自動化合成11C-Raclopride及質(zhì)量控制

張錦明，張曉軍，李云鋼，劉 健，徐白萱，王瑞民，田嘉禾

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

11C-Raclopride為經(jīng)典的多巴胺D2受體顯像劑，臨床用于帕金森氏病(PD)的鑒別診斷和研究[1-2]。通常采用11C-CH3I或11C-CH3-Triflate與去甲基Raclopride前體化合物芳香環(huán)上的氧-碳甲基化反應(yīng)合成11C-Raclopride，合成效率為5%～60%[3-5]，由于采用氣相法合成11C-CH3I的效率低(20%～30%)，以及沒有選擇合適的甲基化反應(yīng)方式等，致使最終產(chǎn)品的放射性活度較低[6]，通常合成產(chǎn)物的放射性活度低于2 GBq。試嘗用18F-Fallypride取代11C-Raclopride，但18F-Fallypride為D2和D3受體顯像劑，其對D2的親和力遠(yuǎn)高于11C-Raclopride[7]。18F-Fallypride在早期PD患者時，由于紋狀體攝取放射性很高，不容易區(qū)別單側(cè)紋狀體的上調(diào)，因此臨床診斷仍依賴11C-Raclopride。

11C-Raclopride已經(jīng)成功應(yīng)用于PET/CT顯像，文獻(xiàn)也報導(dǎo)了多種11C-Raclopride的合成方法，每種方法均有優(yōu)缺點。合成原料采用高活性的11CH3-Triflate替代11CH3I，可以提高合成效率，降低前體用量[8-10]。仍有文獻(xiàn)[11]用11CH3I作為標(biāo)記前體，直接合成11C-Raclopride，其不校正合成效率為9%～14%(從有11CO2計)，該方法效率高于Ishiwata 等的采用11CH3-Triflate合成效率11%～14%(從11CH3I計)，但采用11CH3I合成時前體用量為11CH3-Triflate 的4倍。合成方法有三種：1) 溶液法，即將前體溶于合適溶劑，放射性氣體通入到溶劑中，該方法的優(yōu)點是溶劑對放射性氣體的捕獲效率高度，由于接觸面小，導(dǎo)致合成效率偏低；2) SEP-PAK柱上反應(yīng)法[12]，即將前體溶于微量溶液后裝載于SEP-PAK柱上，放射性氣體通過SEP-PAK柱，在柱上反應(yīng)，放射性的捕獲效率與溶劑種類相關(guān)，效率同樣不高；3) LOOP法[12]，即將溶有前體的溶劑裝載于HPLC的LOOP環(huán)中，將放射性氣體通過LOOP環(huán)，通過增加接觸面提高反應(yīng)效率，放射性氣體的捕獲效率與溶劑有關(guān)，其中以2-丁酮和環(huán)已烷效率最高，但該方法需制備特殊的前體[13]。Shaw等[14]為了減少有機(jī)溶劑在產(chǎn)品中殘留，采用乙醇作溶劑合成11C-Raclopride，合成效率僅為3.7%，與實際應(yīng)用有較大的差距。因此，在臨床實際應(yīng)用中，必須選擇一種合適的方法，以保證產(chǎn)品的放化純度和比活度達(dá)到要求，產(chǎn)品的活度和放射性濃度要較高，注射體積不宜過大，產(chǎn)品中乙醇濃度低于10%。目前文獻(xiàn)報導(dǎo)合成總活度及濃度均偏低，有的僅合成1.1 GBq[15]，導(dǎo)致注射體積大或乙醇濃度高。

本研究選擇液相法合成11CH3I，合成效率達(dá)60%，并將之轉(zhuǎn)化為高活性11CH3-Triflate，以丙酮為溶劑，采用分析型HPLC分離產(chǎn)品，提高11C-Raclopride濃度，減小體積。采用國產(chǎn)商品化的碳-11多功能合成模塊，通過提高液相法合成11C-CH3I的效率，并優(yōu)化合成流程及純化工藝，使產(chǎn)品可滿足PET/CT檢查的需求。

1 實驗材料

HM-20 回旋加速器：日本住友重機(jī)械株式會社；自動化碳-11多功能合成模塊：內(nèi)置液相法碘代甲烷合成儀、 Triflate在線轉(zhuǎn)換、半制備HPLC系統(tǒng)(配紫外和放射性檢測器)，派特(北京)科技有限公司；分析型HPLC儀：配Biocan Flow Count放射性檢測器和2487紫外檢測器，美國Waters公司；Endosafe-PTS細(xì)菌內(nèi)毒素快速檢測儀：美國 Charles River公司；Sep-Pak C-18柱和CM柱：美國Waters公司；1 mol/L的氫化鋰鋁四氫呋喃溶液：美國Aldrich公司；57%HI(AR), 百靈威J&K公司，乙醇(USP級)：美國Milennium公司；丙酮(AR)：美國Sigma公司； 去甲基Raclopride和2-丁酮：江蘇常熟華益化工有限公司產(chǎn)品；Raclopride氫溴酸鹽標(biāo)準(zhǔn)品和1 mol/L 四丁基銨水溶液：美國Aldrich公司。

2 實驗方法

2.1 11C-CH3-Triflate(11C-CH3-SO2CF3)的合成[9]

采用HM-20加速器經(jīng)14N(p,α)11C反應(yīng)在靶內(nèi)產(chǎn)生11CO2，直接將11CO2傳到自動化碳-11多功能合成模塊，用液氮冷卻的不銹鋼LOOP環(huán)捕獲，隨后從液氮中移出LOOP環(huán)，將LOOP環(huán)內(nèi)的11CO2釋放到有0.2 mL 1 mol/L的氫化鋰鋁四氫呋喃(THF)溶液反應(yīng)管中，隨后，通入氮氣并加熱除去THF，反應(yīng)管中加入0.2 mL 57%氫碘酸，生成11C-CH3，加熱并用氮氣將之蒸至Triflate轉(zhuǎn)化爐中，11C-CH3在線轉(zhuǎn)換成11C-CH3-Triflate。

2.2 11C-Raclopride的合成與純化

將含有0.1～0.4 mg的Nor-Raclopride溶于0.2 mL丙酮中，加入10 μL 0.1～ 5 moL/L NaOH, 通入在線轉(zhuǎn)化的11C-CH3-Triflate，常溫或者85 ℃加熱5 min后，經(jīng)半制備HPLC分離，分離柱為Alltech C-18 250×10 mm，流動相為V(乙腈)∶V(0.1 mol/L 甲酸銨溶液)=4∶6，收集7～8 min的產(chǎn)品，根據(jù)峰面積分析產(chǎn)品的標(biāo)記率。

2.3 自動化合成11C-Raclopride

將11C-CH3-Triflate通入到新配制的200 μL含0.2 mg去甲基Raclopride/10 μL的0.5 mol/L氫氧化鈉的丙酮溶液(圖1中的C)內(nèi)，觀察R4的放射性計數(shù)達(dá)到最大時，停止通氣。常溫下反應(yīng)1 min后，將V14內(nèi)的流動相加到反應(yīng)瓶終止反應(yīng)，并轉(zhuǎn)移到中轉(zhuǎn)瓶，將中轉(zhuǎn)瓶內(nèi)溶液轉(zhuǎn)移到HPLC柱上純化(圖1中D部分)，流動相為V(乙腈)∶V (0.1 mol/L 甲酸銨溶液)=4∶6，流速為6 mL/min，收集7～8 min的放射性溶液入固相萃取瓶，固相萃取瓶中預(yù)先加入60 mL水，以稀釋HPLC收集液。將經(jīng)稀釋后溶液轉(zhuǎn)移到Sep-Pak C-18柱上，用10 mL水清洗Sep-Pak C-18柱后，用1 mL乙醇將產(chǎn)品從Sep-Pak C-18柱上洗脫(圖1中E部分)，并加生理鹽水稀釋，過無菌濾膜。

2.4 產(chǎn)品的質(zhì)量控制

在鉛玻璃后檢查產(chǎn)品的澄明度， 用pH試紙檢測。根據(jù)最終體積計算乙醇濃度，采用Endosafe-PTS細(xì)菌內(nèi)毒素快速檢測儀測注射液的熱原；按中國藥典 2010年版二部附錄Ⅺ H進(jìn)行細(xì)菌檢測。

圖1 全自動合成11C-Raclopride的模塊Fig.1 The module of auto-synthesis for 11C-Raclopride

圖2 合成11C-Raclopride線路圖Fig.2 Scheme of 11C-Raclopride synthesis

采用HPLC測量放化純度和比活度，檢測波長為254 nm；分析柱為反相Nova-Park C-18柱(3.9 mm×150 mm)，流動相為V(乙腈)∶V (0.1 mol/L 甲酸銨溶液)=4∶6，流速為1 mL/min。分別采用11C-Raclopride、標(biāo)準(zhǔn)品、11C-Raclopride和標(biāo)準(zhǔn)品混合物進(jìn)樣，測量產(chǎn)品的相對保留時間，并計算產(chǎn)品的比活度和放化純度。

3 結(jié)果和討論

3.1 不同條件下的11C-Raclopride的合成及優(yōu)化

將11C-CH3-Triflate通入到含有0.2 mL丙酮溶解的0.4 mg 去甲基Raclopride(游離堿)/3 μL 5 mol/L NaOH的反應(yīng)瓶中，常溫下反應(yīng)，經(jīng)半制備HPLC分離，結(jié)果示于圖3，有3個主要的放射性峰。

圖3 半制備HPLC純化11C-Raclopride放射性圖譜Fig.3 The radioactivity trace of 11C-Raclopride from Semi-HPLC

采用單獨進(jìn)11C-CH3-Triflate樣品，確認(rèn)放射性峰1為未反應(yīng)的11C-CH3-Triflate峰，收集放射性峰3樣品與標(biāo)準(zhǔn)的Raclopride在分析HPLC上紫外對照，放射性峰3為11C-Raclopride峰，而放射性峰2為副反應(yīng)峰。

結(jié)果表明，游離堿前體的穩(wěn)定性不高，常溫貯存會造成前體分解，合成效率下降，同時出現(xiàn)了多個雜峰(圖4)。因此，建議低溫存貯游離堿前體。

圖4 常溫貯存的游離堿前體合成 11C-Raclopride的產(chǎn)品HPLC圖譜Fig.4 The radioactivity trace of 11C-Raclopride with RT stored precursor at Semi-HPLC

反應(yīng)體系中NaOH的量從1 μmol到50 μmol，產(chǎn)品的合成效率基本不變(見圖5)，低量堿時，放射性峰1量變大，而峰2變小(圖5b)；加大堿量，放射性峰1量變小幾乎消失，而峰2變大(圖5a)。

由于前體去甲基Raclopride分子上有多個可甲基化的基團(tuán)，副反應(yīng)可能有兩個，一是五元環(huán)上的仲胺可甲基化為季胺，用40%乙腈水溶液作流動相，單獨收集放射性峰2分析，放射性峰2不能被陽離子交換樹脂吸附，說明峰2為無電荷，不是季胺鹽；另一是酰胺上的氮原子甲基化，該甲基化需要強堿下進(jìn)行[16]，而合成體系中堿的量主要影響了副反應(yīng)的效率。從圖5b發(fā)現(xiàn)，增加堿量，放射性峰2含量增加，副反應(yīng)可能為酰胺上C-N甲基化。

a—10 μL 5 moL/L NaOH；b—2 μL 0.5 moL/L NaOH; 圖5 不同的堿量對11C-Raclopride合成及副反應(yīng)的影響 a—10 μL 5 moL/L NaOH；b—2 μL 0.5 moL/L NaOHFig.5 Synthesis of 11C-Raclopride and by-production at different base

本研究也嘗試采用LOOP法合成，采用100 μL的2-丁酮溶解1 mg的游離堿去甲基Raclopride前體，體系中加入10 μL 1 mol/L四丁基銨水溶液，將該溶液裝載于HPLC的 LOOP環(huán)中，但未能得到產(chǎn)品。可能的原因是未合成四丁基銨的去甲基Raclopride前體，體系中含有水，可能影響了產(chǎn)品的合成。

3.2 11C-Raclopride的自動化合成

采用碳-11自動化合成模塊，以40 μA的束流轟擊氣體靶15 min，可收集到含(7.4±0.6) GBq的HPLC淋洗液，再經(jīng)固相萃取，可得到3.7～5.6 GBq的11C-Raclopride。放射性損失主要是產(chǎn)品在C-18柱上的漏穿和殘留，共約20%?？偤铣蓵r間從11CO2開始為28 min，校正合成效率為(55.1+8.4)%(以11CH3I計，n=40)。與文獻(xiàn)[17]相比，本方法模塊內(nèi)置的固相萃取提高了合成速度。而文獻(xiàn)中采用BioScan公司的ReForm-Plus system，不但轉(zhuǎn)移速度慢，而且需要獨立的熱室。

3.3 11C-Raclopride的質(zhì)量控制

最終產(chǎn)品為含10%乙醇的無色透明液體，pH為6.0～7.0。 產(chǎn)品無菌、無熱源。

將11C-Raclopride產(chǎn)品與標(biāo)準(zhǔn)品混和后在HPLC上共進(jìn)樣，標(biāo)準(zhǔn)品的紫外保留時間為4.4 min，而樣品的放射性保留時間也為4.4 min，產(chǎn)品的相對保留時間為 1.0。鑒定產(chǎn)品為11C-Raclopride。

單獨將11C-Raclopride產(chǎn)品進(jìn)樣，測放化純度和比活度，結(jié)果表明，11C-Raclopride放化純度大于99%，比活度為1.73×1014Bq/g。產(chǎn)品的放射性濃度在370～550 MBq/mL，乙醇濃度低于10%。

4 小結(jié)

本研究采用液相法合成11CH3I，其優(yōu)點是合成效率高，約為60%，高于氣相法的20%，因此可提高終產(chǎn)品的總活度，降低產(chǎn)品中乙醇的含量。最新文獻(xiàn)[19]研究表明，11CH3I的比活度與合成方法無關(guān)，主要是加速器靶轟擊時高溫、高壓產(chǎn)生了非放射性的二氧化碳，如果通過多次預(yù)處理靶及傳輸管線和釋放系統(tǒng)，可以將液相法合成11C標(biāo)記化合物的比活度提高到5 700 TBq/moL[20]，遠(yuǎn)高氣相法的550 TBq/moL。 本研究未采用氦氣等飽和傳輸管線，因此比活度低于文獻(xiàn)值，但高于美國藥典規(guī)定的不低于18.5 TBq/moL標(biāo)準(zhǔn)，滿足臨床受體顯像的要求。

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