Wir zeigen die halbautomatisierte radiochemische Synthese von [ 18 F] 3F4AP und Qualitätskontrollverfahren.
3- [ 18 F] fluor-4-aminopyridin, [ 18 F] 3F4AP, ist ein radiofluoriertes Analogon des FDA-zugelassenen Arzneimittels für Multiple Sklerose 4-Aminopyridin (4AP). Diese Verbindung wird derzeit als PET-Tracer zur Demyelinisierung untersucht. Wir haben vor kurzem eine neuartige chemische Reaktion beschrieben, um metafluorierte Pyridine herzustellen, die aus einer direkten Fluorierung eines Pyridin-N-Oxids und der Verwendung dieser Reaktion für die radiochemische Synthese von [ 18 F] 3F4AP bestehen. In diesem Artikel zeigen wir, wie man diesen Tracer mit einem automatisierten Synthesizer und einem hauseigenen Durchfluss-Hydrierungsreaktor herstellt. Wir zeigen auch die Standard-Qualitätskontrollverfahren, die vor der Freisetzung des Radiotracers für präklinische Tierbildgebungsstudien durchgeführt wurden. Dieses halbautomatisierte Verfahren kann als Grundlage für die zukünftige Produktion von [ 18 F] 3F4AP für klinische Studien dienen.
Die Fähigkeit, ein kleines Molekül-Medikament nicht-invasiv innerhalb des menschlichen Körpers zu verfolgen, hat ein großes Potenzial für Präzisionsmedizin. Unter den molekularen Bildgebungsverfahren hat die Positronenemissionstomographie (PET) viele günstige Eigenschaften: Die hohe Empfindlichkeit von PET-Detektoren ermöglicht die Detektion und Quantifizierung von sehr geringen Mengen an radioaktivem Material und die Eigenschaften der Scanner ermöglichen eine genaue räumliche Abbildung der Arzneimittellokalisation 1 , 2 , 3 Beispielsweise ermöglicht PET die Detektion und Lokalisierung von Tumoren und Metastasen auf der Grundlage der Aufnahme eines radioaktiven Glukose-Analogons [ 18 F] FDG 4 . PET kann auch Lokalisation und Quantifizierung von spezifischen Hirnrezeptoren und deren Belegung bereitstellen, die für die Diagnose und das Verstehen neurologischer und psychiatrischer Störungen wertvoll sein können. Um zu entwickelnEin kleiner Molekül-PET-Tracer, muss die interessierende Verbindung mit einem Positronen emittierenden Isotop, typischerweise 11 C oder 18 F, markiert werden. Zwischen diesen beiden Radioisotopen hat 18 F eine längere Halbwertszeit (109 min gegen 20,3 für 11 C) , Die eine Mehrfachdosis- und Offsite-Produktion ermöglicht. Trotzdem kann das Hinzufügen von 18 F zu einem Molekül schwierig sein. 18 F-Etikettierung erfordert schnelle Reaktionen, die mit der Automatisierung kompatibel sind, wodurch der Chemiker die direkte Handhabung der Aktivität erleichtert und hochabsorbierte Strahlendosen empfängt.
Wir haben vor kurzem die Verwendung von Pyridin-N-Oxiden als Vorläufer für die Fluorierung von Pyridinen und die Verwendung dieser Chemie in der radiochemischen Synthese von [ 18 F] 3F4AP 6 beschrieben, ein radiofluoriertes Analogon des FDA-zugelassenen Arzneimittels für Multiple Sklerose, 4- Aminopyridin (4AP) 7 , 8 , 9 ThIst neuartiger Radiotracer wird derzeit als PET-Tracer zur Demyelinisierung 10 , 11 , 12 untersucht. In diesem Videoprodukt demonstrieren wir die halbautomatisierte Synthese dieser Verbindung unter Verwendung einer IBA Synthera Synthese Unit (im Folgenden als "Synthesizer" bezeichnet) und einer eigens entwickelten Strömungshydrierungsvorrichtung. Die Synthese basiert auf der in Abbildung 1 dargestellten Reaktion. Die Vorbereitung für das Verfahren dauert ca. 1 h, Radiomarkierung und Reinigung 1,5 h und Qualitätskontrollverfahren 0,5 h.
Die Vorbereitung von PET-Tracern erfordert eine effiziente Etikettierung mit minimalem Eingriff des Benutzers zur Minimierung der Strahlenbelastung 14 . Hier haben wir das erste halbautomatisierte Verfahren zur radiochemischen Synthese von [ 18 F] 3F4AP, einem PET-Tracer, der derzeit zur Bildgebung der Demyelinisierung untersucht wird, beschrieben. Diese halbautomatisierte Methode erzeugt den Radiotracer mit hoher Reinheit und ausreichender spezifischer Aktivität für Tierversuche. Bisherige Verfahren zur Synthese dieser Verbindung beruhten auf der manuellen Synthese 6 , was die Menge an radioaktivem Tracer, die produziert werden kann, signifikant begrenzt. Mit einer automatisierten Methode für die Synthese bietet auch mehr reproduzierbare Ausbeuten und macht es einfacher, das Verfahren in andere Laboratorien mit ähnlichen Geräten zu übertragen. Zukünftige Bemühungen, das Verfahren vollständig zu automatisieren, werden für die Produktion des Tracers in hohen Mengen für Studien bei großen Tieren oder Menschen maßgeblich sein.
<p cLass = "jove_content"> Dieses Verfahren verwendet einen nukleophilen Austausch von 19 F für 18 F, um das Radioisotop in das interessierende Molekül zu integrieren. Die Vorteile dieser Reaktion sind, dass es schnell ist und fast ausschließlich das gewünschte Produkt produziert, ohne dass ein potentiell langwieriger Reinigungsschritt durchgeführt werden muss, um den Überschuss des Vorläufers zu entfernen. Eine Einschränkung der Verwendung von Fluorid-Austausch-Markierungsreaktionen, wie die hier verwendete, ist, dass aufgrund der anfänglichen Masse der kalten Verbindung die endgültige spezifische Aktivität, die als die Menge an Radioaktivität in mCi über die Menge der Verbindung in μmol definiert ist, begrenzt sein kann. Unter unseren Standardbedingungen, beginnend mit 100-200 mCi von 18 F – und 50 μg Vorläufer, beträgt die typische spezifische Aktivität am Ende der Synthese bis zu 100-200 mCi / μmol, was für präklinische PET-Bildgebungsstudien ausreichend erscheint . Trotzdem kann sich die spezifische Aktivität durch Erhöhung des Ausgangsbetrags für 18 F – </suP> während die Massenmenge niedrig gehalten wird. Es gab mehrere Berichte über die Herstellung von Radioliganden durch Fluoridaustausch mit hoher spezifischer Aktivität (1-3 Ci / μmol), beginnend mit hoher Aktivität und niedrigen Vorläufermengen 15 , 16 .Wie bei allen radiochemischen Synthesen von PET-Tracern ist es entscheidend, schnell zu arbeiten, um den radioaktiven Zerfall zu minimieren. Es ist auch wichtig, die zeitliche Handhabung der radioaktiven Materialien zu minimieren, die richtige Abschirmung zu verwenden und den Abstand zwischen dem radioaktiven Material und dem Benutzer zu maximieren, um die Strahlenbelastung zu minimieren. Diese Aspekte sind besonders wichtig während der zweiten Hälfte des Protokolls (Reinigung und Qualitätskontrolle), in denen der Benutzer die Lösung manuell in die HPLC injizieren muss, die Fraktionen sammeln und das Endprodukt filtern.
Wie bei allen radiochemischen Synthesen von PET-Tracern ist es entscheidend, schnell zu arbeiten, um mRadioaktiven Zerfall einatmen. Es ist auch wichtig, die zeitliche Handhabung der radioaktiven Materialien zu minimieren, die richtige Abschirmung zu verwenden und den Abstand zwischen dem radioaktiven Material und dem Benutzer zu maximieren, um die Strahlenbelastung zu minimieren. Diese Aspekte sind besonders wichtig während der zweiten Hälfte des Protokolls (Hydrierung und Reinigung), in denen der Anwender die Lösung manuell in den Hydrierer einspritzen, die Fraktionen sammeln, den Trocknungsvorgang aufstellen, das Produkt in Puffer wieder auflösen und filtrieren muss. Während des Filterungsschrittes ist es leicht, eine große Menge an radioaktivem Material in den Wänden der Fläschchen zu verlieren. So ist es wichtig zu versuchen, die gesamte Flüssigkeit vor dem Filtern zu sammeln. Die Verwendung einer größeren Menge an Puffer, um sich aufzulösen, kann die Ausbeute an Erholung verbessern, aber seine Verwendung wird entmutigt, da es erforderlich ist, ein größeres Volumen auf die HPLC zu injizieren, wodurch der Peak erweitert und das Volumen der Enddosis erhöht wird.
Um ein Problem zu behebenNd optimieren die Prozedur ist wichtig, um die Ausbeuten der einzelnen Schritte zu verfolgen. Für die meisten Schritte erfolgt dies einfach durch Messung der Menge an Radioaktivität vor und nach jedem Schritt. Im Falle der Reaktion können die Ausbeuten durch Quantifizierung der HPLC-Peaks berechnet werden. Tabelle 1 im Ergebnisbereich zeigt die typischen Ausbeuten für jeden Schritt. Tabelle 2 unten listet viele der häufig angetroffenen Fehler mit möglichen Gründen für das Versagen auf und wie man sie korrigiert.
Schließlich ist, obwohl das hier vorgestellte Verfahren für die Synthese von [ 18 F] 3F4AP spezifisch ist, der allgemeine Arbeitsablauf und viele der einzelnen Schritte der Synthese anderer Verbindungen gemeinsam. In diesem Artikel haben wir auch die typischen QC-Tests auf jedem PET-Tracer durchgeführt.
The authors have nothing to disclose.
Dieses Projekt wurde unterstützt von Stipendien NIH / NIBIB 1K99EB020075 an Pedro Brugarolas und einem Innovation Fund Award von der Chicago Innovation Exchange an Brian Popko und Pedro Brugarolas. Prof. Brian Popko ist dankbar für seine Mentoren und finanzielle Unterstützung für das Projekt anerkannt. Prof. Chin-Tu Chen und die integrierte Kleintier-Imaging-Forschungsressource an der University of Chicago sind anerkannt für die großzügige Nutzung von Laborraum und Ausrüstung. IBA ist anerkannt für Sponsoring Open-Access dieses Artikels.
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 |