國(guó)產(chǎn)FDG模塊半自動(dòng)合成18F-氟乙基膽堿

周　明，張曉軍，劉　健，李云鋼，張錦明

(1.中南大學(xué)湘雅醫(yī)院 PET中心，湖南 長(zhǎng)沙　410008；

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

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國(guó)產(chǎn)FDG模塊半自動(dòng)合成18F-氟乙基膽堿

周明1，張曉軍2，劉健2，李云鋼2，張錦明2

(1.中南大學(xué)湘雅醫(yī)院 PET中心，湖南 長(zhǎng)沙410008；

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

摘要：(18)F-氟乙基膽堿((18)F-FECH)是(18)F-FDG的重要補(bǔ)充，在腦瘤轉(zhuǎn)移和前列腺癌及轉(zhuǎn)移的診斷方面有重要的應(yīng)用價(jià)值。利用國(guó)產(chǎn)單次PET-FDG-TI-I CPCU型FDG合成模塊，未改變硬件，通過(guò)更改試劑與耗材，半自動(dòng)合成(18)F-FECH，并在產(chǎn)品收集瓶前增加C18純化柱，減少K(2.2.2)雜質(zhì)的含量。合成時(shí)間約30 min，放化產(chǎn)率42.0% (未時(shí)間校正，n=5)，放置6 h后放化純度>99.0%，體外穩(wěn)定性良好；合成時(shí)間和產(chǎn)率與國(guó)內(nèi)外模塊結(jié)果相近。結(jié)果表明，在國(guó)產(chǎn)單次PET-FDG-TI-I CPCU型FDG模塊上可半自動(dòng)合成(18)F-FECH，合成效率及放化純度較高。

關(guān)鍵詞：(18)F-氟乙基膽堿((18)F-FECH)；PET；顯像劑

膽堿是合成細(xì)胞膜組成成分卵磷脂的起始原料，在腫瘤細(xì)胞中能特異性的高聚集和代謝，用同位素標(biāo)記的膽堿衍生物作為PET顯像劑在多種惡性疾病的診斷中有廣泛應(yīng)用，如肺癌、食管癌、結(jié)腸癌、膀胱癌等[1-2]。特別在腦腫瘤和前列腺腫瘤研究方面，由于傳統(tǒng)顯像劑FDG攝取高、靈敏度低以致易出現(xiàn)假陽(yáng)性診斷[3-4]，同位素標(biāo)記的膽堿衍生物已成為這兩類(lèi)腫瘤的診斷顯像劑[5]。11C-膽堿是第一個(gè)基于膽堿的腫瘤顯像劑，雖然其對(duì)腦腫瘤和前列腺腫瘤表現(xiàn)出良好的診斷效果，但是半衰期20 min，不僅限制了每天患者的檢查數(shù)量，而且也限制了該藥物的異地配送使用。因此，較長(zhǎng)半衰期(109 min)的18F標(biāo)記的膽堿類(lèi)顯像劑成為替代11C-膽堿的較好選擇。目前，18F標(biāo)記的膽堿類(lèi)顯像劑主要有18F-氟甲基膽堿(18F-FCH)和18F-氟乙基膽堿(18F-FECH)等[6-7]，其中18F-FCH標(biāo)記困難，產(chǎn)率和放化純度不高、且不穩(wěn)定[8]，而18F-FECH產(chǎn)率和純度較高，穩(wěn)定性較好[9]，成為取代11C-膽堿用于腦腫瘤和前列腺腫瘤PET顯像的首選藥物。

已報(bào)道的用于生產(chǎn)18F-FECH的合成方法和合成模塊較多，如部分國(guó)產(chǎn)派特(北京)的PET-MF-2V-IT-I型F多功能模塊[9-10]、美國(guó)GE公司的Tracelab FXFN多功能模塊[11]和德國(guó)Simens的Explora FDG4合成模塊[12]均以1，2-乙二醇二對(duì)甲苯磺酸酯和N，N-二甲基乙醇胺為原料，只是反應(yīng)條件(包括溫度、時(shí)間、反應(yīng)物用量比例等)和純化方式不同，最終產(chǎn)率也不同，一般放化產(chǎn)率在30%～37%之間；德國(guó)Raytest的Rayrest SynChrom型模塊以及德國(guó) Scintomics的 HotboxIII型模塊以2-溴乙基-4-硝基苯磺酸酯為起始原料，將第一步反應(yīng)產(chǎn)物中間體[18F]-2-溴-1-氟乙基固相純化后再與N，N-二甲基乙醇胺反應(yīng)[13]，放化產(chǎn)率在28%～42%之間。如果為了生產(chǎn)18F-FECH而去購(gòu)買(mǎi)價(jià)格昂貴的進(jìn)口模塊成本壓力大，即使是購(gòu)買(mǎi)相對(duì)便宜的國(guó)產(chǎn)氟多功能模塊，還需配套相關(guān)熱室等防護(hù)設(shè)備，同樣性?xún)r(jià)比不高。鑒于此，本工作擬采用國(guó)產(chǎn)PET-FDG-TI-I單功能正電子藥物合成儀為基礎(chǔ)，不更改硬件，僅更換部分配件與合成原料生產(chǎn)18F-FECH，為無(wú)多功能合成器的機(jī)構(gòu)進(jìn)行18F-FECH臨床應(yīng)用和研究提供參考。

1主要儀器和材料

1.1試劑和材料

N，N-二甲基乙醇胺(純度≥99.5%)、1，2-乙二醇二對(duì)甲苯磺酸酯(純度> 97%)、無(wú)水K2CO3(純度>99.995%)：美國(guó)Aldrich 公司產(chǎn)品；無(wú)水乙腈(純度99.9%)和K2.2.2(純度98%)：中國(guó)百靈威公司產(chǎn)品；HPLC乙腈(色譜純)：德國(guó)LiChrosolv公司產(chǎn)品；其余試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純；C18(Sep Pak Plus)、QMA(Sep pak Light)、CM柱(Sep Pak Plus)、IC-PakTMCation 色譜柱(3.9 mm×150 mm)：美國(guó)Waters公司產(chǎn)品； 60F254薄層層析硅膠板：德國(guó)Merck公司產(chǎn)品；Millex GS 0.22 μm除菌過(guò)濾器：美國(guó)Millipore公司產(chǎn)品。

1.2儀器

HM-20型回旋加速器：日本住友重機(jī)械株式會(huì)社產(chǎn)品；PET-FDG-TI-I CPCU型正電子藥物合成模塊：派特(北京)科技公司產(chǎn)品；高效液相色譜儀：配Biocan Flow Count放射性檢測(cè)器和515泵，2487紫外檢測(cè)器，美國(guó)Waters公司產(chǎn)品；Bioscan system 2000型薄層色譜掃描儀：美國(guó)Bioscan公司產(chǎn)品 。

2實(shí)驗(yàn)方法

2.118F-FECH的半自動(dòng)合成

利用PET-FDG-TI-I CPCU型正電子藥物合成模塊單管法半自動(dòng)合成18F-FECH，在單向閥與V10之間接一個(gè)SEP-PAK C18純化柱，將原來(lái)水解的NaOH注射器更改為5 mL 生理鹽水，原來(lái)用于淋洗產(chǎn)品的10 mL注射用水更改為10 mL 50%乙醇。

改裝后PET-FDG-TI-I型模塊合成如圖1所示。18F-FECH的半自動(dòng)合成方法的合成原料與路線(xiàn)同參考文獻(xiàn)[9]相比，在產(chǎn)品淋洗出之前，增加了一個(gè)C18柱。18F-FECH合成路線(xiàn)如圖2所示，通過(guò)1，2-乙二醇二對(duì)甲苯磺酸酯與18F-進(jìn)行親核反應(yīng)生成中間體18F-氟乙基對(duì)甲苯磺酸，再與N，N-二甲基乙醇胺反應(yīng)得到產(chǎn)品化合物18F-FECH，最后反應(yīng)體系通過(guò)CM柱和C18柱的分離純化得到可供注射的終產(chǎn)品溶液。操作步驟如下。

圖1　改裝后PET-FDG-TI-I型模塊合成示意圖Fig.1　Schematic diagram of modified PET-FDG-TI-I synthesizer

圖2　18F-FECH的合成路線(xiàn)Fig.2　Synthesis route of 18F-FECH

1) 通過(guò)住友加速器利用18O(p，n)18F核反應(yīng)生產(chǎn)18F-。

2)用N2將18F-從加速器靶內(nèi)傳出并用QMA柱捕獲，隨后使用1號(hào)瓶中的1 mL K2.2.2/K2CO3溶液將18F-洗脫至反應(yīng)管中，加熱蒸干溶劑后加入2號(hào)瓶中的2 mL乙腈再次干燥。

3) 將3號(hào)瓶中溶于1 mL乙腈的20 mg 1，2-乙二醇二對(duì)甲苯磺酸酯加入反應(yīng)管中，85 ℃下反應(yīng)5 min得中間體18F-氟乙基對(duì)甲苯磺酸，隨后升溫至115 ℃蒸除溶劑至剩余約0.1 mL。

4) 將4號(hào)瓶中溶有0.2 mL N，N-二甲基乙醇胺的0.4 mL乙腈溶液加入到反應(yīng)管中，115 ℃蒸除溶劑至剩余約0.3 mL后85 ℃加熱反應(yīng)10 min，生成產(chǎn)品化合物18F-FECH。

5) 將5號(hào)瓶中的5 mL去離子水加入到反應(yīng)管中并負(fù)壓轉(zhuǎn)移，經(jīng)C18純化柱和CM柱后產(chǎn)品被CM柱吸附。隨后用6號(hào)瓶中的50%乙醇溶液進(jìn)一步清洗CM柱，最后用5 mL 0.9%的NaCl溶液將18F-FECH從CM柱上洗脫下來(lái)，洗脫液經(jīng)第二個(gè)C18柱和0.22 μm除菌濾膜進(jìn)入產(chǎn)品收集瓶中得無(wú)色澄清的18F-FECH注射液。

2.2質(zhì)量控制

1) 用精密pH試紙測(cè)定18F-FECH注射液的pH，并目測(cè)產(chǎn)品的顏色和澄清度[9]。

2) 高效液相色譜法(IC-PakTMCation，3.9 mm×150.0 mm，10.0 μm)和薄層層析法(Bioscan system 2000)檢測(cè)18F-FECH注射液的體外穩(wěn)定性和放化純度，其中HPLC的條件中流動(dòng)相為5 mol/L HCl溶液，流速為1.0 mL/min，檢測(cè)器為放射檢測(cè)器。TLC展開(kāi)劑為5%的醋酸溶液。

3) 室溫下測(cè)定產(chǎn)品三個(gè)半衰期(6 h)內(nèi)的放化純度，觀察產(chǎn)品的穩(wěn)定性。

4) 根據(jù)參考文獻(xiàn)[15]，采用碘鉑酸鹽試劑硅膠板顯色法檢測(cè)產(chǎn)品中K2.2.2的含量。制備0.010、0.025、0.050 g/L K2.2.2的標(biāo)準(zhǔn)溶液作為對(duì)照，分別制備未用C18柱純化和用C18柱純化的18F-FECH，對(duì)其中K2.2.2雜質(zhì)進(jìn)行半定量檢測(cè)。

5) 參照中國(guó)藥典2010年版對(duì)產(chǎn)品注射液進(jìn)行無(wú)菌和細(xì)菌內(nèi)毒素檢查。

3結(jié)果與討論

3.118F-FECH的半自動(dòng)合成

18F-FECH的合成方法較多，不同的合成模塊合成前體也不完全一樣[11,13]，改造后半自動(dòng)合成全過(guò)程時(shí)間約為30 min，最終產(chǎn)品放化純度為99.0%、放化產(chǎn)率為42.0%。該方法將合成時(shí)間從常規(guī)的50 min左右縮短至30 min左右，放化產(chǎn)率與其他合成方法相似[9-14]。通過(guò)固相萃取分離純化代替HPLC分離純化，不僅節(jié)省了時(shí)間，而且減少了上柱和HPLC純化柱的吸附損失；改裝后的模塊簡(jiǎn)化合成線(xiàn)路，可減少產(chǎn)品在管線(xiàn)和反應(yīng)管中的損失。但由于PET-FDG-TI-I為開(kāi)放體系，反應(yīng)管直接與大氣相通，管內(nèi)壓力為大氣壓，合成18F-FECH時(shí)親核和烷基化若用100 ℃加熱反應(yīng)，乙腈溶劑將在5 min內(nèi)蒸干，不利于反應(yīng)的進(jìn)行。因此本工作親核和烷基化均采用85 ℃反應(yīng)。氟多功能模塊采取密閉體系反應(yīng)，加熱至100 ℃時(shí)，由于反應(yīng)管密閉，反應(yīng)管內(nèi)處于高壓狀態(tài)，乙腈溫度可達(dá)100 ℃，有利于反應(yīng)進(jìn)行。該反應(yīng)路徑利用C-18柱除去前體1，2-乙二醇二對(duì)甲苯磺酸酯、中間體18F-氟乙基對(duì)甲苯磺酸和與K2.2.2絡(luò)合的K離子，對(duì)合成效率有關(guān)鍵的作用，CM柱為弱陽(yáng)離子交換柱，可吸附產(chǎn)品18F-FECH，利用10 mL 50%的乙醇水溶液清洗CM柱，將未反應(yīng)前體N，N-二甲基乙醇胺及氟離子等其他雜質(zhì)除去，此外在產(chǎn)品接收瓶前增加C18純化柱能夠降低產(chǎn)品中K2.2.2雜質(zhì)的含量。

3.218F-FECH注射液的質(zhì)量控制

1) 產(chǎn)品注射液無(wú)色澄清，pH約為7.0。

2) 對(duì)產(chǎn)品溶液進(jìn)行薄層色譜法(TLC)檢測(cè)，分析產(chǎn)品和游離的F-的保留時(shí)間，結(jié)果如圖3所示。產(chǎn)品18F-FECH的Rf約為0.3，未見(jiàn)游離F-的放射性峰(原點(diǎn))，放化純度大于99.0%。

圖3　18F-FECH注射液的TLC譜圖(Rf=0.3)Fig.3　TLC chromatogram of 18F-FECH

圖4　18F-FECH注射液的HPLC放射性譜圖Fig.4　HPLC chromatogram of 18F-FECH

3) 為了進(jìn)一步分析產(chǎn)品溶液的放化純度和穩(wěn)定性，繼續(xù)對(duì)其進(jìn)行HPLC分析，結(jié)果如圖4所示。18F-FECH放射性峰保留時(shí)間約為12.5 min，放化純度大于99.0%。6 h后再次進(jìn)樣檢測(cè)，放化純度仍大于99.0%，表明產(chǎn)品體外穩(wěn)定性較好。

4) 通過(guò)與0.010、0.025、0.050 g/L K2.2.2標(biāo)準(zhǔn)溶液在氯鉑酸鹽硅膠板上顯色的藍(lán)斑顏色深度對(duì)比，未采用C18柱純化的產(chǎn)品中K2.2.2的含量高于0.050 g/L，而利用產(chǎn)品收集瓶前C18柱純化過(guò)的產(chǎn)品中K2.2.2的含量介于0.010 g/L與0.025 g/L之間?？梢?jiàn)，由于該合成路線(xiàn)采用10 mL 50%乙醇水溶液清洗CM柱，清洗液體的量太少，導(dǎo)致生理鹽水直接淋洗的產(chǎn)品K2.2.2含量超標(biāo)，而增加C18吸附K2.2.2后，產(chǎn)品K2.2.2含量下降并低于0.025 g/L。因此，產(chǎn)品收集前利用C18柱對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行再純化可以得到化學(xué)純度更高的產(chǎn)品，并且可將5號(hào)試劑瓶更換為30 mL西林瓶，加入30 mL 50%乙醇水溶液對(duì)CM柱進(jìn)行清洗，以降低產(chǎn)品K2.2.2雜質(zhì)的含量。

5) 無(wú)菌和細(xì)菌內(nèi)毒素檢查結(jié)果為18F-FECH注射液72 h細(xì)菌培養(yǎng)結(jié)果呈陰性，細(xì)菌內(nèi)毒素含量小于規(guī)定的每毫升15 EU，符合中國(guó)藥典標(biāo)準(zhǔn)要求。

18F-FECH注射液的質(zhì)控結(jié)果表明，利用PET-FDG-TI-I CPCU型FDG單次合成模塊通過(guò)半自動(dòng)方法合成的18F-FECH符合臨床注射質(zhì)量要求。

4結(jié)論

本工作基于對(duì)PET-FDG-TI-I CPCU型FDG單次合成模塊的合理改裝，采用單管法反應(yīng)，半自動(dòng)合成了腫瘤顯像劑18F-FECH，增加的C18純化柱有效降低了產(chǎn)品K2.2.2雜質(zhì)的含量?？偤铣蓵r(shí)間約30 min，產(chǎn)品放化產(chǎn)率約為42.0%(未時(shí)間校正，n=5)，放化純度大于99.0%，其余各項(xiàng)指標(biāo)也均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。本工作豐富了PET-FDG-TI-I CPCU型合成模塊的功能，使其能夠生產(chǎn)18F-FDG以外的放射性藥物。

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The Semi-automatic Synthesis of18F-fluoroethyl-choline by Domestic FDG Synthesizer

ZHOU Ming1, ZHANG Xiao-jun2, LIU Jian2,LI Yun-gang2, ZHANG Jin-ming2

(1.PETCenter,DepartmentofNuclearMedicine,XiangYaHospital,CentralSouthUniversity,Changsha410008,China;2.DepartmentofNuclearMedicine,thePLAGeneralHospital,Beijing100853,China)

Abstract:As an important complementary imaging agent for (18)F-FDG, (18)F-fluoroethyl-choline ((18)F-FECH) has been demonstrated to be promising in brain and prostate cancer imaging. By using domestic PET-FDG-TI-I CPCU synthesizer, (18)F-FECH was synthesized by different reagents and consumable supplies. The C18 column was added before the product collection bottle to remove K(2.2.2 ). The (18)F-FECH was synthesized by PET-FDG-IT-I synthesizer efficiently about 30 minutes by radiochemical yield of 42.0% (no decay corrected, n=5), and the radiochemical purity was still more than 99.0% after 6 hours. The results showed the domestic PET-FDG-IT-I synthesizer could semi-automatically synthesize injectable (18)F-FECH in high efficiency and radiochemical purity.

Key words：(18)F-fluoroethyl-choline ((18)F-FECH); PET; imaging agent

doi：10.7538/tws.2016.29.01.0019

中圖分類(lèi)號(hào)：TL92+3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1000-7512(2016)01-0019-06

作者簡(jiǎn)介：周明(1986—)，男，湖北省荊州人， PET化學(xué)師

收稿日期：2014-10-27;修回日期：2015-06-25