Automatisering av en fantes et Positron-utslipp tomografi (PET) Radiotracer syntese protokoll for klinisk produksjon

* These authors contributed equally
Chemistry
 

Summary

Fantes et positron-utslipp tomografi (PET) tenkelig nettsteder som er involvert i flere tidlig klinisk forskning prøvelser trenger robuste og allsidig radiotracer produksjon evner. Bruke radiotracer [18F] BSA eksempel vi illustrerer hvordan du kan automatisere syntesen av en radiotracer med en fleksibel, kassett-baserte radiosynthesizer og validere syntese for klinisk bruk.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

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

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Utviklingen av nye fantes et positron-utslipp tomografi (PET) tracers er slik forskere og klinikere å image en økende rekke biologiske mål og prosesser. Imidlertid skaper det økende antallet ulike tracers utfordringer for produksjon på radiopharmacies. Mens det har historisk vært praktisk å dedikere en tilpasset-konfigurerte radiosynthesizer og varm cellen for gjentatte produksjon av hver individuelle tracer, blir det nødvendig å endre denne arbeidsflyten. Siste kommersielle radiosynthesizers basert på disponibel kassetter/kits for hver tracer forenkle produksjon av flere tracers med ett sett med utstyr ved å eliminere behovet for tilpasset tracer-spesifikke endringer. Videre kan noen av disse radiosynthesizers operatøren å utvikle og optimalisere sine egne syntese protokoller i tillegg kjøpe kommersielt tilgjengelig kits. Denne protokollen, vi beskriver den vanlige fremgangsmåten for hvordan manuell syntesen av en ny PET tracer kan automatiseres på en av disse radiosynthesizers og godkjent for produksjon av klinisk-grade tracers. Som et eksempel, bruker vi ELIXYS radiosynthesizer, et fleksibelt kassett-baserte radiochemistry verktøy som støtter både PET tracer utviklingsarbeidet, så vel som rutinemessige klinisk sonde produksjon på samme system, å produsere [18F] BSA ([ 18 F] CFA), en PET tracer til å måle i vivo deoxycytidine kinase (dCK) enzym aktivitet. Oversette en manuell syntese innebærer bryte ned syntetiske protokollen i grunnleggende radiochemistry prosesser som deretter oversatt til intuitiv kjemi "enhet operasjoner" støttes av synthesizer programvare. Disse operasjonene kan deretter raskt konverteres til en automatisert programvare ved montering dem ved hjelp av dra-og-slipp-grensesnittet. Etter grunnleggende tester krever syntese og rensing prosedyren optimalisering å oppnå ønsket avkastning og renhet. Når den ønskede ytelsen er oppnådd, er en validering av syntese gjennomført for å fastslå sin egnethet for produksjon av radiotracer for klinisk bruk.

Introduction

En økende rekke biologiske mål kan visualiseres dynamisk i levende fag via molekylær tenkelig modalitet polyetylen. PET gir i vivo analyser av bestemte biologiske biokjemiske og farmakologiske prosessene ved hjelp av bestemte radiotracers (molekyler merket med fantes et positron-emitting Radionuklider) som er satt inn i emnet før imaging1. Økt bruk av PET å studere en rekke prosessene i grunnleggende vitenskap og klinisk forskning2,3,4og i oppdagelsen, utvikling og klinisk bruk av narkotika i pasientomsorg5, 6, fører til en økende etterspørsel etter ulike radiotracers7,8. Unngå stråling til strålingskjemi og sikre en reproduserbar produksjon av disse kortvarig tracers, produsert de vanligvis ved hjelp av en automatisert radiosynthesizer opererer innenfor en "hot celle". Siste radiosynthesizers bruker en engangs-kassett/kit arkitektur for å forenkle oppgaven med å overholde klinisk-grade produksjon gir fleksibilitet til å forberede flere typer radiotracers bare ved å bytte ut kassetter9 . Men i tidlig kliniske fase er det vanligvis ingen kommersielt tilgjengelig kassetter/sett til å utføre den automatiserte radiosynthesis; Følgelig kampen PET narkotika produksjonsanlegg tilpasse systemer for å implementere cGMP førsteklasses tracer produksjon evner innenfor et passende tidsrom og til en rimelig pris. Dermed er radiosynthesizers utviklet som kombinerer kassett/kit arkitekturen med funksjoner for å forenkle utvikling og optimalisering av tracers.

ELIXYS FLEX/CHEM (ELIXYS) er et eksempel på en fleksibel kassett-basert radiosynthesizer med et bredt reagens, løsningsmiddel og reaksjon temperatur kompatibilitet10. Den har tre reaksjon fartøyer og bruker en robot mekanisme dynamisk konfigurere væske veien som kreves av noen bestemt syntese protokollen11. Synthesizer programvaren tillater etablering av talesyntese programmer (sekvenser) for ulike tracers ved å dra og slippe Unit Operations som Felle isotopen Elute isotop Legge reagens, reagere, og fordampe12. Hver enhet operasjon har en rekke programmerbare parametere tilgjengelig for operatøren, som varighet, temperatureller inert gass kjøring trykk (Trykk). Ved forståelsen av hver enhet operasjon, en manuell syntese lett kan oversettes til en rekke enhet operasjoner og deretter endres under optimalisering av protokollen13. I kombinasjon med ELIXYS PURE/skjemamodulen, kan integrert systemet også utføre en automatisert rensing og utforming av PET tracer. Bruker denne radiosynthesizer, har vi tidligere rapportert automatisert syntesen av 24 forskjellige 18F-merket tracers og prosthetic grupper11,14,15,16, som samt den automatiserte enzymatisk radiofluorination biomolecules17, ved å endre reagenser og ikke konfigurasjonen av systemet. Andre har vist automatisert syntesen av [18F] RO6958948 for avbilding av tau neurofibrillary floker18, automatisert syntesen av gruppen prosthetic [18F] F-Py-TFP med en påfølgende merking av peptider19 , og automatisert syntese av [18F] AM580 for avbilding av fosfodiesterase 10a (PDE10A)20. Videre flere grupper har vist produksjon av tracers egnet for klinisk bruk, inkludert 4-[18F] Fluorobenzyl-triphenylphosphonium ([18F] FBnTP) for avbilding av mitokondrie membran potensielle21, [ 18 F] DCFPyL for avbilding av prostata-spesifikt membran antigen (PSMA)22og [18F] THK-5351 for avbilding av tau23.

I dette papiret, vi bruker vår erfaring med [18F] CFA å illustrere hvordan en manuell radiosynthetic prosedyre kan oversiktlig og raskt oversettes til en automatisert syntese egnet for rutinemessig produksjon etter cGMP retningslinjene. Tracer [18F] CFA var designet for avbilding av dCK aktivitet. Den manuelle radiosynthesis [18F] CFA ble opprinnelig beskrevet av Shu et al. 24 som en prosedyre bruker to reaksjon fartøyer, mellomliggende silica patron rensing og en siste HPLC rensing trinn (se Tilleggsmateriale, del 1 for detaljer). Siste i vitro og prekliniske studier har vist eksepsjonell spesifisitet av denne tracer til dCK, og første-i-menneskelige studier har vist gunstige biodistribution25. Det er en umiddelbar interesse i større skala kliniske studier bekrefte følsomheten til [18F] CFA PET variasjoner i dCK aktivitet og en langsiktige interesse de potensielle klinisk bruk denne tracer26. Det kan være en nyttig biomarkør terapi som utløser T-celle aktivering, indusere DNA skade eller stole på dCK-avhengige nukleosid analog prodrugs. Spesielt [18F] CFA kan aktivere lagdeling av pasienter for en potensiell respons på behandling med BSA. [18F] CFA kan også lette studie og utvikling av dCK hemmere som er på fremmarsj mot kliniske studier. Siden denne tracer har tradisjonelt blitt syntetisert manuelt, fremme alle disse studiene krever en pålitelig, automatisert syntese av [18F] CFA egnet for klinisk bruk.

Selv om vi har tidligere rapportert en automatisert syntese av [18F] CFA prekliniske studier16, denne protokollen bygger videre på disse anstrengelser og beskriver ytterligere endringer nødvendig for klinisk produksjon av denne tracer, inkludert integrering av fullt automatisert rensing og formulering, protokollen validering og kvalitetskontroll. De generelle fremgangsmåtene her er ikke begrenset til å utvikle et automatisert og klinisk egnet syntese av [18F] CFA men kan generaliseres på en enkel måte å utvikle automatisert synteser egnet for klinisk bruk av andre radiotracers merket med fluor-18.

Protocol

1. generelle prosedyre for automatisering og validering av en Radiosynthesis protokoll for klinisk produksjon

  1. Analysere kvalifiseringskravene for manuell syntese ordningen for klinisk produksjon
    1. Utfør risikoanalyse produktet forurensning med uønsket kjemikalierester.
      1. Unngå klasse 1 løsemidler som benzen, og erstatte dem med riktig alternativ løsemidler (klasse 2 eller klasse 3).
      2. Unngå kjemikalier som ville være vanskelig å oppdage i siste utformingen som potensielle gjenværende urenheter.
      3. Velg bare kjemikalier som er kommersielt tilgjengelig i høy renhetsgrad klasse (USP eller Ph.Eur karakteren ønsket) og er utstyrt med et analysesertifikat.
    2. Forbedre syntese ordningen hvis uønskede kjemikalier eller løsemidler oppdages av risikoanalysen og gjenta delen 1.1 gjenstår ingen.
  2. Automatisere syntese protokollen
    1. Hvis en automatisert protokoll for tracer bruke den samme synthesizeren er allerede opprettet og lastet opp til en online oppbevaringssted, kan du laste ned en kopi av programmet syntese.
    2. Hvis en automatisert programvare ikke finnes, kan du opprette en.
      1. Bruke papir og penn, dele manuell syntese i trinn på høyt nivå (f.eks tørking/aktivere [18F] fluor, oppvarming for å lette en radiochemical reaksjon, utføre en rensing trinn, etc.). Videre bryte ned de viktigste trinnene i diskret, grunnleggende prosesser som kreves. Som et eksempel, syntese ordningen [18F] CFA er vist i figur 1identifikasjon av trinn på høyt nivå er vist i figur 2Aog nedbrytning i prosesser er vist i figur 2B.
      2. Bruke papir og penn, tilordne hver prosess til individuell dataenhet driften av synthesizer programvare. Som et eksempel, en analyse av tilordningen av grunnleggende prosesser i syntesen av [18F] CFA passende enhet operasjoner i synthesizer programvare13 er vist i figur 2C.
      3. Hjelp av radiosynthesizer-programmeringsgrensesnittet, opprette et tomt program og legge alle identifiserte enhet operasjoner i rekkefølge ved å klikke på meny -knappen (øverst til venstre) og velge sekvenserog deretter klikke nye Rekkefølgen knappen. For hver enhet operasjon identifisert i trinn 1.2.2.2, drar du enheten operasjonen fra tilgjengelige operasjonene til Filmstripevisning og klikk eller type fylle ut ønsket verdi for hver parameter i enhet-operasjonen. Figur 3 viser et eksempel på grensesnittet når alle operasjoner å syntetisere [18F] CFA har blitt fylt ut, og brukeren har valgt den første REAGERE enhet operasjonen redigere parameterverdier. Den endelige programvare [18F] CFA er beskrevet i Supplerende materiale, Tabeller S1 og S2.
    3. Kontroller programmet syntese.
      1. Utføre en kjøre. Definere og kjøre programmet i trinn 2.1-2.3, bruker alle reagenser og løsemidler enn radionuklidenes (f.eks [18F] fluorid) for å bekrefte forventede virkemåten.
      2. Juster om nødvendig enhet operasjon parameterverdiene i programmet (f.eks tid eller kjøring press helt overføre en reagens, tid/temperatur til å fordampe et løsemiddel til ønsket nivå, etc.), og prøver på nytt. Du kan justere parameterverdier, først tilbake til Edit -modus ved å velge sekvenser fra hovedmenyen (øverst til venstre) og velg nyopprettede programmet. Deretter klikker du på ønsket enhet operasjonen i Filmstripevisning (nederst på skjermen), gå til den ønskede parameteren, og velg eller skriv inn den nye verdien.
    4. Utføre en prøvetur for lav-aktivitet (< 370 MBq) for å evaluere programmet.
      1. Optimalisere automatisert syntese ved å justere verdier for å forbedre avkastningen, syntese tid, repeterbarhet og eventuelle andre ønskede målbare resultat.
  3. Utvikle kvalitetskontroll (QC) testing prosedyrer
    1. Bruke en ikke-radioaktivt referanse på sluttproduktet og prøver av potensielle kjemiske urenheter, utvikle en analytisk radio-HPLC og/eller radio-tynne lag kromatografi (radio-TLC) metode med tilstrekkelig separasjon av arter for fastsettelse av kjemisk renhet, molar aktivitet, radiochemical renhet og radiochemical identitet. Valider analytisk metoden(e) for repeterbarhet og linearitet og bestemme gjenkjenning og kvantifisering grensene.
    2. Tilsvarende utvikle og validere en gass kromatografi metode for å analysere flyktige urenheter (f.eks, gjenværende mengder løsningsmidler som brukes under syntese).
    3. Utvikle og validere analytisk analyser at gjenkjenning og kvantifisering av andre potensielle urenheter (f.ekscryptand 222 via standardfarge spot testen).
    4. Bruk standard prosedyrer for fastsettelse av sterilitet, pH, radionuclidic identitet, radionuclidic renhet, radioaktivitet konsentrasjon, produkt volum og endotoxin nivåer.
  4. Utføre syntese validering
    1. Opprette standard operasjonsprosedyrer (trøster) for syntese og QC testprosedyrer og integrere en materialer og utstyr sporingssystem kompatibel med gjeldende god produksjon praksis (cGMP) krav.
    2. Validere syntese prosedyrene via tre uavhengige og påfølgende produksjonen går på samme radioaktivitet nivå som beregnet for klinisk produksjon etter trøster. Dokumentere syntese ytelse og resultatene av QC testingen.
    3. Alle påfølgende validering kjører må bestå pre-set QC grensene. Hvis en validering mislykkes, kan du gjenta hele valideringsprosessen etter riktig Hovedårsaken til feilen.

2. eksempel: Automatisert syntese av [18F] CFA klinisk bruk

  1. Forberede radiosynthesizer
    1. Slå på radiosynthesizer.
    2. Sikre inert gassforsyning er aktivert med tilstrekkelig og at nødvendig ventilene er åpne slik at radiosynthesizer er koblet til gassforsyning.
    3. Installere nye disponibel kassetter i reaktoren #1 og #2 posisjoner og sett reaksjon fartøy som inneholder magnetic røre barer. Kontroller at hver kassett overføring dukkert tube peker rett ned.
    4. Forberede reagens ampuller og installere dem i kassettene ifølge diagram i Figur 4.
    5. Installere en tom [18O] H2O utvinning ampullen i W1 posisjon kassett # 1.
    6. Aktivere en kvartær methylammonium (QMA) kassett ved første passerer 12 mL på 1 M KHCO3 løsning gjennom det, etterfulgt av 12 mL deionisert vann. Tilstand en silica Sep-Pak patron ved bestått 5 mL ethyl acetate gjennom den.
    7. Koble blekkpatronene og gjøre alle kassett rør tilkoblinger som vist i figur 5A. Kontroller at ingen kassett rør (inkludert ubrukte rør) henger i det indre, hvor det kan forstyrre robot bevegelser.
    8. Koble [18F] fluor kildelinjen fra cyclotron til [18F] fluor inntastingslisten på kassett #1.
    9. Kontroller avfallsbeholderen er tom. Avfall plasseringslinjer fra delsystemet rensing/formulering til avfallsbeholderen (dvs., prøven loop 1 avfall linje, HPLC delsystemet avfall linje og sprøyte pumpe avfall linjen).
    10. Koble HPLC input linjene. Sted HPLC mobile fase input line "A" i en beholder med 25 mM ammonium acetate og HPLC mobile fase inntastingslisten "B" i en beholder av EtOH.
    11. Equilibrate den rensing/formulering delsystemet og HPLC kolonnen.
      1. Åpne siden kontroll for rensing/formulering modulen i programvaren ved å velge HPLC fra hovedmenyen (øverst til venstre). Standard blir kategorien rensing allerede valgt. (Denne siden er vist i figur 6.)
      2. Angi flyt til 5.0 mL/min på definerte løsemiddel sammensetningen og velger hvilke kolonneplasseringen kolonnen rensing er installert i. Slå på HPLC pumpen i isocratic modus for minst 10 min.
      3. Skyll produktlinjen og alle brøkdel samlingen linjer med mobile fase, hver for 1 min.
      4. Skyll hver HPLC prøve loop og HPLC prøve loop overføring slangen med 10 mL av mobile fasen bruker en sprøyte.
    12. Koble rensing/formulering delsystemet sprøyte pumpe inn linjene. Bruk konsentrert natriumklorid (90 mg/mL) for Elute linje og 0,9% saltløsning i Rekonstituer linjen.
    13. Prime delsystemet formulering.
      1. Naviger til fanen formulering av rensing/formulering kontroll siden.
      2. For å prime konsentrert natriumklorid (90 mg/mL), Velg kategorien Elute trykk initialisere initialisere sprøytepumpen. Dispensere 5 mL.
      3. For å prime 0,9% saltløsning, velg Rekonstituer tab. dispensere 5 mL.
    14. Koble produkt og siste linjene fra forsiden av delsystemet rensing/formulering i en T-tilkobling. Koble til produksjon av T-forbindelsen til et sterilt filter (0.22 µm) som, i sin tur er koblet til sterilt sluttprodukt ampullen. Sett inn en ventil nål med et sterilt filter i tanken av sluttproduktet ampullen. Et bilde av det endelige oppsettet vises i figur 5B.
    15. Legge til tørris og EtOH eller MeOH kaldt fellen.
  2. Kjøre programmet syntese
    1. Gå til listen over programmer ved å velge sekvenser fra knappen hovedmenyen (øverst til venstre). Velg [18F] CFA programmet og starte programmet ved å trykke på Run knappen.
    2. Nøye gå gjennom hvert element på pre kjøre Sjekkliste og sjekke dem når de er fullført. I pre kjøre Sjekkliste-skjermbildet er vist i figur 7.
    3. Trykk Fortsett å bekrefte at installasjonen er fullført og forårsake automatisert syntese å begynne.
      1. Eventuelt overvåke syntese i sanntid via visuell tilbakemelding (reaktoren kameraer), sensoren målinger (f.eks temperatur, trykk, vakuum, stråling lesing, etc.) og countdown classes. En representant skjermene er vist i Figur 8.
      2. Under vannrensing enhet operasjonen, velger du produktet når produktet toppen har begynt på stråling detektor chromatogram. En representant skjermbilde under operasjonen enhet (som inneholder en chromatogram av UV-detektor og stråling detektor utgang) er vist i figur 9.
      3. Når stråling detektor chromatogram toppen har returnert til den opprinnelige planen, kan du velge å sløseri å avlede strømningsbane av HPLC-delsystemet til avfallsbeholderen.
  3. Definere og kjøre programmet formulering
    1. Åpne fra listen over programmer (sekvens skjermen), den [18F] CFA formulering programmet.
    2. Justere parameterne for formulering enhet operasjon.
      1. Beregne volumet av samlet produkt brøken (Vbrøkdel) basert på HPLC pumpe infusjonshastigheten og varigheten av samlingen brøkdel.
      2. Beregne volumet av ekstra natriumklorid (90 mg/mL) kreves for å oppnå isotonicity og beregne hvor mye ekstra saline nødvendig å fortynne EtOH konsentrasjonen under 10%.
      3. Endre programmet med disse verdiene. Volumet av natriumklorid (90 mg/mL) er angitt for Elute trinn og volumet av saline skrives for Rekonstituer trinn. (Beregningene er beskrevet i Tilleggsmateriale Figur S2.)
      4. Lagre programmet.
    3. Kjør programmet. Systemet vil utvanne samlet renset produkt brøken natriumklorid og saline å sikre isotonicity av utformingen og levere den gjennom et sterilisering filter i sterilt produktet ampullen.
  4. Samle formulert [18F] CFA for kvalitetskontroll og forsendelse
    1. Fjerne formulert [18F] CFA produktet fra varme cellen.
    2. Bruke sterilt arbeidsteknikker, trekke to prøvene (300 µL) for å utføre kvalitetskontroll tester.
    3. Bruk første smakebit for å teste for sterilitet siste utformingen av vaksinere væske tioglykolat media og tryptic soya kjøttkraft for 14 d uten observere noen vekst.
    4. Bruk det andre eksemplet for å utføre kvalitetskontroll i henhold til prosedyrene utviklet i trinn 1.3. Prosedyrene fremsatt på UCLA Ahmanson biomedisinsk Cyclotron anlegget i samsvar med USA Pharmacopeia beskrives nedenfor.
      1. Vurdere utseendet av visuell inspeksjon.
      2. Vurdere pH med en indikator papir.
      3. Vurdere bakteriell endotoxin innhold ved hjelp av en kinetisk kromogent bakteriell Endotoxin Test (innsats).
      4. Vurdere radiochemical identitet med analytiske radio-HPLC ved å kontrollere co tilsettes radioaktivt prøven og en ikke-radioaktivt referanse sammensatte.
      5. Vurdere radiochemical renhet med analytiske radio-HPLC ved å sammenligne området under kurven (AUC) av radioaktivt urenheter i gamma-detektor chromatogram med AUC tilsvarer det ønskede produktet.
      6. Vurdere kjemiske renhet med analytiske HPLC ved å bestemme AUC i UV-detektor chromatogram av alle UV-Aktiv urenheter.
      7. Vurdere molar aktivitet og bærer masse med analytiske radio-HPLC ved å bestemme AUC tilsvarer det ønskede produktet i UV-detektor chromatogram.
      8. Vurdere halveringstiden av sonden ved å måle sin virksomhet på to forskjellige timepoints og passer en forfallet kurve.
      9. Vurdere gjenværende løsemiddel innholdet i utformingen av gass kromatografi.
      10. Vurdere radionuklidenes energi med en gamma spectrometer.
      11. Vurdere cryptand 222 innhold med en TLC-baserte stikkprøve.
    5. Hvis alle tester godkjennes, frigjøre sonde utformingen for levering til kliniske tenkelig området.
  5. Etter kjøre og system nedleggelse
    1. Skyll kolonnen HPLC rensing og alle rør brukes til produkt samling med 70% (v/v) EtOH i vann. Dette bør gjøres med PURE/skjemakontroll siden, ligner på trinn 2.1.12.
    2. Stengt ned radiosynthesizer via strømknappen på programvare . Et hurtigvindu angir når strømmen til systemet kan slås av.
    3. Slå av komprimert luft og inert gass forsyninger lukke riktig utkobling ventilene.
    4. La tid for gjenværende radioaktivitet i varme cellen forfalt (vanligvis over natten).
  6. Rengjør radiosynthesizer
    1. Fjerne og kast alle kassetter, patroner, reaktoren ampuller og reagens ampuller brukes under syntese.
    2. Tømme innholdet i kalde fellen.
    3. Rengjør rensing delsystemet væske banene.
      1. Åpne en eksisterende rengjøring program eller opprette et nytt program som inneholder en vannrensing enhet operasjon i rensemodus (dvs. med rene avkrysningsruten er markert). Se Tilleggsmateriale Figur S9 for et eksempel.
      2. Parameteren konfigurasjonsside, Velg kolonnen som ble brukt til rensing og HPLC mobile fase inntastingslisten som er koblet til en flaske som inneholder 70% EtOH i vann. Programmere en flow rate på 2 mL/min, en skyllingsprosess varighet for hver injeksjon løkke av 5 min og en skyllingsprosess varighet for hver produkt og brøk produksjon av 30 s. Velg Tørr linjer og programmere en varighet på 30 s.
      3. Sett alle brøkdel linje utganger i en stor avfallsbeholderen.
      4. Kjør programmet.
      5. Etter ferdigstillelse, tømme avfallsbeholderen.
    4. Rense formulering delsystemet væske banene.
      1. Åpner et eksisterende program eller opprette et nytt program som inneholder en formulering enhet operasjon i rensemodus (dvs. med avkrysningsruten Clean valgt under kategorien Clean ). Se Tilleggsmateriale Figur S10 for et eksempel.
      2. Fyll en ren fortynning reservoaret (på forsiden av delsystemet rensing/formulering) med 100 mL EtOH.
      3. Plass delsystemet rensing/formulering Elute inntastingslisten i en EtOH reservoaret (som inneholder > 50 mL av EtOH).
      4. Plass skyll og gjeninnføre inn linjene i avfallsbeholderen sammen med det endelige produktet utdatalinje.
      5. Kjør programmet.
      6. Etter ferdigstillelse, tømme avfallsbeholderen.

Representative Results

En metode for å automatisere produksjonen av [18F] CFA ble utviklet og tre validering grupper ble syntetisert. Syntese, rensing og utformingen av [18F] CFA ble oppnådd i 90 ± 5 min (n = 3) og ikke-forfall-korrigert radiochemical avkastningen var 8.0 ± 1,4% (n = 3). Aktivitet avkastningen av tre går var 3,24 GBq, 2.83 GBq og 3.12 GBq, fra 34.3 GBq, 41,8 GBq og 41.1 GBq, henholdsvis. Fått [18F] CFA formuleringer bestått alle kvalitetskontroll tester (tabell 1). Automatisert protokollen brukes for produksjon av klinisk-klasse [18F] CFA støtte kliniske studier.

Kvalitetskontroll data Validering kjøre 1 Validering kjøre 2 Validering kjøre 3
[kravet for "Pass"]
Utseende Pass Pass Pass
[Fjern, fargeløs, gratis svevestøv]
Radioaktivitet konsentrasjonen på EOS 213 MBq/mL 210 MBq/mL 180 MBq/mL
[≤ 740 MBq/mL @ EOS]
pH 6 5.8 6
[5.0-8.0]
Half-Life 115 min 108 min 112 min
[105-115 min]
Radiochemical renhet 99% 99% 99%
[> 95%]
Radiochemical identitet av relativ tiden (RRT) 1.01 1.01 1.01
[1,00 < RRT < 1,10]
Molar aktivitet 314 GBq/µmol > 370 GBq/µmol > 370 GBq/µmol
[≥ 3.7 GBq/µmol]
Totalt carrier masse sluttprodukt 3.1 µg < 1 µg < 1 µg
[≤ 50 µg/dose]
Totalt urenhet masse sluttprodukt ND ND ND
[≤ 1 µg / dose]
Maksimalt tillatte injeksjon volum basert på total carrier masse ≤ 50 µg/dose og totale urenhet masse ≤ 1 µg/dose Satsvis Satsvis Satsvis
Gjenværende EtOH innhold av GC 8,90% 9.50% 9.60%
[≤ 10%]
Gjenværende EtOAc innhold av GC < 1 ppm < 1 ppm < 1 ppm
[≤ 5000 ppm]
Gjenværende MeCN innhold av GC < 1 ppm < 1 ppm < 1 ppm
[≤ 410 ppm]
Gjenværende K222 av fargen flekk test Pass Pass Pass
[< 50 µg/mL]
Test av integritet for filter-membran Pass Pass Pass
[boble punkt ≥ 50 psi]
Bakteriell endotoxins Pass Pass Pass
[≤ 175 EU/batch]
Radionuclidic renhet av gamma spektroskopi Pass Pass Pass
[> 99,5%]
Sterilitet Pass Pass Pass
[kravene USP < 71 >]

Tabell 1: kvalitetskontroll (QC) testdata Sammendrag for tre validering batcher. EOB = slutten av bombardement; EOS = slutten av syntese; ND = ikke oppdaget.

Figure 1
Figur 1: [18F] CFA radiosynthesis ordningen. MMT = Monomethoxytrityl. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 2
Figur 2: oversettelse av en manuell syntese til en automatisert rekken med operasjoner som enhet. (A) denne siden gir en oversikt over de viktigste trinnene i manuell syntesen av [18F] CFA. (B) dette panelet viser de grunnleggende prosedyrene måtte utføre hver av de viktigste trinnene. (C) Radiosynthesizer-spesifikke enhet operasjoner brukes til å utføre grunnleggende fremgangsmåtene vises som kort. Hver enhet operasjon har sitt eget sett av parameterverdier (vist som understreket) som er konfigurert i programvaren. Notasjonen "R1" og "R2" Angi reaksjon fartøyene #1 og #2, henholdsvis. Reagenser tilsvarer reagens tallene identifiseres i Figur 4. Serien av enhet operasjoner er lagret som en sekvens og henrettet av programvare for å utføre automatiserte syntese. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 3
Figur 3: skjermbilde av radiosynthesizer (ELIXYS) programvaregrensesnittet å lage et program for syntese. Enheten operasjoner plasseres i ønsket rekkefølge i Filmstripevisning bruker en dra-og-slipp-grensesnitt. I denne skjermene, en enhet operasjon for reagerer er valgt, og parameterverdier vises i hoveddelen av skjermen. I dette eksemplet vil fluorination reaksjonen bli utført på reaksjonen fartøyet #1 (forseglet) på 120 ° C i 10 min med aktive omrøring. Fartøyet vil være avkjølt til 35 ° C når reaksjonstid har gått. Detaljer parameterverdier som kan programmeres for andre enhet operasjoner vises i Supplerende materiale, del 3. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 4
Figur 4: skjermbilde av reagens konfigurasjonen skjermen. For [18F] CFA syntese forløp lastes alle reagenser til disponibel kassett #1, som vises uthevet i komponenten merket område. For [18F] CFA syntese beskrevet her, Eluent 1.0 mg K2CO3 + 5,0 mg K222 i 0,4 mL H2O/0.5 mL MeCN, forløperen er 6 mg for CFA prekursor i 0,6 mL MeCN og HPLC Mobile fasen er 85:15 v /v 25 mM ammonium acetat: etanol. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 5
Figur 5: Radiosynthesizer oppsett for syntese av [18F] CFA. (A) Dette er en skjematisk viser kassett væske baner, tilkoblinger til patroner og tilkoblingen til å overføre endelige råolje produktet fra modulen radiosynthesis til modulen rensing/formulering. (Begge modulene styres med en enkelt datamaskin og programvare grensesnitt.) (B) Dette er et bilde av radiosynthesizer inne i en varm celle etter forberedelse til [18F] CFA syntese. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 6
Figur 6: skjermbilde av rensing/formulering modul kontroll grensesnittet. Dette skjermbildet åpnes av operatøren å manuelt kontrollere HPLC og formulering delsystemene under konfigureringen av syntese. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 7
Figur 7: pre kjøre Sjekkliste skjermen. Operatoren angir serienummeret for kassettene installert i systemet og må sjekke ut hvert element for å sikre at systemet er riktig konfigurert og forberedt for syntese. I tillegg til disse delene, operatøren er også bedt om et navn og en beskrivelse av syntese kjøre (del 1) og mange tall for alle reagenser brukes (del 2) og blir bedt om å bekrefte alle reaktoren video forer fungerer som de skal (del 6). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 8
Figur 8: Skjermbilde av radiosynthesizer programvare mens du kjører [18F] CFA syntese sekvensen. Programvaren viser enheten operasjonsrekkefølgen i Filmstripevisning området. Fullført operasjoner er nedtonet og merket i hvitt, gjeldende operasjon er uthevet i grått og kommende operasjoner vises i mørk grå. Det midterste området i skjermbildet viser statusen til aktiv enhet operasjonen, inkludert hvilke underkommandoen kjøres, samt systemstatusen (reaktoren video forer og sensordata). Dette bestemte reagere enhet operasjon er fluorination reaksjon. I området Temp vises temperaturer av reaktoren ved siden av ønsket (programmert) temperatur. Under denne viser aktivitetsområdet stråling sensor verdiene fra tre sensorene knyttet til reaksjon-trinnet. Til slutt, en video på venstre viser en live visning av reaktoren ampullen. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 9
Figur 9: Skjermbilde av radiosynthesizer grensesnittet mens du kjører vannrensing enhet drift under syntesen av [18F] CFA. The UV-detektor og stråling detektor resultatene av modulen rensing/formulering vises på sentrale grafen i sanntid. Ytterligere tilbakemeldinger fra detektorer og HPLC pumpe vises på høyre side av skjermen. Operatøren samler produktet toppen ved midlertidig å velge produktet når toppen begynner å vises og deretter bytte tilbake til avfall etter fullført toppen har blitt sett. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Discussion

Denne protokollen definerer de grunnleggende trinnene som bør følges når du automatiserer en manuell syntese protokoll å oppnå produksjon av klinisk klasse tracer formulering. Hele utviklingssyklus, inkludert kvalitetskontroll utvikling, er eksemplifisert ved radiotracer [18F] CFA (for avbilding av dCK aktivitet). Spesiell oppmerksomhet ble betalt til endring automatisert syntese å sikre de tracer egnethet for klinisk bruk. Syntese innebærer grunnleggende prosesser som aktivering av [18F] fluor, radiofluorination av Forløperen molekylet, midlertidig cartridge rensing, beskytte-gruppe fjerning, og semi preparative HPLC rensing og formulering for injeksjon. Disse grunnleggende prosesser utgjør en standard repertoar som er tilstrekkelig for syntese av majoriteten av 18F-merket PET tracers.

Mens utforme syntese, er valg av reagenser og deres kvalitetssikring av særlig betydning for klinisk bruk. Sikre riktig programmering og riktig tilkoblinger ved å utføre en uekte syntese (bare løsemidler) er viktig å fjerne uventede feil når syntese er utført med radioaktivitet. Påfølgende syntese optimeringene (løsemidler, volumer, beløp, temperaturer, reaksjon og rensing forhold), avhengig av de bestemte PET tracer i utvikling. Under disse eksperimentene, bør særlig fokus være shone på kjemiske og radiochemical renhet av det endelige produktet som kan oppnås, så dette må oppfylle strenge krav til klinisk bruk. En syntese som pålitelig gir et rent produkt lavere, men tilstrekkelig aktivitet gir foretrekkes vanligvis over en høyere gir prosess som har en risiko mislykkes sporadisk. Når syntese er tilstrekkelig optimalisert, må den endelige prosessen gjennomgå valideringstester (et regulatoriske krav) å sikre klinisk egnethet. Metoden validert syntese kan deretter brukes til å produsere de PET tracer klinisk bruk. Når syntetisere en PET tracer etter et valideres metoden, bør de standard operasjonsprosedyrer følges nøye. For å sikre etterlevelse, er programvaren programmert til å operatør bekrefte ferdigstillelse av hovedtrinnene via en pre kjøre Sjekkliste etter klikker opp på kjøre å starte syntese. Mens systemet utfører syntese i et automatisert mote, krever det rensing trinnet manuell inngripen. Operatoren må derfor nøye observere brukt kromatografiske skjermen under HPLC rensing trinn og manuelt input i sanntid når til start og stopp innsamling produktet brøken.

I vår automatisering og optimalisering innsats for [18F] CFA syntese, har vi strømlinjeformet semi preparative HPLC rensing metoden for produktet blandingen ved hjelp av en injiserbare løsemiddel system bestående av ammonium acetate løsning og EtOH ; vår forrige metoden kreves et ekstra trinn å utveksle løsemiddelet etter rensing16. Den påfølgende formuleringen prosess, dermed må bare redusere EtOH innholdet av den innsamlede fraksjon tillatt nivåer, og sikre dens isotonicity, begge kan oppnås ved fortynning. Formulering trinnet ble utført med en andre program som består av en enkelt formulering enhet operasjon for å tillate variabel volum tillegg av NaCl-løsninger til den rensede produkt brøkdel via modulen formulering å ta hensyn til variabelen volum innhentet etter HPLC rensing. Hvis samlet produkt brøkdel volumet ble satt til å være konstant i stedet, kan formulering enhet operasjonen inkluderes i programmet viktigste syntese, slipper et selvstendig program. En alternativ tilnærming til unngå manuell inngripen vil være å bruke alle funksjonene i modulen formulering (f.eksfortynne den renset tracer med vann, felle på C18 solid-fase utvinning patron, vaske det, elute det med et fast antall EtOH og til slutt fortynne den med et fast volum saltoppløsning).

Teknikken presenteres her for automatisering og validere en syntese protokoll for klinisk bruk skal være generelt. Gjennom valg av radiosynthesizer (ELIXYS), kan en rekke synteser automatisert og validert. Dette inkluderer komplekse 3-potten synteser, eller synteser med høye temperaturer på flyktige løsemidler. Optimalisere en syntese kan oppnås ved å endre parameterne for programmet. Synthesizeren har å overvåke effekten av endringer, for eksempel plassering reaksjon fartøyene fjerning av prøver for radio-TLC eller radio-HPLC analyse. Men uten systemet modifikasjoner, systemet nå tillater ikke for håndtering av svært lav reagens volumer (~ 5-20 µL), mellomproduktet destillasjon eller håndtering av [18F] AlF, 68Ga, eller andre radiometals. Hvis manuell syntese skal bli automatisert inneholder slike tiltak de kan omgås, automatisering og godkjenningen med en annen radiosynthesizer plattform kan være hensiktsmessig.

Selv om dette arbeidet har fokusert på utvikling av en protokoll for ved automatisert produksjon av [18F] CFA for klinisk bruk, syntesen av mange andre PET tracers kan automatiseres på en måte som er egnet for klinisk produksjon, etter samme logikk og metoder. Etter metoden som presenteres her, vi har også tilpasset automatisert syntesen av 9-(4-[18F] fluoro - 3-[hydroxymethyl] butyl) guanine ([18F] FHBG) og godkjent den for klinisk bruk. Bruker etablerte protokoller kan lastes opp til og lastet ned fra SOFIE undersøke nettverket, en web-portal for deling talesyntese programmer og tilknyttet dokumentasjon blant ulike radiopharmacy nettsteder27. Unngå en duplisering av innsats i samfunnet kan og lette multi-senter kliniske studier som involverer PET bildebehandling.

Disclosures

Regents av University of California har lisensiert teknologi til SOFIE som ble oppfunnet av Jeffrey Collins og R. Michael van Dam og har tatt egenkapital i SOFIE som en del av lisensiering transaksjonen. Videre er R. Michael van Dam en grunnlegger og konsulent for SOFIE. Vilkårene i denne ordningen har blitt vurdert og godkjent av University of California, Los Angeles i samsvar med sin interessekonflikt politikk. Eric Schopf og Christopher Drake er ansatte og aksjonærer av SOFIE.

Acknowledgments

Dette arbeidet har vært delvis støttet av National Cancer Institute (R44 CA216539) og UCLA Foundation fra en donasjon laget av Ralph og Marjorie Crump for UCLA tørkes instituttet for molekylær Imaging.

Materials

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics