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Chemistry

ワンポット2ステッププロトコールを用いた1-(2-[18F]フルオロエチル)-L-トリプトファンのラジオ合成

Published: September 21, 2021
doi:
10.3791/63025
, , , , , ,
1Diagnostic & Research PET/MRI Center,Nemours/Alfred I. duPont Hospital for Children, 2Department of Radiology,Nemours/Alfred I. duPont Hospital for Children, 3Department of Neurology,Nemours/Alfred I. duPont Hospital for Children, 4Department of Biomedical Research,Nemours/Alfred I. duPont Hospital for Children

Summary

ここでは、トリプトファン代謝を研究するための陽電子放射断層撮影用イメージング剤である1-(2-[18F]フルオロエチル)-L-トリプトファンの放射合成について、良好な放射化学的収率、高い鏡像体過剰、および高い信頼性を有する放射化学合成システムにおけるワンポット2段階戦略を用いて説明する。

Abstract

キヌレニン経路 (KP) トリプトファン代謝のための主要な経路であります.証拠は、KPの代謝産物が、その免疫調節性、神経調節性、および神経毒性作用のために、腫瘍増殖、てんかん、神経変性疾患、および精神疾患において重要な役割を果たしていることを強く示唆している。トリプトファン代謝をマッピングするために最も広く使用されている陽電子放射断層撮影法(PET)剤 であるα-[11C]メチル-L-トリプトファン([11C]AMT)は、面倒な放射線合成手順で20分の短い半減期を有する。[11C]AMTを放射合成するには、オンサイトサイクロトロンが必要です。限られた数のセンターだけが、前臨床試験および臨床調査のために[11C]AMTを生産している。したがって、より長い半減期を有し、良好な 生体内 動態を有し、かつ自動化が容易である代替イメージング剤の開発が緊急に必要とされている。フッ素-18標識トリプトファン類似体である1-(2-[18F]フルオロエチル)-L-トリプトファンの有用性と価値は、細胞株由来異種移植片、患者由来異種移植片、およびトランスジェニック腫瘍モデルにおける前臨床応用において報告されている。

本稿では、1-(2-[18F]フルオロエチル)-L-トリプトファンの放射合成のためのプロトコルを、ワンポット、2段階戦略を用いて提示する。このプロトコールを使用して、放射性トレーサーは、放射化学的純度および鏡像体過剰の両方±95%を超える20〜5%(合成終了時に補正された崩壊、n>20)の放射化学的収率で製造することができる。このプロトコルは、各工程で0.5mL以下の反応溶媒を有する少量の前駆体、潜在的に毒性のある4,7,13,16,21,24-ヘキサオキサ-1,10-ジアザビシクロ[8.8.8]ヘキサコサン(K222)の低装填量、および精製のための環境にやさしい注射可能な移動相を特徴とする。このプロトコルは、市販のモジュールで臨床調査用の1-(2-[18F]フルオロエチル)-L-トリプトファンを製造するように容易に構成することができる。

Introduction

ヒトでは, トリプトファンは、毎日の食事の必須成分であります.トリプトファンは、主にキヌレニン経路を介して代謝されます (KP).KPは、2つの律速酵素、インドールアミン2,3−ジオキシゲナーゼ(IDO)およびトリプトファン2,3−ジオキシゲナーゼ(TDO)によって触媒される。トリプトファンの95%以上がキヌレニンとその下流代謝産物に変換され、最終的に細胞エネルギー伝達に不可欠なニコチンアミドアデニンジヌクレオチドを生成する。KPは免疫系の主要な調節因子であり、神経可塑性と神経毒性作用の重要な調節因子です1,2。異常なトリプトファン代謝は、様々な神経学的に関与しています, 腫瘍学的, 精神医学的, 代謝障害;したがって、放射性標識されたトリプトファン類似体は、臨床研究において広く使用されている。2つの最も一般的な臨床的に調査されたトリプトファン放射性トレーサーは、11C-α-メチル-L-トリプトファン([11C]AMT)および11C-5-ヒドロキシトリプトファン(11C-5-HTP)3である。

1990年代には、セロトニン分泌性神経内分泌腫瘍4を可視化し、転移性ホルモン難治性前立腺腺癌の治療を診断および監視するために、11C-5-HTPが使用されました。その後、内分泌膵臓におけるセロトニン作動系の定量化のためのイメージングツールとして使用されました6。11名C-5-HTPはまた、門脈内膵島移植および2型糖尿病における生存可能な膵島の非侵襲的検出のための有望なトレーサーであった7,8。過去20年間、多くの放射性標識アミノ酸が臨床調査に進んでいます9,10。特に、炭素-11標識トリプトファン類似体[11C]AMTは、脳セロトニン合成のマッピング11,12,13,14およびてんかん病巣、てんかん原性腫瘍、結節性硬化症複合体、グリオーマ、および乳癌の局在化のために広範な注目を集めている15,16,17,18,19,20 ,21,22,23,24,25,26.[11C]AMTはまた、小児の様々な低悪性度および高悪性度の腫瘍において高い取り込みを有する27。さらに、ヒト被験者における[11C]AMTの動態トレーサー解析は、様々な腫瘍を鑑別およびグレード化し、神経膠腫を放射線誘発組織損傷から鑑別するために用いられてきた15。[11C]AMT誘導画像化は、脳障害において有意な臨床的利益を示している3,25。しかし、炭素11の半減期が短く(20分)、面倒な放射線合成手順のため、[11C]AMTの使用は、オンサイトサイクロトロンと放射化学施設を備えた少数のPETセンターに制限されています。

フッ素-18は、炭素-11の20分の半減期と比較して、109.8分の好ましい半減期を有する。トリプトファン代謝のためのフッ素-18標識放射性トレーサーの開発にますます努力が注がれています3,28。合計15のユニークなフッ素-18放射性標識トリプトファン放射性トレーサーが、放射性標識、輸送機構、インビトロおよびインビボの安定性、生体分布、および異種移植片における腫瘍取り込みに関して報告されている。しかし、4-、5-、および6-[18F]フルオロトリプトファンを含むいくつかのトレーサーについて、迅速なin vivo脱フッ素化が観察され、さらなる臨床翻訳を妨げた29。5-[18F]フルオロ-α-メチルトリプトファン(5-[18F]FAMT)および1-(2-[18F]フルオロエチル)-L-トリプトファン(L-[18F]FETrp、別名(S)-2-アミノ-3-(1-(2-[18F]フルオロエチル)-1H-インドール-3-イル)プロパン酸、分子量249.28g/mol)は、動物モデルにおいて良好な生体内動態を有し、これを上回る大きな可能性を秘めた2つの最も有望な放射性トレーサーである[11]C]調節解除されたトリプトファン代謝を伴う臨床状態の評価のためのAMT28.5-[18F]FAMTは、免疫不全マウスのIDO1陽性腫瘍異種移植片において高い取り込みを示し、[11C]AMT28,30よりもKPのイメージングに特異的である。しかしながら、5-[18F]FAMTのインビボ安定性は、トレーサー30の注射後30分を超えてインビボ脱フッ素化データが報告されていないため、依然として潜在的な懸念事項である。

遺伝子操作された髄芽腫マウスモデルにおける前臨床試験では、18F-フルオロデオキシグルコース(18F-FDG)と比較した場合、L-[18F]FETrpは脳腫瘍における高い蓄積を有し、生体内脱フッ素化はごくわずかであり、バックグラウンド取り込みが低く、優れた標的対非標的比を示すことを示した31,32。マウスにおける放射線線量測定研究は、L-[18F]FETrpが臨床18F-FDG PET PETトレーサーよりも約20%低い好ましい線量測定被ばくを有することを示した33。他の研究者の知見と一致して、前臨床試験データは、てんかん、神経腫瘍学、自閉症、結節性硬化症などの脳障害を有するヒトにおける異常なトリプトファン代謝の調査のためのL-[18F]FETrpの臨床翻訳を支持する実質的な証拠を提供する28,31,32,33,34,35,36.トリプトファン代謝のための3つの最も広く調査されたトレーサー間の全体的な比較, 11C-5-HTP, [11C]AMT, と L-[18F]FETrp, 表1に示されています. 両方の 11C-5-HTP と [11C]AMT 短い半減期と面倒な放射性標識手順を持っています。.ここでは、1ポット2ステップアプローチを用いたL-[18F]FETrpの放射合成のプロトコルについて説明します。このプロトコルは、少量の放射性標識前駆体、少量の反応溶媒、毒性K222の低負荷、および精製および容易な製剤化のための環境的に良性で注射可能な移動相の使用を特徴とする。

Protocol

警告: プロトコルには放射性物質が含まれています。放射性物質の追加投与は、がんなどの健康に悪影響を及ぼす可能性に比例して増加する可能性があります。研究者は、「合理的に達成可能な限り低い」(ALARA)線量の実践に従って、ホットセルまたは鉛フード内の適切な保護で放射線合成プロトコルを導く必要があります。直接接触時間を最小限に抑え、リードシールドを使用し、放射線合?…

Representative Results

反応式を図1に示す。放射性標識には、以下の2つのステップが含まれる:1)トシル酸放射性標識前駆体と[18F]フッ化物との反応は、18F標識中間体を提供し、2)中間体中のtert-ブチルオキシカルボニルおよびtert-ブチル保護基の脱保護は、最終生成物L-[18F]FETrpを提供する。両反応工程は100°Cで10分間継続する。 市販業?…

Discussion

トリプトファンは、ヒトにとって必須アミノ酸であります.それは気分、認知機能、および行動の調節において重要な役割を果たしています。放射性標識トリプトファン誘導体、特に炭素-11標識[11C]AMTは、セロトニン合成のマッピング38,39、腫瘍の検出とグレーディング40、てんかん手術の指導41,42、糖尿病…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

この研究は、Diagnostic & Research PET/MRI CenterとNemours/Alfred I. duPont Hospital for Childrenの生物医学研究および放射線科によって支援された。

Materials

[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
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References

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Radiosynthesis1-(2-[18F]Fluoroethyl)-L-TryptophanOne-potTwo-step ProtocolF18 Radiolabeled Tryptophan TracerTryptophan MetabolismRadioisotopeQMA Light CartridgeK222Potassium CarbonateReactorArgonEvaporationCompressed Carbon Dioxide

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Yue, X., Nikam, R. M., Kecskemethy, H. H., Kandula, V. V. R., Falchek, S. J., Averill, L. W., Langhans, S. A. Radiosynthesis of 1-(2-[18F]Fluoroethyl)-L-Tryptophan using a One-pot, Two-step Protocol. J. Vis. Exp. (175), e63025, doi:10.3791/63025 (2021).
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