2—去氧—2—[氟—18]氟—D—葡萄糖合成效率的影響因素探究

陳立光 梁明泉 鄧慶榮 雷震山

[摘要]目的 探討2-去氧-2-[氟-18]氟-D-葡萄糖合成效率的影響因素。方法 分析合成過程中放射性損失、不同的水解方式和時(shí)間以及不同的親核反應(yīng)溫度和時(shí)間對(duì)合成效率的影響。結(jié)果 水含量降低時(shí)合成效率提高；18F-FDG最佳反應(yīng)條件：親核反應(yīng)溫度為110℃，時(shí)間為180 s，酸水解時(shí)間為 9 min。結(jié)論 通過控制乙腈含水量、反應(yīng)溫度及時(shí)間等工藝參數(shù)，能有效提高2-去氧-2-[氟-18]氟-D-葡萄糖的合成效率。

[關(guān)鍵詞]2-去氧-2-[氟-18]氟-D-葡萄糖；反應(yīng)時(shí)間；合成效率；影響因素

[中圖分類號(hào)] R614.7 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1674-4721（2018）3（c）-0012-04

[Abstract]Objective To investigate the influence factors of synthesis efficiency of 2-deoxy-2-[fluorine-18] fluorine-D-glucose （18F-FDG）.Methods The influence of radiation loss，different hydrolysis methods and time as well as the nucleophilic reaction temperature and time of different nucleophilic reactions on the synthetic efficiency were analyzed.Results The synthetic efficiency of was increased when the content of water decreased.The best reaction conditions of 18F-FDG：the nucleophilic reaction temperature was 110℃，the time was 180 s and acid hydrolysis time was 9 min.Conclusion The synthesis efficiency of 18F-FDG could be improved by controlling the technological parameters such as acetonitrile water content，reaction temperature and time.

[Key words]2-deoxy-2-[fluorine-18] fluorine-D-glucose；Reaction time；Synthesis efficiency；Influene factors

近年來腫瘤病形勢(shì)嚴(yán)峻，據(jù)深圳市慢病中心通報(bào)2015年全市共報(bào)告新發(fā)20 399例，相比2014年全市人口18 547例新發(fā)病例增高了約10 %，按照所有報(bào)告病種計(jì)算，戶籍人口統(tǒng)計(jì)，單病種發(fā)病率為194.46/10萬[1]。目前PET/CT顯像已成為腫瘤早期診斷和療效評(píng)估的重要診斷設(shè)備，深圳市目前已擁有兩臺(tái)PET/CT掃描儀，在對(duì)腫瘤患者的早期診斷、原發(fā)灶查找、治療方案制定和療效評(píng)估中發(fā)揮了其他醫(yī)學(xué)影像診斷設(shè)備無可代替的作用[2]。

18F標(biāo)記的2-去氧-2-[氟-18]氟-D-葡萄糖（18F-FDG）被認(rèn)為是本世紀(jì)應(yīng)用價(jià)值很高的放射性藥物[3]。18F-FDG屬于正電子類放射性診斷用藥，臨床廣泛用于PET/CT腫瘤診斷，國內(nèi)已有近20年的臨床試用歷史，《中國藥典（二部）》（2015版）將其收載為氟[F-18]脫氧葡糖注射液[4]。隨著我國PET/CT掃描儀的普及以及回旋加速器藥物生產(chǎn)系統(tǒng)的投入使用，18F-FDG的制備、藥品質(zhì)量控制和用藥安全受到國家藥監(jiān)部門的高度重視[5]。從18F負(fù)離子合成為18F-FDG必須由計(jì)算操控的全自動(dòng)合成模塊參與才能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)。目前深圳市僅在我中心擁有一臺(tái)回旋加速器藥物生產(chǎn)系統(tǒng)（西門子公司Eclipse RD Cyclotron），用以生產(chǎn)和提供合格的18F-FDG。18F-FDG核素半衰期很短（僅為107 min），很難實(shí)現(xiàn)由其它城市藥物中心對(duì)深圳市進(jìn)行供應(yīng)[6]；為保證深圳市PET/CT掃描儀顯像的正電子放射性藥品能夠及時(shí)、穩(wěn)定的被供應(yīng)，在前期的硬件設(shè)備基礎(chǔ)上擬自行研發(fā)一款新型的18F-FDG藥物合成模塊[7]。為了探究新模塊控制條件下，合成效率的影響因素，本研究對(duì)藥物合成過程中水含量、放射性損失、親核反應(yīng)的溫度和時(shí)間以及水解時(shí)間均進(jìn)行了考察和探究。

1 材料與方法

1.1儀器

Eclipse RD 型Cyclotron 回旋加速器（西門子公司）；藥物生產(chǎn)系統(tǒng)（專利研發(fā)，發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)枺?01710 68609.4）；CRC-15R 型活度計(jì)、美國CAPINTEC公司生產(chǎn)；BBS1 38B1B/1 型合成防護(hù)熱室，COMECER 公司產(chǎn)品；MiniGita薄層色層（TLC）儀，Raytest 公司；SW-CJ-1D型凈化工作臺(tái)（蘇州凈化設(shè)備有限公司）。

1.2 試劑

H218O富氧水，原子豐度95%，ABX公司產(chǎn)品；2-三氟甲基磺?；?β-D甘露糖（三氟甘露糖），Kryptofix2.2.2（K2.2.2），無水乙腈：均為Sigma-Aldrich公司產(chǎn)品；硅膠板：Whatman PE Silg/UV，Whatman公司產(chǎn)品；QMA柱，Alumin-N柱，C-18柱：Waters產(chǎn)品；AG50樹脂和AG11A8樹脂：50-100目，Bio-Rad公司產(chǎn)品。

1.3 18F-FDG生產(chǎn)工藝流程圖

18F-FDG合成酸水解工藝流程圖，見圖1。

1.4 18F-FDG的制備

18F-FDG的制備包括標(biāo)準(zhǔn)的六個(gè)步驟。①首先是18F負(fù)離子的產(chǎn)生。從O-18富氧水開始，通過p-n核反應(yīng)，O-18原子核俘獲一個(gè)質(zhì)子的同時(shí)發(fā)射一個(gè)中子而產(chǎn)生18F負(fù)離子。這一步依賴于回旋加速器。②俘獲和釋放18F負(fù)離子。這一步基于離子交換的原理。③反應(yīng)活性18F負(fù)離子的制備。這一步的主要目的是通過乙腈和水的共沸原理移除反應(yīng)體系中的水分，保證第4步的標(biāo)記反應(yīng)體系嚴(yán)格要求在疏水的溶液體系中進(jìn)行。④反應(yīng)活性放射性18F負(fù)離子和1，3，4，6-四-o-乙?；?2-o-三氟甲磺酰-β-d-吡喃甘露糖（1，3，4，6-Tetra-O-acetyl-2-O-trifluoro-methanesulfonyl-β-D-mannopyranose）發(fā)生親核反應(yīng)，產(chǎn)生18F負(fù)離子輻射標(biāo)記的甘露糖三氟磺酸酯。⑤水解移除乙酰基保護(hù)基團(tuán)。⑥純化產(chǎn)物，這一步移除各種中間產(chǎn)物并作無菌、無熱源等純化處理，使用0.22 μm濾膜過濾得到18F-FDG，并將其收集于無菌真空瓶中。

1.5 單因素考察

分析18F-FDG合成過程中水含量、放射性損失、親核反應(yīng)的溫度和時(shí)間以及水解時(shí)間對(duì)合成效率的影響；本研究探討的合成效率均為經(jīng)放射性半衰期校正后的合成產(chǎn)率，18F-FDG的檢測(cè)參照前期實(shí)驗(yàn)方法[8]。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

選用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件分析數(shù)據(jù)分析，合成效率用x±s表示，采用t檢驗(yàn)；相關(guān)性分析采用Pearson分析法，以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2結(jié)果

2.1 核素傳輸環(huán)節(jié)中水含量對(duì)合成效率的影響

氬氣吹干3 min，18F的合成效率為（79.3±2.2）%，顯著高于管道傳輸過程中不吹干時(shí)的（66.4±2.3）%，兩者比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。無水乙腈密封保存條件下的18F的合成效率[（79.3±2.2）%]顯著高于開放保存時(shí)的（54.9±1.7）%，兩者比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）（表1）。

2.2 放射性損失對(duì)合成效率的影響

共沸水階段和親核反應(yīng)階段放射性損失與合成效率具有顯著相關(guān)性（P<0.05），除乙腈階段放射性損失與合成效率無顯著相關(guān)性（P>0.05）（表2）。

2.3 不同加熱溫度對(duì)合成效率的影響

隨著加熱溫度的升高，合成效率逐漸升高，合成效率在110℃達(dá)到最高后，隨著溫度的升高會(huì)出現(xiàn)下降的趨勢(shì)，因此，最佳加熱溫度為110℃，具體結(jié)果見表3和圖2。

2.4不同親核反應(yīng)時(shí)間對(duì)合成效率的影響

隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，合成的效率逐漸升高，合成效率在180 s達(dá)最高后，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)出現(xiàn)下降的趨勢(shì)，因此，最佳的親核反應(yīng)時(shí)間為180 s，具體結(jié)果見表4和圖3。

2.5 不同水解時(shí)間對(duì)合成效率的影響

結(jié)果顯示隨著水解時(shí)間的延長(zhǎng)，合成的效率逐漸升高，合成效率在水解時(shí)間為9 min時(shí)最高，9 min之后，隨著水解時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)出現(xiàn)合成效率下降的趨勢(shì)，因此，最佳的水解時(shí)間為9 min，具體結(jié)果見表5和圖4。

3討論

通過醫(yī)用回旋加速器的在靶體發(fā)生核反應(yīng)而產(chǎn)生18F負(fù)離子比例<5%，靶體的主要部分還是以水的化學(xué)形式存在[9-10]。本研究結(jié)果顯示，通過用氬氣將管道內(nèi)的水吹干后，合成效率顯著提高。從合成上來說，三氟甘露糖的親水性特別強(qiáng)，親核取代反應(yīng)過程中的水分解的氫氧根離子會(huì)和18F負(fù)離子會(huì)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)而降低18F-FDG的合成產(chǎn)量[11]，因此，生產(chǎn)過程中要嚴(yán)格控制管道殘存水以及無水乙腈中的水分，盡可能降低在加入前體三氟甘露糖（步驟4）前引入水分，確保生產(chǎn)的順利進(jìn)行，保證合成的效率[12-13]。

本研究結(jié)果顯示，共沸水階段和親核反應(yīng)階段放射性損失與合成效率具有顯著相關(guān)性（P<0.05），除乙腈階段放射性損失與合成效率無顯著相關(guān)性（P>0.05），因此，通過控制共沸水和親核反應(yīng)階段的放射性損失，對(duì)合成效率有顯著的提高作用。

本研究結(jié)果顯示，隨著加熱溫度的升高，合成效率逐漸升高，合成效率在110℃達(dá)到最高后，隨著溫度的升高會(huì)出現(xiàn)下降的趨勢(shì)。文獻(xiàn)研究[14-15]顯示，親核反應(yīng)的溫度比乙腈的沸點(diǎn)高，乙腈會(huì)一直處于沸騰狀態(tài)，會(huì)帶走脂溶性的中間體，因此，控制親核反應(yīng)的溫度能夠有效的控制中間體的含量，提高合成效率；本研究結(jié)果提示合成系統(tǒng)的最佳溫度設(shè)置為最佳。

本研究結(jié)果顯示，隨著系統(tǒng)親核反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，合成的效率逐漸升高，但合成效率在180 s達(dá)最高后，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)出現(xiàn)下降的趨勢(shì)，這可能與親核反應(yīng)時(shí)間過長(zhǎng)，乙腈沸騰蒸發(fā)，放射性損失增大，而親核反應(yīng)時(shí)間過短，親核反應(yīng)會(huì)不完全[17-20]有關(guān)，因此，在合成過程中要嚴(yán)格控制親核反應(yīng)的時(shí)間，使合成效率達(dá)到最高。

本研究結(jié)果顯示，隨著水解時(shí)間的延長(zhǎng)，合成的效率逐漸升高，合成效率在水解時(shí)間為9 min時(shí)最高，9 min后，隨著水解時(shí)間的延長(zhǎng)反而導(dǎo)致合成效率下降，這與酸水解時(shí)間過短，水解不完全，合成效率過低，但是水解時(shí)間過長(zhǎng)，18F的放射性半衰期的衰減校正引起合成效率下降有很大關(guān)系[21]，本研究結(jié)果顯示最佳的酸水解時(shí)間約為9 min。

綜上所述，本藥物合成系統(tǒng)中18F-FDG最佳合成條件為18F負(fù)離子從靶傳送到合成系統(tǒng)的負(fù)離子QMA俘獲柱過程中用氬氣將管道內(nèi)的水吹干（3 min以上）；合成反應(yīng)用無水乙腈應(yīng)密封保存，配制時(shí)，應(yīng)盡量避免在空氣中的暴露時(shí)間；系統(tǒng)最佳的反應(yīng)溫度110℃，最佳的親核反應(yīng)時(shí)間為180 s，酸水解時(shí)間為9 min。實(shí)踐中系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)也取得高于傳統(tǒng)合成模塊的合成效率。

[參考文獻(xiàn)]

[1]王興鮑，洪烈城，魏雅臻，等.深圳市1995-2014年住院惡性腫瘤病例疾病譜和病死率分析[J].中華流行病學(xué)雜志，2017，38（6）：784-788.

[2]陳峰，林天增，郁春景，等.18F-FDGPET/CT顯像在治療后宮頸癌評(píng)估中的價(jià)值[J].中華核醫(yī)學(xué)與分子影像雜志，2015， 35（3）：164-167.

[3]丁重陽，郭喆，孫晉，等.18氟-氟代脫氧葡萄糖PET/CT檢查判斷胰腺癌預(yù)后的臨床價(jià)值[J].中華消化外科雜志，2017， 16（10）：1072-1080.

[4]丁暉，李陽，李淼.以18F-FDG為輔基的18F-氟標(biāo)記方法研究進(jìn)展[J].核化學(xué)與放射化學(xué)，2017，39（3）：193-207.

[5]劉太峰.PET-CT在惡性淋巴瘤治療后療效評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].中國當(dāng)代醫(yī)藥，2012，19（26）：111-112.

[6]單前進(jìn)，胡玉川.非小細(xì)胞肺癌PET-CT顯像標(biāo)準(zhǔn)化攝取值與相關(guān)腫瘤標(biāo)記物的相關(guān)性[J].中國當(dāng)代醫(yī)藥，2013， 20（14）：128-129.

[7]賀加貝.18F-FDGPET/CT與WB-DWI在腫瘤良惡性診斷及分期中的比較研究[D].大連：大連醫(yī)科大學(xué)，2013.

[8]花寧，陳立光.氣相色譜法直接測(cè)量18F-FDG中Kryptofix2.2.2的含量[J].同位素，2007，20（2）：105-107.

[9]潘博，汪世存，展鳳麟，等.原發(fā)性肺黏液表皮樣癌18F-FDG PET/CT表現(xiàn)[J].中國現(xiàn)代醫(yī)學(xué)雜志，2016，26（17）：134-136.

[10]秦紹杰，孫普男.18F-FDGPET/CT受檢者關(guān)鍵器官輻射劑量方程的計(jì)算[J].黑龍江大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào)，2017，34（3）：352-358.

[11]楊君梅，黃劍毅，馬曉芹.超聲彈性成像聯(lián)合PET/CT對(duì)甲狀腺癌的診斷價(jià)值[J].中國當(dāng)代醫(yī)藥，2016，23（21）：97-99.

[12]趙春雷，陳自謙，錢根年，等.18F-FDGPET腦顯像在難治性顳葉癲癇定側(cè)診斷中的價(jià)值研究[J].臨床放射學(xué)雜志，2016，35（7）：1004-1007.

[13]Zhou H，Su M，Li L.18F-FDG PET/CT imaging of relapsing polychondritis：a case report[J].Medicine （Baltimore），2016， 95（33）：e4496.

[14]楊鵬，龔靜山，陳立光，等.雙時(shí)相18F-FDGPET鑒別診斷肺內(nèi)良惡性病變的價(jià)值[J].中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù)，2011，27（10）：2017-2020.

[15]楊林.18F-FDG合成效率影響因素探討[D].衡陽：南華大學(xué)，2016.

[16]李海峰，張曉軍，李云鋼，等.國產(chǎn)模塊酸水解全自動(dòng)化合成18F-FDG[J].核技術(shù)，2016，39（8）：20-25.

[17]Cacicedo J，Navarro A，del Hoyo O，et al.Role of fluorine-18 fluorodeoxyglucose PET/CT in head and neck oncology：the point of view of the radiation oncologist[J].Br J Radiol，2016，89（1067）：20160217.

[18]笪遠(yuǎn)鋒，黃繹綸，莫文娟.一種西地那非類似物的合成工藝研究[J].中國當(dāng)代醫(yī)藥，2014，21（5）：15-17.

[19]蔡向杰，屈云萍，楊斯斯，等.響應(yīng)曲面法優(yōu)化山楂表兒茶素提取工藝[J].中國當(dāng)代醫(yī)藥，2015（29）：12-15.

[20]林秀仙，李菁，陳亮，等.西藏靈芝多糖的提取工藝研究[J].中國當(dāng)代醫(yī)藥，2014，21（11）：8-10.

[21]陳禮平，張雨，吳娜靜，等.基于CFN-MPS-100模塊的18F-FMISO自動(dòng)化合成與質(zhì)量分析[J].中華核醫(yī)學(xué)與分子影像雜志，2015，35（4）：303-305.