18F-FDG的穩(wěn)定性及提高穩(wěn)定性的方法

張錦明,李云剛,劉 健,張曉軍,田嘉禾

(中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院 核醫(yī)學(xué)科,北京 100853)

18F-FDG在高能γ射線作用下會(huì)產(chǎn)生輻射自分解,導(dǎo)致18F-FDG放化純度降低[1-2]。我國(guó)國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理局18F-FDG暫行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,18F-FDG的有效期為合成后6 h[3]。但高濃度的18F-FDG由于輻射分解,合成后在6 h內(nèi)其放化純度低于90%。如果不對(duì)其進(jìn)行分離直接注入體內(nèi),會(huì)導(dǎo)致骨的放射性攝取升高。為了減少18F-FDG的輻射分解,降低骨的攝取,文獻(xiàn)采用防輻射分解試劑如抗壞血酸、乙醇等,以延長(zhǎng)18F-FDG的有效期,但仍有少量18F-FDG分解[5-6]。本研究小組的初步研究[4]表明,使用再純化方法處理已分解的18F-FDG,可以將其放化純度從90%提高到99%以上,使不合格的18FFDG成為合格產(chǎn)品。但再純化處理的回收率與放化純度相關(guān),回收率低,放化純度也低,影響了18F-FDG的使用效率。本工作在進(jìn)一步研究18F-FDG穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上,擬利用乙醇的穩(wěn)定作用,并結(jié)合再純化方法,探索有效的提高18FFDG穩(wěn)定性方法,以保證放化純度＞95%,并提高18F-FDG的利用率。

1 主要實(shí)驗(yàn)材料

1.1 試劑與儀器

H218O:豐度97%,江蘇華益化工有限公司產(chǎn)品;無(wú)水乙腈、氨基聚醚 K2.2.2以及 K2CO3:美國(guó)Aldrich公司產(chǎn)品;Sep-Pak C18及Al2O3柱:美國(guó)Waters公司產(chǎn)品;IC-H柱:美國(guó) Alltech公司產(chǎn)品;USP級(jí)乙醇:美國(guó) Milliper公司產(chǎn)品;三氟甲基磺?；事短?FDG前體):德國(guó)ABX公司產(chǎn)品。NaOH和 HCl均為北京化工廠產(chǎn)品。

Sumitomo HM-20S加速器:日本駐友株式會(huì)社;18F-FDG自動(dòng)化合成模塊:派特(北京)科技有限公司;BioScan-3000放射性薄層掃描儀:美國(guó) BioScan公司產(chǎn)品。HPLC系統(tǒng):配 515泵、410示差檢測(cè)器、Bio-Scan Flow Count,Waters公司產(chǎn)品。eXPlore VistaMicro PET/CT成像系統(tǒng):美國(guó)GE公司產(chǎn)品。

1.2 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

Wister大鼠:200 g,2只,清潔級(jí),中國(guó)人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)研究院動(dòng)物所提供。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 18F-FDG的自動(dòng)化合成[7]

采用國(guó)產(chǎn)18F-FDG自動(dòng)化合成模塊,步驟如下:(1)Sumitomo HM-20S加速器生產(chǎn)的18F-被QMA捕獲后,經(jīng)K2CO3乙腈水溶液洗脫進(jìn)入反應(yīng)管,共沸除水至干,再加入2 mL乙腈共沸除水至干。(2)反應(yīng)管內(nèi)加入1 mL無(wú)水乙腈溶解的20 mg三氟甘露糖,83℃加熱5 min,除乙腈后加入 14 mL水稀釋。(3)混和物過(guò)Sep-Pak C18柱,中間體吸附在柱上,用10 mL水沖洗該柱二次,向柱上加入1 mL 2 mol/L的NaOH,常溫水解2 min。(4)水解產(chǎn)品依次過(guò)IC-H柱、Sep-Pak C18(合成前用5 mL乙醇活化該柱進(jìn)行預(yù)處理)及 Al2O3柱純化,再用10 mL水沖洗,最終產(chǎn)品過(guò)無(wú)菌濾膜即可。整個(gè)合成過(guò)程占時(shí)22 min,不校正合成效率為60%。

2.2 18 F-FDG穩(wěn)定性及加入乙醇后穩(wěn)定性[6]

按常規(guī)方法合成18F-FDG,按體積分?jǐn)?shù)為0.1%向產(chǎn)品收集瓶中加無(wú)水乙醇。室溫下靜置,用TLC或HPLC法測(cè)量不同放射性濃度下添加0.1%乙醇前后及放置不同時(shí)間18F-FDG的放化純度。

2.3 已分解18F-FDG的再純化[4]

取TLC測(cè)量已輻射分解的18F-FDG,直接經(jīng)Sep-Pak Al2O3柱、Sep-Pak C18柱純化后過(guò)無(wú)菌濾膜,用少量水沖洗柱和無(wú)菌濾膜,測(cè)量收集的純化產(chǎn)品和Sep-Pak Al2O3柱上的放射性活度,計(jì)算純化后18F-FDG的放化純度。

2.4 18 F-FDG放化純度分析[8]

分別采用HPLC和 TLC分析產(chǎn)品的放化純度。

HPLC法:分析軟件為Millennium32,流動(dòng)相為85%的乙腈,流速為2 mL/min,分離柱為碳水化合物柱(10μm,3.9 mm×300 mm)。

TLC法:取18F-FDG點(diǎn)樣于硅膠板上,用85%的乙腈水溶液上行展開(kāi),用 BioScan-3000放射性薄層掃描儀掃描。產(chǎn)品的Rf=0.45,雜質(zhì)的R f=0。

2.5 大鼠Micro PET/CT顯像

取200 g Wister大鼠 2只,尾靜脈注射18.5 MBq18F-FDG,60 min后腹腔注射5%的水合氯醛麻醉。將大鼠置于eXplore Vista Micro PET/CT上進(jìn)行全身掃描,先進(jìn)行PET掃描,再用CT進(jìn)行定位,確定放射性濃集部位。

3 結(jié)果與討論

3.1 18 F-FDG放化純度

18F-FDG的放化純度一般采用 TLC方法,也可以采用HPLC方法。兩者相比,TLC更方便、快速,但TLC受點(diǎn)樣影響,測(cè)量沒(méi)有HPLC準(zhǔn)確。采用HPLC可以更清楚地了解18F-FDG分解后所形成的副產(chǎn)物。因此,本工作采用TLC和HPLC兩種方法對(duì)新合成的18F-FDG進(jìn)行分析,結(jié)果示于圖1。新合成的18F-FDG TLC譜圖中僅有一個(gè)R f為0.45峰,HPLC譜圖中僅出現(xiàn)一個(gè)保留時(shí)間為5.4 min峰。

而圖1HPLC譜顯示,分解后的18F-FDG主要副產(chǎn)物僅有一個(gè),是保留時(shí)間為3.95 min的F-,與TLC譜圖中原點(diǎn)雜質(zhì)峰一致。

圖1 TLC及HPLC測(cè)量輻射分解的18 F-FDG

本研究初始產(chǎn)物僅一個(gè)峰,但高濃度產(chǎn)品存貯4 h后,TLC和HPLC檢測(cè)均發(fā)現(xiàn)了雜質(zhì)峰,且TLC結(jié)果和HPLC結(jié)果一致,以下實(shí)驗(yàn)中均采用TLC分析其放化純度。

3.2 18F-FDG的穩(wěn)定性

濃度為0.74～1.85 TBq/L(n=100)18FFDG產(chǎn)品室溫放置6 h,TLC沒(méi)有觀察到原點(diǎn)有放射性增加。濃度為4～12 TBq/L的18FFDG產(chǎn)品,室溫放置4 h,TLC檢測(cè)其放化純度,結(jié)果示于圖2。由圖2可見(jiàn),隨著濃度增大,產(chǎn)品放化純度下降很快。無(wú)穩(wěn)定劑時(shí),放置4 h后,濃度為6 TBq/L的產(chǎn)品放化純度平均約為95%,濃度為8 TBq/L的產(chǎn)品放化純度平均只有92%,已不能滿足臨床要求[3]。產(chǎn)品濃度(x)與放置4 h后放化純度(y)之間存在負(fù)線性關(guān)系,相關(guān)方程為:y=-0.394 9x+97.5,R2=0.179。該結(jié)果與Jiménez[1]的產(chǎn)品中游離的 F-與18F-FDG濃度呈正比關(guān)系一致。該結(jié)果提示,18F-FDG濃度增大,放置一定時(shí)間后放化純度下降很快;濃度大于6 TBq/L的產(chǎn)品有效期小于4 h。為了提高18F-FDG的穩(wěn)定性,可用生理鹽水將其濃度稀釋至小于2 TBq/L。但存放期間稀釋18F-FDG,存在后期注射體積較大的不足。

18F-FDG輻射分解的原因是高能射線產(chǎn)生自由基將水分解成自由的質(zhì)子、羥基和雙氧水,這些羥基和質(zhì)子進(jìn)一步破壞FDG的骨架,從而引發(fā)一系列分解。HPLC分析證實(shí),分解的FDG中存在過(guò)氧化氫,濃度達(dá)2 mg/L[5]。而還原劑抗壞血酸和自由基萃滅劑乙醇等可以防止過(guò)氧化氫的產(chǎn)生,從而提高18F-FDG的穩(wěn)定性。

圖2 濃度與放化純度的關(guān)系及加乙醇對(duì)18 F-FDG產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響◆——加0.1%乙醇放置4 h;□——加0.1%乙醇放置6 h;▲——無(wú)穩(wěn)定劑放置4 h

3.3 乙醇對(duì)18F-FDG的穩(wěn)定作用

在18F-FDG產(chǎn)品中加添加少量乙醇,使乙醇的體積分?jǐn)?shù)為0.1%,并用生理鹽水調(diào)18F-FDG產(chǎn)品的濃度,室溫放置。分別于4 h和6 h測(cè)其放化純度,結(jié)果示于圖 2。圖2顯示,添加0.1%乙醇后,18F-FDG的分解速度明顯減緩。但仍有少量分解,分解速度與濃度和放置時(shí)間呈正比;不加穩(wěn)定劑時(shí),18F-FDG濃度為5～15 TBq/L,室溫放置4 h后,起始濃度與放化純度之間存在負(fù)線性關(guān)系,線性方程為:y=-0.065 6x+98.1,R2=0.015 4,放置6 h后線性方程為:y=-0.136 8x+99.5,R2=0.186 4。

Kiselev等[9]首先提出體積分?jǐn)?shù)為0.1%乙醇作為18F藥物的穩(wěn)定劑。他們認(rèn)為,對(duì)于18FFDG濃度大于10 TBq/L的藥物,添加0.1%的乙醇可維持其放化純度＞90%。Jacobson等[6]通過(guò)測(cè)量產(chǎn)品自身乙醇含量發(fā)現(xiàn),制備過(guò)程中帶入乙醇(自身乙醇)的體積分?jǐn)?shù)為0.004%～0.001%時(shí),高濃度(10 TBq/L)18F-FDG分解很快,10 h時(shí)游離F-濃度＞20%,而當(dāng)自身乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.05%時(shí),即使?jié)舛龋?0 TBq/L,10 h時(shí)游離F-濃度＜5%。本研究結(jié)果與Jacobson的結(jié)果一致,即通過(guò)外加乙醇,可以明顯提高18F-FDG 穩(wěn)定性;與Fawdry等[5]的結(jié)果則有差異,他們認(rèn)為,在 11.4 TBq/L濃度下,加乙醇與否對(duì)放化純度無(wú)影響,可能是其對(duì)照組自身含乙醇所致。由圖2也可以看出,無(wú)穩(wěn)定劑時(shí),相同濃度不同批次18F-FDG穩(wěn)定性也有較大差別,可能是自身乙醇濃度差異所致。

3.4 再純化已分解的18F-FDG

將已分解的18F-FDG過(guò) Sep-Pak C18和Al2O3柱進(jìn)行再純化,結(jié)果顯示,Sep-Pak C18柱上沒(méi)有放射性,放射性主要吸附在Sep-Pak Al2O3柱上,說(shuō)明分解產(chǎn)物中沒(méi)有脂溶性的雜質(zhì),主要是水溶性的離子雜質(zhì)。用 HPLC和TLC法對(duì)再純化后18F-FDG藥液進(jìn)行分析,其放化純度＞99%。Sep-Pak Al2O3柱吸附的放射性與放化純度的關(guān)系示于圖3。

分析圖3可知,放化純度與柱上吸附的放射性存在負(fù)線性關(guān)系,其相關(guān)方程為 y=-1.740 4x+173.6,R2=0.639 3。放化純度低時(shí),分解的雜質(zhì)主要是F-,因此Al2O3柱上吸附的放射性高。TLC和HPLC分析表明,再純化后18F-FDG的放化純度＞99%。再純化后18F-FDG回收率約為80%(n=50),放射性除吸附在Al2O3柱上外,還有部分吸附在無(wú)菌濾膜和注射器上。

3.5 提高穩(wěn)定性的方法

用體積分?jǐn)?shù)為0.1%的乙醇作穩(wěn)定劑可減緩其輻射分解,但4 h后仍有少量分解。再純化效果明顯,但FDG的損失較大,且再純化后放置2～4 h,放化純度仍會(huì)出現(xiàn)明顯下降。為了提高18F-FDG利用率,保持高的放化純度,將外加體積分?jǐn)?shù)為0.1%的乙醇作穩(wěn)定劑和再純化結(jié)合使用:先在高濃度(15 TBq/L)18F-FDG產(chǎn)品中添加乙醇,室溫下放置約4 h,之后再對(duì)其進(jìn)行純化。檢測(cè)結(jié)果顯示,產(chǎn)品的放化純度＞98%。

綜上所述,常規(guī)生產(chǎn)18F-FDG時(shí),產(chǎn)品合成后即加入體積分?jǐn)?shù)為0.1%的乙醇,室溫放置3 h后每隔1 h測(cè)其放化純度,如果＜95%,采用再純化方法對(duì)其處理,可以保證使用時(shí)18F-FDG的放化純度＞95%。產(chǎn)品合成后即添加乙醇和放化純度低于95%后進(jìn)行再純化這兩種方法的組合,既保證了臨床使用18F-FDG的放化純度,又減少了18F-FDG的損失。

3.6 大鼠的Micro PET/CT顯像

經(jīng)Wister大鼠尾靜脈注射新鮮制備的18FFDG,60 min后行全身PET顯像,結(jié)果顯示,放射性主要濃集于心肌和肌肉。

將已出現(xiàn)分解、放化純度低于90%的18FFDG由尾靜脈注入Wister大鼠體內(nèi),其注射后60 min的PET和CT顯像結(jié)果示于圖4。由圖4可以看出,分解后的18F-FDG顯像質(zhì)量下降;股骨明顯顯像,同時(shí)也可見(jiàn)脊柱等顯像。股骨明顯攝取放射性也進(jìn)一步證實(shí)18F-FDG分解的放射性雜質(zhì)是F-。

對(duì)放化純度＜90%已發(fā)生分解的18F-FDG進(jìn)行再純化。將純化后的18F-FDG注入大鼠體內(nèi),其PET和CT顯像結(jié)果示于圖5。圖5顯示,純化后的18F-FDG在大鼠體內(nèi)的放射性分布與新鮮制備的18F-FDG一致,股骨和脊柱不顯像,PET圖中脊柱左側(cè)位置的放射性不是骨攝取,CT對(duì)應(yīng)不在脊柱上。Micro PET/CT顯像說(shuō)明再純化可以有效去除輻射分解的放射性雜質(zhì),提高圖像質(zhì)量。

Buriova[10]在研究低濃度(0.4～0.6 TBq/L)18F-FDG時(shí)發(fā)現(xiàn),18F-FDG存貯6～48 h后,TLC檢測(cè)始終僅有一個(gè)18F-FDG峰,沒(méi)有發(fā)現(xiàn)其他峰;HPLC分析則發(fā)現(xiàn)了多個(gè)放射性峰,主要分解產(chǎn)物為2-氟-葡萄糖酸和2-氟-葡萄醛酸。但本研究經(jīng)動(dòng)物顯像證實(shí),18F-FDG分解后的主要雜質(zhì)是游離的F-,它主要濃集于骨內(nèi)(圖4);分解后的18F-FDG經(jīng)純化柱處理后再注入大鼠體內(nèi),骨內(nèi)無(wú)攝取(圖5),說(shuō)明雜質(zhì)已除去。本工作結(jié)果與Buriaova的結(jié)果不同,可能是由于18F-FDG濃度不同,其分解產(chǎn)物也有一定差異。

圖3 Al2 O3柱上殘留的放射性與放化純度的關(guān)系

圖4 放化純度低于90%的18 F-FDG在大鼠體內(nèi)micro-PET/CT顯像

4 結(jié) 論

1)高濃度(6 TBq/L)的18F-FDG產(chǎn)品室溫下體外穩(wěn)定性小于4 h。

2)18F-FDG產(chǎn)品中添加體積分?jǐn)?shù)為0.1%的乙醇,可明顯增加18F-FDG的體外穩(wěn)定性。

3)再純化處理可以將已輻射分解的18FFDG放化純度提高到99%以上。

4)高濃度(6 TBq/L)的18F-FDG可采用先外加體積分?jǐn)?shù)為0.1%的乙醇,4 h后再純化的方法,以保證18F-FDG的放化純度和利用率。

18F-FDG合成后加入體積分?jǐn)?shù)為0.1%的乙醇及再純化方法聯(lián)合使用,已成為本科處理輻射分解18F-FDG的常規(guī)技術(shù)。

[1] Jiménez IR,Roca EM,Campos AF,et al.Inf luence of radioactive concentration and storage time on radiochemical purity of18F-FDG[J].Rev Esp Med Nucl,2006,25:20-25.

[2] Karwath P,Sartor J,Gries W,et al.Steam sterilization and automatic dispensing of[18F]fludeoxyglucose(FDG)for injection[J].Appl Radiat Isot,2005,62(4):577-586.

[3] 國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理局.YBH05262005氟[18F]脫氧葡糖注射液質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(暫行)[S/OL].[2010-04-09]http://www.sfda.gov.cn.

[4] Zhang JM,Li YG,Liu J,et al.The analysis of radiolysis impurities in18F-FDG and methods of repurification[J].J Radioanal Nucl Chem,2010,283:565-569.

[5] Fawdry RM.Radiolysis of 2-[18F]fluoro-2-deoxyd-glucose(FDG)and the roleof reductant stabilisers[J].Appl Radiat Isot,2007,65:1 193-1 201.[6] Jacobson MS,Dankwart HR,Mahoney DW.Radiolysis of 2-[18F]fluoro-2-deoxy-β-glucose([18F]FDG)and the role of ethanol and radioactive concentration[J].Appl Radiat Isot,2009,67:990-995.

[7] 劉曉飛,張錦明,田嘉禾,等.固相柱水解和IC-H柱中和法制備18F-FDG及放射性損失分析[J].國(guó)際藥學(xué)研究雜志,2008,35(1):1-4.

[8] 張錦明,田嘉禾,陳英茂.18F-FDG放射化學(xué)純度快速測(cè)量[J],中華臨床醫(yī)學(xué)雜志,2004,16(5):11-12.

[9] Kisleve M,Tadino V.Stabilization of radiopharmaceuticals labeled with18F:US,2004/0223910 A 1[P].2004-02-23.

[10]Buriova E,Medova M,M acasek F,et al.Separation and detection of oxidation productions of f luorodeoxyglucose and glucose by high-performance liquid chromatography-electrospray ionization mass spectrometry[J].J Chromatogr A,2004,1 034:133-137.