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Chemistry

Phase solide 11C-Méthylation, purification et formulation pour la production de traceurs de PET

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

Nous rapportons une technique efficace de radioétiquetage de carbone-11 pour produire des traceurs médicalement pertinents pour la tomographie d'émission de Positron (PET) utilisant des cartouches d'extraction de phase pleine. 11 Ans, états-unis ( L'agent de méthylating C est passé par une cartouche préchargée avec le précurseur et l'élution successive avec l'éthanol aqueux fournit des traceurs chimiquement et radiochimiquement purs de PET dans des rendements radiochimiques élevés.

Abstract

La production courante de radiotraceurs utilisés dans la tomographie par émission de positon (TEP) repose principalement sur la chimie humide où le synthétise radioactif réagit avec un précurseur non radioactif en solution. Cette approche nécessite la purification du traceur par une chromatographie liquide de haute performance (HPLC) suivie d'une reformulation dans un solvant biocompatible pour l'administration humaine. Nous avons récemment développé une nouvelle approche de 11C-méthylation pour la synthèse très efficace des radiopharmaceutiques PET étiquetés carbone-11, tirant parti des cartouches de phase solide comme unités jetables « 3-en-1 » pour la synthèse, la purification et reformulation des traceurs. Cette approche évite l'utilisation de HPLC préparatif et réduit les pertes du traceur dans les lignes de transfert et dues à la désintégration radioactive. En outre, la technique basée sur les cartouches améliore la fiabilité de la synthèse, simplifie le processus d'automatisation et facilite le respect des exigences de bonnes pratiques de fabrication (GMP). Ici, nous démontrons cette technique sur l'exemple de la production d'un traceur DE PET Pittsburgh composé B ([11C]PiB), un agent d'imagerie in vivo de référence pour les plaques amyloïdes dans le cerveau humain.

Introduction

La tomographie par émission de positrons (TEP) est une modalité d'imagerie moléculaire qui repose sur la détection de la désintégration radioactive d'un isotope attaché à une molécule biologiquement active pour permettre la visualisation in vivo des processus biochimiques, des signaux et des transformations . Le carbone-11 (t1/2 à 20,3 min) est l'un des radio-isotopes les plus couramment utilisés dans le PET en raison de son abondance dans les molécules organiques et de sa courte demi-vie qui permet de multiples administrations de traceurs le même jour au même sujet humain ou animal et réduit le fardeau de rayonnement sur les patients. De nombreux traceurs étiquetés avec cet isotope sont utilisés dans des études cliniques et dans la recherche en santé fondamentale pour l'imagerie TEP in vivo de cibles classiques et émergentes biologiquement pertinentes - [11C]raclopride pour les récepteurs D2/D3, [11C] PiB pour les plaques amyloïdes, [11C]PBR28 pour la protéine translocator - pour n'en nommer que quelques-uns.

Les traceurs de PET étiquetés carbone-11 sont principalement produits par 11c-méthylation des précurseurs non radioactifs contenant -OH (alcool, phénol et acide carboxylique), -NH (amine et amide) ou -SH (thiol) groupes. En bref, l'isotope est généré dans la cible de gaz d'un cyclotron par l'intermédiaire d'une réaction nucléaire de 14N(p,) 11C sous forme chimique de [11C]CO2. Ce dernier est ensuite converti en [11C]liodide méthyle ([11C]CH3I) via soit la chimie humide (réduction à [11C]CH3OH avec LiAlH4 suivie d'étanchéité avec HI)1 ou sec chimie (réduction catalytique à [11C]CH4 suivie d'une iodure radicale avec moléculaire I2)2. [11C] CH3Je peux ensuite être converti en 11Triflate C-méthyle plus réactif ([11C]CH3OTf) en le passant sur une colonne de triflateargentée 3. La méthylation 11C est ensuite effectuée soit en bouillonnant le gaz radioactif dans une solution de précurseur non radioactif dans le solvant organique ou par l'intermédiaire de la plus élégante captive solvant "boucle" méthode4,5. Le 11C-tracer est ensuite purifié au moyen de HPLC, reformulé dans un solvant biocompatible, et passé par un filtre stérile avant d'être administré à des sujets humains. Toutes ces manipulations doivent être rapides et fiables compte tenu de la courte demi-vie du carbone-11. Cependant, l'utilisation d'un système HPLC augmente considérablement les pertes de traceur et de temps de production, nécessite souvent l'utilisation de solvants toxiques, complique l'automatisation et conduit parfois à des synthèses défaillantes. De plus, le nettoyage requis des réacteurs et de la colonne HPLC prolonge les délais entre les synthèses des lots de traceurs subséquents et augmente l'exposition du personnel aux radiations.

La radiochimie du fluor-18 (t1/2 - 109,7 min), l'autre isotope DE TEP largement utilisé, a été récemment avancée par le développement de kits à cassette s'il y a des outils qui évitent la nécessité d'une purification du HPLC. En utilisant des cartouches d'extraction en phase solide (SPE), ces kits entièrement jetables permettent la production de routine fiable de 18F-tracers, y compris [18F]FDG, [18F]FMISO, [18F]FMC et d'autres, avec une synthèse plus courte , une participation réduite du personnel et un minimum d'entretien de l'équipement. L'une des raisons pour lesquelles le carbone-11 demeure un isotope moins populaire dans l'imagerie TEP est l'absence de trousses similaires pour la production de routine de 11Traceurs C. Leur développement améliorerait considérablement la fiabilité synthétique, augmenterait les rendements radiochimiques et simplifierait l'automatisation et l'entretien préventif des modules de production.

Les kits de production actuellement disponibles tirent parti des cartouches SPE peu coûteuses et jetables au lieu des colonnes HPLC pour séparer le radiotraceur des isotopes radioactifs non réagis, des précurseurs et d'autres sous-produits radioactifs et non radioactifs. Idéalement, la réaction d'étiquetage radio se produit également sur la même cartouche ; par exemple, la [18F]fluoromethylation du diméthylaminoethanol avec gazeux [18F]CH2BrF dans la production du traceur de PET d'imagerie de cancer de la prostate [18F]fluoromethylcholine se produit sur une cartouche de résine de cation-échange 6. Bien que des procédures similaires pour la radioétiquetage de plusieurs 11Traceurs C sur cartouches aient été signalées7,8 et sont devenues particulièrement puissantes pour la radiosynthèse de [11C]choline9 et [11C]methionine10, ces exemples restent limités aux traceurs de PET oncologiques où la séparation du précurseur n'est souvent pas nécessaire. Nous avons récemment signalé le développement de «[11C]kits» pour la production de [11C]CH3I11 et 11C-méthylation ultérieures, ainsi que la synthèse solide soutenue par phase12 dans nos efforts pour simplifier la production de routine de 11Traceurs C. Ici, nous souhaitons démontrer nos progrès à l'aide de l'exemple de la radiosynthèse soutenue par phase solide de [11C]PiB, un radiotracer pour l'imagerie A qui a révolutionné le domaine de l'imagerie de la maladie d'Alzheimer (MA) lors de son développement en 2003 ( Figure 1) 13,14. Dans cette méthode, volatile [11C]CH3OTf (bp 100 oC) est passé au-dessus du précurseur 6-OH-BTA-0 déposé sur la résine d'une cartouche jetable. Pet traceur [11C]PiB est alors séparé du précurseur et des impuretés radioactives par l'élution de la cartouche avec de l'éthanol aqueuse biocompatible. De plus, nous avons automatisé cette méthode de radiosynthèse[11C]PiB à l'aide d'un module de synthèse radiochimique télécommandé et de trousses de cassettes jetables. Plus précisément, nous avons mis en œuvre cette radiosynthèse sur un module de radiochimie de 20 soupapes, équipé d'une seringue (distributeur) qui s'adapte à la seringue en plastique jetable standard de 20 ml, contrôleur de flux de gaz, pompe à vide et jauge. En raison de la simplicité de cette méthode, nous sommes confiants qu'elle peut être modifiée à la plupart des synthétiseurs automatisés disponibles dans le commerce, soit à base de cassettes ou ceux équipés de vannes fixes. Cette technique solide soutenue par phase facilite la production[11C]PiB conforme aux réglementations de bonnes pratiques de fabrication (GMP) et améliore la fiabilité de synthèse. La technique décrite ici réduit également la quantité de précurseur nécessaire à la radiosynthèse, n'utilise que des solvants biocompatibles « verts » et diminue le temps entre les lots de production consécutifs.

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Protocol

1. Préparation des tampons et des eluents

  1. Dissoudre 2,72 g de trihydrate d'acétate de sodium dans 100 ml d'eau pour préparer une solution d'acétate de sodium de 0,2 M (solution A).
  2. Dissoudre 11,4 ml d'acide acétique glaciaire dans 1 L d'eau pour préparer une solution d'acide acétique de 0,2 M (solution B).
  3. Combinez 50 ml de solution A avec 450 ml de solution B pour préparer le tampon d'acétate au pH 3,7 (tampon 1) selon le centre de référence tampon15. Vérifier le pH du tampon à l'égard de bandes de pH ou d'un pH mètre.
  4. Mélanger 12,5 ml d'éthanol absolu avec 87,5 ml de tampon 1 pour faire une solution EtOH aqueuse de 12,5 % (laver 1) dans une bouteille de 100 ml.
  5. Mélanger 15 ml d'éthanol absolu avec 85 ml de tampon 1 pour faire une solution EtOH aqueuse de 15 % (laver 2) dans une bouteille de 100 ml.
  6. Mélanger 5 mL d'éthanol absolu avec 5 ml de tampon 1 pour faire 50% de solution EtOH aqueuse (éluence finale) et tirer 2,5 mL de cette solution dans une seringue de 10 ml.

2. Application du précurseur de la cartouche

  1. Passer 10 ml d'eau suivi de 5 ml d'acétone à travers la cartouche tC18 pour la conditionner.
  2. Sécher la cartouche avec un jet d'azote à 50 ml/min pendant 1 min.
  3. Dissoudre 2 mg du précurseur 6-OH-BTA-0 dans 1 ml d'acétone anhydre.
  4. Tenir vers le bas une seringue en verre de précision Luer-pointe 250 L, retirer 100 l de la solution précurseur et 50 l de coussin d'air sur le dessus du liquide. Retirez l'aiguille et appliquez la solution précurseur sur la cartouche tC18 de l'extrémité femelle en poussant lentement le piston tout en bas. Ne poussez pas la solution plus loin !

3. Mise en place du collecteur pour la synthèse automatisée

  1. Fixez le collecteur jetable standard de 5 ports sur le module de synthèse et assemblez-le selon la figure 2 et les étapes 3.2 - 3.5 ci-dessous.
    REMARQUE : Nous vous recommandons d'utiliser des collecteurs résistants à l'acétone (voir Tableau des matériaux).
  2. Port 1 a deux positions. Connectez l'anse horizontale au distributeur automatisé muni d'une seringue de 20 ml. Connectez l'inlet vertical à la bouteille avec lavage 1.
  3. Connectez la sortie du module qui produit [11C]CH3OTf au port 2 du collecteur.
  4. Installez la cartouche tC18 chargée de précurseur 6-OH-BTA-0 entre les ports 3 et 4.
  5. Port 5 a deux positions. Connectez la sortie horizontale à la bouteille de déchets qui doit contenir au moins 200 ml. Connectez la prise verticale au flacon stérile pour la collecte des traceurs via le filtre stérile.

4. Radiosynthèse de [11C]PiB

CAUTION : Toutes les manipulations impliquant des isotopes radioactifs doivent être effectuées dans une cellule chaude à protection de plomb par du personnel ayant une formation adéquate pour travailler avec des matières radioactives.
REMARQUE : Ce protocole ne couvre pas les détails de la production de [11C]CO2 dans le cyclotron et de sa conversion en [11C]CH3OTf utilisant le module de radiochimie. Ces procédures dépendront de l'équipement individuel du laboratoire de radiochimie et ne relèveront pas de ce protocole. Notre centre PET est équipé d'un cyclotron IBA, qui produit du carbone-11 sous forme chimique de [11C]CO2via la réaction nucléaire de 14N(p,)11C avec un mélange de gaz N2/O2 (99,5:0.5) dans le gaz et un module disponible dans le commerce pour la production de [11C]CH3I via la « méthode sèche » (réduction catalytique à [11C]CH4 suivie d'une iodure radicale). [11C] CH3OTf est produit en passant [11C]CH3I sur une colonne de triflate argenté chauffée à 175 oC à 20 ml/min.

  1. Livrer [11C]CH3OTf dans le collecteur par le port 2 et le passer à travers la cartouche tC18 chargée à 20 mL/min flux de sortie réglementé par le module [11C]CH3OTf, via les ports 3 et 4 et dans la bouteille de déchets comme indiqué sur Figure 2A.
  2. Une fois que toute la radioactivité a été transférée et piégée sur la cartouche tC18 surveillée par le détecteur de radioactivité derrière le support de la cartouche, arrêter le flux de gaz en fermant le port 2. Laisser la cartouche s'asseoir pendant 2 min pour compléter la réaction.
  3. Retirez 19 ml de solution de lavage 1 (voir l'étape 1.4) de la bouteille de 100 ml dans la seringue du distributeur par le port 1 à 100 ml/min, comme le montre la figure 2B.
  4. Distribuer 18,5 ml de solution de lavage 1 du distributeur à travers la cartouche tC18 via les ports 3 et 4 et dans la bouteille à déchets à 50 ml/min comme le montre la figure 2C. Assurez-vous l'absence de bulles d'air dans le collecteur car ils pourraient diminuer l'efficacité de séparation.
  5. Répétez les étapes 4.3 et 4.4 quatre fois, en retirant et en distribuant 18,5 ml de solution de lavage 1 à chaque fois. Le volume total de la solution de lavage 1 passée par tC18 est 92.5 ml ; cependant, il peut varier dans la gamme de 90 à 100 ml en fonction du module de synthèse particulier utilisé.
  6. Passer la ligne d'entrée sur le port 1 de laver 1 à laver 2 solution (voir l'étape 1.5).
  7. Répétez les étapes 4.3 et 4.4 trois fois, en retirant et en distribuant 18,5 mL de solution de lavage 2 à chaque fois. Le volume total de la solution de lavage 2 passée par tC18 est de 55,5 ml. Cependant, il peut varier dans la gamme de 50 à 60 ml en fonction du module de synthèse utilisé.
  8. Toggle valve 5 vers le flacon final comme indiqué sur la figure 2D. Déconnectez la ligne du distributeur et connectez-la à la seringue de 10 ml contenant 2,5 ml de la solution d'éluence finale (50 % d'EtOH aqueux, voir l'étape 1,6) et 7,5 mL d'air.
  9. En maintenant la seringue vers le bas, poussez manuellement la solution finale d'éluence (2,5 mL) suivie de l'air (7,5 ml) à travers la cartouche tC18 via les ports 3 et 4 et dans le flacon stérile pour la collecte des traceurs via le filtre stérile comme le montre la figure 2D.
  10. Débranchez la seringue vide, connectez la seringue de 10 ml contenant 10 ml de tampon de phosphate stérile (recette non incluse car elle peut varier) et poussez tout le volume à travers la cartouche tC18 dans la fiole stérile comme décrit ci-dessus (Figure 2D ). Débranchez la seringue et rincer la ligne avec 10 ml d'air à l'aide de la même seringue.
  11. Retirez 0,7 ml de la formulation finale du traceur et prélever des échantillons pour les procédures de contrôle de la qualité (0,1 ml), le test d'endotoxine bactérienne (0,1 ml) et la stérilité (0,5 ml).

5. Procédures de contrôle de la qualité

CAUTION : Chaque lot du radiotraceur doit être soumis aux procédures appropriées de contrôle de qualité (QC) avant d'être libéré au site d'imagerie de PET pour l'administration dans des sujets humains ou animaux. Les auteurs de ce manuscrit ne sont pas responsables de la conformité du radiotraceur produit dans d'autres centres avec les règlements des autorités sanitaires locales.

  1. Effectuer des procédures DE QC pré-libération, qui doivent inclure des tests pour l'identité radiochimique (RCI), la pureté radiochimique (RCP), la pureté chimique et l'activité molaire du traceur ainsi que la teneur résiduelle en solvants et le pH de la formulation.
  2. Déterminer le RCI, le RCP, la pureté chimique et l'activité molaire au moyen du système analytique HPLC équipé d'UV (surveillance à 350 nm) et de détecteurs de radioactivité, ainsi que d'une colonne en phase inversée. Déterminer les temps de rétention de 6-OH-BTA-0 et 6-OH-BTA-1 et calibrer l'instrument pour quantifier le contenu de chaque composé.
  3. Déterminer la teneur résiduelle en solvantau au moyen d'un système de chromatographie à gaz analytique équipé d'une colonne capillaire. Déterminer les temps de rétention de l'acétone et de l'éthanol et calibrer l'instrument pour quantifier la teneur de chaque solvant.
  4. Effectuez le test d'endotoxines bactériennes à l'aide d'un lecteur de cartouches équipé de cartouches appropriées.
  5. Effectuer l'analyse de stérilité de l'échantillon au moins 14 jours après la synthèse pour assurer l'absence de croissance bactérienne ou envoyer l'échantillon de stérilité à un laboratoire accrédité par l'autorité sanitaire locale.

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Representative Results

Pour résumer une radiosynthèse typique de [11C]PiB, gazeux [11C]CH3OTf est d'abord passé par une cartouche tC18 préchargée avec une solution de précurseur (Figure 1). La séparation du mélange de réaction est alors réalisée par l'élution successive avec des solutions d'éthanol aqueuse comme suit. Tout d'abord, 12,5% EtOH élude la majorité des non-réagis [11C]CH3OTf et 6-OH-BTA-0, puis 15% EtOH lave les impuretés résiduelles, et enfin une solution d'éthanol de 50% élit le désiré [11C]PiB dans un flacon stérile. Le traceur est ensuite dilué avec un tampon de phosphate stérile et subit des procédures strictes DE QC avant d'être libéré sur le site d'imagerie TEP. Les chromatogrammes analytiques typiques de HPLC UV et de radioactivité du lot[11C]PiB approprié à l'administration sont représentés à la figure 3.

Le temps total de radiosynthèse est de 10 min à partir de la livraison de [11C]CH3OTf, le RCY de [11C]PiB utilisant 0,2 mg de précurseur est de 22% (à partir de [ 11 C]CH 3 OTf, non corrigé pour la carie) et l'activité molaire est de 22% (à partir de [ 11 C]CH 3 OTf, non corrigé pour la carie) et l'activité molaire est de 22% (à partir de [11C]CH3OTf, non corrigé pour la carie) et l'activité molaire est 190 GBq/mol. Le traceur doit se conformer à toutes les spécifications qc de l'Unité multicentrique d'essais du réseau Alzheimer dominant (DIAN-TU) pour les essais cliniques : la pureté radiochimique doit être supérieure à 95 %; la teneur en impuretés non radioactives doit être inférieure à 1,3 g par dose de 10 ml; le pH doit être dans la plage de 4 à 8; et le contenu en éthanol et en acétone doit être inférieur à 10 % et 3 000 ppm, respectivement. Les échantillons doivent également être stériles et exempts d'endotoxine. Les résultats de quatre séries de radiosynthèse typiques sont résumés dans le tableau 1.

Pour que la technique signalée fonctionne correctement, il faut faire attention à plusieurs étapes critiques décrites ci-dessus. Pour appliquer le précurseur sur la cartouche tC18 (étape 2.4), la solution ne doit pas être poussée vers la sortie, afin de ne pas raccourcir la voie efficace pour la séparation de la [11C]PiB des matériaux de départ non réagis et des produits latéraux possibles. Le flux de [11C]CH3OTf à travers une cartouche pendant le transfert ne doit pas dépasser 20 ml/min (étape 4.1). Une fois que l'élution commence (étape 4.4), il est très important de garder la cartouche humide et de ne pas laisser passer l'air pour éviter les effets de canalisation qui pourraient entraîner une pureté plus faible du traceur ou plus faible RCY en raison des pertes de [11C]PiB dans les déchets. Si le collecteur de 5 ports utilisé dans la radiosynthèse (étape 3.1) n'est pas résistant à l'acétone, comme un collecteur standard en polycarbonate comme ACC-101, la quantité d'acétone ne doit pas dépasser 100 L car de plus grands volumes pourraient endommager le collecteur pendant le transfert d'activité et résultat d'une synthèse ratée. Dans le cas où le pH ne répond pas aux spécifications, la cartouche tC18 peut être rincée de 10 ml d'eau stérile entre les étapes 4,7 et 4,8 dans la bouteille de déchets.

Figure 1
Figure 1 : Radiosynthèse de [11C]PiB par 11C-méthylation de 6-OH-BTA-0 précurseur avec [11C]CH3OTf. [11C]PiB est l'un des radiotraceurs les plus largement utilisés pour l'imagerie des plaques amyloïdes associées avec la MA et d'autres affections neurodégénératives par TEP. Ce traceur est généralement synthétisé par 11C-méthylation du précurseur aniline appelé 6-OH-BTA-0 en utilisant [11C]méthyle triflate ([11C]CH3OTf) soit en solution ou dans la boucle d'injection HPLC sèche (solvant technique captive). Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 2
Figure 2 : Synthèse et purification étape par étape de [11C]PiB sur une cartouche tC18. (A) Gaseous [11C]CH3OTf est passé à travers la cartouche chargée de 6-OH-BTA-0. Comme décrit dans les étapes 4.1 et 4.2, [11C]CH3OTf est piégé sur la cartouche contenant le précurseur et réagit avec le précurseur à température ambiante pendant 2 min. (B) Laver 1 ou laver 2 solution est retiré dans la seringue distributeur. Comme décrit à l'étape 4.3, la pompe à seringues du module tire le piston de la seringue coupée vers le haut, retirant une solution de l'une ou l'autre élute à travers une ligne reliée au port 1 du collecteur. (C) Les impuretés sont lavées dans une bouteille de déchets. Comme décrit à l'étape 4.4, la pompe à seringues du module déplace le piston de la seringue coupée vers le bas, poussant la solution de lavage retirée à travers la cartouche tC18 via les ports 1, 3 et 4 du collecteur dans une bouteille de déchets. Les étapes représentées sur les diagrammes B et C sont répétées plusieurs fois dans un cycle pour laver tous les matériaux non réagis de la cartouche, tels que décrits dans les étapes 4.5 - 4.7. (D) [11C]PiB est éludé avec l'élunent final dans une fiole stérile à travers un filtre stérile. Comme décrit dans les étapes 4.8 et 4.9, la seringue coupée dans une pompe à seringues est déconnectée de la ligne et remplacée d'abord par une seringue de 10 ml contenant 2,5 ml d'éthanol aqueux à 50 %. Port 5 du collecteur est ensuite basculer vers le flacon stérile et [11C]PiB est éludé du tC18 manuellement. La seringue vide est ensuite remplacée par une autre seringue contenant 10 ml de tampon de phosphate stérile et le contenu entier est poussé à travers le tC18 pour rincer les lignes telles que décrites à l'étape 4.10. La fiole stérile contient maintenant [11C]PiB dans une solution d'éthanol aqueuse tamponné de 12,5 mL à 10 %. Ce chiffre a été modifié à partir de Boudjemeline et coll.12. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 3
Figure 3 : Contrôle de la qualité analytique HPLC de [11C]PiB. (A) Les temps de rétention de [11C]CH3OH (à partir de l'hydrolyse de [11C]CH3OTf), non réagis [11C]CH3OTf, et le traceur [11C]PiB sur le chromatogramme de radioactivité sont 2,1, 4,0 et 6,6 min, respectivement. L'analyse de la trace de radioactivité montre que le RCP de [11C]PiB est de 98,0%. (B) Les temps de rétention de 6-OH-BTA-0 (précurseur) et 6-OH-BTA-1 (pic traceur) sur le chromatogramme UV sont de 3,6 et 5,9 min, respectivement. L'analyse de la trace UV montre une concentration résiduelle de précurseurs inférieure à la limite acceptable (1,3 g) et l'absence d'autres impuretés non radioactives. Ainsi, la pureté radiochimique et chimique du traceur est acceptable pour les études cliniques de TEP. Conditions HPLC - colonne (Tableau des matériaux):5 m, 100 x 4,0 mm; phase mobile : 40:60 acetonitrile/débit d'eau : 0,7 mL/min. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 4
Figure 4 : Optimisation du montant des précurseurs 6-OH-BTA-0. La quantité la plus faible (0,1 mg) fournit [11C]PiB dans un rendement radiochimique modéré (RCY) de 18,1 à 3,8 %. La radiosynthèse à partir de 0,2 mg fournit [11C]PiB un RIe de 22,0 à 3,1 %, tandis que l'augmentation de la quantité à 0,3 mg améliore encore le RCY à 32,1 à 3,7 %, au détriment d'une quantité légèrement plus élevée du précurseur dans le produit final. Tous les RCY ne sont pas corrigés pour la carie (temps de radiosynthèse de 10 min) à partir de la radioactivité de la [11C]CH3OTf piégé sur la cartouche tC18. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 5
Figure 5 : Contrôle de la qualité analytique HPLC de [11C]ABP688. (A) Chromatogramme de radioactivité montre RCP de combiné (E)- et (Z)-[11C]ABP688 de 98,1%. (B) Le chromatogramme UV montre une concentration résiduelle de précurseurs au-dessus de 10 g. Bien que la pureté chimique puisse être acceptable pour les études cliniques de TEP, l'activité molaire efficace relativement faible (Am lt; 37 GBq/mol) nécessite une optimisation plus poussée. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

lot Exécuter 1 Exécuter 2 Exécuter 3 Exécuter 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
Activité Molar, GBq/mol 154.6 322.6 121.1 162.1
Précurseur résiduel, g 0.32 0.55 0.58 0.87
Ph 5 5 5 5
Contenu EtOH, % 9.4 8.8 7.7 8.1
Contenu d'acétone, ppm 33 38 46 33
Test BET ne s'applique pas lt;10 UE/mL lt;10 UE/mL lt;10 UE/mL
Test de stérilité ne s'applique pas Pas de croissance Pas de croissance Pas de croissance
Note de bas de page: De [11C]CH3OTf, non corrigé pour la pourriture

Tableau 1. Les résultats représentatifs de [11C]PiB de production s'exécutent dans des conditions optimisées. Tous les lots sont conformes aux exigences relatives aux traceurs destinés aux études cliniques de TEP.

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Discussion

Malgré l'émergence récente et l'approbation par la FDA de plusieurs 18traceurs PET étiquetés F, tels que le florbetapir, le florbetaben et le flûtin, [11C]PiB demeure un traceur de référence pour l'imagerie amyloïde en raison de l'utilisation rapide du cerveau et de la faible reliure. Actuellement, ce traceur est synthétisé soit par la chimie humide16 ou en utilisant une approche "boucle sèche"4,17. Les deux méthodes nécessitent une purification hPLC suivie d'une reformulation en éthanol aqueux, qui prend environ 20 à 30 min à partir de [11C]CH3OTf. Inspirés par certains des rapports précédents sur la phase solide soutenu 11techniques de méthylation C et l'importance clinique de [11C]PiB, nous avons cherché à développer une radiosynthèse de ce traceur en utilisant l'extraction de phase solide jetable peu coûteuse ( cartouches SPE) en tant qu'entité « 3-en-1 » pour la réaction, la purification et la formulation.

Les étapes les plus critiques pour la production réussie de traceurs de PET pour l'imagerie in vivo chez les sujets humains sont : 1) l'incorporation de l'isotope radioactif dans une molécule de traceur ; 2) séparation du traceur des espèces radioactives et non radioactives non réagies; 3) la reformulation du traceur dans un solvant biologiquement compatible; 4) le respect des procédures de contrôle de la qualité. Basé sur la méthode précédemment rapportée de captif de solvant, nous nous attendions à ce que la technique SPE-soutenue exigerait une plus faible quantité de précurseur comparée à 11C-méthylation dans la solution. En particulier, les procédures captives de solvant précédemment rapportées pour la radiosynthèse de [11C]PiB exigent 0,5 - 1,0 mg du précurseur4,17. Ainsi, nous avons étudié non corrigé pour les rendements radiochimiques de désintégration de [11C]PiB à partir de [11C]CH3OTf à trois quantités différentes de 6-OH-BTA-0: 0,1, 0,2, et 0,3 mg. Même la quantité la plus faible (0,1 mg) fournit une quantité modérée de [11C]PiB, bien qu'à un RCY relativement faible et moins fiable (18,1 à 3,8 %). La radiosynthèse à partir de 0,2 mg fournit un RCY de [11C]PiB (22,0 à 3,1 %), tandis que l'augmentation de la quantité à 0,3 mg améliore encore RCY (32,1 à 3,7 %), au détriment d'une quantité légèrement plus élevée du précurseur dans le produit final. Dans tous les cas, la radiosynthèse a été complétée en 10 min. Ainsi, la quantité optimale de précurseur dépend de la RCY désirée et de la pureté de [11C]PiB à des centres de PET particuliers. Les résultats des expériences d'optimisation du rendement radiochimique basées sur la quantité de précurseurs sont résumés à la figure 4. Notamment, les tentatives de radiosynthèse utilisant [11C]CH3I comme agent méthylique ou éthanol comme solvant de réaction n'ont pas donné le[11C]PiB désiré (données non montrées).

La séparation quantitative du mélange de réaction de radiosynthèse sur une cartouche courte de SPE était la partie la plus provocante de la technique décrite. Nous avons émis l'hypothèse que les amines aromatiques 6-OH-BTA-0 et 6-OH-BTA-1 existent principalement dans leurs formes protonées dans les médias acides et auraient donc des profils d'élution plus pointus de la phase inversée de la phase solide. Par conséquent, toutes les solutions d'éthanol aqueux ont été préparées à l'aide d'un tampon d'acétate de 0,2 M au pH 3,7. Ensuite, nous avons déterminé que les solutions aqueuses d'éthanol avec la concentration d'EtOH jusqu'à 15% éliment graduellement précurseur non réagi 6-OH-BTA-0 et [11C]CH3OTf, tandis que radiolabeled [11C]PiB reste emprisonné sur la cartouche tC18. Afin d'empêcher le résidu de ces impuretés dans une formulation finale de traceur la concentration d'éthanol a été augmentée de 12.5% à 15% dans une élution de gradient. Après que toutes les impuretés aient été lavées hors de la cartouche, l'élution de traceur a été réalisée en utilisant une quantité minimale (2.5 ml) de la solution concentrée d'éthanol (50%). Afin de maintenir la teneur en éthanol sous la limite de 10 % et de ramener le pH du traceur formulé dans la fourchette acceptable pour l'injection humaine (4 à 8), le traceur a été dilué avec un tampon de phosphate stérile.

Après l'optimisation des conditions, la radiosynthèse de [11C]PiB a été automatisée à l'aide d'une unité de synthèse automatisée (ASU) disponible dans le commerce, équipée d'une seringue de distributeur et d'un collecteur jetable. La configuration multiple pour ce ASU particulier est simple comme décrit dans les étapes 3.1 - 3.5. Notamment, cette méthodologie peut être facilement mise en œuvre sur la plupart des autres ASU disponibles suivant les recettes décrites ci-dessus. Dans des conditions optimisées, des lots de [11C]PiB adaptés à l'application clinique sont synthétisés avec des activités finales allant de 1,4 à 2,4 GBq (38 - 61 mCi).

Plus récemment, nous avons appliqué la technique « 3-en-1 » pour la radioétiquetage de [11C]ABP688, un traceur de PET pour l'imagerie des récepteurs de glutamate métabotroptiques de type 5 (mGlu5)18,19. La radiosynthèse de ce traceur repose sur la méthylation 11C du groupe -OH dans l'oxyme; par conséquent, l'ajout de la base est nécessaire pour déprotonate le précurseur desméthyl. L'hydroxyde de tétrabutylammonium (comme solution de 1 M dans MeOH) a été choisi comme base parce qu'il est soluble dans la plupart des solvants organiques polaires. Dans le cadre d'une expérience préliminaire d'étiquetage radio, une solution de précurseur (0,5 mg) dans le DMSO (100 l) a été mélangée à 1 M TBAOH à MeOH (20 l) et le mélange a été soigneusement appliqué sur la cartouche tC18 comme décrit ci-dessus (voir l'étape 2.4). Gaseous [11C]CH3J'ai été passé à travers la cartouche comme décrit dans les étapes 4.1 - 4.2 et la réaction a été autorisée à se poursuivre à température ambiante pendant 5 min. L'élution séquentielle avec des solutions diluées d'éthanol dans un tampon bicarbonate de sodium de 0,2 M (pH 8,5 - 9.0) - 92 ml de 15% EtOH suivi de 92 ml de 20% EtOH - lavé le non-réagit [11C]CH3I et précurseur résiduel. Radiochimiquement pur [11C]ABP688 (RCY - 18,2%, RCP -98,0%) a ensuite été élugé avec 50% etOH solution dans le même tampon à travers un filtre stérile comme décrit dans les étapes 4.9 - 4.11. Malgré le fait que plus de 98 % du précurseur est éliminé avec des lavages dilues d'éthanol, la présence d'un précurseur non réagi dans le traceur final (jusqu'à 20 g) nécessite une optimisation plus poussée de la procédure de radiosynthèse. Cette optimisation est en cours, et les résultats de ce projet seront publiés en temps voulu. Les chromatogrammes analytiques représentatifs hPLC UV et radioactivité du lot [11C]ABP688 sont affichés à la figure 5.

En conclusion, nous avons développé une phase solide efficace soutenue carbone-11 radiolabeling procédure utilisant facilement disponibles cartouches Peu coûteuses SPE comme "3-en-1" entités pour la radiosynthèse, la purification et la formulation des traceurs PET utilisés pour les cliniques Imagerie. Les traceurs adaptés à l'injection humaine sont produits dans les 10 minutes à partir de l'ajout de 11agents de méthylating C ([11C]CH3OTf ou [11C]CH3I) dans l'activité rcY et molaire élevée. Nous avons entièrement automatisé cette technique pour la rendre conforme aux réglementations sur les bonnes pratiques de fabrication (GMP) imposées par les autorités de santé et de radioprotection. La radiosynthèse soutenue par phase solide nécessite une faible quantité de précurseurs, évite l'utilisation de solvants toxiques, diminue le temps de synthèse et la dose de rayonnement soutenue par le personnel. En outre, éviter les défaillances liées au HPLC améliore la fiabilité de la radiosynthèse et permet le développement de kits jetables pour la production de traceurs de routine.

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Disclosures

Les auteurs déclarent qu'ils n'ont pas d'intérêts financiers concurrents.

Acknowledgments

Cette étude a été financée en partie par une subvention de 18-05 de la Société Alzheimer du Canada (pour A. K.) et de la Fondation Cerveau Canada avec l'appui de Santé Canada. Les auteurs aimeraient remercier la Faculté de médecine de l'Université McGill, l'Institut neurologique de Montréal et le Centre d'imagerie cérébrale McConnell pour leur appui à ce travail. Nous remercions également Mme Monica Lacatus-Samoila pour son aide dans les procédures de contrôle de la qualité et les Drs Jean-Paul Soucy et Gassan Massarweh pour l'accès aux radio-isotopes et à l'installation de radiochimie.

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

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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).

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Chimie Numéro 152 carbone-11 radioétiquetage tomographie par émission de positrons imagerie [11C]PiB [11C]ABP688 11C-méthylation synthèse soutenue par phase solide extraction de phase solide automatisation
Phase <sup>solide 11</sup>C-Méthylation, purification et formulation pour la production de traceurs de PET
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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).

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