Waiting
Login processing...

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

Chemistry

שלב מוצק 11ג-מתילציה, טיהור וניסוח לייצור מנותבים 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

אנו מדווחים על טכניקה יעילה פחמן-11 רדיויניום לייצר מדורים הרלוונטיים קלינית עבור פליטת פוזיטרון טומוגרפיה (PET) באמצעות מחסניות החילוץ שלב מלא. מיכל בן 11 C-מתילגדירוג הסוכן הוא עבר דרך מחסנית טעונה מטעון עם המבשר והחלף רצופים עם אתנול מימית מספק כימית וכימית לחיות מעוקב טהור בתשואות רדיוכימית גבוהה.

Abstract

הפקה שגרתית של רדיומשדרים המשמשים טומוגרפיה פליטת פוזיטרונים (PET) בעיקר מסתמך על כימיה רטובה שבה synthon רדיואקטיבי מגיב עם מבשר לא רדיואקטיבי בפתרון. גישה זו מחייבת טיהור של מעקב באמצעות כרומטוגרפיה נוזלית ביצועים גבוהים (בדיקות) ואחריו ניסוח מחדש בממס תואם סתיימים המינהל האנושי. פיתחנו לאחרונה רומן 11C-מתילציה גישה לסינתזה יעילה מאוד של פחמן -11 התווית PET radiopharmaceuticals, ניצול מחסניות מוצק הפאזה כמו חד פעמי "3-in-1" יחידות לסינתזה, טיהור ו ניסוח מחדש של המשדרים. גישה זו מצמצמת את השימוש במאבבי הטיפול ומפחיתה את ההפסדים של מכשיר המעקב בקווי העברה ועקב ריקבון רדיואקטיבי. יתרה מזו, הטכניקה המבוססת על מחסנית משפרת את אמינות הסינתזה, מפשטת את תהליך האוטומציה ומקלה על תאימות לדרישות הייצור הטוב (GMP). כאן, אנו להדגים טכניקה זו בדוגמה של ייצור של מעקב PET מתחם פיטסבורג B ([11ג] pib), תקן זהב vivo הדמיה סוכן עבור לוחיות עמילואיד במוח האנושי.

Introduction

טומוגרפיה של פליטת פוזיטרונים (PET) היא מודאליות הדמיה מולקולרית אשר מסתמך על זיהוי הריקבון רדיואקטיבי של איזוטופ המצורפת מולקולה פעילה ביולוגית כדי לאפשר הדמיה vivo של תהליכים ביוכימיים, אותות והעתקות . פחמן -11 (t1/2 = 20.3 דקות) הוא אחד הרדיואיזוטופים הנפוצים ביותר ב PET בגלל השפע שלה במולקולות אורגניות ומחצית חיים קצר המאפשר מנהלות מעקב מרובים באותו יום לאותו נושא אנושי או בעלי חיים ו מפחית את העומס הרדיואקטיבי על המטופלים. משתמשים רבים המסומנים איזוטופ זה משמשים במחקרים קליניים ובמחקר בריאות בסיסי עבור vivo PET הדמיה של מטרות רלוונטיות ביולוגית והמתעוררים-[11ג] Raclopride D2/d3 קולטנים, [11ג] PiB עבור לוחיות עמילואיד, [11ג] PBR28 עבור חלבון הטרנסמאתר-שם רק כמה.

פחמן -11 המסומנים מסמנים PET מיוצרים בעיקר באמצעות 11C-מתילציה של שאינם-רדיואקטיביים מקדים המכילים-OH (אלכוהול, פנול ו-קרבוקסילית חומצה),-NH (אמין ואמיד) או-SH (thiol) קבוצות. בקצרה, האיזוטופ נוצרת ביעד הגז של ציקלוטרון דרך 14N (p, α)11C תגובה גרעינית בצורה הכימית של [11ג] CO2. האחרון הוא הוסב [11ג] מתיל ([11ג] ch3אני) באמצעות כימיה רטובה (הפחתה [11ג] ch3או עם lialh4 ואחריו קוצ'ינג עם HI)1 או יבש כימיה (הפחתה קטליטית ל [11ג] CH4 ואחריו ביודינציה רדיקלית עם מולקולרי אני2)2. [11ג] CH3אני יכול אז להיות המרה נוספת יותר תגובתי 11C-מתיל triflate ([11ג] CH3otf) על ידי העברת אותו על העמודה triflate כסף3. ה -11C-מתילציה מבוצע לאחר מכן על ידי בעבוע על ידי מבעבע גז רדיואקטיבי לתוך פתרון של מקודמי לא רדיואקטיבי בממס אורגני או באמצעות הממס בשבי אלגנטי יותר "לולאה" שיטה4,5. ה -11C-המעקב מטוהר לאחר מכן באמצעות הניתוח, שניסח מחדש מממס תואם ביולוגי, ועבר דרך מסנן סטרילי לפני שהוא מנוהל על ידי בני אדם. כל המניפולציות הללו חייב להיות מהיר ואמין בהתחשב בחצי החיים הקצרים של פחמן -11. עם זאת, השימוש במערכת הבחינה מגביר באופן משמעותי את ההפסדים של המעקב וזמן ההפקה, לעתים קרובות מחייבת את השימוש בממיסים רעילים, מסבך אוטומציה ומוביל מדי פעם לסינתזות כושלות. יתרה מזאת, הניקוי הנדרש של הכורים והטור מאריך את העיכובים בין הסינתזות של אצוות המעקב העוקבות ומגביר את החשיפה של כוח אדם לקרינה.

רדיוכימיה של פלואור-18 (t1/2 = 109.7 min), השני בשימוש נרחב איזוטופ PET, כבר מתקדמים לאחרונה באמצעות פיתוח ערכות מבוססות קלטת כי ברור את הצורך טיהור הנוגדנים. על ידי שימוש מוצק החילוץ שלב (SPE) מחסניות, ערכות אלה חד פעמי לחלוטין לאפשר את הייצור השגרתי אמין של 18F-מנותבים, כולל [18f] fdg, [18f] fdg יסו, [18f] fdg ואחרים, עם סינתזה קצר יותר פעמים, מופחתת כוח אדם מעורבות ותחזוקה מינימלית של הציוד. אחת הסיבות פחמן -11 נשאר איזוטופ פופולרי פחות הדמיה PET הוא חוסר ערכות דומות לייצור השגרתי של 11C-מנותבים. התפתחותם משפרת באופן משמעותי את האמינות הסינתטית, מגבירים את התשואות הרדיוכימיות ומפשטות את האוטומציה והתחזוקה המונעת של מודולי הייצור.

ערכות הייצור הזמינות כיום מנצלות את היתרונות של מחסניות ה-SPE הזולות, החד והחד-פעמיות במקום שימוש בעמודות לצורך הפרדת הרדיו מאיזוטופ רדיואקטיבי שאינו מגיב, מקודמן ומוצרים רדיואקטיביים ואחרים שאינם רדיואקטיביים. באופן אידיאלי, תגובת הרדיויניום ממשיכה גם באותו מחסנית; לדוגמה, the [18f] fluoromethylation של dimethylaminoethanol עם גז [18f] CH2brf בייצור של סרטן הערמונית הדמיה מעקב לחיות מחמד [18f] fluoromethylכולין מתרחשת על מחסנית החלפת קטיון שרף 6. למרות הליכים דומים עבור הרדיואולבלינג של מספר 11C-מנותבים על מחסניות דווחו7,8 והפך חזק במיוחד עבור הרדיוסינתזה של [11ג] כולין9 ו [11ג] מתיונין10, הדוגמאות הללו נותרו מוגבלים למנותבים PET אונלוגיים שבו ההפרדה מן הקודמן הוא לעתים קרובות לא נדרש. אנו דיווחו לאחרונה על התפתחות של "[11ג] ערכות" לייצור של[11ג] CH3אני11 ו הבאים 11C-מתילציה, כמו גם מוצק בשלב התמיכה הנתמכת הסינתזה12 במטרות שלנו כדי ל פשט את הייצור השגרתי של 11C-מנותבים. כאן, אנו רוצים להדגים את ההתקדמות שלנו באמצעות הדוגמה של השלב המוצק תמיכה רדיוסינתזה של [11ג] pib, מעקב רדיוAβ אשר מהפכה את השדה של מחלת אלצהיימר (AD) הדמיה כאשר פותחה לראשונה בשנת 2003 ( איור 1) 13,14. בשיטה זו, נדיף [11ג] CH3otf (bp 100 ° c) מועברת מעל 6-OH-bta-0 הפקיד הופקד על שרף של מחסנית חד פעמית. מעקב PET [11ג] pib הוא הפריד אז מן הקודמן והרדיואקטיבי מבחינה רדיואקטיבית ידי הימנעות מן המחסנית עם אתנול מימית ביולוגי. יתר על כן, אנו אוטומטי שיטה זו של [11ג] pib הסינתזה של הרדיו באמצעות מודול הפעלה מרחוק של רדיוכימיה וערכות קלטות חד פעמיות. באופן ספציפי, אנו מיושמים זה רדיוסינתזה על מודול הרדיוכימיה 20-שסתום, מצויד כונן מזרק (מנפק) המתאים סטנדרטי 20 mL מזרק פלסטי חד פעמיות, זרימת גז בקר, משאבת ואקום מד. בשל הפשטות של שיטה זו, אנו בטוחים כי ניתן לשנות את רוב הסינתיסייזרים אוטומטי זמין מסחרית, או מבוסס קלטות או אלה מצויד עם שסתומים נייחים. הטכניקה הנתמכת שלב זה מאפשרת [11ג] pib הייצור תואם לתקנות הייצור הטוב (GMP) ומשפר את אמינות הסינתזה. הטכניקה המתוארת כאן מקטינה גם את כמות הנדרש לרדיוסינתזה, תוך שימוש במיסים תואמי "ירוק" בלבד ומפחיתה את הזמן בין אצוות ייצור עוקבות.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. הכנת מאגרים ומשחרלי מאגר

  1. לפזר 2.72 גרם של סודיום אצטט הטרימים ב 100 mL של מים כדי להכין 0.2 M אצטט תמיסת נתרן (פתרון A).
  2. התמוססות 11.4 mL של חומצה אצטית קרחוני ב 1 L של מים כדי להכין 0.2 M פתרון חומצה אצטית (פתרון B).
  3. לשלב 50 mL של פתרון A עם 450 mL של פתרון B כדי להכין את מאגר אצטט ב-pH 3.7 (מאגר 1) על פי מרכז התייחסות מאגר15. ודא את ה-pH של המאגר עם רצועות pH או מד pH.
  4. לשלב 12.5 mL של אתנול מוחלט עם 87.5 mL של מאגר 1 כדי להפוך 12.5% מימית פתרון אטוח (לשטוף 1) בקבוק 100 mL.
  5. לשלב 15 מ ל של אתנול מוחלט עם 85 mL של מאגר 1 כדי להפוך 15% פתרון אטוח מימית (לשטוף 2) ב 100 mL בקבוק.
  6. לשלב 5 מ ל של אתנול מוחלט עם 5 מ ל של מאגר 1 כדי להפוך 50% מימית פתרון אטוח (הסופי האחרון) ולצייר 2.5 mL של פתרון זה לתוך מזרק 10 mL.

2. יישום המבשר למחסנית

  1. העבר 10 מ ל של מים ואחריו 5 מ ל של אצטון דרך המחסנית tC18 לתנאי זה.
  2. ייבש את המחסנית עם זרם של חנקן בשעה 50 mL/min עבור 1 דקות.
  3. התמוססות 2 מ ג מקודמן 6-OH-BTA-0 ב 1 מ ל של אצטון.
  4. מחזיק Luer-עצה 250 μL מזרק זכוכית דיוק כלפי מטה, נסיגה 100 μL של הפתרון הקודמן ו50 μL של כרית אוויר על גבי הנוזל. הסר את המחט ולהחיל את הפתרון הקודמן על מחסנית tC18 מהקצה הנשי על ידי דוחף באיטיות את הבוכנה כל הדרך למטה. אל תדחף את הפתרון יותר!

3. הגדרת היריעה לסינתזה אוטומטית

  1. אבטח את התקן הסטנדרטי 5-port מודול הסינתזה ולהרכיב אותו לפי איור 2 ושלבים 3.2-3.5 להלן.
    הערה: אנו ממליצים להשתמש בקפלים עמידים בפני אצטון (ראה טבלת חומרים).
  2. . לפורט 1 יש שתי עמדות לחבר את כניסת האופקי למנפק האוטומטי מצויד עם מזרק 20 מ ל. חבר את השקע האנכי לבקבוק בכביסה 1.
  3. לחבר את הפלט של המודול אשר מייצרת [11ג] CH3otf ליציאה 2 של סעפת.
  4. התקן את מחסנית tC18 עמוסה במספר 6-OH-BTA-0 בין יציאות 3 ו-4.
  5. . לפורט 5 יש שתי עמדות חבר את השקע האופקי לבקבוק פסולת אשר חייב להכיל לפחות 200 mL. חבר את השקע האנכי לבקבוקון הסטרילי לצורך איסוף מעקב באמצעות המסנן הסטרילי.

4. רדיוסינתזה של [11ג] pib

התראה: כל מניפולציות הקשורות באיזוטופים רדיואקטיביים חייבים להתבצע בתא חם ומסוכך על ידי כוח אדם עם הכשרה נאותה לעבודה עם חומרים רדיואקטיביים.
הערה: פרוטוקול זה אינו מכסה את פרטי הייצור של [11ג] CO2 ב ציקלוטרון ואת ההמרה שלה [11ג] CH3otf באמצעות מודול רדיוכימיה. הליכים אלה יהיו תלויים בציוד הפרטני של מעבדת הרדיוכימיה ומחוץ לטווח פרוטוקול זה. מרכז PET שלנו מצויד ברשות השידור ציקלוטרון, אשר מייצרת פחמן -11 בצורה כימית של [11ג] CO2דרך 14N (p, α)11c תגובה גרעינית עם תערובת n2/O2 גז (99.5:0.5) גז ומודול זמין מסחרי לייצור של [11ג] ch3אני באמצעות "שיטה יבשה" (הפחתה קטליטי ל [11ג] ch4 ואחריו בעקבות השפעות קיצוניות). [11ג] CH3otf מופק על ידי העברת [11ג] CH3אני על עמוד triflate כסף מחומם ל 175 ° c ב 20 מ"ל/min.

  1. לספק [11ג] CH3otf לתוך סעפת דרך היציאה 2 ולהעביר אותו דרך מחסנית TC18 טעון ב 20 mL/מינימום זרם פלט מוסדר על ידי [11ג] ch3מודול otf, דרך יציאות 3 ו-4 לתוך בקבוק פסולת כפי שמוצג על איור 2א.
  2. לאחר כל הרדיואקטיביות הועברה לכוד על מחסנית tC18 כמו פיקוח על ידי גלאי רדיואקטיביות מאחורי מחזיק מחסנית, לעצור את זרימת הגז על ידי סגירת יציאה 2. תן את המיכל לשבת 2 דקות כדי להשלים את התגובה.
  3. משיכה 19 מ ל של כביסה 1 פתרון (ראה שלב 1.4) מהבקבוק 100 mL לתוך מזרק מנפק דרך יציאת 1 ב 100 mL/min כפי שמוצג על איור 2B.
  4. לחלק 18.5 mL של כביסה 1 פתרון מתוך מנפק דרך מחסנית tC18 באמצעות יציאות 3 ו 4 לתוך בקבוק הפסולת ב 50 mL/min כפי שמוצג על איור 2C. הקפידו על העדר בועות אוויר ביריעה משום שהם עלולים לצמצם את יעילות ההפרדה.
  5. חזור על שלבים 4.3 ו 4.4 ארבע פעמים, נסיגה וחילוק 18.5 mL של כביסה 1 פתרון בכל פעם. הנפח הכולל של כביסה 1 פתרון עבר דרך tC18 הוא 92.5 mL; עם זאת, זה יכול להשתנות בתוך 90-100 mL טווח בהתאם מודול סינתזה מסוים בשימוש.
  6. החלף את קו הקלט ביציאה 1 משטיפה 1 כדי לשטוף את 2 התמיסה (ראה שלב 1.5).
  7. חזור על שלבים 4.3 ו 4.4 שלוש פעמים, נסיגה וחילוק 18.5 mL של כביסה 2 פתרון בכל פעם. הנפח הכולל של כביסה 2 הפתרון עבר דרך tC18 הוא 55.5 mL. עם זאת, זה יכול להשתנות בתוך 50-60 mL טווח בהתאם מודול סינתזה מסוים בשימוש.
  8. החלף שסתום 5 לעבר הבקבוקון הסופי כפי שמוצג על איור 2ד. לנתק את הקו מתוך מנפק ולחבר אותו 10 מזרק mL המכיל 2.5 mL של הפתרון הסופי להתחמק (50% מימית, ראה שלב 1.6) ו 7.5 mL של אוויר.
  9. מחזיק את המזרק כלפי מטה, לדחוף ידנית את הפתרון להתחמק הסופי (2.5 mL) ואחריו אוויר (7.5 mL) דרך מחסנית tC18 דרך יציאות 3 ו 4 לתוך בקבוקון סטרילי עבור אוסף מעקב באמצעות מסנן סטרילי כפי שמוצג על הדמות 2ד.
  10. נתק את המזרק הריק, חבר את מזרק 10 mL המכיל 10 מ ל של מאגר פוספט סטרילי (מתכון לא כלול כפי שהוא עשוי להשתנות) ולדחוף את הנפח כולו דרך מחסנית tC18 לתוך הבקבוקון סטרילי כפי שמתואר לעיל (איור 2ד ). לנתק את המזרק ולשטוף את קו עם 10 מ ל של אוויר באמצעות מזרק אותו.
  11. נסיגה 0.7 mL של ניסוח המעקב הסופי ולאסוף דגימות עבור הליכי בקרת איכות (0.1 mL), בדיקת אנדוטוקסין חיידקי (0.1 mL) ועקרות (0.5 mL).

5. הליכי בקרת איכות

התראה: כל אצווה של מעקב הרדיוחייבת להיות נתונה להליכי בקרת האיכות המתאימים (QC) לפני שחרור לאתר הדמיה PET עבור המינהל לנושאים אנושיים או בעלי חיים. המחברים של כתב יד זה אינם אחראים לציות הרדיומעקב המיוצר במרכזים אחרים עם תקנות הבריאות המקומיות.

  1. בצע טרום שחרור הליכים QC, אשר חייב לכלול בדיקות של זהות רדיוכימית (RCI), כימיה רדיוכימית (RCP), טוהר כימי ופעילות טוחנת של מעקב, כמו גם שיורית תוכן הממס ו-pH של ניסוח.
  2. לקבוע את RCI, RCP, טוהר כימי ופעילות טוחנת באמצעות מערכת הניתוח האנליטי מצויד UV (ניטור ב 350 ננומטר) ו רדיואקטיביות גלאי, ו טור היפוך-שלב. לקבוע את זמני ההחזקה של 6-או-BTA-0 ו 6-OH-BTA-1 ולכייל את המכשיר כדי לכמת את התוכן של כל תרכובת.
  3. לקבוע את התוכן הממס שיורית באמצעות מערכת כרומטוגרפיה של גז אנליטי מצויד בטור נימי. לקבוע את זמני ההחזקה של אצטון ואתנול ולכייל את המכשיר כדי לכמת את התוכן של כל ממיס.
  4. לבצע את הבדיקה אנדוטוקסינים באמצעות קורא מחסנית מצויד מחסניות מתאים.
  5. לבצע ניתוח עקרות של המדגם לפחות 14 יום לאחר סינתזה כדי להבטיח העדר צמיחה חיידקית או לשלוח את דגימת עקרות למעבדה מוכר על ידי רשות הבריאות המקומית.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

כדי לסכם רדיוסינתזה טיפוסית של [11ג] pib, גז [11ג] CH3otf הוא עבר הראשון באמצעות מחסנית tC18 מראש עם פתרון של הקודמן (איור 1). הפרדת תערובת התגובה מושגת לאחר מכן על ידי הימנעות מאספקת פתרונות אתנול מימית כדלקמן. ראשית, 12.5% אטואה הרוב של הגיב [11ג] CH3OTF ו 6-OH-bta-0, ואז 15% אטוח שוטף את שרידי זיהומים, ולבסוף 50% אתנול פתרון להתחמק הרצוי [11ג] pib לתוך בקבוקון סטרילי. מעקב מדולל אז עם מאגר פוספט סטרילי עובר הליכים QC קפדנית לפני שחרור לאתר הדמיה PET. הניתוח האנליטי הטיפוסי UV ו רדיואקטיביות כרומאטוגרמות של [11ג] אצווה pib מתאים המינהל מיוצגים באיור 3.

זמן הרדיוסינתזה הכולל הוא 10 דקות החל ממשלוח של [11ג] CH3otf, rcy של [11ג] pib באמצעות 0.2 מ"ג של הקודמן הוא 22% (החל מ [11ג] ch3otf, לא תוקן לריקבון) ואת הפעילות הטוחנת היא 190 GBq/μמול. מעקב חייב לעמוד עם כל מפרטי ה-QC של היחידה ליצור מחקר בירושה לרשת אלצהיימר היחידה (DIAN-TU) עבור ניסויים קליניים: טוהר רדיוכימיקלים חייב להיות מעל 95%; התוכן הלא רדיואקטיבי זיהומים חייב להיות מתחת 1.3 μg לכל 10 mL מינון; ה-pH חייב להיות בטווח 4-8. ואת האתנול ואת תכולת התוכן חייב להיות מתחת 10% ו 3000 ppm, בהתאמה. הדגימות חייבות גם להיות. סטריליים ואנדוטוקסין בחינם התוצאות של ארבעה מסלולים טיפוסיים של רדיוסינתזה מסוכמים בטבלה 1.

כדי שהטכניקה המדווחת תפעל כראוי, יש לנקוט את הטיפול במהלך מספר שלבים קריטיים המתוארים לעיל. כדי להחיל את הראשון על מחסנית tC18 (שלב 2.4) הפתרון לא צריך להיות דחף לכיוון הפלט, כדי לא לקצר את הנתיב האפקטיבי להפרדה של [11ג] pib מתוך חומרי ההתחלה הבלתי הגיבו ומוצרים צדדיים אפשריים. הזרימה של [11ג] CH3otf דרך מחסנית במהלך ההעברה לא יעלה על 20 מ"ל/min (שלב 4.1). לאחר התחלת שוטטות (שלב 4.4), חשוב מאוד לשמור על המיכל רטוב ולא לתת אוויר דרך כדי למנוע השפעות תקשור אשר עשוי לגרום לטוהר התחתון של מעקב או RCY נמוך עקב הפסדים של [11ג] pib בפסולת. אם סעפת 5 היציאות בשימוש רדיוסינתזה (שלב 3.1) אינו עמיד אצטון, כגון סעפת פוליקרבונט סטנדרטי כמו ACC-101, כמות של אצטון חייב לא לחרוג 100 μl כאמצעי אחסון גדולים יותר עלול לגרום נזק סעפת במהלך העברת הפעילות ו תוצאה של סינתזה שנכשלה. במקרה pH לא לענות על מפרטים, מחסנית tC18 עשויה להיות שוטפים עם 10 מ ל של מים סטריליים בין שלבים 4.7 ו 4.8 לתוך בקבוק פסולת.

Figure 1
איור 1: רדיוסינתזה של [11ג] pib על ידי 11c-מתילציה של 6-או-bta-0 קודמן עם [11ג] CH3otf. [11ג] pib הוא אחד הרדיומשדרים הנפוצים ביותר עבור הדמיה של שלטי עמילואיד הקשורים עם AD ותנאים נוירוניווניות אחרים על ידי PET. מכשיר מעקב זה מסונתז בדרך כלל דרך 11C-מתילציה של המבשר אנילין שנקרא 6-OH-bta-0 באמצעות [11ג] מתיל TRIFLATE ([11ג] CH3otf) או בתמיסה או בלולאה הזרקה יבש (ממס טכניקה בשבי). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 2
איור 2: סינתזה של צעד אחר צעד וטיהור של [11ג] pib על מחסנית tC18. (A) דמוי גז [11ג] CH3otf מועבר דרך המחסנית טעון עם 6-או-bta-0. כפי שמתואר בשלבים 4.1 ו 4.2, [11ג] CH3otf הוא לכוד על המחסנית המכילה את קודמן ומגיב עם הקודמן בטמפרטורת החדר עבור 2 דקות. (ב) לשטוף 1 או לשטוף 2 פתרון מסתגר לתוך מזרק מנפק. כפי שמתואר בשלב 4.3, משאבת המזרק של המודול מושכת את הבוכנה של המזרק החתוך כלפי מעלה, ומוציאה פתרון של העברה דרך קו המחובר ליציאה 1 של היריעה. (ג) זיהומים הם נשטפו לתוך בקבוק פסולת. כפי שמתואר בשלב 4.4, משאבת המזרק של המודול מזיז את הבוכנה של המזרק החתוך כלפי מטה, דוחף את פתרון השטיפה הנסוגה דרך מחסנית tC18 דרך יציאות 1, 3 ו-4 של היריעה לתוך בקבוק פסולת. השלבים המיוצגים בדיאגרמות B ו-C חוזרים על עצמם במחזור מספר פעמים כדי לשטוף את כל החומרים הבלתי מגיב מהמחסנית, כמתואר בשלבים 4.5-4.7. (ד) [11ג] pib הוא חומק עם האחרון לתוך בקבוקון סטרילי דרך מסנן סטרילי. כפי שמתואר בשלבים 4.8 ו 4.9, המזרק החתוכה לתוך משאבת מזרק מנותקת מקו והוחלף הראשון עם מזרק 10 מ"ל המכיל 2.5 mL של 50% אתנול מימית. נמל 5 של סעפת הוא מכן לאחר מכן לכיוון הבקבוקון סטרילי ו [11ג] pib הוא חומק מן tC18 ידנית. המזרק הריק מוחלף לאחר מכן במזרק אחר המכיל 10 מ ל של מאגר פוספט סטרילי, והתוכן כולו נדחף דרך tC18 כדי לשטוף את הקווים כמתואר בשלב 4.10. הבקבוקון הסטרילי מכיל כעת [11ג] pib ב 12.5 mL 10% הפתרון אתנול מימית באגירה. דמות זו השתנתה מבדג'לין ואח '12. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 3
איור 3: הניתוח האנליטי לבקרת איכות של [11ג] pib. (א) שעות ההחזקה של[11ג] ch3או (מ הידרוליזה [11ג] ch3OTF), ללא הגיב [11ג] Ch3otf, ו מעקב [11ג] pib על רדיואקטיביות chromatogram הם 2.1, 4.0 ו 6.6 min, בהתאמה. ניתוח מעקב הרדיואקטיביות מראה כי ה-RCP של [11ג] pib הוא 98.0%. (ב) שעות ההחזקה של 6-OH-bta-0 (קודמן) ו 6-OH-bta-1 (מעקב שיא) על כרומטוגרם UV הם 3.6 ו 5.9 דקות, בהתאמה. ניתוח של מעקב UV מראה ריכוז שיורית מקודמן מתחת למגבלה מקובלת (1.3 μg) והעדר זיהומים אחרים שאינם רדיואקטיביים. כך, הטוהר הרדיוכימית והכימית של המעקב מקובל ללימודי PET קליניים. תנאי כרומטוגרפיה-טור (טבלת חומרים): 5 μm, 100 x 4.0 מ"מ; שלב נייד: 40:60 acetonitrile/זרימת מים קצב: 0.7 mL/min. נא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 4
איור 4: אופטימיזציה של 6-OH-BTA-0 הסכום הקודמן. הסכום הנמוך ביותר (0.1 מ"ג) מספק [11ג] pib בתשואה מתונה רדיוכימית (rcy) של 18.1 ± 3.8%. רדיוסינתזה החל מ 0.2 mg מספק [11ג] PIB rcy של 22.0 ± 3.1%, תוך הגדלת כמות 0.3 mg עוד יותר משפר את rcy כדי 32.1 ± 3.7%, על חשבון הסכום הגבוה במקצת של הקודמן במוצר הסופי. כל RCY של לא תוקנו עבור ריקבון (זמן רדיוסינתזה של 10 דקות) החל הרדיואקטיביות של [11ג] CH3otf לכוד על מחסנית tC18. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 5
איור 5: הABP688. (A) רדיואקטיביות כרומאטוגרםמראהRCP של משולב (E)-ו (Z)-[11ג] ABP688 של 98.1%. (ב) UV chromatogram מראה ריכוז שיורית קודמן מעל 10 μg. בעוד הטוהר הכימי עשוי להיות מקובל לימודי המחמד הקלינית, יחסי הטוחנת נמוכה יחסית יעיל (m ≪ 37 GBq/μמול) דורש אופטימיזציה נוספת של טיהור. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

אצווה הפעלה 1 . רוץ 2 הפעל 3 הפעל 4
[11ג] שלושהשאלות 9.21 11.25 7.84 6.44
[11ג] בעלי, מארב 2.26 2.37 2.11 1.41
RCY,% * 24.5 21.1 26.9 21.8
הפקודה RCP,% 98 97.2 97.8 99.2
פעילות טוחנת, GBq/μמול 154.6 322.6 121.1 162.1
שיורית מקודמן, μg 0.32 0.55 0.58 0.87
pH מיכל 5 מיכל 5 מיכל 5 מיכל 5
תוכן אטוח,% 9.4 8.8 7.7 8.1
אצטון תוכן, ppm 33 38 46 33
מבחן ההימור N/A < 10 האיחוד האירופי/mL < 10 האיחוד האירופי/mL < 10 האיחוד האירופי/mL
מבחן עקרות N/A אין צמיחה אין צמיחה אין צמיחה
* הערת שוליים: מ [11ג] CH3otf, לא תוקנה לריקבון

. שולחן 1 תוצאות הנציג של [11ג] הייצור הפעיל פועל תחת תנאים מיטביים. כל האצוות תואמות לדרישות עבור מנותבים המיועדים ללימודי PET קליניים.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

למרות הופעתה האחרונה ואת אישור ה-FDA של מספר 18F מסומן PET מסומנים, כגון florbetapir, florbetaben ו flutemetamol, [11ג] pib נשאר מעקב התקן זהב הדמיה עמילואיד בשל ספיגת המוח מהיר נמוך לא ספציפי איגוד. כיום מעקב זה מסונתז באמצעות כימיה רטובה16 או באמצעות "לולאה יבשה" גישה4,17. שתי השיטות דורשות טיהור מיטומים ואחריו ניסוח מחדש באתנול מימית, אשר לוקח כ 20-30 דקות החל מ [11ג] CH3otf. בהשראת חלק מהדוחות הקודמים בשלב מוצק נתמך 11c-טכניקות מתילציה ואת החשיבות הקלינית של [11ג] pib, אנו כיוונו לפתח רדיוסינתזה של מעקב זה באמצעות מיצוי זול חד פעמי מוצק השלב ( SPE) כישות "3 ב-1" לתגובה, טיהור וניסוח.

הצעדים הקריטיים ביותר עבור הפקה מוצלחת של המשדרים PET עבור ב vivo הדמיה בנושאים אנושיים הם: 1) שילוב של איזוטופ רדיואקטיבי לתוך מולקולה מעקב; 2) הפרדת הנותב ממינים רדיואקטיביים ובלתי-רדיואקטיביים; 3) ניסוח מחדש של המעקב בממס תואם ביולוגית; 4) עמידה בהליכי בקרת איכות. בהתבסס על השיטה שדווחה קודם לכן בשבי, ציפינו שטכניקת ה-SPE תדרוש כמות נמוכה יותר של הקודמן לעומת 11C-מתילציה בתמיסה. בפרט, הליכי בשבי הממס דיווחו בעבר על הרדיוסינתזה של [11ג] pib דורשים 0.5-1.0 mg של הקודמן4,17. כך, חקרנו לא תוקנו עבור ריקבון רדיוכימיקלים התשואות של [11ג] pib החל מ [11ג] CH3otf בשלושה כמויות שונות של 6-OH-bta-0:0.1, 0.2, ו 0.3 mg. אפילו הכמות הנמוכה ביותר (0.1 mg) מספקת כמות מתונה של [11ג] pib, אם כי בשעה rcy נמוכה יחסית ואמינה פחות (18.1 ± 3.8%). רדיוסינתזה החל מ 0.2 mg מספק RCY של [11ג] pib (22.0 ± 3.1%), תוך הגדלת כמות 0.3 mg עוד יותר משפר rcy (32.1 ± 3.7%), על חשבון כמות גבוהה מעט של הקודמן במוצר הסופי. בכל המקרים, הרדיוסינתזה הושלמה בתוך 10 דקות. כך, את הסכום האופטימלי הרצוי תלוי RCY הרצויה וטוהר של [11ג] pib במרכזי PET מסוים. התוצאות של ניסויים רדיוכימיה התפוקה מיטוב המבוסס על הסכום הקודמות מסוכמים באיור 4. בעיקר, הרדיוסינתזה ניסיונות באמצעות [11ג] CH3אני כסוכן מתילטינג או אתנול כמו הממס התגובה לא התשואה הרצויה [11ג] pib (נתונים לא מוצגים).

הפרדה כמותית של תגובת הרדיוסינתזה על מחסנית SPE קצרה הייתה החלק המאתגר ביותר בטכניקה המתוארת. שיערו כי אמינים ארומטי 6-או-bta-0 ו 6-OH-bta-1 בעיקר להתקיים בצורות protonated שלהם בתקשורת חומצי ולכן היה לקבל פרופילים חדים יותר משלב היפוך השלב מוצק. מכאן, כל הפתרונות אתנול מימית הוכנו באמצעות 0.2 M אצטט מאגר ב-pH 3.7. לאחר מכן, קבענו כי פתרונות אתנול מימית עם ריכוז אטוח של עד 15% בהדרגה לאחר התגובה מבשר 6-OH-BTA-0 ו [11ג] CH3otf, בעוד הקרינה [11ג] pib נשאר לכוד על מחסנית tC18. על מנת למנוע במעקב אחר אלה זיהומים לניסוח מעקב הסופי הריכוז האתנול הוגדלה מ 12.5% כדי 15% מעבר הדרגתי. לאחר כל זיהומים שנשטפו מתוך מחסנית, מעקב הושגה באמצעות כמות מינימלית (2.5 mL) של פתרון אתנול מרוכז (50%). על מנת לשמור על תוכן האתנול תחת 10% הגבלה ולהביא את ה-pH של מעקב מגובש בתוך הטווח המקובל להזרקה האדם (4-8), המעקב היה מדולל עם מאגר פוספט סטרילי.

בעקבות מיטוב התנאים, הרדיוסינתזה של [11ג] pib היה אוטומטי באמצעות יחידת הסינתזה האוטומטית מסחרית (-אריזונה), מצויד מזרק מנפק סעפת חד פעמיות. ההתקנה הסעפת של ה-אריזונה המסוימת הזו פשוטה כמתואר בשלבים 3.1-3.5. בעיקר, מתודולוגיה זו ניתן ליישם בקלות על רוב האחרים הזמינים של אוניברסיטת אריזונה בעקבות המתכונים המתוארים לעיל. תחת תנאים ממוטבים, אצוות של [11ג] pib מתאים ליישום קליני מסונתז עם פעילויות סופיות החל מ 1.4 כדי 2.4 GBq (38-61 mCi).

לאחרונה, אנו להחיל את "3-in-1" הטכניקה של radiolabeling של [11ג] ABP688, מעקב חיית מחמד עבור הדמיה של קולטני מטבוליזם מסוג מטבוטרופי טיפוס 5 (mGlu5)18,19. הרדיוסינתזה של מעקב זה מסתמך על 11ג-מתילציה של הקבוצה-הו בחמצן; לכן, התוספת של הבסיס נדרש כדי deprotonate את מבשר הדמתיל. Tetrabutylamium הידרוקסיד (כמו 1 M פתרון ב MeOH) נבחר כבסיס כי הוא מסיסים ברוב ממיסים אורגני קוטבי. בניסוי רדיוולזילינג ראשוני, פתרון של הקודמן (0.5 mg) ב DMSO (100 μL) היה מעורבב עם 1 מ TBAOH ב MeOH (20 μL) והתערובת הוחל בקפידה על מחסנית tC18 כפי שמתואר לעיל (ראה שלב 2.4). דמוי גז [11ג] CH3אני הועברה דרך מחסנית כפי שמתואר בשלבים 4.1-4.2 ואת התגובה הורשה להמשיך בטמפרטורת החדר עבור 5 דקות. הימנעות רציפים עם פתרונות אתנול לדלל ב 0.2 M נתרן ביקרבונט מאגר (pH 8.5- 9.0)-92 mL של 15% אטואה ואחריו 92 mL של 20% אטואה-שטף את הבלתי הגיב [11ג] CH3אני ואת קודמן שיורית. רדיוכימית טהורה [11ג] ABP688 (rcy = 18.2%, RCP > 98.0%) היה אז משתמט עם 50% הפתרון אטוח באותו מאגר באמצעות מסנן סטרילי כמתואר בשלבים 4.9-4.11. למרות העובדה כי מעל 98% של הקודמן מוסר עם שטיפת אתנול מדלל, הנוכחות של כמה מקודמי הגיב במעקב הסופי (עד 20 μg) דורש אופטימיזציה נוספת של הליך הרדיוסינתזה. מיטוב זה מתמשך, ותוצאות פרויקט זה יפורסמו בבוא היום. מיצג אנליטי כרומטוגרמות UV ו-רדיואקטיביות של [11ג] ABP688 אצווה מוצג על איור 5.

לסיכום, פיתחנו בשלב מוצק יעיל נתמך פחמן -11 הליך רדיואולבלינג באמצעות מחסניות SPE זול זמין כמו "3-in-1" ישויות של רדיוסינתזה, טיהור, וניסוח של המשדרים לחיות מחמד לשימוש קליני דמיה. קליעים מתאימים להזרקה האדם מיוצרים בתוך 10 דקות החל מתוספת של 11c-מתילגטינג סוכן ([11ג] ch3otf או [11ג] CH3אני) בפעילות גבוהה rcy ו טוחנת. אנו מאוטומטים באופן מלא את הטכניקה כדי להפוך אותה לתואמת לתקנות הייצור הטוב (GMP) המוטלות על ידי רשויות בטיחות וקרינה. בשלב מלא נתמך רדיוסינתזה מחייב כמות נמוכה של הקודמן, נמנעת השימוש של ממיסים רעילים, מקטין את זמן סינתזה ואת מינון הקרינה מתמשכת על ידי כוח אדם. יתרה מזאת, הימנעות מכשלים הקשורים לדיאגנוסטיקה משפרת את אמינות הרדיוסינתזה ומאפשרת פיתוח ערכות חד פעמיות לייצור מעקב שגרתי.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

המחברים מצהירים כי אין להם אינטרסים פיננסיים מתחרים.

Acknowledgments

מחקר זה היה נתמך באופן חלקי על ידי מענק 18-05 מאגודת האלצהיימר של קנדה (עבור A. K.) ואת המוח קנדה קרן עם תמיכה של בריאות קנדה. המחברים רוצים להכיר באוניברסיטת מקגיל הפקולטה לרפואה, מכון נוירולוגי מונטריאול מרכז הדמיה מקקונל המוח לתמיכה של עבודה זו. כמו כן, אנו מודים לגברת מוניקה לקטטוס-סמולה לעזרה בהליכי בקרת איכות ובד"ר ז'אן פול Soucy וגסאן מאסנה לגישה לרדיואיזוטופים ולמתקן הרדיוכימיה.

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

כימיה סוגיה 152 פחמן -11 רדיואולבלינג פליטת פוזיטרון טומוגרפיה הדמיה [11ג] pib [11ג] ABP688 11ג-מתילציה סינתזה מוצק התמיכה בפאזה הפקת שלב מוצק אוטומציה
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