18 mi lato Etichettatura F dei radiotracciati funzionalizzata con un accettatore di fluoruro di silicio (SiFA) per la tomografia a emissione di positroni
Summary
La sintesi di fluoro-18 (18F) etichettato radiofarmaceutico per la tomografia a emissione di positroni richiede in genere mesi di esperienza. Quando incorporato in un radiotracciatore, il motivo SiFA (Silicon-fluorride acceptor) consente un semplice protocollo di etichettatura Fdi 18 che è indipendente da attrezzature costose e formazione preparatoria, riducendo la quantità precursore necessaria e utilizzando condizioni di reazione più lievi.
Abstract
Il motivo strutturale para-sostituito di-tert-butylfluorolbenzene noto come l’accettatore di silicio-fluoruro (SiFA) è un tag utile nel toolkit del radiochimico per incorporare il fluoruro radioattivo [18F]fluoruro nei traccianti per l’uso nella tomografia a emissione di positroni. Rispetto alle tradizionali strategie di radioetichettatura, lo scambio isotopico di fluoro-19 da SiFA con [18F]fluoruro viene effettuato a temperatura ambiente e richiede partecipanti alla reazione minima. La formazione di sottoprodotti è quindi trascurabile e la purificazione è notevolmente semplificata. Tuttavia, mentre la molecola precursore utilizzata per l’etichettatura e il prodotto radioetichettato finale sono isotopicamente discreti, sono chimicamente identici e sono quindi inseparabili durante le procedure di purificazione. Il tag SiFA è anche suscettibile alla degradazione nelle condizioni di base derivanti dalla lavorazione e dall’essiccazione di [18F]fluoruro. Il “metodo a 4 gocce”, in cui solo le prime 4 gocce di eluito [18F]fluoruro vengono utilizzate dall’estrazione in fase solida, riduce la quantità di base nella reazione, facilita una minore quantità molare di precursore e riduce le degradazioni.
Introduction
Fluoro-18 (109 minuti di emivita, 97% di emissione di positroni) è tra i più importanti radionuclidi per la tomografia a emissione di positroni (PET), un metodo di imaging non invasivo che visualizza e quantifica la bio-distribuzione dei traccianti radioetichettati per varie malattie1. Peptidi e proteine sono particolarmente difficili da etichettare con [18F]fluoruro perché richiedono blocchi costitutivi formati da sintesi a più fasi2. Per ridurre la complessità di 18F-radiolabeling, l’accettatore di fluoruro di silicio (SiFA) è stato recentemente introdotto come strumenti affidabili3. Il gruppo SiFA è costituito da un atomo di silicio centrale collegato a due gruppi di butile terziari, una moiety fenili derivata e un atomo fluoro non radioattivo. I gruppi terziari di butile conferiscono stabilità idrolitica al legame siliconico-fluoruro, che è una caratteristica fondamentale per le applicazioni in vivo di SiFA coniugati come agenti di imaging.
Quando sono attaccati a una piccola molecola o biomolecola, i blocchi costitutivi SiFA legano gli anioni radioattivi [18F]fluoruro scambiando fluoro-19 per fluoro-18 a concentrazioni di nanomolare senza formare quantità significative di prodotti laterali radioattivi4. Inoltre, un’elevata resa radiochimica si ottiene rapidamente etichettando la moiety SiFA in solventi aprotici dividuci a basse temperature. Questo è in netto contrasto con le reazioni di scambio isotopico classiche, che producono radiotracciatori di bassa attività specifica5. In questi casi, grandi quantità di precursori (nella gamma di milligrammi) devono essere utilizzati per ottenere una ragionevole incorporazione di [18F]fluoruro. Le reazioni di scambio isotopico con SiFA sono molto più efficienti, come confermato da studi cinetici e calcoli della teoria funzionale della densità6,7. I SiFA etichettati sono facilmente purificati dall’estrazione in fase solida, poiché sia i composti SiFA etichettati che quelli non etichettati sono chimicamente identici. Questo differisce dai tradizionali traccianti radioetichettati, dove la molecola precursore e il prodotto etichettato sono due specie chimiche diverse e devono essere separati dopo la radioetichettatura da cromatografia liquida ad alte prestazioni (HPLC). Utilizzando blocchi costitutivi SiFA, piccole molecole, proteine e peptidi possono essere etichettati con successo con [18F]fluoruro da protocolli di etichettatura in una e due fasi privi di complicate procedure di purificazione (Figura 1),4,8,9. Inoltre, alcuni composti etichettati siFA sono affidabili agenti di imaging in vivo per il flusso sanguigno e tumori10. La semplicità della chimica SiFA consente anche ai ricercatori non addestrati di utilizzare [18F]fluoruro per la sintesi e lo sviluppo del radiotracciante.
Protocol
Representative Results
Discussion
La chimica dell’etichettatura SiFA rappresenta uno dei primi 18metodi di etichettatura F che impiegano una reazione di scambio isotopico straordinariamente efficiente che può essere eseguita a temperatura ambiente. Una tipica reazione radiochimica si basa sulla formazione di un legame carbonio-fluoro attraverso la reazione del[18F]fluoruro con una funzionalità fluoruro-reattiva attraverso un percorso di eliminazione o sostituzione. Queste condizioni di reazione sono spesso dure, eseguite a pH estr…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori non hanno riconoscimenti.
Materials
| [18F]F–/H2[18O]O | (Cyclotron produced) | – | – |
| [2.2.2]Cryptand | Aldrich | 291110 | Kryptofix 2.2.2 |
| Acetonitrile anhydrous | Aldrich | 271004 | – |
| Deionized water | Baxter | JF7623 | – |
| Ethanol, anhydrous | Commercial Alcohols | – | |
| Potassium carbonate | Aldrich | 209619 | – |
| QMA cartridge | Waters | 186004540 | QMA SepPak Light (46 mg) cartridge |
| Equipment | |||
| C-18 cartridge | Waters | WAT023501 | C-18 SepPak Light cartridge |
| C18 column | Phenomenex | 00G-4041-N0 | HPLC Luna C18 250 x 10 mm, 5 µm |
| HPLC | Agilent Technologies | – | HPLC 1200 series |
| micro-PET Scanner | Siemens | – | micro-PET R4 Scanner |
| Radio-TLC plate reader | Raytest | – | Radio-TLC Mini Gita |
| Sterile filter 0.22µm | Millipore | SLGP033RS | – |
References
- Wahl, R. L., Buchanan, J. W. . Principles and practice of positron emission tomography. , (2002).
- Wängler, C., Schirrmacher, R., Bartenstein, P., Wängler, C. Click-chemistry reactions in radiopharmaceutical chemistry: Fast & easy introduction of radiolabels into biomolecules for in vivo imaging. Current Medical Chemistry. 17, 1092-1116 (2010).
- Schirrmacher, R., et al. 18F-labeling of peptides by means of an organosilicon-based fluoride acceptor. Angewandte Chemie International Edition. 45, 6047-6050 (2006).
- Kostikov, A. P., et al. Oxalic acid supported Si-18F-radiofluorination: One-step radiosynthesis of N-succinimidyl 3-(di-tert-butyl[18F]fluorosilyl)benzoate ([18F]SiFB) for protein labeling. Bioconjugate Chemistry. 23 (1), 106-114 (2012).
- Cacace, F., Speranza, M., Wolf, A. P., Macgregor, R. R. Nucleophilic aromatic substitution; kinetics of fluorine-18 substitution reactions in polyfluorobenzenes. Isotopic exchange between 18F- and polyfluorobenzenes in dimethylsulfoxide. A kinetic study. Journal of Fluorine Chemistry. 21, 145-158 (1982).
- Schirrmacher, E., et al. Synthesis of p-(di-tert-butyl[18F]fluorosilyl)benzaldehyde ([18F]SiFA-A) with high specific activity by isotopic exchange: A convenient labeling synthon for the 18F-labeling of N-amino-oxy derivatized peptides. Bioconjugate Chemistry. 18, 2085-2089 (2007).
- Kostikov, A., et al. N-(4-(di-tert-butyl[18F]fluorosilyl)benzyl)-2-hydroxy-N,N-dimethylethylammonium bromide ([18F]SiFAN+Br-): A novel lead compound for the development of hydrophilic SiFA-based prosthetic groups for 18F-labeling. Journal of Fluorine Chemistry. 132, 27-34 (2011).
- Wängler, B., et al. Kit-like 18F-labeling of proteins: Synthesis of 4-(di-tert-butyl[18F]fluorosilyl)benzenethiol (Si[18F]FA-SH) labeled rat serum albumin for blood pool imaging with PET. Bioconjugate Chemistry. 20, 317-321 (2009).
- Iovkova, L., et al. para-Functionalized aryl-di-tert-butylfluorosilanes as potential labeling synthons for 18F radiopharmaceuticals. Chimie. 15, 2140-2147 (2009).
- Wängler, C., et al. One-step 18F-labeling of carbohydrate-conjugated octreotate-derivatives containing a silicon-fluoride-acceptor (SiFA): In vitro and in vivo evaluation as tumor imaging agents for positron emission tomography (PET). Bioconjugate Chemistry. 21, 2289-2296 (2010).
- Ilhan, H., et al. First-in-human 18F-SiFAlin-TATE PET/CT for NET imaging and theranostics. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 46, 2400-2401 (2019).
