單管法11C-CH3I的合成條件優(yōu)化及膽堿生產(chǎn)與臨床應(yīng)用

何山震,王淑俠,徐衛(wèi)平,王思云,王 朋

(廣東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院廣東省人民醫(yī)院PET中心,廣東 廣州 510080)

[N-甲基-11C]膽堿(11C-膽堿)是一種重要的PET腫瘤顯像劑,其血液清除快,可用于腦瘤、肺癌、食管癌、直腸癌、前列腺癌、軟組織腫瘤和膀胱癌等診斷[1-3],特別是在對(duì)泌尿系統(tǒng)和部分腦腫瘤的病變?cè)\斷上明顯優(yōu)于18F-FDG[4]。

目前11C-膽堿的標(biāo)記主要是通過11C-CH3I與前體N,N-二甲基乙醇胺反應(yīng)得到。由于11C的半衰期只有20 min,故其合成必須簡單快捷。Diksic等[5]最早合成得到了11C-膽堿,但操作復(fù)雜無法應(yīng)用于臨床;Pascali等[6]采用離子交換法簡化了合成方法,但自動(dòng)化程度不高;張錦明等[7]在Pascali的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn),實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化合成11C-膽堿,但合成產(chǎn)率不太理想,穩(wěn)定性較差。本研究擬在張錦明等工作的基礎(chǔ)上,通過優(yōu)化標(biāo)記的反應(yīng)條件,以提高標(biāo)記產(chǎn)率和生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

1 主要材料

1.1 主要儀器

RDS-111型加速器:美國 CTI公司產(chǎn)品;Waters2487高效液相色譜儀:美國Waters公司產(chǎn)品;Bioscan Flow Count放射性檢測(cè)儀:EG&G公司產(chǎn)品;CRC-15R型活度計(jì):美國Capintec公司產(chǎn)品;11C合成模塊:江蘇大華電器公司產(chǎn)品。

1.2 主要試劑

含1.5%氧氣的高純氮?dú)?廣州氣體廠提供;USP乙醇、N,N-二甲基乙醇胺:Aldrich產(chǎn)品;濃度為1.0 mol/L的LiAlH 4的THF溶液、57%HI:ABX產(chǎn)品;C-18柱、CM 柱:Waters產(chǎn)品;0.22μm無菌過濾器:Millipore產(chǎn)品。

1.3 病例

腦膠質(zhì)瘤和前列腺瘤疑似患者各1例。臨床疑似腦膠質(zhì)瘤患者:男,54歲,頭痛一個(gè)星期,MR發(fā)現(xiàn)有占位性病變;臨床疑似前列腺癌患者:男,67歲,體檢B超發(fā)現(xiàn)前列腺肥大同時(shí)伴PSA升高。

2 方 法

2.1 11C-CH3 I與11C-膽堿合成方法

按文獻(xiàn)[7]方法采用加速器,經(jīng)14N(p,α)11C反應(yīng)得到11C,11C與靶內(nèi)的氧氣反應(yīng)生成11CCO2。11C-CO2與 LiAlH4反應(yīng)生成11C-甲醇,11C-甲醇再與HI發(fā)生取代反應(yīng)得到11C-CH 3 I。C18柱上預(yù)裝N,N二甲基乙醇胺前體,同時(shí)將C18柱和CM柱連接到儀器對(duì)應(yīng)位置,生成的11C-CH 3I在氮?dú)廨d帶下經(jīng)2個(gè)四通閥進(jìn)入C18柱和CM柱與前體反應(yīng)。反應(yīng)完畢分別打開乙醇和水的閥門,以氮?dú)鉃閯?dòng)力,用乙醇和水淋洗C18柱,廢液進(jìn)入廢液瓶,用生理鹽水將吸附在CM柱上的11C-膽堿淋出,經(jīng)無菌過濾膜后進(jìn)入收集瓶。

2.2 合成條件的優(yōu)化

11C-CH 3I與11C-膽堿合成中主要影響因素有:LiAlH4、N,N-二甲基乙醇胺和57%氫碘酸的用量、反應(yīng)的載氣流量和壓力、蒸發(fā)時(shí)間等,分別考察這些因素對(duì)標(biāo)記效率的影響,以尋找最佳合成條件。

2.3 質(zhì)量控制

產(chǎn)品用精密p H試紙測(cè)試,HPLC測(cè)定產(chǎn)品的放化純度:0.05 mol/L NaH2 PO4為流動(dòng)相,C18柱為分離柱。11C-膽堿的參考保留時(shí)間為4.3 min,雜質(zhì)11C-CH3I的參考保留時(shí)間為16.5 min。采用EDS-99型熱源檢測(cè)系統(tǒng)(37±0.1℃)檢測(cè)產(chǎn)品的熱原。由本院檢驗(yàn)科協(xié)助進(jìn)行產(chǎn)品的無菌檢測(cè)。

2.4 臨床應(yīng)用

臨床疑似腦膠質(zhì)瘤和前列腺瘤疑似患者各1例,18F-FDG PET/CT檢測(cè)均為低代謝冷區(qū)顯像,24 h后靜脈注射740 MBq11C-膽堿,10 min后進(jìn)行PET/CT三維局部顯像,采集數(shù)據(jù)進(jìn)行迭代重建。11C-膽堿PET/CT三維局部顯像圖像與18F-FDG的PET/CT圖像行對(duì)比研究,并以病理結(jié)果或療后隨訪驗(yàn)證準(zhǔn)確性。

3 結(jié)果與討論

3.1 載氣流量和壓力對(duì)11 C-CH 3I產(chǎn)率的影響

載氣流量和壓力對(duì)11C-CH3 I產(chǎn)率的影響列于表1(選定LiAlH 4用量為0.3 mL,57%的 HI的用量為0.5 mL)。從表1可以看出,載氣的流量對(duì)碘代甲烷合成影響較大。流量太大,11CO2不能被有效吸附,11C-CH 3 I的產(chǎn)率低,進(jìn)而導(dǎo)致11C-膽堿的產(chǎn)量低;流量太小,11C-CH3I滯留在反應(yīng)管內(nèi)導(dǎo)致合成失敗;而載氣的壓力對(duì)反應(yīng)影響不大。綜合分析表 1,選擇載氣流量為28 mL/min,載氣壓力為0.28 k Pa,此時(shí)合成產(chǎn)率最高,達(dá)63.9%±2.3%。

3.2 反應(yīng)原料用量對(duì)11C-CH3 I產(chǎn)率的影響

在選定載氣流量為28 mL/min、載氣壓力為0.28 k Pa后,對(duì)反應(yīng)原料用量進(jìn)行優(yōu)化,結(jié)果列于表2。從表2可看出,57%HI的用量對(duì)最終產(chǎn)率的影響不明顯,但LiAlH 4用量少時(shí),11CO2吸收率低,廢氣固體NaOH吸收瓶劑量明顯升高,同時(shí)有可能發(fā)生蒸干現(xiàn)象,直接導(dǎo)致合成失敗。而LiAlH4的用量多時(shí),由于溶劑THF不能被有效清除,導(dǎo)致11C-CH 3I的產(chǎn)率明顯下降。因此,選擇 LiAlH4用量為 0.3 mL、57%的 HI用量為0.5 mL,此時(shí),11C-CH 3I的產(chǎn)率最高,達(dá)62.8%±3.2%。

表1 載氣流量和壓力對(duì)產(chǎn)率的影響(ˉx±s,n=5)

表2 反應(yīng)原料用量對(duì)產(chǎn)率的影響(ˉx±s,n=5)

3.3 反應(yīng)溫度及蒸發(fā)時(shí)間對(duì)11 C-CH3I產(chǎn)率的影響

選定 LiAlH 4用量為0.3 mL,57%的 HI的用量為0.5 mL,載氣流量為28 mL/min,載氣壓力為 0.28 kPa,反應(yīng)溫度及蒸發(fā)時(shí)間對(duì)11CCH3 I產(chǎn)率的影響列于表3。表3數(shù)據(jù)顯示,反應(yīng)溫度為150～180℃時(shí)對(duì)產(chǎn)率影響不大,而溫度較低(＜100℃)時(shí)和較高(＞200℃)時(shí),11CCH3 I的產(chǎn)率均較低。這是由于在較低溫度下,溶劑THF不能去除,導(dǎo)致合成失敗;而溫度較高,放射性揮發(fā)損失大,導(dǎo)致產(chǎn)率低。

蒸發(fā)時(shí)間可隨加入HI的量適當(dāng)調(diào)節(jié),本研究中,由于加入的HI的量為0.5 mL,反應(yīng)溫度在180℃時(shí)稍微延長蒸發(fā)時(shí)間到12 min可以得到61.5%±3.6%的產(chǎn)率。

表3 反應(yīng)溫度及蒸發(fā)時(shí)間對(duì)產(chǎn)率的影響(ˉx±s,n=5)

3.4 常規(guī)合成20批次的結(jié)果分析

分別采用優(yōu)化前與優(yōu)化后的條件合成11C-膽堿10批次。在條件優(yōu)化前合成的10批次中,3批次失敗,其中2批次產(chǎn)率過低,1批次發(fā)生蒸干;在條件優(yōu)化后合成的10批次中,1次失敗,后查明為加57%HI的針管泄漏,HI沒有進(jìn)入反應(yīng)管導(dǎo)致失敗。優(yōu)化前后的合成結(jié)果示于圖1。由圖1可知,條件優(yōu)化后,產(chǎn)率明顯提高,生產(chǎn)的穩(wěn)定性有明顯改善,11C-CH 3I的校正產(chǎn)率為62.2%±3.4%。

圖1 優(yōu)化前后的產(chǎn)率結(jié)果對(duì)比◆——優(yōu)化前;□——優(yōu)化后

11C-膽堿標(biāo)記分兩步,其關(guān)鍵一步是11CCH 3I的合成,第二步甲基化可以在室溫下進(jìn)行,產(chǎn)率穩(wěn)定,達(dá)95%以上。因此,11C-CH3 I的合成產(chǎn)率對(duì)總的產(chǎn)率有直接影響。由于合成11C-CH 3I涉及到對(duì)水相當(dāng)敏感的試劑 LiAlH4,反應(yīng)操作過程作隔水除水處理可以大幅提高標(biāo)記的效率和成功率。另外,在靶氣11CO2的出口端裝一個(gè)P2O5干燥小柱,一方面可以有效去除11CO2中的痕量水蒸氣,另一方面可以防止反應(yīng)溶劑倒吸進(jìn)入合成模塊,從而防止管道被腐蝕或堵塞使標(biāo)記失敗。

3.5 11C-膽堿的質(zhì)量控制

所合成的11C-膽堿外觀澄清透明,無渾濁,經(jīng)精密p H試紙測(cè)試,p H為6.5～8.0;HPLC測(cè)定產(chǎn)品的放化純度＞95%。11C-膽堿的熱原檢測(cè)結(jié)果均為陰性。無菌檢測(cè):本院檢驗(yàn)科對(duì)11C-膽堿產(chǎn)品進(jìn)行細(xì)菌培養(yǎng)兩天,未見有菌生長。

3.6 11C-膽堿的臨床應(yīng)用

2例臨床表現(xiàn)為腦膠質(zhì)瘤和前列腺癌的患者的18F-FDG和11C-膽堿PET/CT顯像結(jié)果示于圖2。由圖2c可以看出,2例患者18F-FDG顯像結(jié)果均為低代謝的病變區(qū)。為進(jìn)一步明確病變,24 h后行11C-膽堿 PET/CT顯像(圖2a)。圖2a顯示2例患者病變區(qū)11C-膽堿PET/CT顯像均表現(xiàn)為高代謝,靶與本底的放射性攝取比高,對(duì)比明顯。從顯像的圖像上看,11C-膽堿PET/CT顯像表現(xiàn)為陽性顯像,比18F-FDG顯像的冷區(qū)顯像更易識(shí)別和辨別。

前列腺癌患者術(shù)后病理結(jié)果為惡性病變,腦膠質(zhì)瘤疑似患者進(jìn)行臨床保守治療,3個(gè)月后進(jìn)行隨訪已惡化為全身病變。

圖2 腦膠質(zhì)瘤和前列腺癌患者的18 F-FDG與11 C-膽堿PET/CT顯像結(jié)果第一排為腦膠質(zhì)瘤顯像,第二排為前列腺癌顯像a——11C-膽堿圖像;b——對(duì)應(yīng)的 CT 斷層圖像;c——18 F-FDG 圖像

4 結(jié) 論

通過優(yōu)化合成11C-CH 3 I的反應(yīng)條件,提高了11C-CH3I的產(chǎn)率,并且在生產(chǎn)的穩(wěn)定性上也有了明顯的改善。另外,工作中也發(fā)現(xiàn),在使用后對(duì)儀器及時(shí)進(jìn)行清潔維護(hù)和保養(yǎng)也是日常工作中非常重要的一部分,可以減少因儀器故障引起的合成失敗。

臨床顯像應(yīng)用表明,在一些腫瘤病變上,11C-膽堿PET顯像可以彌補(bǔ)18F-FDG顯像的不足,聯(lián)合使用11C-膽堿和18F-FDG 進(jìn)行PET/CT顯像可以大幅提高PET診斷的特異性和準(zhǔn)確性。

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