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Medicine

Synthèse radiochimique automatisée de [<sup> 18</sup> F] 3F4AP: Un nouveau traceur PET pour les maladies démyélinisantes

Published: May 29, 2017
doi:
10.3791/55537
, , ,
1Department of Neurology,The University of Chicago, 2Department of Radiology,The University of Chicago

Summary

Nous démontrons la synthèse radiochimique semi automatisée de [ 18 F] 3F4AP et des procédures de contrôle de qualité.

Abstract

La 3- [ 18 F] fluoro-4-aminopyridine, [ 18 F] 3F4AP, est un analogue radio-fluoré du médicament approuvé par la FDA pour la sclérose en plaques 4-aminopyridine (4AP). Ce composé est actuellement sous enquête en tant que traceur PET pour la démyélinisation. Nous avons récemment décrit une nouvelle réaction chimique pour produire des pyridines métafluorées consistant en la fluoration directe d'un N-oxyde de pyridine et l'utilisation de cette réaction pour la synthèse radiochimique de [ 18 F] 3F4AP. Dans cet article, nous démontrons comment produire ce traceur à l'aide d'un synthétiseur automatisé et d'un réacteur d'hydrogénation à flux intégré. Nous montrons également les procédures de contrôle de la qualité standard effectuées avant de libérer le radiotraceur pour les études précliniques d'imagerie animale. Cette procédure semi automatisée peut servir de base à la production future de [ 18 F] 3F4AP pour les études cliniques.

Introduction

La capacité de tracer un médicament à petite molécule non invasive au sein du corps humain a un grand potentiel vers une médecine de précision. Parmi les techniques d'imagerie moléculaire, la tomographie par émission de positons (PET) présente de nombreuses caractéristiques favorables: la haute sensibilité des détecteurs de PET permet la détection et la quantification de très petites quantités de matières radioactives et les caractéristiques des scanners permettent une cartographie spatiale précise de la localisation du médicament 1 , 2 , 3 . Par exemple, le PET permet la détection et la localisation des tumeurs et des métastases en fonction du niveau d'absorption d'un analogue de la glucose radioactive, [ 18 F] FDG 4 . Le PET peut également fournir une localisation et une quantification de récepteurs cérébrales spécifiques et leur occupation qui peuvent être utiles pour diagnostiquer et comprendre les troubles neurologiques et psychiatriques 5 . Afin de développerUn traceur de PET de petite molécule, le composé d'intérêt doit être marqué avec un isotope émettant du positron, typiquement 11 C ou 18 F. Parmi ces deux radio-isotopes, 18 F ont une demi-vie plus longue (109 min contre 20,3 pour 11 C) , Ce qui permet une production multi-doses et hors site. Néanmoins, ajouter 18 F à une molécule peut être difficile. L' étiquetage 18F nécessite des réactions rapides compatibles avec l'automatisation permettant au chimiste de manipuler directement l'activité et de recevoir des doses de rayonnement élevées.

Nous avons récemment décrit l'utilisation de N-oxydes de pyridine comme précurseurs pour la fluoration des pyridines et l'utilisation de cette chimie dans la synthèse radiochimique de [ 18 F] 3F4AP 6 , un analogue radio-fluoré du médicament approuvé par la FDA pour la sclérose en plaques, 4- Aminopyridine (4AP) 7 , 8 , 9 . ThUn nouveau radiotraceur est actuellement en cours de recherche en tant que traceur de PET pour la démyélination 10 , 11 , 12 . Dans cet article vidéo, nous démontrons la synthèse semi-automatisée de ce composé en utilisant une unité de synthèse IBA Synthera (désormais appelée «le synthétiseur») et un dispositif d'hydrogénation à flux interne fabriqué à l'interne. La synthèse est basée sur la réaction montrée à la figure 1 . La préparation de la procédure dure environ 1 h, le radiomarquage et la purification 1,5 h et les procédures de contrôle de la qualité 0,5 h.

Protocol

ATTENTION: Toutes les procédures impliquant l'utilisation de matières radioactives doivent être approuvées par le Bureau local de la sécurité radiologique. Lorsque vous travaillez avec des matières radioactives, porter un blason et des badges de rayonnement personnels. Utilisez deux couches de gants en tout temps et vérifiez les mains avec un compteur Geiger après chaque étape impliquant la manipulation de la radioactivité. Si les gants sont contaminés par la radioactivité, jeter et remplacer les gants extérieurs. Utilisez un blindage approprié, réduisez le temps de contact avec la source de rayonnement et maximisez la distance. 1. Une semaine avant l'expérience: Préparation des matériaux Télécharger la séquence [ 18 F] 3F4AP: les utilisateurs de Synthera peuvent se connecter à la base de données des utilisateurs (http://www.iba-radiopharmasolutions.com/products/chemistry) et télécharger le fichier de séquence pour 3F4AP. Les utilisateurs d'autres synthétiseurs peuvent avoir besoin d'écrire leur propre script en fonction de la séquence d'étapes. Parcourez la séquence annotée pour vous familiariser avec la sTeps impliqués dans la synthèse. Assurez-vous qu'il y a suffisamment de gaz pour la synthèse. Le synthétiseur nécessite un gaz comprimé, soit de l'hélium, soit de l'azote. Cela nécessite également> 75 psi d'air comprimé. Assurez-vous que les pressions sont recommandées par le fabricant. Préparer une phase mobile HPLC: préparer 1 L de phosphate de sodium 50 mM et 10 mM de triéthylamine. En utilisant un pHmètre, ajuster le pH à 8,0 ± 0,1 en ajoutant goutte à goutte d'hydroxyde de sodium saturé tout en agitant. Filtrer la solution à travers un filtre de bouteille de 0,22 μm et ajouter 5% de volume d'éthanol. Verrerie sèche au four pendant la nuit. 2. Journée de l'expérience: avant l'arrivée du fluor-18 En utilisant des seringues de 1 mL, remplir les flacons de réactifs avec les réactifs appropriés. Pour les flacons 2 et 3, utiliser des flacons séchés au four et des solvants anhydres maintenus sous argon. Sceller les flacons avec des joints d'étanchéité à l'aide d'un grippeur. Flux de remplissage 1 (11 mm de diamètre / 2 mL de volume viAl) avec 400 μl de TBA-HCO 3 + 800 μl d'acétonitrile (MeCN). Remplir le flacon 2 (flacon de 13 mm / 4 mL) avec 50 μl de solution précurseur 1,0 mg / ml + 450 μL de MeCN. Remplir le flacon 3 (flacon de 11 mm / 2 mL) avec 500 μL de MeCN. Remplir le flacon 4 (flacon de 13 mm / 4 ml) avec 4 ml d'acide oxalique à 0,2% dans du methanol (MeOH). Conditionnez les cartouches d'extraction de phase solide QMA (échange fort d'anions) et Alumina-N. À l'aide d'une seringue de 10 ml, passer 5 ml de NaHC03 à 8,4% dans le QMA, puis 5 ml d'eau désionisée ultra pure de type I (18,2 ΜΩ • cm à 25 ºC). Passer 5 ml d'eau ultrapure dans la cartouche Alumina-N suivie de 5 ml de MeOH + 0,2% d'acide oxalique. Activez la CLHP et conditionnez la colonne C-18 avec 4 mL par minute de phase mobile pendant 30 minutes. Chargez une nouvelle cartouche de catalyseur sur le support de cartouche de l'hydrogénateur et commencez un débit de 0,5 ml / min de 100% de MeOH. SEt le régulateur d'hydrogène à 50 psi et conditionner la cartouche pendant 15 min ( Figure 2 ). Assembler le processeur de fluide intégré (IFP) en introduisant les flacons 1 à 4 dans leurs positions, en attachant les cartouches et le flacon de collecte comme indiqué sur la figure 3 . Fixez un flacon de collecte avec une aiguille de ventilation à la ligne de sortie de l'hydrogénateur. Démarrez le logiciel du synthétiseur. Entrez votre identifiant et votre mot de passe. Effectuer des vérifications pré-exécutées sur le synthétiseur selon les instructions du fabricant. Cliquez sur "Séquences", puis "Ouvrir" pour charger la séquence 3F4AP. Chargez l'IFP en cliquant sur le bouton "Charger" sur l'écran. Tapez un nom de fichier pour l'exécution et commencez la séquence en cliquant sur "Démarrer". (Le synthétiseur automatisé s'arrêtera automatiquement avant l'étape de chargement de 18 F.) Regardez que le synthétiseur passe les étapes de contrôle automatique de routine (la première partie de la séquence). Regardez le screeN pour s'assurer qu'il n'y a pas d'avertissement ou d'alarme. Faites attention aux sons lorsque le synthétiseur rince les lignes et préchauffe le récipient de réaction en prévision de la course. L'indicateur de température devrait augmenter et rester à 65 ºC. Attendez le signal (bip auditif) indiquant que le synthétiseur est prêt pour le transfert 18 F. 3. Jour de l'expérience: 18 F Étiquetage Transférer à distance la quantité désirée de 18 F produite par cyclotron de la cible cyclotron vers un flacon de 18 F. Vérifiez la quantité de radioactivité et enregistrez-la avec le moment de la livraison. REMARQUE: Si vous n'utilisez pas une ligne directe pour le transfert 18 F , utilisez une seringue préremplie avec une aiguille attachée pour transférer l'activité sur le flacon à travers le septum. La quantité de radioactivité de départ dépend des limites fixées par le Bureau de la sécurité radiologique et de la quantité désirée de traceur final. Le montant typique varie entre 50 et 500 mCi. <lI> Reprendre la séquence sur le synthétiseur en appuyant sur "Reprendre". Cela amorcera le transfert du 18 F dans la QMA. Surveillez la progression de la synthèse tout au long de la séquence automatisée sur l'écran de l'ordinateur. Regardez le transfert du 18 F du flacon sur la QMA pendant 90 s. Après avoir piégé 18 F – sur QMA, il élue avec la solution TBA-HCO 3 (flacon 1). (Deuxième partie de la séquence) Surveiller les traces de pression et de température sur le synthétiseur tandis que le TBA 18 F est séché sous pression réduite (5 kPa) et chauffage (100 ºC), suivi d'étapes supplémentaires de séchage et de refroidissement. (Partie 3 de la séquence) Regardez le transfert de MeCN anhydre (flacon 3) et de solution précurseur (flacon 2) dans le réacteur et comment il réagit pendant 1 min à température ambiante. La solution doit être incolore ou jaune très faible. (Partie 4 de la séquence) Surveillez le transfert d'acide oxaliqueSolution (flacon 4) au réacteur. Regardez comme la solution est transférée par pression du réacteur à travers la cartouche d'alumine-N dans le flacon de produit final. (Partie 5 de la séquence) À la fin de la séquence, imprimez le rapport, éjectez l'IFP, fermez les réservoirs de gaz et fermez le logiciel. Tout en établissant d'abord la procédure, mesurer la radioactivité dans la cartouche d'alumine-N et le flacon de collecte en introduisant séparément la cartouche et le flacon dans le calibreur de dose. Enregistrez l'activité et l'heure de la mesure. Placez la cartouche usée dans un récipient à déchets au plomb. Placez le flacon de collecte dans un récipient blindé pour le transporter à l'étape suivante. En utilisant une seringue de 1 mL avec une attache à l'aiguille de 2 ", transférez manuellement environ 100 μl d'échantillon de la solution de produit intermédiaire dans un flacon HPLC standard pour le contrôle de qualité en cours d'exécution. Injectez 10 μL de cet échantillon dans la HPLC pour évaluer la pureté et Identité de l'intermeComposé de diaté. REMARQUE: conditions HPLC: colonne XDB 5 μm, 9,4 x 250 mm C18. Débit 4 mL / min. Phase mobile (50 mM Na 2 HPO 4 , 10 mM TEA, 5% EtOH). Isocratique 15 min. 4. Jour de l'expérience: Hydrogénation ATTENTION: L'injection du produit dans l'hydrogénat doit être effectuée en utilisant les précautions de protection appropriées. Les gaz d'hydrogène doivent être correctement manipulés et ventilés. REMARQUE: le réacteur d'hydrogénation peut être connecté à la place de la colonne HPLC sur le synthétiseur et contrôlé à l'aide du logiciel de synthèse. Mettre en place le flux d'hydrogénateur à 0,5 ml / min en démarrant la séquence HPLC du synthétiseur. Réglez manuellement la pression d'hydrogène à 50 psi. Après avoir terminé les étapes d'étiquetage et de trempe, le synthétiseur transférera la solution de produit intermédiaire dans une boucle d'hydrogénat / HPLC. Lorsque le pic radioactif apparaît sur le HPLLe logiciel C bascule la valve de collecte pour collecter le produit. Mesurer la radioactivité du produit brut à l'aide d'un calibreur de dose. REMARQUE: Le produit brut doit être injecté dans un système HPLC automatisé à l'intérieur d'une cellule chaude. Après la purification, le produit final est ensuite collecté et distribué dans une cellule hot-flow d'air laminaire classe ISO 5 classe aseptique conforme aux normes USP et FDA. 5. Jour de l'expérience: purification et préparation de la dose Injecter le produit brut dans la CLHP et utiliser le collecteur de fraction automatisé pour collecter les fractions correspondant au pic du produit final. Chaque tube contient 0,66 ml de solution. REMARQUE: conditions HPLC: colonne XDB 5 μm, 9,4 x 250 mm C18. Débit 4 mL / min. Phase mobile (50 mM Na 2 HPO 4 , 10 mM TEA, 5% EtOH). Isocratique 15 min. Recueillir 4-15 min. Mesurer la radioactivité de chaque fraction à l'aide d'un calibreur de dose et l'enregistrer. Combinez les fractions avec le montant le plus élevéS de la radioactivité (généralement les tubes 14-18). Dessinez la solution du produit avec une seringue de 10 mL et passez l'échantillon à travers un filtre de 0,22 μm dans un flacon stérile. Notez la quantité de radioactivité, le temps de fin de synthèse et le volume de la solution sur l'étiquette du flacon. C'est la dose finale pour l'injection. Mettre de côté ~ 0,8 ml de la solution pour des tests de contrôle de qualité. 6. Journée de l'expérience: tests de contrôle qualité (QC) Avant la libération de la dose: Inspecter la dose par un verre blindé au plomb. La solution doit être claire, incolore et exempte de particules. L'identité radiochimique: Pour RadioTLC: repérer une goutte de l'échantillon sur une plaque de CCM côte à côte avec la norme de référence. Exécuter la plaque de TLC sur une chambre à CCM en utilisant 95% de MeOH: 5% d'acide acétique. Visualisez la norme de référence sous l'éclairage UV et marquez sa position avec un crayon. Tapez la plaque TLC au stade de la scannographie radioTLCEt le temps record du pic. Les valeurs Rf de la norme de référence et du pic radioactif doivent correspondre à 5%. Pour RadioHPLC: exécuter 10 μL de la dose avec et sans la norme de référence sur la HPLC. Le temps de rétention de la norme de référence et le pic radioactif doivent correspondre. Un seul pic de coelution doit être vu sur l'échantillon pointu. Pour la pureté radiochimique: mesurez la zone sous courbe pour les pics de radioHPLC et radioTLC cible. La zone du pic cible doit être> 95% de la zone pour tous les pics radioactifs combinés. Pour la radioactivité spécifique: calculer la radioactivité spécifique en tant que quantité de radioactivité dans le pic (mesuré à l'étape 5.2) sur la quantité de masse déterminée à partir de la zone sous la courbe de la trace HPLC UV en utilisant une courbe d'étalonnage préétablie. La radioactivité spécifique doit être supérieure à 50 mCi / μmol. Pour l'analyse du solvant résiduel: mesure le montant du solde résiduelTs (MeCN, MeOH) dans la dose en utilisant une chromatographie en phase gazeuse. Les niveaux de solvants doivent être <0,04% pour l'acétonitrile et <3 000 ppm pour le méthanol. La quantité d'EtOH doit être inférieure à 10% p / v. Pour le test d'intégrité du filtre stérile (point de bulle): raccorder le filtre utilisé à l'étape 5.3 à un apport en azote équipé d'un régulateur de pression et immerger l'aiguille dans l'eau. Ouvrez progressivement la vanne de gaz tout en regardant le manomètre. Le filtre doit résister à des pressions jusqu'à 50 psi sans éclatement, comme en témoigne l'absence de flux de bulles de l'aiguille. Augmenter la pression au-delà de 50 psi jusqu'à ce qu'un flux de bulles sort de l'aiguille. Notez cette pression, c'est la pression d'éclatement et doit être> 50 psi. Pour la demi-vie des radionucléides: mesurez la radioactivité du produit à deux points de temps ≥ 10 min d'intervalle dans un calibreur de dose. Calculez la demi-vie en utilisant l'équation ci-dessous. La demi-vie doit correspondre à celle de 18 F à moins de 5 minutes (109 ± 5 min): T ½ calculé = 0,693 t ÷ ln (A 1 / A 2 ) Où t est l'intervalle entre les mesures et A 1 , A 2 l'activité mesurée à chaque point de temps. Pour l'identité et la pureté radionucléaires: obtenir le spectre de rayons γ d'un échantillon du produit en utilisant un compteur gamma. Le spectre devrait présenter un seul pic photo à une énergie de 511 keV. Il ne devrait pas y avoir d'autres pics de photo dans le spectre. Pour l'analyse de l'endotoxine: mesurer les niveaux d'endotoxine en utilisant un test de quantification chromosante de l'endotoxine LAL. Les niveaux d'endotoxine doivent être <1,75 EU / mL pour un produit dilué 1:10 avec un volume de produit final de 10 ml. Documentez les résultats de chaque test de QC. Relancez la dose pour les études sur les animaux uniquement si tous les tests sont passés. Post-dose release: Pour le test de stérilité: ajouter un échantillon de la dose à la fois au thioglycolate fluide et à la trypticaseBouillon de soja. Aucune croissance ne doit être observée sur les médias après 14 jours. 7. Jour de l'expérience: calculs (tableau 1) Pour le rendement radiochimique corrigé sans décroissance (ndc RCY): calculer la RCD ndc comme quantité de radioactivité dans le produit final sur la radioactivité de départ. Pour l'efficacité du radiomarquage: calculer le rendement d'étiquetage comme rapport de la radioactivité dans le flacon de collecte sur la radioactivité dans la cartouche d'alumine-N (non constituée en société [ 18 F] F – ) et le flacon de collecte. Pour le rendement d'hydrogénation: calculer le rendement d'hydrogénation en tant que quantité de radioactivité dans le pic désiré par rapport à la radioactivité injectée dans la HPLC. Pour les pertes de filtrage: calculer le filtrage perd comme la radioactivité restant dans le filtre et la seringue sur la radioactivité avant de filtrer.

Representative Results

La synthèse radiochimique de [ 18 F] 3F4AP comprend deux étapes ( Figure 1 ). La première étape s'effectue de manière entièrement automatisée à l'aide de l'unité de synthèse ( Figure 3 ). Ce système à base de cassettes utilise quatre flacons de réactifs et un flacon de réacteur et possède des vannes contrôlées par ordinateur qui permettent le transfert et le mélange de réactifs ainsi que le chauffage, la mise sous pression et l'évacuation du réacteur. De plus, il supporte les cartouches d'extraction standard en phase solide pour la séparation des réactifs. L'interface informatique permet aux utilisateurs d'écrire et de modifier des scripts afin d'exécuter leurs propres synthèses. Dans le cas de [ 18 F] 3F4AP, la procédure de synthèse comprend cinq parties de base. Dans la première partie, le synthétiseur effectue des étapes d'auto-vérification, préchauffe le réacteur et attend le signal de l'opérateur que le 18 F est prêt. Au cours de la deuxième partie, le fluorure [ 18 F] est transféréM du flacon 18 F dans la cartouche d'échange d'anions et élue de la cartouche dans le réacteur en utilisant une solution de bicarbonate de tétrabutylammonium. La troisième partie, le synthétiseur séche azéotropiquement le fluorure [ 18 F] sous vide pour le rendre réactif face au déplacement nucléophile. Dans la quatrième partie, le précurseur est automatiquement ajouté au réacteur où il réagit avec le 18 F – pour générer le composé marqué. Enfin, la réaction est désactivée par l'ajout d'acide oxalique à 0,2% dans le méthanol, ce qui empêche la décomposition à base de base du produit et la solution finale est transférée par pression dans le flacon de collecte après avoir traversé une cartouche d'alumine-N qui piège Fluorure n'ayant pas réagi. Une fois l'étape d'étiquetage terminée, un petit échantillon peut être utilisé pour le contrôle de la qualité. L'exécution d'un échantillon sur la HPLC confirme que l'étape d'étiquetage a fonctionné et une estimationSur la pureté radiochimique ( figure 4 ). En outre, à partir de la trace UV sur la HPLC, la quantité de masse du produit peut être calculée à l'aide d'une courbe d'étalonnage préétablie. Alors que la HPLC de contrôle de qualité en cours d'exécution fonctionne, on effectue la deuxième étape de réaction, la réduction des groupes N-oxyde et nitro. Pour ce faire, le produit marqué est injecté automatisé dans un dispositif d'hydrogénation interne sur la base du procédé publié par Yoswathananont et al. 13 ( figure 2 ). Cet appareil se compose d'une pompe HPLC et d'un réservoir d'hydrogène comprimé relié au dispositif d'hydrogénation par des conduites équipées de clapets anti-retour afin d'empêcher le retour de courant. Le produit est poussé par la pompe HPLC et mélangé avec de l'hydrogène dans un mélangeur en forme de T. Ce mélange est ensuite passé à travers une petite cartouche contenant 10% de catalyseur Pd / C sur un support solide. Après avoir traversé la cataLe produit réduit est ensuite collecté en petites fractions. Après l'hydrogénation, le produit brut est transporté et injecté manuellement dans la HPLC pour la purification du produit final ( figure 5 ). La phase mobile de la HPLC a été sélectionnée pour être compatible avec l'injection animale. Les pics correspondant au produit sont ensuite recueillis et stérilisés par filtration pour obtenir la dose finale. Avant de libérer la dose pour les études d'imagerie PET, des tests de contrôle de qualité sont effectués. Ces tests sont effectués pour s'assurer que le traceur est l'entité chimique qu'il est supposé être et qu'il est sans danger pour l'injection. Certains de ces tests peuvent ne pas être requis pour l'injection chez les animaux, mais il est généralement recommandé de respecter les consignes d'utilisation humaine. Cela garantit la qualité du produit, ce qui augmente la confiance dans les résultats et très facMet en évidence une transition future vers la fabrication du produit pour l'injection humaine. Le tableau 1 contient les paramètres de synthèse typiques, y compris la radioactivité de la quantité initiale, la quantité initiale de précurseur, le rendement pour chaque étape, l'activité spécifique, les pertes de filtrage, etc. Ces paramètres sont utiles pour résoudre les pannes occasionnelles et l'optimisation future de la procédure. Figure 1. Schéma de réaction. La synthèse radiochimique consiste en l'étiquetage par échange de 19 F / 18 F suivi d'une hydrogénation catalysée au palladium. Cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre. <img alt="Figure 2" Src = "/ files / ftp_upload / 55537 / 55537fig2.jpg" /> Figure 2. Système d'hydrogénation. Schéma du périphérique. Ce dispositif est basé sur la publication de Yoswathananont et al. (Réf. 13). Figure 3. Schéma du processeur fluidique intégré (IFP) et des réactifs. L'IFP contient quatre flacons de réactifs, une cartouche QMA et un flacon de réacteur. Cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre. Figure 4. Traceurs UV et radioHPLC pour produits intermédiaires. Le N-oxyde de 3-fluoro-4-nitropyridine a une absorption caractéristique à 313 nm.E.jove.com/files/ftp_upload/55537/55537fig4large.jpg "target =" _ blank "> Cliquez ici pour voir une version plus grande de cette figure. Figure 5. Traceurs UV et radioHPLC pour le produit final. La 3-fluoro-4-aminoopyridine absorbe à 254 nm. Cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre. Concept Moyenne (n = 4) Dakota du Sud commentaires Activité initiale 18 F (mCi) 148.0 44,9 Début de la synthèse Quantité de précurseur (μg) 50 </tD> Utiliser 50 μL de stock de 1,0 mg / mL Activité laissée dans QMA (mCi) 3.0 1,7 Mesuré à la fin de l'étape d'étiquetage Rendement radiomarquant 29,7% 6,3% Act_collection_vial ÷ (Act_collection_vial + Act_AluN) Pureté radiochimique (HPLC-1) > 98% De HPLC-1 QC Spec. acte. Intermédiaire (mCi / μmol) 122,9 29.7 De HPLC-1 en utilisant la courbe d'étalonnage Récupération d'hydrogénation (dc) 74% 9,0% Correction de la pourriture Pureté radiochimique HPLC (HPLC-2) 90,7% 2,9% Calculé à partir de HPLC-2 Efficacité de séchage > 98% Correction de la pourriture Récupération de filtrage 93,5% 1,7% Correction de la pourriture Volume de dose (ml) 3.3 Recueillir des fractions avec la radioactivité la plus élevée Spec. acte. Produit final (mCi / μmol) 75,5 30,0 De HPLC-3 en utilisant la courbe d'étalonnage Efficacité de synthèse 8,5% 3,6% Correction non décroissante Temps de synthèse (min) 104 11.2 Tableau 1. Paramètres de synthèse radiochimique. Problèmes communs Raisons et solutions possibles Le fluorure [ 18 F] n'est pas efficacement élué de la QMA · Le TBA-HCO 3 n'a pas été préparé correctement. Assurez-vous que la concentration est adéquate. · Il y a des fuites sur le flacon TBA-HCO 3 . Assurez-vous que le joint d'étanchéité est serré et que le cloison n'est pas percé avant de l'installer sur l'IFP. · TBA-HCO 3 n'est pas en bon état. Commandez un nouveau lot. Le rendement d'étiquetage est faible · Il existe de l'humidité dans la solution précurseur. Précurant et solvants secs. · La température est trop faible. La solution de réaction est jaune · Le produit se décompose en raison de sa base. Utiliser moins TBA-HCO 3 . · Il y a tQuelque précurseur. Utiliser moins de précurseurs. · Il y a trop peu de solvants pour la quantité de 18 F – . Utilisez plus de solvant. Pics supplémentaires sur RadioHPLC · Le groupe Nitro est en substitution: réduire la température de réaction ou raccourcir le temps de réaction. La réaction d'hydrogénation ne fonctionne pas · Le catalyseur n'est pas bon. Utilisez une nouvelle cartouche. · Le débit est trop rapide et ne permet pas un contact suffisant entre le catalyseur et le substrat. Diminuer le débit. · La pression de l'hydrogène est trop faible. Augmenter la pression de H 2 . La pression de l'hydrogène augmente considérablement pendant la procédure · L'intégrité de la cartouche est compromise et le support solide obstrue les lignes. Arrêtez le débit et éteignez le gaz. Laissez la radioactivité se désintégrer. Retirez la cartouche de catalyseur et rincez le système. Mettre unEw cartouche. Le rendement en hydrogénation est faible · Trop d'impuretés en compétition pour le catalyseur (MeCN, acide oxalique). Diminuer la quantité d'impuretés ou augmenter la masse de précurseurs (Avertissement: l'augmentation du nombre de précurseurs réduira l'activité spécifique). La récupération de la radioactivité à partir de l'étape d'hydrogénation est faible · Il y a une fuite dans le système. Vérifiez s'il y a des fuites et un reflux dans la ligne d'hydrogène. · Le composé est défluoré dans le réacteur. Évaluer différentes conditions de réaction (pression, température, débit, etc. ). Trop de radioactivité est perdue pendant la filtration · Mouillez le filtre avant d'utiliser. · Utilisez un filtre avec un volume mort inférieur. Le pic du produit final sur la HPLC semble large · Trop de volume injecté. Injecter plus basOunt. Utilisez une colonne de plus grand diamètre. · La colonne n'est pas bien conditionnée. Conditionnez la colonne pour au moins 30 volumes de colonne. · Le pH de la phase mobile est faible. Assurez-vous que le pH ≥ 8. · La colonne n'est pas en bon état. Remplacer la colonne. Utilisez une colonne compatible avec le pH basique. Tableau 2. Guide de dépannage.

Discussion

La préparation des traceurs de PET nécessite un étiquetage efficace avec une intervention minimale de l'utilisateur afin de minimiser l'exposition au rayonnement 14 . Ici, nous avons décrit la première procédure semi-automatisée pour la synthèse radiochimique de [ 18 F] 3F4AP, un traceur de PET actuellement en cours d'investigation pour l'imagerie de la démyélinisation. Cette méthode semi-automatisée produit le radiotraceur avec une pureté élevée et une activité spécifique suffisante pour les études sur les animaux. Les méthodes antérieures pour la synthèse de ce composé reposaient sur la synthèse manuelle 6 , ce qui limite considérablement la quantité de traceur radioactif qui peut être produite. L'utilisation d'une méthode automatisée pour la synthèse fournit également des rendements plus reproductibles et facilite le transfert de la procédure vers d'autres laboratoires avec des équipements similaires. Les efforts futurs pour automatiser complètement la procédure contribueront à la production du traceur en quantités élevées pour des études sur de grands animaux ou des humains.

<p cLass = "jove_content"> Cette procédure utilise un échange nucléophile de 19 F pour 18 F pour incorporer le radio-isotope dans la molécule d'intérêt. Les avantages de cette réaction sont qu'il est rapide et produit presque exclusivement le produit souhaité sans qu'il soit nécessaire d'effectuer une étape de purification potentiellement longue pour éliminer l'excès de précurseur. Une limitation de l'utilisation de réactions d'étiquetage par échange de fluorure telle que celle utilisée ici est que, en raison de la masse initiale de composé froid, l'activité spécifique finale définie comme quantité de radioactivité dans le mCi par rapport à la quantité de composé en μmol peut être limitée. Dans nos conditions standard, à partir de 100-200 mCi de 18 F et de 50 μg de précurseur, l'activité spécifique typique à la fin de la synthèse est de 100-200 mCi / μmol, ce qui semble suffisant pour les études pré-cliniques d'imagerie PET . Néanmoins, l'activité spécifique peut s'améliorer en augmentant le montant de départ pour 18 F – </suP> tout en maintenant la quantité de masse faible. Il y a eu plusieurs rapports de production de radioligands par échange de fluor avec une activité spécifique élevée (1-3 Ci / μmol) en commençant par une activité élevée et des quantités peu précurseurs 15 , 16 .

Comme pour toutes les synthèses radiochimiques des traceurs de PET, il est essentiel de travailler rapidement afin de minimiser la désintégration radioactive. Il est également important de minimiser le temps de traitement des matières radioactives, d'utiliser un blindage approprié et de maximiser la distance entre le matériau radioactif et l'utilisateur afin de minimiser l'exposition au rayonnement. Ces aspects sont particulièrement importants pendant la deuxième moitié du protocole (purification et contrôle de qualité) dans lequel l'utilisateur doit injecter manuellement la solution dans la HPLC, collecter les fractions et filtrer le produit final.

Comme pour toutes les synthèses radiochimiques des traceurs de PET, il est essentiel de travailler rapidement afin de mImbriquer la désintégration radioactive. Il est également important de minimiser le temps de traitement des matières radioactives, d'utiliser un blindage approprié et de maximiser la distance entre le matériau radioactif et l'utilisateur afin de minimiser l'exposition au rayonnement. Ces aspects sont particulièrement importants pendant la seconde moitié du protocole (hydrogénation et purification) dans lequel l'utilisateur doit injecter manuellement la solution dans l'hydrogénateur, collecter les fractions, mettre en place la procédure de séchage, redissoudre le produit en tampon et le filtrer. Pendant l'étape de filtrage, il est facile de perdre une grande quantité de matière radioactive dans les parois des flacons. Ainsi, il est important d'essayer de collecter tout le liquide avant le filtrage. L'utilisation d'une plus grande quantité de tampon à dissoudre peut améliorer le rendement de la récupération, mais son utilisation est découragée car il faudra injecter un volume plus important sur la HPLC, ce qui améliore le pic et augmente le volume de la dose finale.

Afin de dépanner unNd optimiser la procédure est important pour suivre les rendements de chaque étape. Pour la plupart des étapes, cela se fait simplement en mesurant la quantité de radioactivité avant et après toute étape. Dans le cas de la réaction, les rendements peuvent être calculés par quantification des pics de HPLC. Le tableau 1 de la section Résultats montre les rendements typiques pour chaque étape. Le tableau 2 ci-dessous énumère plusieurs des problèmes fréquemment rencontrés avec des raisons potentielles pour l'échec et la manière de les corriger.

Enfin, bien que la procédure démontrée ici soit spécifique à la synthèse de [ 18 F] 3F4AP, le flux de travail général et plusieurs des étapes individuelles sont communs à la synthèse d'autres composés 17 . Dans cet article, nous avons également démontré les tests de QC typiques effectués sur n'importe quel traceur PET.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Ce projet a été soutenu par des subventions NIH / NIBIB 1K99EB020075 à Pedro Brugarolas et un Prix du Fonds d'innovation de Chicago Innovation Exchange à Brian Popko et Pedro Brugarolas. Le professeur Brian Popko est reconnaissant pour son mentorat et son soutien financier au projet. Le professeur Chin-Tu Chen et la ressource intégrée de recherche sur l'imagerie animale pour petits animaux à l'Université de Chicago sont reconnus pour avoir généreusement partagé l'espace et l'équipement du laboratoire. IBA est reconnu pour avoir parrainé l'accès ouvert de cet article.

Materials

Cyclotron produced [18F]fluoride House supplied/Zevacor IBA Cyclone 18 100-200 mCi
Integrated fluid processor for production FLT/FDG ABX K-2715SYN Cassette used for nucleophilic substitution
Anhydrous acetonitrile Janssen 36431-0010 Transfer under nitrogen
Methanol Janssen 67-56-1
ultrapure water house supplied Millipore MilliQ system
TBA-HCO3 ABX 808.0000.6 abx.de
QMA Waters WAT023525 Quaternary methyl ammonium: Anion exchange solid phase extraction cartridge for trap and release of 18F- from the target water
Sodium bicarbonate ABX K-28XX.03 Prefilled 5 mL syringes
Alumina-N Waters WAT020510 Alumina-N solid phase extraction cartridge (for trapping unreacted 18F-)
3-fluoro-4-nitropyridine N-oxide Synthonix 76954-0 Store in desicator. Precursor
3-fluoro-4-aminopyridine Sigma Aldrich 704490-1G Reference standard
Oxalic acid Sigma Aldrich 75688-50G
Sodium phosphate monobasic Fisher Scientific  S80191-1
Triethyl amine Fisher Scientific  04885-1
Ethanol Decon Labs DSP-MD.43 USP
Final product vial ABX K28XX.04
Millex Filter Syringe Millex SLGVR04NL
10% Pd/C cartridge Sigma Aldrich THS-01111-12EA
11 mm vials + crimp seals Fisher Scientific  03-250-618, 06-451-117, or equivalent
13 mm vials + crimp seals Fisher Scientific 06-718-992, 06-718-643, or equivalent
HPLC vials Fisher Scientific 03-391-16, 03-391-17, or equivalent
SEMIPREP C18 column Agilent 990967-202
V-vials Alltech
Syringes: 1, 3, 10 mL Fisher Scientific 14-829-10D, 14-829-13Q, 14-829-18G, or equivalent
Compressed gases: N2, He, H2 Airgas UHP N300, UHP HE300, UHP H300, or equivalent
TLC plates Sigma Aldrich Z193275, or equivalent
Name Company Catalog Number Comments
Equipment
Synthera automated synthesizer IBA SA, Belgium, iba-worldwide.com Synthera, 250.001 Automatic synthesis unit
In-house hydrogenator See picture See text description
Hot cells Comecer For manipulating radioactive materials
RadioTLC scanner Eckert and Ziegler For handling sterile materials
HPLC Dionex Ultimate 3000
Dose calibrator Capintec CRC15 Or equivalent
Gamma counter Capintec, 7 Vreeland Road, Florham Park, NJ 07932 CRC 15, PET-CRC25, or equivalent For measuring radioactivity
Personal dosimeters Packard Cobra II For measuring gamma spectrum
Personal radiation badges and rings Atlantic Nuclear Rados Rad-60 Electronic Dosimeter, or equivalent
Rotavap + vacuum pump Landauer
Lead pigs + syringe shields Heidolph Or equivalent
Geiger counters Pinestar
Ludlum  Model 3 + Pancake GM detector, 4801605, 47-1539, or equivalent
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References

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[18F]3F4APPET TracerDemyelinating DiseasesAutomated Radiochemical SynthesisFluorine-18HydrogenationSolid Phase ExtractionHPLC

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Brugarolas, P., Bhuiyan, M., Kucharski, A., Freifelder, R. Automated Radiochemical Synthesis of [18F]3F4AP: A Novel PET Tracer for Imaging Demyelinating Diseases. J. Vis. Exp. (123), e55537, doi:10.3791/55537 (2017).
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