Otomatik Radyokimyasal Sentez [<sup> 18</sup> F] 3F4AP: Demyelinizan Hastalıkların Görüntülenmesine Yönelik Yeni Bir PET İzleyici
Summary
[18F] 3F4AP'in yarı otomatikleştirilmiş radyokimyasal sentezini ve kalite kontrol prosedürlerini gösteririz.
Abstract
3- [18F] floro-4-aminopiridin, [18F] 3F4AP, multipl skleroz 4-aminopiridin (4AP) için FDA onaylı ilacın radyoflorize edilmiş bir analoğudur. Bu bileşik, demiyelinizasyon için bir PET izleyici olarak halen araştırılmaktadır. Yakın zamanda, bir piridin N-oksidin doğrudan fluorlanması ve bu reaksiyonun [18F] 3F4AP radyokimyasal sentezi için kullanılması olan metafluorinlenmiş piridinler üretmek için yeni bir kimyasal reaksiyon tarif ettik. Bu yazıda, bu tracer'ın nasıl üretileceğini otomatik sentezleyiciyi ve kendi bünyesinde yapılan akış hidrojenasyon reaktörünü gösteriyoruz. Ayrıca, klinik öncesi hayvan görüntüleme çalışmaları için radyo traktörünü serbest bırakmadan önce yapılan standart kalite kontrol prosedürlerini gösteririz. Bu yarı otomatik prosedür, gelecekteki klinik çalışmalar için [18F] 3F4AP üretiminin temelini oluşturabilir.
Introduction
İnsan vücudunda küçük moleküllü bir ilacın invaziv olmayan şekilde izlenmesi hassas tıpta büyük bir potansiyele sahiptir. Moleküler görüntüleme tekniklerinde, pozitron emisyon tomografisi (PET), birçok olumlu özelliklere sahiptir: PET dedektörlerinin yüksek hassasiyeti, çok az miktardaki radyoaktif materyalin tespit edilmesine ve ölçülmesine olanak tanır ve tarayıcıların özellikleri, ilacın lokalizasyonu için doğru mekansal haritalama sağlar. 1 , 2 , 3 . Örneğin PET, bir radyoaktif glikoz analoğu, [18F] FDG 4 alım seviyesine dayalı olarak tümörlerin ve metastazların tespit edilmesine ve lokalizasyonuna izin verir. PET, nörolojik ve psikiyatrik bozuklukları teşhis etmek ve anlamak için değerli olabilen belirli beyin reseptörlerinin yerlerinin belirlenmesini ve miktarlarının belirlenmesini sağlayabilir 5 . Geliştirmek içinKüçük moleküllü bir PET izleyici olduğunda, ilgi konusu bileşik, genellikle 11 ° C veya 18 ° C olan bir pozitron yayan izotopla etiketlenmelidir. Bu iki radyoizotop arasında, 18F daha uzun yarılanma ömrüne sahiptir ( 11 C için 109 dakika vs 20.3) , Çoklu doz ve saha dışı üretim yapılmasına izin verir. Bununla birlikte, bir moleküle 18 F eklenmesi zorlu olabilir. 18 F etiketi, kimyagerin aktivitenin direkt olarak taşınması ve yüksek emilen radyasyon dozlarının alınması için otomasyona uygun hızlı reaksiyonlar gerektirir.
Son zamanlarda, piridinlerin florlanması için öncüler olarak piridin N-oksitlerin kullanımını ve bu kimyasalın multipl skleroz için FDA onaylı ilacın radyoflorinlenmiş bir analoğu olan [18F] 3F4AP 6'nın radyokimyasal sentezinde kullanılması şeklindeki 4- Aminopiridin (4AP) 7,8,9. thYeni radyoterapötik demiyelinizasyon için bir PET izleyici olarak halen araştırılmaktadır 10,11,12. Bu video makalesinde, IBA Synthera Sentez Birimini (bundan böyle "sentezleyici" olarak anılacaktır) ve kendi bünyesinde yapılan akış hidrojenasyon cihazını kullanarak bu bileşiğin yarı otomatik sentezini gösteriyoruz. Sentez, Şekil 1'de gösterilen reaksiyona dayanmaktadır. Prosedüre hazırlık yaklaşık 1 saat, radyoaktif etiketleme ve saflandırma 1.5 saat ve kalite kontrol işlemleri 0.5 saat sürer.
Protocol
Representative Results
Discussion
PET izleyicilerinin hazırlanması, radyasyona maruz kalmayı en aza indirmek için asgari kullanıcı müdahalesi ile etkili etiketleme gerektirir 14 . Burada, [18F] 3F4AP radyokimyasal sentezi için halihazırda görüntüleme demiyelinizasyonu için araştırılan bir PET izleyici için yarı otomatik prosedürü anlattık. Bu yarı otomatik yöntem radyoterapöre yüksek saflıkta ve hayvan çalışmaları için yeterli spesifik aktivite üretir. Bu bileşiğin sentezi için önceki yöntemler, üretilebilen radyoaktif izleyici miktarını önemli ölçüde sınırlayan elle sentez 6'ya dayanıyordu. Sentez için otomatik bir metoda sahip olmak, daha tekrarlanabilir verimler sağlar ve prosedürü benzer cihazlarla diğer laboratuarlara aktarmak için daha kolay hale getirir. Prosedürün tamamen otomatikleştirilmesi için gelecekteki çabalar, büyük hayvanlarda veya insanlarda yapılan çalışmalar için yüksek miktarlarda izleyici üretilmesine vesile olacaktır.
<p cLass = "jove_content"> Bu prosedür, radyoizotopu ilgi molekülüne dahil etmek için 18 F için 19F nükleofilik değişimini kullanır. Bu reaksiyonun avantajları hızlı olması ve aşırı miktarda öncül maddenin uzaklaştırılması için potansiyel olarak uzun bir saflaştırma basamağı gerçekleştirmek zorunda kalmadan hemen hemen sadece istenen ürünü üretmesidir. Burada kullanılan gibi florid değişimli etiketleme reaksiyonlarını kullanmanın bir kısıtlaması, soğuk bileşiğin ilk kütlesi nedeniyle mCi'de radyoaktivite miktarı olarak μmol cinsinden bileşik miktarı üzerinden tanımlanan nihai spesifik aktivitenin sınırlandırılabilmesidir. Standart koşullar altında, 100-200 mCi 18 F – ve 50 μg prekürsör ile başlayarak, sentezin sonunda tipik spesifik aktivite, preklinik PET görüntüleme çalışmaları için yeterli görünen 100-200 mCi / μmol'a kadar çıkmaktadır . Bununla birlikte, spesifik aktivite 18 F başlangıç miktarını arttırarak gelişebilir – </suP> miktarını düşük tutarken. Yüksek aktivite ve düşük prekürsör miktarları ile başlayarak yüksek spesifik aktivite (1-3 Ci / μmol) ile florid değişimi ile radyoligand üretmek için birkaç rapor bulunmaktadır 15 , 16 .PET izleyicilerin tüm radyokimyasal sentezlerinde olduğu gibi, radyoaktif bozunumu en aza indirgemek için çabucak çalışmak kritik önem taşır. Radyasyona maruz kalmayı en aza indirgemek için radyoaktif maddelerin tutulduğu zamanı en aza indirgemek, uygun ekranlama kullanmak ve radyoaktif madde ile kullanıcı arasındaki mesafeyi maksimize etmek de önemlidir. Bu yönler, kullanıcının elle HPLC'ye enjekte etmek, fraksiyonları toplamak ve nihai ürünü filtrelemek zorunda olduğu protokolün ikinci yarısında (saflaştırma ve kalite kontrolü) özellikle önemlidir.
PET izleyicilerin tüm radyokimyasal sentezlerinde olduğu gibi, mRadyoaktif bozunumu asimetre edin. Radyasyona maruz kalmayı en aza indirgemek için radyoaktif maddelerin tutulduğu zamanı en aza indirgemek, uygun ekranlama kullanmak ve radyoaktif madde ile kullanıcı arasındaki mesafeyi maksimize etmek de önemlidir. Bu yönler, kullanıcının elle hidrojene enjekte edilmesi, fraksiyonların toplanması, kurutma prosedürünün kurulması, ürünü tamponda yeniden çözülmesi ve filtrelemesi gereken protokolün ikinci yarısında (hidrojenasyon ve saflaştırma) özellikle önemlidir. Filtreleme aşaması esnasında, flakon duvarlarında büyük miktarda radyoaktif malzeme kaybetmek kolaydır. Bu nedenle, filtrelemeden önce tüm sıvıyı toplamaya çalışmanız önemlidir. Çözmek için daha büyük miktarda tampon kullanılması iyileşme verimini artırabilir, ancak HPLC üzerinde daha büyük bir hacim enjekte etmeyi gerektiren, zirve miktarını arttırıp nihai doz hacmini arttırması gerektiği için kullanımı önerilmez.
Bir sorun gidermek içinNd işlemi optimize etmek, her adımın verimlerini takip etmek için önemlidir. Çoğu adımda bu, herhangi bir adım öncesi ve sonrası radyoaktivite miktarını ölçerek yapılır. Reaksiyon durumunda, verimler, HPLC tepelerinin tayin edilmesi yoluyla hesaplanabilir. Sonuçlar Bölümündeki Tablo 1 , her adım için tipik verimleri göstermektedir. Aşağıdaki Tablo 2 başarısızlığın potansiyel nedenleri ve bunların nasıl düzeltileceği ile sık rastlanan başarısızlıkların birçoğunu listelemektedir.
Son olarak, burada gösterilen prosedür [18F] 3F4AP sentezi için spesifik olmasına rağmen, genel iş akışı ve bireysel adımların birçoğu diğer bileşiklerin sentezi için ortaktır17. Bu makalede, herhangi bir PET izleyici üzerinde yapılan tipik QC testlerini de gösterdik.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu proje Pedro Brugarolas'a NIH / NIBIB 1K99EB020075 hibeleri ve Chicago Yenilik Borsası'ndan Brian Popko ve Pedro Brugarolas'a bir Yenilik Fonu Ödülü ile desteklendi. Profesör Brian Popko, projeye danışmanlığı ve maddi desteği sayesinde minnettarlıkla teşekkür etti. Chin-Tu Chen ve Chicago Üniversitesi'ndeki Entegre Küçük Hayvan Görüntüleme Araştırma Kaynakları, laboratuar alanını ve ekipmanını cömertçe paylaştığı için kabul edilmektedir. IBA, bu makalenin açık erişimine destek verdiği için onaylandı.
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).
