Burada, triptofan metabolizmasını incelemek için bir pozitron emisyon tomografisi görüntüleme ajanı olan 1-(2-[18F]Floroetil)-L-triptofanın radyosentezini, iyi radyokimyasal verimlere, yüksek enantiyomerik fazlalığa ve yüksek güvenilirliğe sahip bir radyokimya sentez sisteminde tek kaplı, iki aşamalı bir strateji kullanarak açıklıyoruz.
Kinürenin yolu (KP), triptofan metabolizması için birincil yoldur. Kanıtlar, KP’nin metabolitlerinin, immün modülatör, nöro-modülatör ve nörotoksik etkileri nedeniyle tümör proliferasyonu, epilepsi, nörodejeneratif hastalıklar ve psikiyatrik hastalıklarda hayati bir rol oynadığını güçlü bir şekilde göstermektedir. Triptofan metabolizmasını haritalamak için en yaygın kullanılan pozitron emisyon tomografisi (PET) ajanı olan α-[11C]metil-L-triptofan ([11C]AMT), zahmetli radyosentez prosedürleri ile 20 dakikalık kısa bir yarı ömre sahiptir. [11C]AMT’yi radyosentezlemek için yerinde bir siklotron gereklidir. Sadece sınırlı sayıda merkez, klinik öncesi çalışmalar ve klinik araştırmalar için [11C] AMT üretmektedir. Bu nedenle, daha uzun bir yarı ömre sahip, in vivo kinetik açıdan elverişli ve otomatikleştirilmesi kolay alternatif bir görüntüleme ajanının geliştirilmesine acilen ihtiyaç vardır. Flor-18 etiketli triptofan analoğu olan 1-(2-[18F]floroetil)-L-triptofanın yararlılığı ve değeri, hücre hattı kaynaklı ksenogreftlerde, hasta kaynaklı ksenogreftlerde ve transgenik tümör modellerinde klinik öncesi uygulamalarda bildirilmiştir.
Bu yazıda 1-(2-[18F]floroetil)-L-triptofanın radyosentezi için tek kaplı, iki aşamalı bir strateji kullanılarak bir protokol sunulmaktadır. Bu protokolü kullanarak, radyotracer% 20 ± 5 (sentez sonunda düzeltilen bozunma, n > 20) radyokimyasal verimde, hem radyokimyasal saflık hem de% 95’in üzerinde enantiyomerik fazlalık ile üretilebilir. Protokol, her adımda 0,5 mL’den fazla olmayan reaksiyon çözücüsü içeren küçük bir öncü miktara, potansiyel olarak toksik 4,7,13,16,21,24-hekzaoksa-1,10-diazabiklo [8.8.8] hekzakozan (K222) düşük yüklemesine ve saflaştırma için çevresel olarak iyi huylu ve enjekte edilebilir bir mobil faza sahiptir. Protokol, ticari olarak temin edilebilen bir modülde klinik araştırma için 1-(2-[18F] floroetil)-L-triptofan üretmek üzere kolayca yapılandırılabilir.
İnsanlarda, triptofan günlük diyetin önemli bir bileşenidir. Triptofan öncelikle kinürenin yolu (KP) yoluyla metabolize edilir. KP, iki hız sınırlayıcı enzim, indoleamin 2, 3-dioksijenaz (IDO) ve triptofan 2, 3-dioksijenaz (TDO) tarafından katalize edilir. Triptofanın% 95’inden fazlası kinürenine ve aşağı akış metabolitlerine dönüştürülür ve sonuçta hücresel enerji iletimi için gerekli olan nikotinamid adenin dinükleotid üretir. KP, bağışıklık sisteminin önemli bir düzenleyicisi ve nöroplastisite ve nörotoksik etkilerin önemli bir düzenleyicisidir1,2. Anormal triptofan metabolizması çeşitli nörolojik, onkolojik, psikiyatrik ve metabolik bozukluklarda rol oynar; Bu nedenle, radyoaktif işaretli triptofan analogları klinik araştırmalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Klinik olarak en sık araştırılan iki triptofan radyotraceri 11C-α-metil-L-triptofan ([11C]AMT) ve 11C-5-hidroksitriptofan (11C-5-HTP)3’tür.
1990’lı yıllarda, serotonin salgılayan nöroendokrin tümörleri4 görselleştirmek ve metastatik hormona dirençli prostat adenokarsinomunun tedavisini teşhis etmek ve izlemek için 11C-5-HTP kullanılmıştır5. Daha sonra endokrin pankreastaki serotonerjik sistemin nicelleştirilmesinde görüntüleme aracı olarak kullanılmıştır6. 11 adet C-5-HTP ayrıca intraportal adacık transplantasyonunda ve tip 2 diyabette canlı adacıkların noninvaziv tespiti için umut verici bir izleyici olmuştur7,8. Son yirmi yılda, birçok radyoaktif etiketli amino asit klinik araştırmalara ilerlemiştir9,10. Özellikle, karbon-11 etiketli triptofan analoğu [11C]AMT, beyin serotonin sentezini11,12,13,14 haritalamak ve epileptik odakları, epileptojenik tümörleri, yumrulu skleroz kompleksini, gliomları ve meme kanserlerini lokalize etmek için büyük ilgi görmüştür15,16,17,18,19,20 ,21,22,23,24,25,26. [11C] AMT ayrıca çocuklarda çeşitli düşük ve yüksek dereceli tümörlerde yüksek alıma sahiptir27. Ayrıca, insan deneklerde [11C] AMT’nin kinetik izleyici analizi, çeşitli tümörleri ayırt etmek ve derecelendirmek ve gliomu radyasyona bağlı doku hasarından ayırt etmek için kullanılmıştır15. [11C] AMT eşliğinde görüntüleme, beyin hastalıklarında önemli klinik faydalar göstermektedir3,25. Bununla birlikte, karbon-11’in (20 dakika) kısa yarı ömrü ve zahmetli radyosentez prosedürleri nedeniyle, [11C] AMT kullanımı, yerinde bir siklotron ve bir radyokimya tesisi olan birkaç PET merkezi ile sınırlıdır.
Flor-18, karbon-11’in 20 dakikalık yarı ömrüne kıyasla, 109.8 dakikalık uygun bir yarı ömre sahiptir. Çabalar giderek artan bir şekilde, triptofan metabolizması için flor-18 etiketli radyotracerlerin geliştirilmesine odaklanmıştır3,28. Ksenogreftlerde radyoetiketleme, taşıma mekanizmaları, in vitro ve in vivo stabilite, biyodağılım ve tümör alımı açısından toplam 15 benzersiz flor-18 radyoişaretli triptofan radyotracer bildirilmiştir. Bununla birlikte, 4-, 5- ve 6-[18F] florotriptofan dahil olmak üzere çeşitli izleyiciler için hızlı in vivo deflorinasyon gözlendi ve bu da daha fazla klinik translasyonu engelledi29. 5-[18F]Floro-α-metiltriptofan (5-[18F]FAMT) ve 1-(2-[18F]floroetil)-L-triptofan (L-[18F]FETrp, (S)-2-amino-3-(1-(2-[18F]floroetil)-1H-indol-3-yl)propanoik asit, moleküler ağırlık 249.28 g / mol), hayvan modellerinde in vivo kinetiği uygun ve aşmak için büyük potansiyele sahip en umut verici iki radyotracerdir [11] C]Düzensiz triptofan metabolizması olan klinik durumların değerlendirilmesi için AMT28. 5-[18F]FAMT, bağışıklık sistemi baskılanmış farelerin IDO1-pozitif tümör ksenogreftlerinde yüksek alım gösterdi ve KP’yi görüntülemede [11C] AMT28,30’dan daha spesifiktir. Bununla birlikte, 5-[18F] FAMT’nin in vivo stabilitesi, tracer30’un enjeksiyonundan sonraki 30 dakikadan sonra in vivo deflorinasyon verisi bildirilmediği için potansiyel bir endişe kaynağı olmaya devam etmektedir.
Genetiği değiştirilmiş bir medulloblastom fare modelinde yapılan klinik öncesi bir çalışma, 18F-florodeoksiglukoz (18F-FDG) ILE KARŞıLAŞTıRıLDıĞıNDA, L-[18F]FETrp’nin beyin tümörlerinde yüksek birikime sahip olduğunu, ihmal edilebilir in vivo deflorinasyona ve düşük arka plan alımına sahip olduğunu ve üstün bir hedef-hedef dışı oran gösterdiğini göstermiştir31,32. Farelerde yapılan radyasyon dozimetrisi çalışmaları, L-[18F]FETrp’nin klinik 18F-FDG PET tracer33’ten yaklaşık% 20 daha düşük bir olumlu dozimetri maruziyetine sahip olduğunu göstermiştir. Diğer araştırmacıların bulgularıyla uyumlu olarak, klinik öncesi çalışma verileri, epilepsi, nöro-onkoloji, otizm ve yumrulu skleroz gibi beyin bozuklukları olan insanlarda anormal triptofan metabolizmasının araştırılması için L-[18F]FETrp’nin klinik çevirisini desteklemek için önemli kanıtlar sunmaktadır28,31,32,33,34,35,36 . Triptofan metabolizması için en çok araştırılan üç izleyici, 11C-5-HTP, [11C] AMT ve L-[18F] FETrp arasındaki genel bir karşılaştırma Tablo 1’de gösterilmiştir. Hem 11C-5-HTP hem de [11C] AMT’nin kısa bir yarı ömrü ve zahmetli radyoetiketleme prosedürleri vardır. L-[18F]FETrp’nin radyosentezi için tek kaplı, iki adımlı bir yaklaşım kullanarak bir protokol burada açıklanmaktadır. Protokol, az miktarda radyoetiketleme öncüsü, az miktarda reaksiyon çözücüsü, düşük miktarda toksik K222 yüklenmesi ve saflaştırma ve kolay formülasyon için çevresel açıdan iyi huylu ve enjekte edilebilir bir mobil fazın kullanılmasını içerir.
Triptofan, insanlar için gerekli bir amino asittir. Ruh halinin, bilişsel işlevin ve davranışın düzenlenmesinde önemli bir rol oynar. Radyoaktif etiketli triptofan türevleri, özellikle karbon-11 etiketli [11C] AMT, serotonin sentezinin haritalandırılmasında38,39, tümörlerin saptanmasında ve derecelendirilmesinde40, epilepsi cerrahisine rehberlik etmede41,42 ve diyabette tedavi yanıtının değerlendirilmesinde b…
The authors have nothing to disclose.
Bu çalışma Tanı ve Araştırma PET/MRI Merkezi ve Nemours/Alfred I. duPont Çocuk Hastanesi Biyomedikal Araştırma ve Radyoloji Bölümleri tarafından desteklenmiştir.
[18F]Fluoride in [18O]H2O | PETNET Solutions Inc. | N/A | |
4,7,13,16,21,24-hexaoxa-1,10-diazabicyclo[8.8.8]hexacosane | ACROS | 291950010 | Kryptofix 222 or K222, 98% |
Acetic acid | ACROS | 222142500 | 99.8% |
Acetonitrile | Sigma-Aldrich | 271004 | anhydrous, 99.8% |
Agilent 1260 HPLC system | Agilent Technologies | Agilent 1260 | Agilent 1260 series |
Analytcial chiral HPLC column | Sigma-Aldrich | 12024AST | Astec CHIROBIOTIC T, 25 cm × 4.6 mm |
Carbon dioxide, 60 LBS | Airgas | REFR744R200S | 99.99% |
D-FETrp standard reference | Affinity Research Chemicals Inc | N/A | Custom synthesis |
Empty sterile vial | Jubilant HollisterStier | 7515 | 20 mm closure, 10 mL |
Ethanol | Decon Labs | 2716 | 200 proof, USP grade. ≥99.9% |
Fisherbrand 13 mm Syringe Filter, 0.22 µm, PVDF, sterile | Fisher Scientific | 09-720-3 | |
Hydrochloric acid | Sigma-Aldrich | 30721 | ≥37% |
Isopropanol | Decon Labs | 8316 | 70%, sterile |
L-[18F]FETrp radiolabeling precursor | Affinity Research Chemicals Inc | N/A | Custom synthesis |
L-FETrp standard reference | Affinity Research Chemicals Inc | N/A | Custom synthesis |
Light C8 cartridge | Waters | WAT036770 | Sep-Pak C8 plus light cartridge |
Needle, 20 G x 1 | Becton-Dickinson & Co. | 305175 | |
Needle, 20 G x 1 ½ | Becton-Dickinson & Co. | 305176 | |
Needle, 21 G x 2 | Becton-Dickinson & Co. | 305129 | |
Neutral aluminum oxide | Waters | WAT023561 | Sep-Pak alumina N plus light |
Nylon membrane (0.20 µm ) | MilliPore | GNWP04700 | 47 mm |
Pall Acrodisc 25 mm syringe sterile filter | Pall Corporation | 4907 | |
PETCHEM radiochemistry synthesis system | PETCHEM Solutions Inc. Pinckney, MI | N/A | Radiosynthesizer |
pH strips 2.0 – 9.0 | EMD Millipore | 1.09584.0001 | |
Potassium carbonate | Sigma-Aldrich | 367877 | 99.995% |
Quaternary methylammonium light cartridge | Waters | 186004051 | Sep-Pak QMA light |
Semi-preparative C18 HPLC column | Phenomenex | 00D-4253-N0 | 100 × 10 mm |
Semi-preparative chiral HPLC column | Sigma-Aldrich | 12034AST | Astec CHIROBIOTIC T, 25 cm × 10 mm |
Sodium chloride injection 23.4% | APP Pharmaceutical, LLC | 18730 | USP grade |
Sodium chloridei injection 0.9% | Hospira | NDC 0409-4888-10 | USP grade |
Sodium hydroxide | Honeywell | 306576 | 99.99% |
Spinal needle, 20 G x 3 ½ | Becton-Dickinson & Co. | 405182 | |
Sterile alcohol prep pads | BioMed Resource Inc. | PC661 | |
Sterile empty vials, 2 mL | Hollister Stier | 7505ZA | 13 mm closure |
Sterile empty vials, 30 mL | Jubilant HollisterStier | 7520ZA | 20 mm closure |
Syringe PP/PE, 3 mL, Luer Lock | Air-Tite | 4020-X00V0 | |
Syringe PP/PE, 5 mL, Luer Lock | Becton-Dickinson & Co. | 309646 | |
Syringe, PP/PE, 10 mL, NORM-JECT | Air-Tite | 4100-000V0 | |
Syringe, 1 mL, Luer Slip | Becton-Dickinson & Co. | 309659 | |
Syringe, 3 mL, Luer-Lock | Becton-Dickinson & Co. | 309657 | |
Ultra high purity argon | Airgas | AR UHP300 | 99.999% |
Ultrapure water | MilliporeSigma | ZRQSVP300 | Direct-Q 3 tap to pure and ultrapure water purification system |