizer programvara13 visas i figur 2 c.
      3. I gränssnittet radiosynthesizer programmering, skapa ett tomt program och lägga till var och en av de identifierade enhetsoperationer i sekvens genom att klicka på meny -knappen (överst till vänster) och välja sekvenser, och sedan klicka på nya Sekvens knappen. För varje enhet operation identifierade i steg 1.2.2.2, dra enhet operationen från de tillgängliga funktioner till vyn Bildband och klicka eller typ att fylla ut det önskade värdet av varje parameter av enhet operationen. Figur 3 visar ett exempel på gränssnittet när alla operationer att syntetisera [18F] CFA har fyllts, och användaren har markerat den första reagera enhet operationen att redigera parametervärden. Slutliga syntes program för [18F] CFA beskrivs i Kompletterande Material, Tabeller S1 och S2.
    3. Kontrollera programmet syntes.
      1. Utföra en torr körning. Ställa in och köra programmet som i steg 2.1-2.3, använder alla reagenser och lösningsmedel än radionukliden (t.ex. [18F] fluor) för att verifiera förväntat beteende.
      2. Vid behov justera enhetsvärdena drift parameter i programmet (t.ex. den tid eller drivande trycket helt överföra ett reagens, den tid och temperaturen avdunsta lösningsmedel till önskad nivå, etc.), och testa. För att justera parametervärden, först tillbaka till Redigera -läget genom att välja sekvenser i huvudmenyn (högst upp till vänster) och markera nyinrättade programmet. Nästa, klicka på önskad enhet operationen i vyn Bildband (längst ned på skärmen), navigera till önskad parameter, och markera eller Skriv det nya värdet.
    4. Utföra en lågaktivt (< 370 MBq) provkörning för att utvärdera programmet.
      1. Optimera automatiserade syntesen genom att justera parametervärden för att förbättra avkastningen, syntes tid, repeterbarhet och eventuella andra önskat mätbara resultat.
  3. Utveckla kvalitetskontroll (QC) provningsförfaranden
    1. Använda en icke-radioaktiva referens av slutprodukten och prover av potentiella kemiska orenheter, utveckla en analytisk radio-HPLC och/eller radio-tunna lager kromatografi (radio-TLC) metoden med tillräckligt avstånd mellan arter för bestämning av kemiska renhet, molar aktivitet, strålningskemisk renhet och radiokemiska identitet. Validera de analytiska metoder för repeterbarhet och linjäritet och bestämma identifiering och kvantifiering.
    2. På samma sätt utveckla och validera en gaskromatografi metod för att analysera flyktiga föroreningar (t.ex., rester av lösningsmedel som används under syntesen).
    3. Utveckla och validera analytiska analyser som gör att detektering och kvantifiering av andra potentiella föroreningar (t.ex., cryptand 222 via standard färg plats testet).
    4. Använda standardiserade förfaranden för bestämning av sterilitet, pH, skall radionuklidrenhet identitet, skall radionuklidrenhet, radioaktivitet koncentration, produktvolym och endotoxin nivåer.
  4. Utföra syntes validering
    1. Upprätta standard operating procedures (SOPs) för syntes och QC testförfaranden och integrera en material och utrustning uppföljningssystemet kompatibel med nuvarande bra manufacturing practice (cGMP) krav.
    2. Validera syntes förfaranden via tre oberoende och på varandra följande produktion körs på samma radioaktivitet nivåer som avsett för kliniska tillverkning efter standardrutinerna. Dokumentera syntes prestanda och resultat av QC testning.
    3. Alla på varandra följande validering körs måste passera de förinställda QC-gränsvärdena. Om en validering misslyckas, upprepa hela valideringsprocessen efter på lämpligt sätt ta itu med orsaken till misslyckandet.

2. exempel: Automatiserad syntes av [18F] CFA för klinisk användning

  1. Förbereda radiosynthesizer
    1. Slå på radiosynthesizer.
    2. Säkerställa leveransen av inert gas är påslagen med tillräckligt tryck och att nödvändiga ventilerna är öppna så att radiosynthesizer är ansluten till gasförsörjningen.
    3. Installera nya disponibla kassetter i reaktor #1 och #2 positioner och infoga reaktionskärl som innehåller magnetiska rör barer. Se till att varje kassett överföring dopprör är pekade rakt ner.
    4. Förbereda reagens flaskor och installera dem i kassetterna enligt diagrammet i figur 4.
    5. Installera en tom [18O] H2O återhämtning injektionsflaska i W1 ställning kassett nr 1.
    6. Aktivera en Kvartära methylammonium (QMA) patron genom att först passerar 12 mL av en 1 M KHCO3 lösning genom det, följt av 12 mL avjoniserat vatten. Skick en kvarts Sep-Pak patron genom att passera 5 mL etylacetat genom den.
    7. Anslut patronerna och gör alla kassett slangkopplingarna som visas i figur 5A. Kontrollera att ingen kassett slangar (inklusive outnyttjade slangar) hänger i det inre, där det kan störa robotrörelser.
    8. Anslut [18F] fluor källraden från cyclotronen till [18F] fluor inmatningsraden på kassett nr 1.
    9. Se till att behållaren är tom. Plats avfall linjer från delsystemet rening/formulering att avfallsbehållaren (dvs, prov loop 1 avfall line, HPLC delsystemet avfall line, och den spruta pump avfall linjen).
    10. Anslut de HPLC ingående linjerna. Plats HPLC mobil fas input line ”A” i en behållare med 25 mM ammoniumacetat och HPLC mobil fas inmatningsraden ”B” i en behållare med EtOH.
    11. Temperera den rening/formulering delsystemet och HPLC-kolonnen.
      1. Öppna sidan kontroll för modulen rening/formulering i programvaran genom att välja HPLC i huvudmenyn (högst upp till vänster). Som standard väljs redan fliken rening . (Sidan visas i figur 6.)
      2. Ställa in flödet till 5,0 mL/min vid definierade lösningsmedel sammansättning och välja vilken kolumn position kolumnen rening är installerad i. Slå på HPLC pumpen i Isokratisk läge i minst 10 min.
      3. Skölj produktlinjen och alla bråkdel samling linjer med den rörliga fasen, var och en för 1 min.
      4. Skölj varje HPLC provloop och HPLC prov loop överföring slangar med 10 mL av den mobila fasen med en spruta.
    12. Ansluta de rening/formulering delsystemet spruta pump ingående linjerna. Användning koncentrerad natriumklorid (90 mg/mL) för den Elute raden och 0,9% koksaltlösning för raden Beredes .
    13. Prime delsystemet formulering.
      1. Navigera till fliken formulering av sidan rening/formulering kontroll.
      2. För att prime koncentrerad natriumklorid (90 mg/mL), Välj fliken Elute Press initiera att initiera sprutpumpen. Dosera 5 mL.
      3. För att prime den 0,9% koksaltlösning, Välj de rekonstruera tab. dosera 5 mL.
    14. Anslut raderna produkt och slutprodukten från framsidan av delsystemet rening/formulering i en T-anslutning. Anslut utgången på T-koppling till en steril filter (0,22 µm) som i sin tur är ansluten till injektionsflaskan med steril slutprodukt. Infoga en vent nål med ett sterilt filter i headspace flaskans slutprodukten. Ett fotografi av den slutliga systeminställning visas i figur 5B.
    15. Lägga till torris och EtOH eller MeOH kalla fällan.
  2. Kör programmet syntes
    1. Navigera till listan över program genom att välja sekvenser från huvudmeny-knappen (överst till vänster). Välj [18F] CFA-programmet och starta programmet genom att trycka på knappen Kör .
    2. Noggrant gå igenom varje objekt på förhand kör checklistan och bocka av dem eftersom de slutförs. Delen av pre kör checklista skärmen visas i figur 7.
    3. Tryck på Fortsätt för att bekräfta installationen är klar och orsaka automatiserad syntes att börja.
      1. Om du vill övervaka syntesen i realtid via visuell feedback (reaktorn kameror), sensormätningar (t.ex. temperatur, tryck, vakuum, strålning läsning, etc.) och nedräkning timers. En representativ skärmdumpen visas i figur 8.
      2. Under åtgärden rening enhet, Välj produkt när produkten toppen har börjat visas på strålning detektor kromatogrammet. En representativ skärmdump under denna operation och enhet (som innehåller ett kromatogram av UV-detektor och strålning detektor output) visas i figur 9.
      3. När strålning detektor kromatogrammets topp har återvänt till baslinjen, Välj avfall att avleda flödet sökvägen för delsystemet HPLC till avfallsbehållaren.
  3. Ställa in och köra programmet formulering
    1. Öppna från listan över program (sekvens skärm), den [18F] CFA formulering program.
    2. Justera parametrarna för formulering enhet operationen.
      1. Beräkna volymen av den insamlade produkt fraktionen (Vbråkdel) baserat på HPLC pump flödet och varaktigheten av samlingen bråkdel.
      2. Beräkna volymen av ytterligare natriumklorid (90 mg/mL) krävs för att uppnå isotonicity och beräkna mängden ytterligare saltlösning krävs att späda EtOH koncentrationen under 10%.
      3. Ändra programmet med dessa värden. Volymen av natriumklorid (90 mg/mL) anges för Elute steg och volymen av koksaltlösning är anges för rekonstruera steg. (Beräkningarna beskrivs i Kompletterande Material, Figur S2.)
      4. Spara programmet.
    3. Kör programmet. Systemet kommer att späda ut den insamlade rena produkt fraktionen med natriumklorid och koksaltlösning att säkerställa isotonicity av formuleringen och leverera den genom en sterilisering filter i injektionsflaskan med steril produkt.
  4. Samla formulerat [18F] CFA för kvalitetskontroll och leverans
    1. Ta bort formulerade [18F] CFA produkten från hot cell.
    2. Med sterila arbetsteknik, dra upp två prover (300 µL) för att utföra kvalitetskontroll tester.
    3. Använd det första provet för att testa för steriliteten hos den slutliga formuleringen av ympning vätska thioglycolate media och tryptic soy buljong för 14 d utan att iaktta någon tillväxt.
    4. Använda andra provet för att utföra kvalitetskontroll enligt de förfaranden som utvecklats i steg 1.3. Nedan beskrivs de förfaranden som fastställts vid UCLA Ahmanson biomedicinsk Cyclotron anläggningen i enlighet med den amerikanska farmakopén.
      1. Bedöma utseende genom okulärbesiktning.
      2. Bedöma pH med en indikatorpapper.
      3. Bedöma bakteriell endotoxin innehållet med en kinetic kromogen bakteriell Endotoxin Test (insats).
      4. Bedöma radiokemiska identitet med analytiska radio-HPLC genom att verifiera den samtidig elueringen av radioaktiva prov och en icke-radioaktiva referens förening.
      5. Bedöma strålningskemisk renhet med analytiska radio-HPLC genom att jämföra arean under kurvan (AUC) av radioaktiva föroreningar i gamma-detektor kromatogrammet med AUC motsvarar önskad produkt.
      6. Bedöma kemiska renhet med analytiska HPLC genom att bestämma AUC i UV-detektor kromatogrammet för alla UV-aktiva orenheter.
      7. Bedöma molar aktivitet och carrier massa med analytiska radio-HPLC genom bestämning av AUC som motsvarar den önskade produkten i kromatogrammet UV-detektor.
      8. Bedöma halveringstiden för sonden genom att mäta dess aktivitet vid två olika tidpunkter och passande en decay kurva.
      9. Bedöma lösningsmedel resthalten av utformningen av gaskromatografi.
      10. Bedöma den radionuklid energi använder en gamma spektrometer.
      11. Bedöma cryptand 222 innehållet med en TLC-baserade spot test.
    5. Om alla tester passera, släpp den sond formuleringen för transport till klinisk imaging webbplatsen.
  5. Post-Run och system avstängning
    1. Skölj i HPLC-kolonnen för rening och alla slangar används för produkt-samling med 70% (v/v) EtOH i vatten. Detta bör göras med PURE-och/eller formulärkontroll sida, liknande till steg 2.1.12.
    2. Stäng den radiosynthesizer via strömbrytaren på programvaran . Ett popup-fönster kommer att ange när strömmen till systemet kan stängas av.
    3. Stäng av tryckluft och inert gas leveranser genom att stänga lämpliga avstängningsventilerna.
    4. Ge tid för resterande radioaktivitet i cellen hot mot röta (typiskt över natten).
  6. Ren radiosynthesizer
    1. Ta bort och släng alla kassetter, patroner, reaktorn injektionsflaskor och reagens flaskor används under syntesen.
    2. Töm innehållet i kalla fällan.
    3. Rengöra rening delsystemet vätska stigar.
      1. Öppna ett befintligt rengöring program eller skapa ett nytt program som innehåller en rening unit operation i rengöring läge (dvs. med den rena kryssrutan är markerad). Se Kompletterande Material, Figur S9 för ett exempel.
      2. På sidan parametern konfiguration, markera den kolumn som används för rening och HPLC mobil fas inmatningsraden som är ansluten till en flaska som innehåller 70% EtOH i vatten. Programmera en flödeshastighet av 2 mL/min, en skölja varaktighet för varje injektionsslinga av 5 min och en skölja varaktighet för varje produkt och bråkdel utgång 30 s. Välj Torrhetslinjer och programmera en varaktighet på 30 s.
      3. Placera alla bråkdel line-utgångarna i en stor avfallsbehållare.
      4. Kör programmet.
      5. Efter avslutad, tömma avfallsbehållaren.
    4. Rengöra formulering delsystemet vätska stigar.
      1. Öppna ett befintligt program eller skapa ett nytt program som innehåller en formulering unit operation i rengöring läge (dvs. med den rena kryssrutan är markerad under fliken rena ). Se Kompletterande Material, Figur S10 ett exempel.
      2. Fyll en ren utspädning reservoar (på framsidan av delsystemet rening/formulering) med 100 mL EtOH.
      3. Placera delsystemet rening/formulering Elute inmatningsraden i en EtOH reservoar (innehållande > 50 mL EtOH).
      4. Placera raderna skölj och rekonstruera ingående i en avfallsbehållare tillsammans med slutprodukten arbetsledningen.
      5. Kör programmet.
      6. Efter avslutad, tömma avfallsbehållaren.

Representative Results

En metod för att automatisera produktionen av [18F] CFA utvecklades och tre validering batchar var syntetiseras. Syntes, rening och formulering av [18F] CFA uppnåddes i 90 ± 5 min (n = 3) och icke-röta-korrigerade radiokemiska avkastningen var 8,0 ± 1,4% (n = 3). Aktivitet avkastningarna av tre körningarna var 3,24 GBq, 2.83 GBq och 3,12 GBq, start från 34,3 GBq, 41,8 GBq och 41,1 GBq, respektive. De erhållna [18F] CFA formuleringarna klarat alla kvalitetskontroll tester (tabell 1). Automatiserad protokollet används för produktion av kliniska-grade [18F] CFA till stöd för kliniska prövningar.

Quality control data Validering som kör 1 Validering som kör 2 Validering köra 3
[krav för ”Pass”]
Utseende Passera Passera Passera
[Rensa, färglös, fri från partiklar]
Radioaktivitet koncentration på EOS 213 MBq/mL 210 MBq/mL 180 MBq/mL
[≤ 740 MBq/mL @ EOS]
pH 6 5.8 6
[5,0 – 8,0]
Halveringstiden 115 min 108 min 112 min
[105 – 115 min]
Strålningskemisk renhet 99% 99% 99%
[> 95%]
Radiokemiska identitet av relativa retentionstiden (RRT) 1,01 1,01 1,01
[1,00 < RRT < 1.10]
Molar aktivitet 314 GBq/µmol > 370 GBq/µmol > 370 GBq/µmol
[≥ 3,7 GBq/µmol]
Totala carrier massan i slutprodukten 3,1 µg < 1 µg < 1 µg
[≤ 50 µg/dos]
Totala orenhet massan i slutprodukten ND ND ND
[≤ 1 µg / dos]
Maximala tillåtna injektionsvolym baserat på totala carrier massa ≤ 50 µg/dos och totala orenhet massa ≤ 1 µg/dos Hela partiet Hela partiet Hela partiet
EtOH restinnehåll av GC 8.90% 9,50% 9,60%
[≤ 10%]
EtOAc restinnehåll av GC < 1 ppm < 1 ppm < 1 ppm
[≤ 5000 ppm]
MeCN restinnehåll av GC < 1 ppm < 1 ppm < 1 ppm
[≤ 410 ppm]
Kvarstående K222 av färg spot test Passera Passera Passera
[< 50 µg/mL]
Filtrera membran integritet test Passera Passera Passera
[bubbla peka ≥ 50 psi]
Bakteriella endotoxiner Passera Passera Passera
[≤ 175 EU/batch]
Skall radionuklidrenhet renhet av gamma spektroskopi Passera Passera Passera
[> 99,5%]
Sterilitet Passera Passera Passera
[uppfyller USP < 71 > krav]

Tabell 1: kvalitetskontroll (QC) testdata Sammanfattning för tre validering batchar. EOB = slutet av beskjutning; EOS = slutet av syntes; ND = inte upptäckta.

Figure 1
Figur 1: [18F] CFA radiosynthesis scheme. MMT = Monomethoxytrityl. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 2
Figur 2: översättning av en manuell syntes till en automatiserad sekvens av enhetsoperationer. (A) denna panel ger en översikt över högsta nivå stegen för manuell syntes av [18F] CFA. (B) denna panel visar de grundläggande förfaranden som behövs för att utföra varje high-level steg. (C) Radiosynthesizer-specifika enhetsoperationer används för att utföra de grundläggande förfarandena som visas som kort. Varje enhet har sin egen uppsättning parametervärden (visas som understrukna) som konfigureras via programvaran. Notationen ”R1” och ”R2” anger reaktionskärl #1 och #2, respektive. De reagens som motsvarar reagens nummer identifieras i figur 4. Serien av enhetsoperationer sparas som en sekvens och avrättades av programvaran för att utföra automatiserade syntesen. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 3
Figur 3: skärmdump av radiosynthesizer (ELIXYS) programvarugränssnitt att skapa en syntes program. Enhetsoperationer placeras i önskad ordning i filmremsan en dra-och-släpp-gränssnittet. I denna skärmdump, en reagerar enheten insatsen väljs och dess redigerbara parametervärden visas i huvuddelen av skärmen. I det här exemplet kommer att genomföras fluorination reaktionen i reaktionskärlet #1 (slutna) vid 120 ° C i ca 10 min med aktiv omrörning. Fartyget kommer att kylas ner till 35 ° C efter reaktionstiden har förflutit. Detaljer för parametervärden som kan programmeras för andra enhetsoperationer visas i Kompletterande Material, avsnitt 3. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 4
Figur 4: skärmdump av reagens konfigurationsskärmen. För [18F] CFA syntes sekvensen laddas alla reagenser i disponibel kassett #1, som visas markerade i området komponent urval. För [18F] CFA syntes beskrivs här, eluenten är 1,0 mg K2CO3 + 5,0 mg K222 i 0,4 mL H2O/0.5 mL MeCN, föregångare är 6 mg av CFA föregångare i 0,6 mL MeCN och HPLC mobil fas är 85:15 v v 25 mM ammonium acetat: etanol. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 5
Figur 5: Radiosynthesizer set-up för syntesen av [18F] CFA. (A) Detta är en schematisk visar kassett vätska sökvägar, anslutningar till patroner och anslutningen till överföra rå slutprodukten från modulen radiosynthesis till modulen rening/formulering. (Båda modulerna styrs med en enda dator och programvara gränssnitt.) (B) Detta är ett fotografi av radiosynthesizer inuti en hot cell efter förberedelserna för [18F] CFA syntes. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 6
Figur 6: skärmdump av rening/formulering modul styrgränssnittet. Denna skärm nås genom föraren manuellt styra HPLC och formulering delsystemen under installationen av syntes. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 7
Figur 7: pre kör checklista skärmen. Operatorn in serienumret på kassetterna installerad i systemet och måste bocka av varje objekt för att säkerställa att systemet har konfigurerats korrekt och förberett för syntesen. Utöver dessa avsnitt, uppmanas operatören också för ett namn och en beskrivning av syntesen kör (avsnitt 1) och hel nummer för alla reagenser som används (avsnitt 2) och ombeds att verifiera alla reaktorn videofeeds fungerar korrekt (avsnitt 6). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 8
Figur 8: Skärmdump av programvaran radiosynthesizer medan du kör sekvensen [18F] CFA syntes. Programvaran visar enheten utförs i området filmremsa. Slutförda insatser är nedtonade och markerat i vitt, den aktuella operationen är markerat i grått och kommande verksamhet visas i mörkgrå. Center området av skärmen visar status för den aktiva enhet operationen, inklusive vilka underkommandot exekveras, samt aktuell systemstatus (reaktorn videofeeds och sensordata). Denna särskilda reagerar enheten drift är fluorination reaktionen. I området Temp visas den aktuella temperaturen i reaktorn bredvid måltemperaturen (planerat). Nedanför detta visar aktivitetsområdet strålning sensor värdena från de tre sensorer som är associerad med steget reaktion. Slutligen visar en video foder till vänster en levande bild av reaktorn injektionsflaskan. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 9
Figur 9: Skärmdump av radiosynthesizer användargränssnittet medan du kör rening enhet driften under syntesen av [18F] CFA. The UV-detektor och strålning detektor utgångar av rening/formulering modulen visas på den centrala grafen i realtid. Ytterligare feedback från detektorerna och HPLC pump visas på höger sida av skärmen. Operatorn samlar produkt toppen genom att välja produkten tillfälligt när toppen börjar synas och sedan byta tillbaka till avfall efter komplett topp har setts. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Discussion

Detta protokoll definierar de grundläggande steg som bör tas när automatisera en manuell syntes protokoll att uppnå produktion av kliniska grade tracer formulering. Hela utvecklingscykeln, inklusive kvalitetskontroll utveckling, exemplifieras av radiotracer [18F] CFA (för bildtagning av dCK aktivitet). Särskild uppmärksamhet ägnades till modifiera den automatiserade syntesen att säkerställa spårämnes lämplighet för klinisk användning. Syntesen innebär grundläggande processer såsom aktivering av [18F] fluor, radiofluorination av föregångare molekyl, mellanliggande patron rening, skydda-gruppen borttagning, och semi preparativ HPLC rening och formulering injektionsvätska. Dessa grundläggande processer omfattar en standarda repertoaren som räcker för syntes av den stora majoriteten av 18F-märkt PET-spårämnen.

När du utformar syntesen, är valet av reagenser och deras kvalitetssäkring av särskild betydelse för klinisk användning. Att säkerställa korrekt programmering och ordentlig anslutningar genom att utföra en mock syntes (endast lösningsmedel) är absolut nödvändigt att eliminera oväntade fel när syntesen utförs med radioaktivitet. Efterföljande syntes optimeringar (lösningsmedel, volymer, belopp, temperaturer, reaktionstider och rening villkor) beror på det specifika PET spårämnet i utveckling. Under dessa experiment, bör särskilt fokus vara lyste på den slutliga produkten som kan uppnås, kemiska och radiokemisk renhet som dessa måste uppfylla stränga krav för klinisk användning. En syntes som pålitligt producerar en ren produkt i lägre men tillräcklig aktivitet avkastning föredras oftast över en högre ger process som har en risk att misslyckas sporadiskt. När syntesen har optimerats på ett adekvat sätt, måste den slutliga processen genomgå validering tester (ett reglerande krav) för att säkerställa klinisk lämplighet. De validerade syntesmetod kan sedan användas för att producera PET spårämne för klinisk användning. När syntetisera en PET tracer enligt en validerad metod, bör standardrutinerna noggrant följas. För att säkerställa efterlevnad, är programvaran programmerad att ha operatören bekräfta slutförandet av viktiga steg via en pre kör checklista när du klickat på Kör för att starta syntesen. Medan systemet utför syntesen i ett automatiserat sätt, kräver reningssteg manuella åtgärder. Operatören måste därför noga iaktta kromatografiska skärmen under steget HPLC rening och manuellt insatsen i realtid när du ska starta och stoppa samla produkten fraktionen.

Inom våra automation och optimering ansträngningar för [18F] CFA syntes, har vi effektiviserat metoden semi preparativ HPLC rening av produkten blandningen med hjälp av en injicerbar vätska system bestående av ammonium Acetat lösning och EtOH ; vår tidigare metod krävs ytterligare ett steg att byta vätskan efter rening16. Den efterföljande beredningen process, således endast behöver minska EtOH innehållet i den insamlade fraktionen till tillåtna nivåer och se till dess isotonicity, som båda kan åstadkommas genom utspädning. Steget formulering utfördes med hjälp av ett annat program som består av en enda formulering unit operation för att tillåta variabel volym kompletteringar av NaCl-lösningar till renad produkt bråkdel via modulen formulering att redovisa variabeln volym erhålls efter HPLC rening. Om den insamlade produktvolym bråkdel var inställt att vara konstant istället, kunde formulering enhet operationen ingå i programmet huvudsakliga syntes, undvika behovet av ett fristående program. En alternativ metod att undvika manuella åtgärder skulle vara att använda alla funktioner i modulen formulering (t.ex., späd renat spårämne med vatten svälla på en C18 fasta fasen extraktion patron, tvätta, eluera det med en fast volym av EtOH och slutligen, späd den med en fast volym koksaltlösning).

Tekniken presenteras här för automatisering och validera ett sammanfattande protokoll för klinisk användning är avsedd att vara ganska allmänna. Genom val av radiosynthesizer (ELIXYS), kan ett brett utbud av synteser vara automatiserad och validerade. Detta innefattar komplexa 3-pot synteser, eller synteser som involverar höga temperaturer av flyktiga lösningsmedel. Optimera en syntes kan uppnås genom att ändra parametrarna i programmet. Syntet har funktioner för att övervaka effekterna av förändringar, såsom positionering i reaktionskärl för avlägsnande av prover för radio-TLC eller radio-HPLC analys. Dock utan systemändringar, systemet för närvarande tillåter inte för hantering av mycket låg reagens volymer (~ 5-20 µL), mellanliggande produkt destillation eller hantering av [18F] AlF, 68Ga, eller andra radiometals. Om den manuella syntesen till vara automatiserad innehåller sådana åtgärder och de kan inte kringgås, kan automation och validering med en annan radiosynthesizer plattform vara lämpligt.

Även om detta arbete har fokuserat på utvecklingen av ett protokoll för automatiserad produktion av [18F] CFA för klinisk användning, syntesen av många andra PET-spårämnen kan automatiseras på ett sätt som är lämpliga för klinisk produktion, följer samma logik och metoder. Efter metoden presenteras här, har vi också anpassat automatiserade syntesen av 9-(4-[18F] fluoro - 3-[hydroxymetyl] butyl) guanin ([18F] FHBG) och validerade det för klinisk användning. Användaren-etablerade protokoll kan överföras till och hämtade från SOFIE Probe nätverket, en webbportal för att dela syntes program och tillhörande dokumentation bland olika radiopharmacy webbplatser27. Detta kan undvika ett dubbelarbete i gemenskapen och underlätta multicenter kliniska studier involverande PET imaging.

Disclosures

Regenterna av University of California har licensierade tekniken till SOFIE som uppfanns av Jeffrey Collins och R. Michael van Dam och tagit kapital i SOFIE som en del av licensiering transaktionen. R. Michael van Dam är dessutom en av grundarna och konsult av SOFIE. Villkoren i detta avtal har granskats och godkänts av University of California, Los Angeles i enlighet med dess intressekonflikt politik. Eric Schopf och Christopher Drake är anställda och aktieägare av SOFIE.

Acknowledgments

Detta arbete har stötts i del av National Cancer Institute (R44 CA216539) och stiftelsen UCLA från en donation som görs av Ralph och Marjorie Crump för UCLA Crump-Institutet för molekylär Imaging.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
ELIXYS FLEX/CHEM Sofie (Culver City, CA, USA) 1010001 Radiosynthesizer
Radiosynthesizer cassette Sofie (Culver City, CA, USA) 1861030400 Cassette for ELIXYS FLEX/CHEM
ELIXYS PURE/FORM Sofie (Culver City, CA, USA) 1510001 Radiosynthesizer purification module
[O-18]H2O IBA RadioPharma Solutions (Reston, VA, USA) IBA.SP.065 >90% isotopic purity
[F-18]fluoride in [O-18]H2O UCLA N/A Produced in a cyclotron (RDS-112; Siemens; Knoxville, TN, USA) by the (p,n) reaction of [O-18]H2O. Bombardment at 11 MeV using a 1 mL tantalum target with havar foil.
Deionized water UCLA N/A Purified to 18 MΩ and passed through 0.1 µm filter
Acetonitrile (MeCN) Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) 271004 Anhydrous, 99.8%
Ethanol (EtOH) Decon Laboratories, Inc. (King of Prussia, PA, USA) 2701 Anhydrous, 200 proof
Sodium hydroxide (NaOH) solution Merck (Burlington, MA, USA) 1.09137.1000 1M solution
Hydrochloric acid (HCl) solution Fisher Chemical (Hampton, NH, USA) SA48-500 1M solution
Ethyl acetate (EtAc) Fisher Chemical (Hampton, NH, USA) E195SK-4 HPLC grade
Sodium chloride (NaCl) Fisher Chemical (Hampton, NH, USA) S-640-500 USP grade
Ammonium acetate Fisher Chemical (Hampton, NH, USA) A639-500 HPLC grade
Potassium carbonate (K2CO3) Fisher Chemical (Hampton, NH, USA) P-208-500 Certified ACS
CFA precursor CalChem Synthesis (San Diego, CA, USA) N/A Custom synthesis
Cryptand 222 (K222; Kryptofix 2.2.2) ABX Advanced Biochemical Compounds (Radeberg, Germany) 800.1000 >99%
Sodium chloride (NaCl) solution (saline) Hospira (Lake Forest, IL, USA) 0409-4888-02 0.9%, for injection, USP grade
Silica cartridge Waters (Milford, MA, USA) WAT051900 Sep-pak Classic
Quaternary methylammonium (QMA) cartridge Waters (Milford, MA, USA) WAT023525 Sep-pak Light Plus
Sterile syringe filter (0.22 µm) Millipore Sigma (Burlington, MA, USA) SLGSV255F Millex-GV
Glass V-vial (5 mL) Wheaton (Millville, NJ) W986259NG Used for reaction vessels
Septa Wheaton (Millville, NJ) 224100-072 Used for reagent vials
Crimp cap Wheaton (Millville, NJ) 224177-01 Used for reagent vials
Amber serum vial (2 mL) Voigt (Lawrence, KS, USA) 62413P-2 Used for reagent vials
Magnetic stir bar Fisher Scientific (Hampton, NH, USA) 14-513-65 Used for reaction vessels

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Phelps, M. E. Positron emission tomography provides molecular imaging of biological processes. Proceedings of the National Academy of Sciences. 97 (16), 9226-9233 (2000).
  2. Kitson, S., Cuccurullo, V., Ciarmiello, A., Salvo, D., Mansi, L. Clinical Applications of Positron Emission Tomography (PET) Imaging in Medicine: Oncology, Brain Diseases and Cardiology. Current Radiopharmaceuticalse. 2 (4), 224-253 (2009).
  3. Sengupta, D., Pratx, G. Imaging metabolic heterogeneity in cancer. Molecular Cancer. 15, 4 (2016).
  4. Rabinovich, B. A., Radu, C. G. Imaging Adoptive Cell Transfer Based Cancer Immunotherapy. Current Pharmaceutical Biotechnology. 11 (6), 672-684 (2010).
  5. Matthews, P. M., Rabiner, E. A., Passchier, J., Gunn, R. N. Positron emission tomography molecular imaging for drug development. British Journal of Clinical Pharmacology. 73 (2), 175-186 (2012).
  6. Hargreaves, R. The Role of Molecular Imaging in Drug Discovery and Development. Clinical Pharmacology & Therapeutics. 83 (2), 349-353 (2008).
  7. Radiosynthesis Database of PET Probes (RaDaP). , Available from: http://www.nirs.qst.go.jp/research/division/mic/db2/ (2017).
  8. 18F-Database of Imaging Radiolabelled Compounds (DIRAC). , Centre National de la Recherche Scientifique. Available from: http://www.iphc.cnrs.fr/dirac/ (2013).
  9. Keng, P. Y., Esterby, M., van Dam, R. M. Emerging Technologies for Decentralized Production of PET Tracers. Positron Emission Tomography - Current Clinical and Research Aspects. Hsieh, C. -H. , InTechOpen. London, UK. 153-182 (2012).
  10. Lazari, M., Irribarren, J., Zhang, S., van Dam, R. M. Understanding temperatures and pressures during short radiochemical reactions. Applied Radiation and Isotopes. , 82-91 (2016).
  11. Lazari, M., et al. ELIXYS - a fully automated, three-reactor high-pressure radiosynthesizer for development and routine production of diverse PET tracers. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging (EJNMMI) Research. 3 (1), 52 (2013).
  12. Claggett, S. B., Quinn, K., Lazari, M., Esterby, J., Esterby, M., van Dam, R. M. A new paradigm for programming and controlling automated radiosynthesizer. Journal of Nuclear Medicine. 53 (suppl. 1), 1471-1471 (2012).
  13. Claggett, S. B., Quinn, K. M., Lazari, M., Moore, M. D., van Dam, R. M. Simplified programming and control of automated radiosynthesizers through unit operations. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging (EJNMMI) Research. 3, 53 (2013).
  14. Lazari, M., et al. Fully Automated Production of Diverse 18F-Labeled PET Tracers on the ELIXYS Multireactor Radiosynthesizer Without Hardware Modification. Journal of Nuclear Medicine Technology. 42 (3), 203-210 (2014).
  15. Lazari, M., et al. Fully-automated synthesis of 16β-18F-fluoro-5α-dihydrotestosterone (FDHT) on the ELIXYS radiosynthesizer. Applied Radiation and Isotopes. 103, 9-14 (2015).
  16. Collins, J., et al. Production of diverse PET probes with limited resources: 24 18F-labeled compounds prepared with a single radiosynthesizer. Proceedings of the National Academy of Sciences. 114 (43), 11309-11314 (2017).
  17. Drake, C., et al. Enzymatic Radiofluorination of Biomolecules: Development and Automation of Second Generation Prosthetic on ELIXYS Radiosynthesizer. Journal of Nuclear Medicine. 58 (supplement 1), 1 (2017).
  18. Gobbi, L. C., et al. Identification of Three Novel Radiotracers for Imaging Aggregated Tau in Alzheimer's Disease with Positron Emission Tomography. Journal of Medicinal Chemistry. 60 (17), 7350-7370 (2017).
  19. Ippisch, R., Maraglia, B., Sutcliffe, J. Automated production of [18F]-F-Py-peptides. Journal of Nuclear Medicine. 57, 275 (2016).
  20. Chen, H., et al. AMG 580: A Novel Small Molecule Phosphodiesterase 10A (PDE10A) Positron Emission Tomography Tracer. Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. 352 (2), 327-337 (2015).
  21. Waldmann, C. M., et al. An Automated Multidose Synthesis of the Potentiometric PET Probe 4-[18F]Fluorobenzyl-Triphenylphosphonium ([18F]FBnTP). Molecular Imaging and Biology. 20 (2), 205-212 (2018).
  22. Ravert, H. T., et al. An improved synthesis of the radiolabeled prostate-specific membrane antigen inhibitor, [18F]DCFPyL. Journal of Labelled Compounds and Radiopharmaceuticals. 59 (11), 439-450 (2016).
  23. Betthauser, T. J., et al. Characterization of the radiosynthesis and purification of [18F]THK-5351, a PET ligand for neurofibrillary tau. Applied Radiation and Isotopes. 130, 230-237 (2017).
  24. Shu, C. J., et al. Novel PET probes specific for deoxycytidine kinase. Journal of Nuclear Medicine. 51 (7), 1092-1098 (2010).
  25. Kim, W., et al. [18F]CFA as a clinically translatable probe for PET imaging of deoxycytidine kinase activity. Proceedings of the National Academy of Sciences. 113 (15), 4027-4032 (2016).
  26. Barrio, M. J., et al. Human Biodistribution and Radiation Dosimetry of 18F-Clofarabine, a PET Probe Targeting the Deoxyribonucleoside Salvage Pathway. Journal of Nuclear Medicine. 58 (3), 374-378 (2017).
  27. SOFIE. Sofie Probe Network. , Available from: http://www.sofienetwork.com/ (2018).

Tags

Fråga 140 automatiserade radiosynthesis Positron-emissions tomografi kemi klinisk validering ELIXYS klofarabin klinisk nytta radiotracer
Automatisering av ett Positron-emission Tomography (PET) Radiotracer syntes protokoll för klinisk produktion
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Schopf, E., Waldmann, C. M.,… More

Schopf, E., Waldmann, C. M., Collins, J., Drake, C., Slavik, R., van Dam, R. M. Automation of a Positron-emission Tomography (PET) Radiotracer Synthesis Protocol for Clinical Production. J. Vis. Exp. (140), e58428, doi:10.3791/58428 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter