Автоматизированный радиохимический синтез [<sup> 18</sup> F] 3F4AP: новый ПЭТ-трассер для визуализации демиелинизирующих заболеваний
Summary
Мы демонстрируем полуавтоматический радиохимический синтез [ 18 F] 3F4AP и процедуры контроля качества.
Abstract
3- [ 18 F] фтор-4-аминопиридин, [ 18 F] 3F4AP, представляет собой фторосодержащий аналог одобренного FDA лекарственного средства для лечения рассеянного склероза 4-аминопиридина (4AP). Это соединение в настоящее время исследуется как индикатор ПЭТ для демиелинизации. Недавно мы описали новую химическую реакцию для получения метафторированных пиридинов, состоящую из прямого фторирования N-оксида пиридина и использования этой реакции для радиохимического синтеза [ 18 F] 3F4AP. В этой статье мы продемонстрируем, как производить этот трассер с помощью автоматизированного синтезатора и собственного реактора гидрогенизации потока. Мы также показываем стандартные процедуры контроля качества перед выпуском радиоизмеряющего доклинического исследования изображений животных. Эта полуавтоматическая процедура может послужить основой для будущего производства [ 18 F] 3F4AP для клинических исследований.
Introduction
Способность прослеживать маломолекулярное лекарственное средство, неинвазивно действующее в организме человека, имеет большой потенциал для точной медицины. Среди методов молекулярной визуализации позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) имеет много благоприятных характеристик: высокая чувствительность ПЭТ-детекторов позволяет выявлять и количественно определять очень небольшие количества радиоактивного материала, а характеристики сканеров позволяют точно пространственное картирование локализации препарата 1 , 2 , 3 . Например, ПЭТ позволяет выявлять и локализовать опухоли и метастазы, основанные на уровне поглощения радиоактивного аналога глюкозы [ 18 F] FDG 4 . ПЭТ может также обеспечивать локализацию и количественную оценку специфических рецепторов мозга и их наполнение, которые могут быть полезными для диагностики и понимания неврологических и психических расстройств 5 . В целях развитияПредставляющее интерес соединение должно быть помечено изотопом, излучающим позитрон, как правило, 11 ° C или 18 ° F. Между этими двумя радиоизотопами 18 F имеет более продолжительный период полураспада (109 минут и 20,3 для 11 ° C) , Что позволяет создавать многодозовые и выездные производства. Тем не менее, добавление 18 F к молекуле может быть сложным. Маркировка 18 F требует быстрых реакций, совместимых с автоматизацией, освобождающей химика от непосредственного обращения с активностью и приема высокопоглощающих доз облучения.
Недавно мы описали использование N-оксидов пиридина в качестве предшественников для фторирования пиридинов и использование этой химии в радиохимическом синтезе [ 18 F] 3F4AP 6 , радиофторированного аналога одобренного FDA лекарственного средства для лечения рассеянного склероза, 4- Аминопиридин (4АР) 7 , 8 , 9 . ThВ настоящее время изучается в качестве ПЭТ-трассера для демиелинизации 10 , 11 , 12 . В этой видео статье мы демонстрируем полуавтоматический синтез этого соединения с использованием синтезатора IBA Synthera (далее называемый «синтезатор») и собственного гидрогенизационного устройства. Синтез основан на реакции, показанной на фиг.1 . Подготовка к процедуре занимает приблизительно 1 час, радиоактивная метка и очистка 1,5 часа и процедуры контроля качества 0,5 часа.
Protocol
Representative Results
Discussion
Для подготовки трасс ПЭТ требуется эффективная маркировка с минимальным вмешательством пользователя для сведения к минимуму радиационного облучения 14 . Здесь мы описали первую полуавтоматическую процедуру для радиохимического синтеза [ 18 F] 3F4AP, исследуемого в настоящее время ПЭТ-трассера для демиелинизации изображений. Этот полуавтоматический метод производит радиоизмерчитель с высокой степенью чистоты и достаточной удельной активностью для исследований на животных. Предварительные методы синтеза этого соединения основаны на ручном синтезе 6 , который значительно ограничивает количество радиоактивного индикатора, который может быть получен. Наличие автоматизированного метода синтеза также обеспечивает более воспроизводимые урожаи и облегчает перенос процедуры в другие лаборатории с аналогичным оборудованием. Будущие попытки полностью автоматизировать эту процедуру будут способствовать получению трассера в больших количествах для исследований на крупных животных или людей.
<p cLass = "jove_content"> Эта процедура использует нуклеофильный обмен 19 F для 18 F для включения радиоизотопа в интересующую молекулу. Преимущества этой реакции заключаются в том, что она является быстрой и дает почти исключительно желаемый продукт без необходимости проведения потенциально продолжительной стадии очистки для удаления избытка предшественника. Одно ограничение использования реакций фторид-обмена для мечения, таких как используемое здесь, состоит в том, что из-за начальной массы холодного соединения конечная удельная активность, определяемая как количество радиоактивности в мКи по количеству соединения в мкмоль, может быть ограничена. В наших стандартных условиях, начиная с 100-200 мКи 18 F – и 50 мкг прекурсора, типичная удельная активность в конце синтеза составляет до 100-200 мКи / мкмоль, что, по-видимому, достаточно для доклинических исследований по визуализации ПЭТ , Тем не менее, удельная активность может улучшиться за счет увеличения стартовой суммы для 18 F – </suP>, сохраняя при этом количество массы низким. Имелось несколько сообщений о производстве радиолигандов фторидным обменом с высокой удельной активностью (1-3 Ки / мкмоль), исходя из высокой активности и низких концентраций предшественников 15 , 16 .Как и во всех радиохимических синтезах ПЭТ-трассеров, очень важно быстро работать, чтобы свести к минимуму радиоактивный распад. Также важно свести к минимуму время обращения с радиоактивными материалами, использовать надлежащее экранирование и максимально увеличить расстояние между радиоактивным материалом и пользователем, чтобы свести к минимуму радиационное облучение. Эти аспекты особенно важны во второй половине протокола (очистка и контроль качества), в которых пользователю приходится вручную вводить раствор в ВЭЖХ, собирать фракции и фильтровать конечный продукт.
Как и во всех радиохимических синтезах ПЭТ-трассеров, очень важно быстро работать, чтобы mНейтрализовать радиоактивный распад. Также важно свести к минимуму время обращения с радиоактивными материалами, использовать надлежащее экранирование и максимально увеличить расстояние между радиоактивным материалом и пользователем, чтобы свести к минимуму радиационное облучение. Эти аспекты особенно важны во второй половине протокола (гидрирование и очистка), в которых пользователь должен вручную вводить раствор в гидрогенизатор, собирать фракции, настраивать процедуру сушки, повторно растворять продукт в буфере и фильтровать его. Во время стадии фильтрации легко потерять большое количество радиоактивного материала в стенках флаконов. Таким образом, важно попытаться собрать всю жидкость перед фильтрацией. Использование большего количества буфера для растворения может улучшить выход извлечения, но его использование не рекомендуется, поскольку для этого потребуется впрыскивать больший объем в ВЭЖХ, вызывая увеличение пика и увеличение объема конечной дозы.
Для устранения неполадокОптимизация процедуры важна для отслеживания урожайности каждого шага. Для большинства этапов это делается просто путем измерения количества радиоактивности до и после любого шага. В случае реакции выходы можно рассчитать путем количественного определения пиков ВЭЖХ. В таблице 1 в разделе результатов показаны типичные выходы для каждого шага. В таблице 2 ниже перечислены многие из часто встречающихся сбоев с возможными причинами отказа и способы их устранения.
Наконец, хотя описанная здесь процедура специфична для синтеза [ 18 F] 3F4AP, общий процесс работы и многие отдельные стадии являются общими для синтеза других соединений 17 . В этой статье мы также продемонстрировали типичные тесты QC, выполненные на любом PET-трассировщике.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Этот проект был поддержан грантами NIH / NIBIB 1K99EB020075 Педро Бругароласу и премией Инновационного фонда Чикагской инновационной биржи Брайану Попко и Педро Бругароласу. Брайан Попко с благодарностью признается за его наставничество и финансовую поддержку проекта. Профессор Чин-Ту Чен и Интегрированный Исследовательский Ресурс Исследования Изображения Животных Чикагского Университета признаны за щедрое совместное использование лабораторного пространства и оборудования. IBA признана за спонсирование открытого доступа к этой статье.
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 |
References
- Valk, P. E. . Positron emission tomography : basic science and clinical practice. , (2003).
- Phelps, M. E. . PET: molecular imaging and its biological applications. , (2004).
- Ametamey, S. M., Honer, M., Schubiger, P. A. Molecular imaging with PET. Chem Rev. 108 (5), 1501-1516 (2008).
- Oriuchi, N., et al. Present role and future prospects of positron emission tomography in clinical oncology. Cancer Sci. 97 (12), 1291-1297 (2006).
- Heiss, W. D., Herholz, K. Brain receptor imaging. J Nucl Med. 47 (2), 302-312 (2006).
- Brugarolas, P., Freifelder, R., Cheng, S. -. H., DeJesus, O. Synthesis of meta-substituted [18F]3-fluoro-4-aminopyridine via direct radiofluorination of pyridine N-oxides. Chemical Communications. , (2016).
- Jones, R. E., Heron, J. R., Foster, D. H., Snelgar, R. S., Mason, R. J. Effects of 4-aminopyridine in patients with multiple sclerosis. J Neurol Sci. 60 (3), 353-362 (1983).
- Davis, F. A., Stefoski, D., Rush, J. Orally administered 4-aminopyridine improves clinical signs in multiple sclerosis. Ann Neurol. 27 (2), 186-192 (1990).
- Goodman, A. D., et al. Sustained-release oral fampridine in multiple sclerosis: a randomised, double-blind, controlled trial. Lancet. 373 (9665), 732-738 (2009).
- Brugarolas, P., et al. . Abstracts Of Papers Of The American Chemical Society. , (2016).
- Brugarolas, P., et al. Development of a PET tracer for MS. J Nucl Med Meeting Abstracts. 55 (1), 1124 (2014).
- Brugarolas, P., et al. Fluorinated 4-aminopyrdines as PET tracers for MS. Journal of Nuclear Medicine. 56, 493 (2015).
- Yoswathananont, N., Nitta, K., Nishiuchi, Y., Sato, M. Continuous hydrogenation reactions in a tube reactor packed with Pd/C. Chem Comm. (1), 40-42 (2005).
- Stöcklin, G., Pike, V. W. . Radiopharmaceuticals for Positron Emission Tomography-Methodological Aspects. 24, (1993).
- Liu, Z., et al. Preclinical evaluation of a high-affinity 18F-trifluoroborate octreotate derivative for somatostatin receptor imaging. J Nucl Med. 55 (9), 1499-1505 (2014).
- Liu, Z., et al. 18F-trifluoroborate derivatives of [des-arg(10)]kallidin for imaging bradykinin b1 receptor expression with positron emission tomography. Mol Pharm. 12 (3), 974-982 (2015).
- Scott, P. J. H., Hockley, B. G., Kilbourn, M. R. . Radiochemical Syntheses, Volume 1: Radiopharmaceuticals for Positron Emission Tomography. , (2012).
