כאן, אנו מתארים את radiosynthesis של 1-(2-[18F]Fluoroethyl)-L-טריפטופן, סוכן הדמיה טומוגרפיה פליטת פוזיטרונים לחקר חילוף החומרים טריפטופן, באמצעות סיר אחד, אסטרטגיה דו-שלבית במערכת סינתזה רדיוכימיה עם תשואות רדיוכימיות טובות, עודף אננטיומרי גבוה, ואמינות גבוהה.
מסלול kynurenine (KP) הוא מסלול עיקרי לחילוף חומרים טריפטופן. הראיות מצביעות בחום על כך שמטבוליטים של KP ממלאים תפקיד חיוני בהתפשטות הגידול, אפילפסיה, מחלות ניווניות ומחלות פסיכיאטריות בשל ההשפעות החיסוניות-מווסתות, הנוירו-אפנון והנוירטוקסיות שלהם. טומוגרפיה פליטת פוזיטרונים בשימוש הנרחב ביותר (PET) סוכן למיפוי חילוף החומרים טריפטופן, α-[11C]מתיל-L-טריפטופן ([11C]AMT), יש מחצית חיים קצרה של 20 דקות עם הליכי רדיוסינתזה מייגעים. ציקלוטרון באתר נדרש כדי לסנתז רדיו [11C]AMT. רק מספר מצומצם של מרכזים מייצרים [11C]AMT למחקרים פרה-קליניים ולחקירות קליניות. לפיכך, פיתוח של סוכן הדמיה חלופי שיש לו מחצית חיים ארוכה יותר, חיובית בקינטיקה vivo , וקל להפוך לאוטומטי יש צורך דחוף. התועלת והערך של 1-(2-[18F]פלואורואתיל)-L-טריפטופן, אנלוגי טריפטופן פלואור-18 עם תווית טריפטופן, דווח ביישומים פרה-קליניים בקסנוגרפטים שמקורם בקו התא, קסנוגרפטים שמקורם במטופל, ומודלים של גידול מהונדס.
מאמר זה מציג פרוטוקול עבור רדיוסינתזה של 1-(2-[18F]פלואורואתיל)-L-טריפטופן באמצעות סיר אחד, אסטרטגיה דו-שלבית. באמצעות פרוטוקול זה, radiotracer ניתן לייצר 20 ± 5% (ריקבון מתוקן בסוף הסינתזה, n > 20) תשואה רדיוכימית, עם טוהר רדיוכימי ועודף אננטיומרי של מעל 95%. הפרוטוקול כולל כמות מבשרת קטנה עם לא יותר מ 0.5 מ”ל של ממס תגובה בכל שלב, טעינה נמוכה של רעיל פוטנציאלי 4,7,13,16,21,24-hexaoxa-1,10-diazabicyclo[8.8.8]hexacosane (K222), ושלב נייד שפיר להזרקה לסביבה לטיהור. הפרוטוקול יכול להיות מוגדר בקלות לייצר 1-(2-[18F]פלואורואתיל)-L-טריפטופן לחקירה קלינית במודול זמין מסחרית.
אצל בני אדם, טריפטופן הוא מרכיב חיוני של הדיאטה היומית. טריפטופן הוא בעיקר מטבוליזם באמצעות מסלול kynurenine (KP). ה- KP מזורז על ידי שני אנזימים מגבילי שיעור, אינדולאמין 2, 3-דיאוקסיגנאז (IDO) וטריפטופן 2, 3-דיאוקסיגנאז (TDO). יותר מ 95% של טריפטופן מומר קינורנין ואת המטבוליטים במורד הזרם שלה, בסופו של דבר יצירת ניקוטינאמיד אדנין dinucleotide, אשר חיוני טרנסדוקציה אנרגיה תאית. KP הוא רגולטור מרכזי של המערכת החיסונית ורגולטור חשוב של נוירופלסטיות ואפקטים neurotoxic1,2. חילוף חומרים טריפטופן חריג מעורב בהפרעות נוירולוגיות, אונקולוגיות, פסיכיאטריות ומטבוליות שונות; לכן, אנלוגים טריפטופן radiolabeled שימשו בהרחבה בחקירה קלינית. שני רדיוטריקטורים טריפטופן הנחקרים קלינית הנפוצים ביותר הם 11C-α-מתיל-L-טריפטופן ([11C]AMT) ו 11C-5-hydroxytryptophan (11C-5-HTP)3.
בשנות ה-90, 11C-5-HTP שימש לדמיין גידולים נוירואנדוקריניים הפרשת סרוטונין4 וכדי לאבחן ולנטר טיפול של אדנוקרצינומה הורמון עקשן גרורתי5. מאוחר יותר, הוא שימש ככלי הדמיה לכימות של מערכת תכולה בלבלב האנדוקריני6. 11 C-5-HTP היה גם מעקב מבטיח לגילוי לא פולשני של איים קיימא בהשתלת איים תוך-פורטיים וסוג 2 סוכרת7,8. במהלך שני העשורים האחרונים, חומצות אמינו רבות עם תווית רדיו-בתים התקדמו לחקירה קלינית9,10. בפרט, אנלוגי טריפטופן פחמן-11 שכותרתו [11C]AMT קיבל תשומת לב נרחבת למיפוי סינתזת סרוטונין המוח11,12,13,14 ולוקליזציה של מוקדים אפילפטיים, גידולים אפילפטוגניים, קומפלקס טרשת טרשת פקעתית, גליומות וסרטן השד15,16,17,18,19,20 21,22,23,24,25,26. [11C] AMT יש גם ספיגה גבוהה בגידולים שונים ברמה נמוכה וגבוהה אצל ילדים27. יתר על כן, ניתוח מעקב קינטי של [11C]AMT בנבדקים אנושיים שימש כדי להבדיל ולדרג גידולים שונים ולהבדיל glioma מפגיעה ברקמה הנגרמת על ידי קרינה15. [11C] הדמיה מונחית AMT מראה יתרונות קליניים משמעותיים בהפרעות מוחיות3,25. עם זאת, בשל זמן מחצית החיים הקצר של פחמן-11 (20 דקות) והליכי הרדיוסינתזה המייגעת, [11C]AMT השימוש מוגבל למרכזי PET המעטים עם ציקלוטרון באתר ומתקן רדיוכימיה.
פלואור-18 יש מחצית חיים חיובית של 109.8 דקות, לעומת 20 דקות מחצית החיים של פחמן-11. יותר ויותר, המאמצים התמקדו בפיתוח של רדיוטריינרים פלואור-18 תווית עבור חילוף החומרים טריפטופן3,28. בסך הכל דווח על 15 רדיוטריקני טריפטופן ייחודיים פלואור-18 רדיוליטיים במונחים של רדיובלינג, מנגנוני תחבורה, אין ויטרו ויציבות ויוו, ייחוס ביולוגי וספיגת גידולים בקסנוגרפטים. עם זאת, מהיר ב vivo defluorination נצפתה עבור מספר עוקבים, כולל 4-, 5-, ו 6-[18F]פלואורוטריפופטופן, מניעת תרגום קליני נוסף29. 5-[18F]פלואורו-α-מתילטריפטופן (5-[18F]FAMT) ו-1-(2-[18F]פלואורואתיל)-L-טריפטופן (L-[18F]FETrp, הידוע גם בשם (S)-2-2-אמינו-3-(1-(2-[18F]פלואורואתיל)-1H-indol-3-yl)חומצה פרופנואית, משקל מולקולרי 249.28 גרם/שומה), הם שני הרדיוטרקטורים המבטיחים ביותר עם חיוביות בקינטיקה של ויוו במודלים של בעלי חיים ופוטנציאל גדול להתעלות על [111 C]AMT להערכת מצבים קליניים עם חילוף החומרים טריפטופן deregulated28. 5-[18F]FAMT הראה ספיגה גבוהה של קסנוגרפטים של גידול חיובי IDO1 של עכברים immunocompromised והוא ספציפי יותר להדמיית KP מאשר [11C]AMT28,30. עם זאת, יציבות in vivo של 5-[18F]FAMT נשאר דאגה פוטנציאלית כמו אין נתוני defluorination vivo דווחו מעבר 30 דקות לאחר הזרקה של tracer30.
מחקר פרה-קליני במודל עכבר medulloblastoma מהונדס גנטית הראה כי בהשוואה 18F-fluorodeoxyglucose (18F-FDG), L-[18F]FETrp היה הצטברות גבוהה בגידולים במוח, זניח ב vivo defluorination, וספיגת רקע נמוכה, מדגים יחס יעד-non-target מעולה31,32. מחקרים דו-מימיים של קרינה בעכברים הצביעו על כך של-L-[18F]FETrp הייתה חשיפה לדומימטריה חיובית נמוכה בכ-20% מזו של ה-18F-FDG PET( Tracer) הקלינית 18F-FDG PET33. בהסכמה עם ממצאים של חוקרים אחרים, נתוני מחקר פרה-קליניים מספקים ראיות משמעותיות התומכות בתרגום הקליני של L-[18F]FETrp לחקר חילוף חומרים טריפטופן חריג בבני אדם עם הפרעות מוחיות כגון אפילפסיה, נוירו-אונקולוגיה, אוטיזם וטרשת פקעתית28,31,32,33,34,35,36 . השוואה כוללת בין שלושת העוקבים הנחקרים ביותר עבור חילוף החומרים טריפטופן, 11C-5-HTP, [11C]AMT, ו L-[18F]FETrp, מוצג בטבלה 1. הן 11C-5-HTP ו [11C]AMT יש קצר מחצית חיים, הליכי radiolabeling מייגע. פרוטוקול עבור radiosynthesis של L-[18F]FETrp באמצעות סיר אחד, גישה דו-שלבית מתואר כאן. הפרוטוקול כולל את השימוש בכמות קטנה של מבשר radiolabeling, נפח קטן של ממסים תגובה, טעינה נמוכה של K222 רעיל, ושלב נייד שפיר להזרקה לסביבה לטיהור וניסוח קל.
טריפטופן היא חומצת אמינו חיונית לבני אדם. הוא ממלא תפקיד חשוב בוויסות מצב הרוח, התפקוד הקוגניטיבי וההתנהגות. נגזרות טריפטופן Radiolabeled, במיוחד פחמן-11-שכותרתו [11C]AMT, נחקרו בהרחבה בשל תפקידם הייחודי במיפוי סינתזת סרוטונין38,39, גילוי ודירוג גידולים…
The authors have nothing to disclose.
עבודה זו נתמכה על ידי מרכז האבחון והמחקר PET /MRI, ועל ידי המחלקות למחקר ורדיולוגיה ביו-רפואיים בבית החולים נמורס/אלפרד דופונט לילדים.
[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 |