國產(chǎn)碳-11多功能模塊全自動化合成11C-乙酸鹽

趙書強(qiáng)，張錦明，張曉軍，李云剛，劉　健

(1.山東省腫瘤醫(yī)院 PET/CT中心，山東 濟(jì)南　250117；2.解放軍總醫(yī)院 核醫(yī)學(xué)科，北京　100853)

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國產(chǎn)碳-11多功能模塊全自動化合成11C-乙酸鹽

趙書強(qiáng)1，張錦明2，張曉軍2，李云剛2，劉健2

(1.山東省腫瘤醫(yī)院 PET/CT中心，山東 濟(jì)南250117；2.解放軍總醫(yī)院 核醫(yī)學(xué)科，北京100853)

摘要：采用國產(chǎn)碳-11多功能合成模塊，研究全自動化合成(11)C-乙酸鹽的工藝流程。用0.1 mL 1.5 mol/L的溴化甲基鎂在Loop環(huán)中與(11)C-CO2反應(yīng)生成中間體乙酰溴化鎂，中間體由乙酸水解，再經(jīng)純化、洗脫、鹽酸酸化，通入氮氣除去未反應(yīng)的(11)C-CO2，以磷酸三鈉中和后過無菌濾膜得(11)C-乙酸鹽注射液?？偤铣蓵r間約為10 min，校正放化產(chǎn)率為(58.5±6.7)%，放化純度大于99%。使用氣相色譜儀測得產(chǎn)品中有機(jī)溶劑丙酮和乙腈的殘留濃度分別為(0.007±0.002)%和(0.005±0.002)%。整個合成過程實現(xiàn)全自動化，操作簡單、靈活，合成產(chǎn)率和放化純度較高，可以滿足臨床使用需求。

關(guān)鍵詞：(11)C-乙酸鹽；多功能模塊；自動化合成

11C-乙酸鹽作為氨基酸及甾醇的合成前體可用于多種腫瘤的診斷，與目前常用的PET顯像劑2-18F-2-脫氧-D-葡萄糖(18F-FDG)不同，可以從另一方面反映腫瘤代謝情況且不受葡萄糖去磷酸化的影響，廣泛用于18F-FDG顯像陰性的高分化、低度惡性的腫瘤顯像。18F-FDG是目前PET/CT顯像中最常用的示蹤劑，但18F-FDG并非對所有的惡性腫瘤顯像都有效，如部分腫瘤組織由于存在對葡萄糖的依賴性低、糖代謝異常不明顯或者表達(dá)較高的葡萄糖-6-磷酸酶導(dǎo)致FDG難于滯留于腫瘤組織等因素，可造成PET/CT顯像的假陰性；又18F-FDG會異常濃聚在部分良性腫瘤、炎癥、結(jié)核、心肌、泌尿系統(tǒng)中，從而造成一定的假陽性。研究[1-3]表明，11C-乙酸鹽對多種腫瘤，尤其是對分化較好、惡性程度較低的肝腫瘤、泌尿腫瘤及頭頸部腫瘤的顯像方面可以彌補(bǔ)18F-FDG的不足。國外已報道了多種11C-乙酸鹽的合成方法[4-12]，國內(nèi)也有文獻(xiàn)[13-14]報道，目前文獻(xiàn)報道的合成方法在堿中和及無菌濾膜過濾的自動化過程未能詳細(xì)描述，需手動操作，從而對操作人員造成一定的額外輻射。本研究擬采用國產(chǎn)碳-11多功能合成模塊,充分利用模塊上的自動閥門，全自動化的合成11C-乙酸鹽，從而降低操作人員不必要的輻射劑量。

1實驗材料

碳-11多功能自動合成模塊:派特(北京)科技有限公司；高效液相色譜儀(HPLC)，配有515型泵及2487紫外檢測器：美國Waters公司；Flow-Count 放射性監(jiān)測儀：美國BioScan公司；2000型放射性薄層析掃描儀(TLC)：美國BioScan 公司；氣相色譜儀(GC)：北京中亞氣體儀器研究所；HM-20型回旋加速器：日本住友公司；1.5 mol/L溴化甲基鎂無水四氫呋喃溶液：北京百靈威科技公司；NaOH、冰乙酸：分析純，北京化學(xué)試劑公司；IC-Ag柱、IC-H柱及IC-OH柱：美國Alltech公司；IC-Ag/IC-H混合柱：清空IC-Ag柱和IC-H柱，將兩柱柱料混勻后重新填充入空柱中制成IC-Ag/IC-H混合柱。

2實驗方法

2.111C-乙酸鹽的合成

11C-乙酸鹽合成路線示于圖1，采用碳-11多功能模塊全自動化合成11C-乙酸鹽，合成流程示于圖2[4,7-13]。碳-11多功能模塊不作任何改動，將原來的中轉(zhuǎn)瓶作酸化瓶(5號瓶)，除去未反應(yīng)的CO2，利用V14瓶加中和的弱堿，并將最終產(chǎn)品轉(zhuǎn)移到產(chǎn)品瓶。1號瓶：4 mL 1 mmol/L的乙酸； 2號瓶：20 mL水；3號瓶：8 mL 生理鹽水； 4號瓶：2 mL 0.1 mol/L 磷酸三鈉；5號瓶：2 mL 1 mol/L 鹽酸。

取0.1 mL 1.5 mol/L溴化甲基鎂裝入Loop環(huán)中，11C-CO2在10 mL/min的氮氣載帶下通過Loop環(huán)與前體反應(yīng)，1號瓶4 mL 1 mmol/L的乙酸在氮氣作用下(30 mL/min)通過Loop環(huán)進(jìn)行水解反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)IC-Ag和IC-H(IC.H/Ag)混合柱純化后，產(chǎn)品吸附在IC-OH柱上，用20 mL 水沖洗IC-OH柱，用8 mL 生理鹽水從IC-OH柱上將產(chǎn)品淋洗下來，收集在5號瓶中。產(chǎn)品被2 mL 1 mol/L 鹽酸酸化，通入120 mL/min 氮氣除去未反應(yīng)的11C-CO2，用2 mL 0.1 mol/L 磷酸三鈉中和，通過無菌濾膜得11C-乙酸鹽注射液。

圖111C-乙酸鹽合成路線
Fig.1Synthetic route of11C-acetate

圖2　碳-11多功能模塊合成11C-乙酸鹽示意圖Fig.2　Schematic diagram of 11C-acetate synthesis using C-11 Multifunction module

2.2產(chǎn)品的質(zhì)量檢驗

使用精密pH 試紙測定產(chǎn)品的pH，目測其顏色和澄明度。用放射性HPLC[13]系統(tǒng)及TLC[5]法測定11C-乙酸鹽的化學(xué)純度和放化純度。HPLC分析柱為 waters Atlantis dC18 柱，流動相為0.004 mol/L硫酸，波長210 nm，流速為1 mL/min。TLC法展開劑為純甲醇，支持體為硅膠，樣品中加入1 mol/L NaOH 后用TLC分析，11C-CO2在原點，11C-乙酸鹽的Rf為0.8。用GC測定產(chǎn)品中有機(jī)溶劑的殘留，首先配制四氫呋喃、乙腈、丙酮、乙醇有機(jī)溶劑的標(biāo)準(zhǔn)溶液，每種有機(jī)溶劑配制6種不同體積比，分別為1×10-5、4×10-5、2×10-4、1×10-3、5×10-3、2.5×10-2的標(biāo)準(zhǔn)溶液，使用GC測定標(biāo)準(zhǔn)品，根據(jù)峰面積與濃度作圖得標(biāo)準(zhǔn)曲線方程，將產(chǎn)品中殘留有機(jī)溶劑的峰面積代入方程得殘留有機(jī)溶劑的含量。按照《中華人民共和國藥典》2010年版所述方法，進(jìn)行異常毒性、無菌及細(xì)胞內(nèi)毒素檢查。

3實驗結(jié)果

3.111C-乙酸鹽的全自動化合成

采用國產(chǎn)碳-11多功能合成模塊可全自動合成11C-乙酸鹽，無需任何手動操作，避免了額外輻射。耗時約10 min，總的校正放化產(chǎn)率為(58.5±6.7)%(n=6)。廢液中的放射性比活度約為17%，混合小柱上的放射性比活度約為6%，IC-OH上幾乎無放射性殘留，還有約19%未反應(yīng)的11C-CO2，最后被氮氣除去。采用HM-20型回旋加速器，40 μA轟擊5 min，生產(chǎn)出14.8 GBq11C-CO2，合成出6.1 GBq11C-乙酸鹽。

3.211C-乙酸鹽的質(zhì)量檢驗

11C-乙酸鹽注射液為無色透明溶液。pH 為7.0。采用HPLC方法測定11C-乙酸鹽的化學(xué)純度，結(jié)果顯示單一峰(圖3a)，與標(biāo)準(zhǔn)品乙酸的紫外吸收峰(圖3b)保留時間(3.8 min)一致。采用TLC法測定放化純度，11C-CO2在原點，11C-乙酸鹽的Rf為0.8，11C-乙酸鹽放化純度≥99%。氣相色譜儀測得產(chǎn)品中有機(jī)溶劑殘留有丙酮、乙腈(圖4)，其殘留濃度分別為丙酮(0.007±0.002)%、乙腈(0.005±0.002)% (n=10)。

按照《中華人民共和國藥典》2010年版中所述方法，進(jìn)行異常毒性、無菌及細(xì)胞內(nèi)毒素檢查，結(jié)果均符合臨床使用要求。

4討論

本文采用固相萃取法[4,7-13]，其過程為中間體通過混合柱將金屬離子和鹵離子除去，產(chǎn)品吸附在陰離子交換柱上，之后用水清洗，最后用生理鹽水洗脫。水清洗陰離子交換柱時，柱子上的放射性活度明顯減少，11C-CO2與試劑未充分反應(yīng)，最初上柱的大部分為未反應(yīng)的11C-CO2，可直接將11C-CO2洗至廢液瓶。

本研究采用國產(chǎn)碳-11多功能模塊全自動化合成了11C-乙酸鹽，無需任何手動操作，降低的工作人員不必要的輻射劑量。另外采用磷酸三鈉替代了常用的檸檬酸鈉中和產(chǎn)品，與檸檬酸鈉效果相同，故在中和產(chǎn)品時使用二者均可。

圖3　HPLC法測定11C-乙酸鹽的化學(xué)純度圖譜Fig.3　HPLC chromatogram of radioactivity and UV for 11C-acetate chemical purity

圖4　GC測定11C-乙酸鹽中有機(jī)溶劑殘留圖譜Fig.4　GC chromatogram of 11C-acetate organic solvent residue

本研究使用的是IC-Ag和IC-H混合柱。IC-Ag柱與IC-H柱中填料所裝的量遠(yuǎn)大于所需要的量，分開使用增大了柱子的阻力，而且造成浪費(fèi)。將兩個柱子混合使用能夠去除雜質(zhì)，同時又減小了阻力。

本研究前體選擇的是1.5 mol/L 的溴化甲基鎂溶液，由3 mol/L 溴化甲基鎂四氫呋喃溶液與等體積的無水四氫呋喃混合制得，可獲得較好的放化產(chǎn)率。采用3 mol/L 溴化甲基鎂作為前體，合成失敗。原因為前體被乙酸酸化后在IC-Ag和IC-H混合小柱上生成絮狀溴化銀沉淀，將小柱堵塞，從而水溶液不能流經(jīng)此柱所導(dǎo)致。

合成11C-乙酸鹽成功的關(guān)鍵是溴化甲基鎂的有效性[13,15]。溴化甲基鎂對水和CO2非常敏感，普通操作極易使之失效。所以應(yīng)注意：1) 充分清洗、干燥L(fēng)oop環(huán)，用10 mL乙腈和5 mL丙酮清洗Loop環(huán)并用高純氮氣吹干，重復(fù)兩次；2) 試劑開瓶后要密封保存并放置在干燥器中，防止與空氣接觸后失活；3) 制備的1.5 mol/L 溴化甲基鎂溶液放置在干燥器中，使用時間不要超過兩周；4) 四氫呋喃溶液中要放入干燥的分子篩，以保證在使用時無水；5) Loop環(huán)中加入前體后立即傳輸11C-CO2反應(yīng)。

使用氣相色譜儀測定產(chǎn)品中的有機(jī)溶劑殘留為丙酮和乙腈，未檢測到四氫呋喃，丙酮和乙腈的濃度符合臨床使用要求。

5結(jié)論

使用國產(chǎn)碳-11多功能合成模塊無需任何手動操作就可以完全自動化合成11C-乙酸鹽，操作簡單、靈活，總合成時間約10 min，總的校正放化產(chǎn)率為(58.5±6.7)% ，質(zhì)量控制符合標(biāo)準(zhǔn)，可以滿足臨床要求。

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Application of the Domestic C-11 Multifunction Module in the Automated Synthesis of11C-acetate

ZHAO Shu-qiang1, ZHANG Jin-ming2, ZHANG Xiao-jun2, LI Yun-gang2, LIU Jian2

(1.PET/CTCenter,ShanDongTumorHospital,Ji’nan250117,China;2.DepartmentofNuclearMedicine,thePLAGeneralHospital,Beijing100853,China)

Abstract:The domestic C-11 multifunction module was used to establish a simple, rapid, efficient synthetic technology for the fully automated synthesis of (11)C-acetate. Methyl magnesium bromide Grignard (0.1 mL of 1.5 mol/L) was used as a precursor to react with the (11)C- CO2 in the Loop ring to produce intermediate acetyl bromide. The intermediate was first hydrolysis by acetic, and then purified, elution, and hydrochloric with acid. Then, the unreacted (11)C-CO2 was removed by nitrogen. Finally, the product was neutralized with sodium phosphate and purified with sterile filtration membrane. The total synthesis time was about 10 minutes. The synthesis yield of (11)C-acetate was (58.5±6.7)% (decay corrected), and the radiochemical purity was more than 99%. The residual solvents were analyzed by gas chromatography. Analysis results indicated that concentration of the acetonitrile and acetone were (0.007±0.002)% and (0.005±0.002)%, respectively. The whole synthesis process was automatically completed, and the operation was simple and flexible with high synthesis efficiency and radiochemical purity, it was suitable for clinical performance of PET.

Key words：(11)C-acetate; multifunction module; automated synthesis

doi：10.7538/tws.2016.29.01.0025

中圖分類號：TL364.5

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1000-7512(2016)01-0025-05

作者簡介：趙書強(qiáng)(1979—)，男，山東章丘人，助理研究員，主要從事正電子放射性藥物研究通信作者：張錦明，男，研究員，E-mail: zhangjm301@163.com

收稿日期：2015-07-28;修回日期：2015-09-20