Waiting
Login processing...

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

Chemistry

Solid Phase 11C-metylering, rensing og formulering for produksjon av pet Bevegelsesuskarphet

Published: October 24, 2019 doi: 10.3791/60237
Automatic Translation
*1, *1, 1, 1, 1, 1,2
1McConnell Brain Imaging Centre, Montreal Neurological Institute, McGill University, 2Department of Neurology and Neurosurgery, McGill University
* These authors contributed equally

Summary

Vi rapporterer en effektiv karbon-11 radiolabeling teknikk for å produsere klinisk relevante Bevegelsesuskarphet for positron emisjon tomografi (PET) ved hjelp av solid fase utvinnings kassetter. 11 flere C-methylating agent sendes gjennom en patron forhåndslastet med forløper og suksessive eluering med vandig etanol gir kjemisk og radiochemically ren PET Bevegelsesuskarphet i høy radio kjemisk gir.

Abstract

Rutinemessig produksjon av radiotracers som brukes i positron utslipps tomografi (PET) er hovedsakelig avhengig av våt kjemi, der den radioaktive synthon reagerer med en ikke-radioaktiv forløper i løsningen. Denne tilnærmingen nødvendiggjør rensing av Tracer ved høy ytelse flytende kromatografi (HPLC) etterfulgt av reformulering i et biokompatible løsemiddel for menneskelig administrasjon. Vi har nylig utviklet en roman 11C-metylering tilnærming for svært effektiv syntese av Carbon-11 merket pet radiofarmaka, utnytter solid fase patroner som disponibel "3-i-1" enheter for syntese, rensing og reformulering av Bevegelsesuskarphet. Denne tilnærmingen obviates bruken av preparativ HPLC og reduserer tap av Tracer i overføringslinjer og på grunn av radioaktivt forfall. I tillegg forbedrer patron BAS ert teknikk syntese pålitelighet, forenkler automatisering prosessen og forenkler overholdelse av Good Manufacturing Practice (GMP) krav. Her viser vi denne teknikken på eksempel på produksjon av et kjæledyr Tracer Pittsburgh sammensatte B ([11C] PiB), en gull standard in vivo Imaging agent for amyloid plaketter i den menneskelige hjerne.

Introduction

Positron emisjon tomografi (PET) er en molekylær Imaging modalitet som er avhengig av å påvise radioaktivt forfall av en isotop knyttet til et biologisk aktivt molekyl for å muliggjøre in vivo visualisering av biokjemiske prosesser, signaler og transformasjoner . Carbon-11 (t1/2 = 20,3 min) er en av de mest brukte RADIOISOTOPES i pet på grunn av sin overflod i organiske molekyler og kort halveringstid som gjør det mulig for flere Tracer administrasjoner på samme dag til samme menneske eller dyr emne og reduserer strålings belastningen på pasientene. Mange Bevegelsesuskarphet merket med denne isotop brukes i kliniske studier og i grunnleggende helse forskning for in vivo PET Imaging av klassiske og nye biologisk relevante mål-[11c] Raclopride for D2/d3 reseptorer, [11c] PiB for amyloid plaketter, [11C] PBR28 for stedsforskyver protein-for å nevne bare noen få.

Carbon-11 merket PET Bevegelsesuskarphet er overveiende produsert via 11C-metylering av ikke-radioaktive forløpere inneholder-Oh (alkohol, fenol og kar bok syls acid),-NH (Amin og AMID) eller-sh (tiolderivat) grupper. Kort, isotop genereres i gass målet for en cyclotron via en 14N (p, α)11C kjernefysisk reaksjon i den kjemiske FORMEN av [11C] co2. Sistnevnte blir deretter omgjort til [11c] methyl iodide ([11c] ch3I) via enten våt kjemi (reduksjon til [11c] ch3oh med LiAlH4 etterfulgt av slukke med Hi)1 eller tørr kjemi (katalysator for [11C] ch4 etterfulgt av radikale iodination med molekylær I2)2. [11C] CH3jeg kan deretter bli ytterligere konvertert til de mer reaktive 11C-methyl triflate ([11C] ch3OTf) ved å sende den over en sølv triflate kolonne3. Den 11C-metylering utføres deretter enten bobler av radioaktivt gass til en løsning av ikke-radioaktivt forløper i organiske løsemiddel eller via mer elegant fange løsemiddel "loop" metode4,5. 11C-Tracer blir deretter renset ved hjelp av HPLC, reformulert i et biokompatible løsemiddel, og passerte gjennom et sterilt filter før det administreres til mennesker. Alle disse manipulasjoner må være rask og pålitelig gitt kort halveringstid av Carbon-11. Men bruken av et HPLC system signifikant øker tapene av Tracer og produksjonstid, ofte nødvendiggjør bruk av giftige løsemidler, kompliserer automatisering og noen ganger fører til mislykket synteser. Videre, den nødvendige rengjøring av reaktorer og HPLC kolonnen forlenger forsinkelser mellom synteser av etterfølgende Tracer batcher og øker eksponeringen av personell til stråling.

Den radiochemistry av fluor-18 (t1/2 = 109,7 min), den andre mye brukt pet isotop, har nylig blitt Avansert via utvikling av kassett-baserte kits som obviate behovet for HPLC rensing. Ved å ansette solid fase ekstraksjon (SPE) patroner, disse fullt disponibel kits tillate pålitelig rutine produksjon av 18f-bevegelsesuskarphet, inkludert [18f] FDG, [18f] FMISO, [18f] FMC og andre, med kortere syntese redusert personell involvering og minimalt vedlikehold av utstyret. En av grunnene Carbon-11 er fortsatt en mindre populær isotop i PET Imaging er en mangel på lignende kits for rutinemessig produksjon av 11C-Bevegelsesuskarphet. Deres utvikling vil betydelig forbedre syntetisk pålitelighet, øke radio kjemisk avkastning og forenkle automatisering og forebyggende vedlikehold av produksjons modulene.

Foreløpig tilgjengelig produksjon kits dra nytte av billig, disponibel, SPE-kassetter i stedet for HPLC kolonner for separasjon av radiotracer fra ureagerte radioaktive isotop, forløper og andre radioaktive og ikke-radioaktive biprodukter. Ideelt sett fortsetter den radiolabeling reaksjonen på samme patron; for eksempel, [18f] fluoromethylation av dimetylaminoetanol med gass [18f] ch2BrF i produksjonen av prostata kreft Imaging pet Tracer [18F] fluoromethylcholine oppstår på en inn-utveksling harpiks patron 6. selv om lignende prosedyrer for radiolabeling av flere 11c-Bevegelsesuskarphet på blekkpatroner har blitt rapportert7,8 og ble spesielt kraftig for radiosynthesis av [11C] kolin9 og [11C] metionin10, disse eksemplene er fortsatt begrenset til onkologiske pet Bevegelsesuskarphet der separasjon fra forløperen er ofte ikke nødvendig. Vi har nylig rapportert utviklingen av "[11c] kits" for produksjon av [11c] ch3I11 og påfølgende 11C-metylering, samt solid fase-støttet syntese12 i våre bestrebelser for å forenkle rutinemessig produksjon av 11C-Bevegelsesuskarphet. Her ønsker vi å demonstrere vår fremgang ved hjelp av eksempel på den solide fasen støttet radiosynthesis av [11C] PiB, en Radiotracer for Aβ Imaging som revolusjonerte feltet av Alzheimers sykdom (AD) Imaging når det først ble utviklet i 2003 ( Figur 1) 13,14. I denne metoden, flyktige [11C] ch3OTf (BP 100 ° c) er passert over 6-oh-bta-0 forløper avsatt på harpiks av en en gangs kassett. PET Tracer [11C] PiB er deretter skilt fra forløperen og radioaktive urenheter ved eluering fra kassetten med biokompatible vandig etanol. Videre automatiserte vi denne metoden for [11C] PiB radiosynthesis ved hjelp av en fjernstyrt radiochemistry syntese modul og en gangs kassett kits. Spesielt implementerte vi denne radiosynthesis på en 20-ventil radiochemistry modul, utstyrt med sprøyte stasjon (dispenser) som passer standard 20 mL disponibel plastsprøyte, gass strømnings kontroller, vakuumpumpe og måle. På grunn av enkelheten av denne metoden, er vi sikre på at det kan endres til mest kommersielt tilgjengelige automatiserte synthesizere, enten kassett-basert eller de er utstyrt med stasjonære ventiler. Denne solide fasen støttes teknikken Letter [11C] PiB produksjon kompatibel med Good Manufacturing PRACTICE (GMP) regelverk og forbedrer syntese pålitelighet. Teknikken som beskrives her, reduserer også mengden av forløperen som kreves for radiosynthesis, bruker bare "grønne" biokompatible løsemidler og reduserer tiden mellom påfølgende produksjons bunker.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. utarbeidelse av buffere og eluents

  1. Løs opp 2,72 g natrium acetate trihydrat i 100 mL vann for å forberede 0,2 M natrium acetate løsning (løsning A).
  2. Løs opp 11,4 mL av isbre eddiksyre i 1 L vann for å tilberede 0,2 M eddiksyreløsning (løsning B).
  3. Kombiner 50 mL løsning A med 450 mL løsning B for å klargjøre acetate bufferen ved pH 3,7 (buffer 1) i henhold til buffer referanse senteret15. Kontroller pH-verdien i bufferen med pH-striper eller en pH-måler.
  4. Kombiner 12,5 mL absolutt etanol med 87,5 mL buffer 1 for å lage 12,5% vandig EtOH-oppløsning (vask 1) i en 100 mL flaske.
  5. Kombiner 15 mL absolutt etanol med 85 mL buffer 1 for å lage 15% vandig EtOH oppløsning (vask 2) i en 100 mL flaske.
  6. Kombiner 5 mL absolutt etanol med 5 mL buffer 1 for å gjøre 50% vandig EtOH-oppløsning (endelig eluent) og trekk 2,5 mL av denne oppløsningen til en 10 mL sprøyte.

2. anvendelse av forløperen til kassetten

  1. Passerer 10 mL vann etterfulgt av 5 mL aceton gjennom tC18 kassetten for å forutsetning det.
  2. Tørk kassetten med en strøm av nitrogen ved 50 mL/min for 1 min.
  3. Oppløse 2 mg av forløperen 6-OH-BTA-0 i 1 mL vannfri aceton.
  4. Ved å holde en luer-tip 250 μL presisjons glass sprøyte nedover, trekker du 100 μL av forløper og 50 μL av luft pute oppå væsken. Fjern nålen og påfør forløperen løsningen på tC18 kassetten fra den kvinnelige enden ved langsomt å skyve stempelet hele veien ned. Ikke dytt løsningen videre!

3. sette opp manifold for automatisert syntese

  1. Sikre standard 5-port en gangs manifold på syntese modulen og montere den i henhold til figur 2 og trinn 3,2-3,5 nedenfor.
    Merk: Vi anbefaler bruk av aceton-resistente manifolder (se tabell over materialer).
  2. Port 1 har to posisjoner. Koble den horisontale innløpet til den automatiserte dispenser utstyrt med en 20 mL sprøyte. Koble den vertikale innløpet til flasken med vask 1.
  3. Koble utgangen av modulen som produserer [11C] ch3OTf til port 2 av manifold.
  4. Installer tC18-kassetten som er lastet med forløperen 6-OH-BTA-0 mellom portene 3 og 4.
  5. Port 5 har to posisjoner. Koble den horisontale stikkontakten til avfallsflasken, som må ha minst 200 mL. Koble det vertikale uttaket til det sterile hetteglasset for Tracer-kolleksjonen via det sterile filteret.

4. Radiosynthesis av [11C] PiB

FORSIKTIG: alle manipulasjoner som involverer radioaktivt isotoper må utføres i en bly skjermet varm celle av personell med tilstrekkelig opplæring til å arbeide med radioaktive materialer.
Merk: denne protokollen dekker ikke detaljene i produksjonen av [11c] co2 i cyclotron og dens konvertering til [11c] ch3OTf ved hjelp av radiochemistry modulen. Disse prosedyrene vil avhenge av det individuelle utstyret til radiochemistry laboratoriet og er utenfor omfanget av denne protokollen. Vårt kjæledyr senter er utstyrt med en IBA cyclotron, som produserer Carbon-11 i den kjemiske formen av [11C] co2via 14n (p, α)11C kjernefysisk reaksjon med en N2/O2 gassblanding (99.5:0,5) i gassen mål, og en kommersielt tilgjengelig modul for produksjon av [11c] ch3i via "Dry metode" (KATALYSATOR for [11c] ch4 etterfulgt av radikale iodination). [11C] CH3OTf er produsert av bestått [11C] ch3I over en sølv Triflate kolonne oppvarmet til 175 ° c ved 20 ml/min.

  1. Lever [11c] ch3OTf i manifold gjennom port 2 og send den gjennom den lastede TC18 kassetten ved 20 ml/min Utgangsstrøm regulert av [11c] ch3OTf-modulen, via port 3 og 4 og inn i avfallsflasken som vist på Figur 2A.
  2. Når all radioaktivitet er overført og fanget på tC18 kassetten som overvåkes av radioaktivitet detektoren bak Patronholderen, stoppe flyten av gass ved å lukke port 2. La patronen sitte i 2 min for å fullføre reaksjonen.
  3. Ta ut 19 mL vask 1 oppløsning (se trinn 1,4) fra flasken 100 mL inn i dispenser sprøyten gjennom port 1 ved 100 mL/min som vist på figur 2B.
  4. Dispensere 18,5 mL vask 1 oppløsning fra målesprøyten gjennom tC18-kassetten via port 3 og 4 og inn i avfallsflasken ved 50 ml/min som vist på figur 2C. Sikre fravær av luftbobler i manifold som de kan redusere separasjon effektivitet.
  5. Gjenta trinn 4,3 og 4,4 fire ganger, og uttak og utlevering 18,5 mL vask 1 løsning hver gang. Det totale volumet av vask 1 løsning passert gjennom tC18 er 92,5 mL; Det kan imidlertid variere innenfor 90-100 mL-området, avhengig av hvilken bestemt syntese-modul som brukes.
  6. Skru inn inngangs linjen på port 1 fra vask 1 for å vaske 2-oppløsning (se trinn 1,5).
  7. Gjenta trinn 4,3 og 4,4 tre ganger, og uttak og dosering 18,5 mL vask 2 løsning hver gang. Det totale volumet av vask 2-løsningen passerte gjennom tC18 er 55,5 mL. Det kan imidlertid variere innenfor 50-60 mL-området, avhengig av hvilken bestemt syntese-modul som brukes.
  8. Skift ventil 5 mot det siste hetteglasset som vist på figur 2D. Koble linjen fra uttaket og koble den til den 10 mL sprøyten som inneholder 2,5 mL av den endelige eluent oppløsning (50% vandig EtOH, se trinn 1,6) og 7,5 mL luft.
  9. Hold sprøyten nedover, skyv den endelige eluent oppløsningen manuelt (2,5 mL) etterfulgt av luft (7,5 mL) gjennom tC18-kassetten via port 3 og 4, og inn i det sterile hetteglasset for Tracer-kolleksjonen via det sterile filteret som vist på figuren 2D.
  10. Koble fra den tomme sprøyten, koble til 10 mL sprøyten som inneholder 10 mL steril fosfat buffer (oppskriften er ikke inkludert som den kan variere), og skyv hele volumet gjennom tC18-kassetten inn i det sterile hetteglasset som beskrevet ovenfor (figur 2D ). Koble fra sprøyten og skyll linjen med 10 mL luft med den samme sprøyten.
  11. Ta ut 0,7 mL av den endelige sporings formuleringen og samle prøver for kvalitetskontrollprosedyrer (0,1 mL), bakteriell endotoksin test (0,1 mL) og sterilitet (0,5 mL).

5. kvalitetskontrollprosedyrer

FORSIKTIG: hver gruppe av radiotracer må utsettes for de riktige kvalitetskontroll prosedyrene (QC) før de lanseres til webområdet for PET-avbildning for administrering til personer i mennesker eller dyr. Forfatterne av dette manuskriptet er ikke ansvarlig for etterlevelse av radiotracer produsert ved andre sentre med lokale helsemyndigheter forskrifter.

  1. Utfør pre-release QC prosedyrer, som må inkludere tester for radio kjemisk identitet (RCI), radio kjemisk renhet (RCP), kjemisk renhet og molar aktivitet av Tracer samt gjenværende løsemiddel innhold og pH i formuleringen.
  2. Bestem RCI, RCP, kjemisk renhet og molar aktivitet ved hjelp av analytisk HPLC system utstyrt med UV (overvåking på 350 Nm) og radioaktivitet detektorer, og en reversert-fase kolonne. Bestem Oppbevaringstiden for 6-OH-BTA-0 og 6-OH-BTA-1 og kalibrere instrumentet for å kvantifisere innholdet i hver sammensatte.
  3. Bestem gjenværende løsemiddel innhold ved hjelp av analytisk gass kromatografi system utstyrt med en kapillær søyle. Bestem Oppbevaringstiden for aceton og etanol og Kalibrer instrumentet for å kvantifisere innholdet i hvert løsemiddel.
  4. Utfør bakteriell endotoksiner test med en patron leser utstyrt med egnede kassetter.
  5. Utføre sterilitet analyse av prøven minst 14 dag etter syntese for å sikre fravær av bakteriell vekst eller sende sterilitet prøven til et laboratorium akkreditert av den lokale helse myndigheten.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

For å oppsummere en typisk radiosynthesis av [11c] PiB, gasser [11c] ch3OTf sendes først gjennom en tC18 kassett forhåndslastet med en løsning av forløperen (figur 1). Separasjon av reaksjonsblandingen oppnås deretter ved påfølgende eluering med vandige etanol løsninger som følger. Først 12,5% EtOH elutes flertallet av ureagerte [11c] ch3OTF og 6-oh-bta-0, deretter 15% EtOH vasker ut de resterende urenheter, og til slutt en 50% etanol løsning elutes ønsket [11c] PiB i et sterilt hetteglass. Den Tracer blir deretter fortynnet med steril fosfat buffer og gjennomgår strenge QC prosedyrer før utgivelse til PET Imaging området. Typisk analytisk HPLC UV og radioaktivitet kromatogrammene av [11C] PiB batch egnet for administrasjon er representert i Figur 3.

Den totale radiosynthesis tiden er 10 min starter fra levering av [11c] ch3OTf, RCY av [11c] PiB bruker 0,2 mg forløper er 22% (fra [11c] ch3OTf, ikke korrigert for forfall) og molar aktiviteten er 190 GBq/mikromol. Den Tracer må overholde alle QC spesifikasjoner av multisenter nesten kun arvet Alzheimers nettverk Trials Unit (DIAN-TU) for kliniske studier: den radio kjemisk renhet må være over 95%; innholdet av ikke-radioaktive urenheter må være under 1,3 mikrogram per 10 mL dose; pH-verdien må være innenfor 4-8-serien; og etanol og aceton innholdet må være under 10% og 3000 ppm, henholdsvis. Prøvene må også være sterile og endotoksin frie. Resultatene av fire typiske radiosynthesis kjøringer er oppsummert i tabell 1.

For den rapporterte teknikken til å fungere skikkelig, må forsiktighet tas i løpet av flere kritiske trinn som er beskrevet ovenfor. For å bruke forløperen på tC18 kassetten (trinn 2,4) må oppløsningen ikke skyves mot utgangen, for ikke å forkorte den effektive banen for separasjon av [11C] PiB fra ureagerte Start materialer og mulige side produkter. Flyten av [11C] ch3OTf gjennom en patron under overføringen må ikke overstige 20 ml/min (trinn 4,1). Når eluering begynner (trinn 4,4), er det svært viktig å holde kassetten våt og ikke la luft gjennom for å unngå kanalisere effekter som kan resultere i lavere renhet av Tracer eller lavere RCY på grunn av tap av [11C] PiB i avfallet. Hvis 5-port manifold brukes i radiosynthesis (trinn 3,1) er ikke motstandsdyktig mot aceton, for eksempel en standard polykarbonat manifold som ACC-101, må mengden av aceton ikke overstige 100 μL som større volumer kan skade manifold under aktiviteten overføring og resultere i mislykket syntese. Hvis pH-verdien ikke oppfyller spesifikasjonene, kan tC18-kassetten eventuelt skylles med 10 mL sterilt vann mellom trinn 4,7 og 4,8 inn i avfallsflasken.

Figure 1
Figur 1: Radiosynthesis av [11c] PiB med 11c-metylering av 6-oh-bta-0 forløper med [11c] ch3OTf. [11c] PiB er en av de mest brukte radiotracers for avbildning av amyloid plaketter forbundet med AD og andre nevrodegenerative forhold av PET. Dette Tracer er vanligvis syntetisert via 11C-metylering av anilin FORLØPER kalt 6-oh-bta-0 ved hjelp av [11c] methyl TRIFLATE ([11c] ch3OTf) enten i oppløsning eller i den tørre HPLC injeksjon loop (løsemiddel fange teknikk). Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 2
Figur 2: trinn-for-trinn-syntese og rensing av [11C] PiB på en tC18-kassett. (A) gass [11C] ch3OTf føres gjennom patronen lastet med 6-oh-bta-0. Som beskrevet i trinn 4,1 og 4,2, [11C] ch3OTf er fanget på kassetten som inneholder forløperen og reagerer med forløperen ved romtemperatur i 2 min. (B) vask 1 eller vask 2-oppløsningen trekkes inn i dispenser sprøyten. Som beskrevet i trinn 4,3, trekker sprøyte pumpen av modulen stempelet av klippet sprøyten oppover, trekke en løsning av enten eluent gjennom en linje koblet til port 1 av manifold. (C) urenheter vaskes ut i en avfalls flaske. Som beskrevet i trinn 4,4, flytter sprøyten på modulen stempelet på avkuttet sprøyten nedover, og skyver den tilbaketrukne vaskeløsningen gjennom tC18-kassetten via port 1, 3 og 4 av de manifold i en avfalls flaske. Trinn representert på diagrammer B og C gjentas i en syklus flere ganger for å vaske ut alle ureagerte materialer fra kassetten, som beskrevet i trinn 4,5-4,7. (D) [11C] PiB er eluert med den endelige eluent i et sterilt hetteglass gjennom et sterilt filter. Som beskrevet i trinn 4,8 og 4,9, er sprøyten avkuttet til en sprøyte pumpe koblet fra linjen og erstattet først med en 10 mL sprøyte som inneholder 2,5, 50% vandig etanol. Port 5 av de manifold blir deretter vekslet mot det sterile hetteglasset og [11C] PiB er Eluert fra tC18 manuelt. Den tomme sprøyten erstattes deretter med en annen sprøyte som inneholder 10 mL steril fosfat buffer, og hele innholdet skyves gjennom tC18 for å skylle linjene som beskrevet i trinn 4,10. Det sterile hetteglasset inneholder nå [11C] PiB i en 12,5 ml 10% bufret vandig etanol løsning. Dette tallet har blitt modifisert fra Boudjemeline et al.12. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 3
Figur 3: kvalitetskontroll analytisk HPLC av [11C] PiB. (A) Oppbevaringstiden for [11c] ch3Oh (fra HYDROLYSE av [11c] ch3OTf), ureagerte [11c] ch3OTf, og Tracer [11c] PiB på radioaktivitet kromatogram er 2,1, 4,0 og 6,6 min, Henholdsvis. Analysen av radio aktivitets sporingen viser at RCP i [11C] PiB er 98,0%. (B) oppbevaring tider av 6-oh-bta-0 (forløper) og 6-oh-bta-1 (Tracer peak) på UV kromatogram er 3,6 og 5,9 min, henholdsvis. Analysen av UV-sporingen viser konsentrasjonen av gjenværende forløper under den akseptable grensen (1,3 μg) og fraværet av andre ikke-radioaktive urenheter. Dermed er radio kjemisk og kjemisk renhet av Tracer akseptabelt for kliniske PET studier. HPLC betingelser-kolonne (tabell over materialer): 5 μm, 100 x 4,0 mm; mobil fase: 40:60 acetonitril/vannstrømningshastighet: 0,7 mL/min. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 4
Figur 4: optimalisering av 6-oh-bta-0 forløper beløp. Det laveste beløpet (0,1 mg) gir [11C] PiB i en moderat radio kjemisk kapasitet (RCY) på 18.1 ± 3,8%. Radiosynthesis starter fra 0,2 mg gir [11C] PiB en RCY på 22.0 ± 3,1%, mens øke mengden til 0,3 mg ytterligere forbedrer RCY til 32.1 ± 3.7%, på bekostning av en litt høyere mengde av forløperen i det endelige produktet. Alle RCY ' s er ikke korrigert for forfall (radiosynthesis tid på 10 min) fra radioaktivitet av [11C] ch3OTf fanget på tC18 kassett. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 5
Figur 5: kvalitetskontroll analytisk HPLC av [11C] ABP688. (A) radioaktivitet KROMATOGRAM viser RCP av kombinerte (E)-og (Z)-[11C] ABP688 på 98,1%. (B) UV kromatogram viser gjenværende forløper konsentrasjon over 10 μg. Mens den kjemiske renheten kan være akseptabelt for kliniske PET studier, relativt lav effektiv molar aktivitet (Am ≪ 37 GBq/mikromol) krever ytterligere rensing optimalisering. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Satsvise Kjør 1 Kjør 2 Kjør 3 Kjør 4
[11C] CH3OTf, GBq 9,21 11,25 7,84 6,44
[11C] PiB, GBq 2,26 2,37 2,11 1,41
RCY,% * 24,5 21,1 26,9 21,8
RCP,% 98 97,2 97,8 99,2
Molar aktivitet, GBq/mikromol 154,6 322,6 121,1 162,1
Gjenværende forløper, μg 0,32 0,55 0,58 0,87
Ph 5 5 5 5
EtOH-innhold,% 9,4 8,8 7,7 8,1
Aceton innhold, ppm 33 38 46 33
BET-test N/a < 10 EU/mL < 10 EU/mL < 10 EU/mL
Sterilitet test N/a Ingen vekst Ingen vekst Ingen vekst
* Fotnote: fra [11C] ch3OTf, ikke korrigert for forfall

Tabell 1. Representative resultater av [11C] PiB produksjonen går under optimaliserte forhold. Alle partier er i samsvar med kravene for Bevegelsesuskarphet beregnet for kliniske dyrestudier.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Til tross for den nylige fremveksten og FDA godkjennelse av flere 18F-merket pet bevegelsesuskarphet, som florbetapir, florbetaben og flutemetamol, [11C] PiB forblir en gull standard Tracer for amyloid Imaging på grunn av rask hjernen opptak og lav ikke-spesifikke Bindende. Foreløpig denne Tracer er syntetisert via enten våt kjemi16 eller ved hjelp av en "Dry loop" tilnærming4,17. Begge metodene krever HPLC rensing etterfulgt av reformulering i vandig etanol, som tar ca 20-30 min starter fra [11C] ch3OTf. Inspirert av noen av de tidligere rapportene om solid fase støttet 11c-metylering teknikker og den kliniske betydningen av [11c] PiB, har vi som mål å utvikle en radiosynthesis av denne Tracer bruke rimelig disponibel solid fase ekstraksjon ( SPE) kassetter som en "3-i-1" enhet for reaksjon, rensing og formulering.

De mest kritiske trinnene for vellykket produksjon av PET-Bevegelsesuskarphet for in vivo Imaging hos mennesker er: 1) innlemmelse av det radioaktive isotop i et sporings molekyl; 2) separasjon av Tracer fra ureagerte radioaktive og ikke-radioaktive arter; 3) reformulering av Tracer i et biologisk kompatibelt løsemiddel; 4) overholdelse av kvalitetskontrollprosedyrer. Basert på den tidligere rapporterte løsningsmidlet fange metoden, forventet vi at SPE-støttet teknikk ville kreve en lavere mengde forløper sammenlignet med 11C-metylering i løsning. Spesielt, tidligere rapporterte løsningsmiddel for radiosynthesis av [11C] PiB krever 0,5-1,0 mg av forløperen4,17. Derfor undersøkte vi ikke korrigert for forfall radio kjemisk rentene på [11c] PiB fra [11c] ch3OTf på tre forskjellige mengder 6-OH-BTA-0:0,1, 0,2, og 0,3 mg. Selv det laveste beløpet (0,1 mg) gir en moderat mengde [11C] PiB, om enn ved relativt lave og mindre pålitelige RCY (18.1 ± 3.8%). Radiosynthesis starter fra 0,2 mg gir en RCY av [11C] PiB (22.0 ± 3.1%), mens øke mengden til 0,3 mg ytterligere forbedrer RCY (32.1 ± 3.7%), på bekostning av en litt høyere beløp av forløperen i det endelige produktet. I alle tilfeller ble radiosynthesis fullført i 10 minutter. Således, den optimale forløperen beløpet avhenger av ønsket RCY og renhet av [11C] PiB på bestemte pet sentre. Resultatene av radio kjemisk avkastning optimaliserings eksperimenter basert på forløperen beløpet er oppsummert i Figur 4. Radiosynthesis forsøk på å bruke [11c] ch3i som methylating agent eller etanol som reaksjons løsningsmiddel, gav ikke ønsket [11c] PiB (data ikke vist).

Den kvantitative separasjon av radiosynthesis reaksjonsblandingen på en kort SPE-kassett var den mest utfordrende delen av den beskrevne teknikken. Vi hypotetisk gjennomsnitt at aromatiske aminer 6-OH-BTA-0 og 6-OH-BTA-1 overveiende eksisterer i sine protonerte former i Sure medier og derfor ville ha skarpere eluering profiler fra den omvendte-fase solid fase. Derfor ble alle vandige etanol løsninger forberedt med 0,2 M acetate buffer på pH 3,7. Deretter bestemte vi at vandige etanol løsninger med EtOH konsentrasjon opp til 15% gradvis eluere ureagerte forløper 6-OH-BTA-0 og [11c] ch3OTf, mens radiolabeled [11C] PiB forblir fanget på tC18 kassetten. For å hindre Tailing av disse urenheter i en endelig Tracer formulering etanol konsentrasjonen ble økt fra 12,5% til 15% i en gradient eluering. Etter at alle urenheter hadde blitt vasket ut av kassetten, ble Tracer eluering oppnådd ved hjelp av en minimal mengde (2,5 mL) av konsentrert etanol løsning (50%). For å holde etanol innhold under 10% grensen og å bringe pH i formulert Tracer innenfor akseptabelt område for menneskelig injeksjon (4-8), ble Tracer fortynnet med steril fosfat buffer.

Følgende optimalisering, radiosynthesis av [11C] PiB ble automatisert ved hjelp av en kommersielt tilgjengelig automatisert syntese enhet (ASU), utstyrt med dispenser sprøyte og en gangs manifold. Den manifold oppsett for denne spesielle ASU er grei som beskrevet i trinn 3,1-3,5. Spesielt kan denne metodikken enkelt implementeres på de fleste av de andre tilgjengelige ASU ' s følgende oppskrifter beskrevet ovenfor. Under optimaliserte forhold, grupper av [11C] PiB egnet for klinisk anvendelse er syntetisert med endelige aktiviteter fra 1,4 til 2,4 GBq (38-61 mCi).

Nylig brukte vi "3-i-1" teknikk for radiolabeling av [11C] ABP688, et kjæledyr Tracer for Imaging av metabotropic glutamat reseptorer type 5 (mGlu5)18,19. Radiosynthesis av denne Tracer er avhengig av 11C-metylering av-Oh-gruppen i Oxime; Derfor er tillegg av base nødvendig for å deprotonate den desmetyl forløperen. Tetrabutylammoniumfluorid natriumhydroksid (som en 1 M løsning i MeOH) ble valgt som base fordi det er løselig i de fleste polare organiske løsemidler. I et foreløpig radiolabeling eksperiment ble en løsning av forløperen (0,5 mg) i DMSO (100 μL) blandet med 1 M TBAOH i MeOH (20 μL) og blandingen ble nøye påført på tC18 kassetten som beskrevet ovenfor (se trinn 2,4). Gass [11C] ch3jeg ble passert gjennom kassetten som beskrevet i trinn 4,1-4,2 og reaksjonen fikk lov til å fortsette ved romtemperatur i 5 min. sekvensiell eluering med fortynnet etanol løsninger i 0,2 M natrium bikarbonat buffer (pH 8,5- 9,0)-92 mL 15% EtOH etterfulgt av 92 mL 20% EtOH-vasket ut ureagerte [11C] ch3i og gjenværende forløper. Radiochemically ren [11C] ABP688 (RCY = 18,2%, RCP > 98.0%) ble deretter eluert med 50% EtOH løsning i samme buffer gjennom et sterilt filter som beskrevet i trinn 4,9-4,11. Til tross for at over 98% av forløperen er fjernet med fortynnet etanol vasker, krever tilstedeværelsen av noen ureagerte forløper i den endelige Tracer (opp til 20 μg) ytterligere optimalisering av radiosynthesis prosedyren. Denne optimaliseringen pågår, og resultatene av dette prosjektet vil bli publisert i rett kurs. Representative analytisk HPLC UV og radioaktivitet kromatogrammene av [11C] ABP688 batch er vist på figur 5.

Som konklusjon, har vi utviklet en effektiv solid fase støttet Carbon-11 radiolabeling prosedyre ved hjelp av lett tilgjengelige billig SPE patroner som "3-i-1" enheter for radiosynthesis, rensing, og formulering av PET Bevegelsesuskarphet brukes for klinisk Imaging. Bevegelsesuskarphet egnet for Human injeksjon er produsert innen 10 min fra tillegg av 11c-methylating agent ([11c] ch3OTF eller [11c] ch3i) i høy RCY og molar aktivitet. Vi helautomatisk denne teknikken for å gjøre den kompatibel med Good Manufacturing Practice (GMP) regler pålagt av helse og stråling sikkerhetsmyndighetene. Solid fase støttet radiosynthesis krever en lav mengde forløper, unngår bruk av giftige løsemidler, reduserer syntese tid og stråledose opprettholdes av personell. Videre unngår HPLC-relaterte feil forbedrer radiosynthesis pålitelighet og gir mulighet for utvikling av disponibel kits for rutinemessig Tracer produksjon.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne erklærer at de ikke har noen konkurrerende finansielle interesser.

Acknowledgments

Denne studien ble delvis støttet av et stipend 18-05 fra Alzheimers Society of Canada (for aka) og Brain Canada Foundation med støtte fra Health Canada. Forfatterne ønsker å anerkjenne McGill University Faculty of Medicine, Montreal nevrologiske Institute og McConnell Brain Imaging Centre for støtte av dette arbeidet. Vi takker også fru Monica Lacatus-Samoila for hjelp med kvalitetskontrollprosedyrer og DRS. Jean-Paul Soucy og Gassan Massarweh for tilgang til radioisotopes og radiochemistry anlegget.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
6-OH-BTA-0 ABX advanced biochemical compounds 5101 Non-radioactive precursor of [11C]PiB
6-OH-BTA-1 ABX advanced biochemical compounds 5140 Non-radioactive standard of [11C]PiB
Agilent 1200 HPLC system Agilent Agilent 1200 Analytical HPLC system
Ethanol absolute Commercial alcohols 432526
Hamilton syringe (luer-tip, 250 µL) Hamilton HAM80701
MZ Analytical PerfectSil 120 MZ-Analysentechik GmbH MZ1440-100040 Analytical HPLC column
Perkin Elmer Clarus 480 GC system Perkin Elmer Clarus 480 Gas chromotograph
polycarbonate manifold Scintomics ACC-101 Synthesis manifold
Restek MTX-Wax column (30 m, 0.53 mm) Restek 70625-273 Analytical GC column
Scintomics GRP module Scintomics Scintomics GRP Automated synthesis unit
Sep-Pak tC18 Plus Waters WAT020515 Solid phase extraction cartridge
solvent-resistant manifold Scintomics ACC-201 Synthesis manifold
Spinal needle BD 405181
Sterile extension line B. Braun 8255059
Sterile filter Millipore SLLG013SL
Sterile vial (20mL) Huayi SVV-20A
Sterile water Baxter JF7623
Synthra MeIplus Research Synthra MeIplus Research [11C]CH3I/[11C]CH3OTf module
Syringe (10 mL) BD 309604
Syringe (1mL) BD 309659
Syringe (20 mL) B. Braun 4617207V Dispenser syringe
Vent filter Millipore TEFG02525

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Langstrom, B., Lundqvist, H. The preparation of 11C-methyl iodide and its use in the synthesis of 11C-methyl-L-methionine. The International journal of applied radiation and isotopes. 27 (7), 357-363 (1976).
  2. Larsen, P., Ulin, J., Dahlstrøm, K., Jensen, M. Synthesis of [11C]iodomethane by iodination of [11C]methane. Applied radiation and isotopes. 48 (2), 153-157 (1997).
  3. Jewett, D. M. A simple synthesis of [11C]methyl triflate. International journal of radiation applications and instrumentation. Part A, Applied radiation and isotopes. 43 (11), 1383-1385 (1992).
  4. Wilson, A. A., Garcia, A., Houle, S., Vasdev, N. Utility of commercial radiosynthetic modules in captive solvent [11C]-methylation reactions. Journal of Labelled Compounds and Radiopharmaceuticals. 52 (11), 490-492 (2009).
  5. Wilson, A. A., Garcia, A., Jin, L., Houle, S. Radiotracer synthesis from [(11)C]-iodomethane: a remarkably simple captive solvent method. Nuclear medicine and biology. 27 (6), 529-532 (2000).
  6. Fedorova, O. S., Vaitekhovich, F. P., Krasikova, R. N. Automated Synthesis of [18F]Fluoromethylcholine for Positron-Emission Tomography Imaging. Pharmaceutical Chemistry Journal. 52 (8), 730-734 (2018).
  7. Jewett, D. M., Ehrenkaufer, R. L., Ram, S. A captive solvent method for rapid radiosynthesis: application to the synthesis of [1-(11)C]palmitic acid. The International journal of applied radiation and isotopes. 36 (8), 672-674 (1985).
  8. Watkins, G. L., Jewett, D. M., Mulholland, G. K., Kilbourn, M. R., Toorongian, S. A. A captive solvent method for rapid N-[11C]methylation of secondary amides: application to the benzodiazepine, 4'-chlorodiazepam (RO5-4864). International journal of radiation applications and instrumentation. Part A, Applied radiation and isotopes. 39 (5), 441-444 (1988).
  9. Hockley, B. G., Henderson, B., Shao, X. Chapter 27, Synthesis of {11C]Raclopride. Radiochemical Syntheses. , John Wiley & Sons. 167-175 (2012).
  10. Lodi, F., et al. Reliability and reproducibility of N-[11C]methyl-choline and L-(S-methyl-[11C])methionine solid-phase synthesis: a useful and suitable method in clinical practice. Nuclear Medicine Communications. 29 (8), 736-740 (2008).
  11. Jolly, D., et al. Development of "[(11)C]kits" for a fast, efficient and reliable production of carbon-11 labeled radiopharmaceuticals for Positron Emission Tomography. Applied radiation and isotopes. 121, 76-81 (2017).
  12. Boudjemeline, M., et al. Highly efficient solid phase supported radiosynthesis of [(11) C]PiB using tC18 cartridge as a "3-in-1" production entity. Journal of Labelled Compounds and Radiopharmaceuticals. 60 (14), 632-638 (2017).
  13. Mathis, C. A., et al. A lipophilic thioflavin-T derivative for positron emission tomography (PET) imaging of amyloid in brain. Bioorganic and medicinal chemistry letters. 12 (3), 295-298 (2002).
  14. Mathis, C. A., et al. Synthesis and evaluation of 11C-labeled 6-substituted 2-arylbenzothiazoles as amyloid imaging agents. Journal of medicinal chemistry. 46 (13), 2740-2754 (2003).
  15. Buffer Reference Center. , Sigma Aldrich. Available from: https://www.sigmaaldrich.com/life-science/core-bioreagents/biological-buffers/learning-center/buffer-reference-center.html (2019).
  16. Philippe, C., Mitterhauser, M., Wadsak, W. Chapter 18, Synthesis of 2-(4-N-[11C]Methylaminophenyl)-6-Hydroxybenzothiazole ([11C]6-OH-BTA-1; [11C]PIB). Radiochemical Syntheses. , John Wiley & Sons. 177-189 (2012).
  17. Shao, X., Fawaz, M. V., Jang, K., Scott, P. J. H. Synthesis and Applications of [11C]Hydrogen Cyanide. Radiochemical Syntheses. , John Wiley & Sons. 207-232 (2015).
  18. Ametamey, S. M., et al. Radiosynthesis and preclinical evaluation of 11C-ABP688 as a probe for imaging the metabotropic glutamate receptor subtype 5. Journal of Nuclear Medicine. 47 (4), 698-705 (2006).
  19. Ametamey, S. M., et al. Human PET studies of metabotropic glutamate receptor subtype 5 with 11C-ABP688. Journal of Nuclear Medicine. 48 (2), 247-252 (2007).

Tags

Kjemi Carbon-11 radiolabeling positron emisjon tomografi Imaging [11c] PiB [11c] ABP688 11C-metylering solid fase støttet syntese solid fase ekstraksjon automatisering
Solid Phase <sup>11</sup>C-metylering, rensing og formulering for produksjon av pet Bevegelsesuskarphet
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Singleton, T. A., Boudjemeline, M.,… More

Singleton, T. A., Boudjemeline, M., Hopewell, R., Jolly, D., Bdair, H., Kostikov, A. Solid Phase 11C-Methylation, Purification and Formulation for the Production of PET Tracers. J. Vis. Exp. (152), e60237, doi:10.3791/60237 (2019).

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