18F-NaF注射液的制備及新西蘭兔骨折顯像

郭飛虎，邸麗娟，吳建爽，成偉華，徐曉敏，杜建冬，黃憲男，馮婷婷，姜 華，李明光，李艷濤，王成龍，梁 巍，劉涉洋，王成志，張春麗，樊紅強(qiáng),*，王榮福,3,*

(1.原子高科股份有限公司，北京 102413；2.北京大學(xué)第一醫(yī)院 核醫(yī)學(xué)科，北京 100034； 3.北京大學(xué)國(guó)際醫(yī)院 核醫(yī)學(xué)科，北京 102206)

18F-NaF是最早應(yīng)用于骨顯像的放射性藥物。Blau等[1]于1962年首次報(bào)道了18F-NaF在臨床骨顯像中的應(yīng)用，1972年18F-NaF被美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)上市[2]。由于99Tcm的理化性能更適用于常規(guī)γ相機(jī)成像，在20世紀(jì)70年代18F-NaF基本被99Tcm-MDP等二膦酸鹽類化合物取代[3]。近年來(lái)由于鉬锝發(fā)生器原料99Mo核素的全球緊缺，導(dǎo)致99Tcm標(biāo)記藥物的臨床應(yīng)用受到一定的影響[4]。而隨著醫(yī)用回旋加速器、PET或PET/CT設(shè)備數(shù)量在全世界的逐漸增加，18F-NaF作為骨顯像劑重新引起了研究人員的重視[5]。18F-NaF在體內(nèi)的攝取機(jī)制為：通過(guò)靜脈注入體內(nèi)后，18F-與羥基磷灰石晶體Ca10(PO4)6(OH)2中的羥基發(fā)生離子交換，生成氟代磷灰石Ca10(PO4)6F2，化學(xué)吸附于骨組織，并優(yōu)先沉積在骨轉(zhuǎn)換率高和重塑活躍的骨組織，骨攝取18F-依賴于局部血流量和成骨活性[6]。

骨折是指骨與骨小梁連續(xù)性發(fā)生中斷，骨骼的完整性遭到破壞的一種體征。骨折按形成原因分為創(chuàng)傷性和病理性兩類[7]。因創(chuàng)傷或腫瘤骨轉(zhuǎn)移造成的隱匿性骨折和愈合情況的準(zhǔn)確診斷對(duì)制定合適的治療方案具有非常重要的意義。骨折的常用診斷手段有X射線攝片和CT[8]，此外核磁共振[8]、超聲[9]和核醫(yī)學(xué)骨掃描[10]也有用于骨折診斷的報(bào)道。與常規(guī)診斷方法相比，核醫(yī)學(xué)顯像具有能更早期發(fā)現(xiàn)更微小病變的優(yōu)勢(shì)。目前99Tcm-MDP骨掃描是常用的核醫(yī)學(xué)顯像手段，但18F-NaF PET/CT顯像能在一次掃描中同時(shí)獲得病灶的解剖信息和代謝信息，提供多元、直觀的診斷信息，是一種優(yōu)于99Tcm-MDP骨掃描的骨顯像技術(shù)，能更靈敏、準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)骨病變，從而改變部分患者的治療方案[11]。雖然SPECT/CT通過(guò)SPECT和CT的融合，可有效提高診斷的準(zhǔn)確度，且成本較低，但與99Tcm-MDP SPECT/CT相比，18F-NaF PET/CT能更準(zhǔn)確地評(píng)估更微小的隱匿性骨病變[12]；且18F-NaF PET/CT顯像患者等待時(shí)間和掃描時(shí)間更短，而99Tcm-MDP SPECT/CT掃描時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致患者流通量低，目前臨床并不常用。因此，有研究報(bào)道99Tcm-MDP可能會(huì)被18F-NaF取代，用于評(píng)估骨病變[13]。

為考查18F-NaF PET顯像用于骨折診斷的診斷效果，本文擬制備18F-NaF注射液，對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量控制和穩(wěn)定性研究，然后建立新西蘭兔骨折模型，模型建立約2周后進(jìn)行18F-NaF PET顯像和99Tcm-MDP SPECT顯像的自身對(duì)照試驗(yàn)，并對(duì)顯像效果進(jìn)行比較，考察18F-NaF PET用于骨折診斷的優(yōu)越性。

1 方法

1.1 主要材料與儀器

Whatman No.1色層紙，美國(guó)Whatman公司；QMA柱、CM柱，美國(guó)Waters公司；甲醇、醋酸鈉、戊巴比妥鈉，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；H218O，江蘇華益科技有限公司；0.9%NaCl注射液、滅菌注射液用水，石家莊四藥有限公司；99Tcm-MDP，質(zhì)控指標(biāo)同《中國(guó)藥典》2015版，原子高科股份有限公司。

新西蘭兔，6只，6～8周齡，雌雄各半，體重(3.34±0.22) kg，北京芳元緣養(yǎng)殖場(chǎng)。在普通級(jí)別環(huán)境下飼養(yǎng)(溫度20～25 ℃、相對(duì)濕度40%～70%、12 h照明、12 h黑暗)，倫理證書編號(hào)為J201745。

ES-30KHTS電子天平，長(zhǎng)沙湘平科技發(fā)展有限公司；CRC-25R活度計(jì)，美國(guó)CAPINTEC INC公司；AR-2000放射性薄層掃描儀，美國(guó)BIOSCAN公司；高純鍺多道γ譜儀，美國(guó)ORTEC公司；GEMINI GXL PET/CT，Philips公司；Discovery NM/CT 670 SPECT/CT，美國(guó)GE公司；醫(yī)學(xué)影像工作站，Medex公司。

1.2 18F-NaF注射液的制備

18F-NaF注射液的制備工藝分為2種。其中最常用的是以H218O為靶材，經(jīng)18O(p,n)18F核反應(yīng)得到18F-，然后將18F-吸附在陰離子交換柱QMA上，用水淋洗除去殘留的H218O和可能存在的雜質(zhì)后，再用0.9%的NaCl注射液將18F-從QMA柱上洗脫，最后將淋洗液用0.22 μm的除菌濾膜過(guò)濾得到18F-NaF注射液[14]；另一種是在以上工藝過(guò)程中，18F-在通過(guò)QMA柱前先通過(guò)陽(yáng)離子交換柱CM，用CM柱吸附18F-生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的金屬陽(yáng)離子雜質(zhì)，尤其是靶膜活化后的長(zhǎng)半衰期放射性金屬陽(yáng)離子雜質(zhì)[15-16]。

1.3 18F-NaF注射液的質(zhì)量控制

對(duì)本品常規(guī)通用檢測(cè)項(xiàng)目，如性狀、pH值、放射性核純度、半衰期、無(wú)菌、細(xì)菌內(nèi)毒素的分析采用《中國(guó)藥典》2015年版四部通則收載的通用方法。金屬雜質(zhì)采用電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)進(jìn)行分析。放化純度的分析方法為：在用2%的醋酸鈉溶液處理過(guò)的色層紙一端2 cm處點(diǎn)樣，晾干，將紙條放入盛有50%甲醇的層析缸中展開，晾干后在放射性薄層掃描儀上測(cè)量放射性計(jì)數(shù)，并通過(guò)分析軟件計(jì)算18F-NaF的放化純度。

1.4 18F-NaF注射液的穩(wěn)定性

取一定量18F-NaF注射液于30 ℃下放置10 h，分別于0、4、8、10 h取樣進(jìn)行性狀、pH值和放化純度檢驗(yàn)，在0 h和10 h取樣進(jìn)行細(xì)菌內(nèi)毒素和無(wú)菌檢驗(yàn)。另取一定量18F-NaF注射液在40 ℃下放置8 h，分別于0、4、8 h取樣進(jìn)行性狀、pH值和放化純度檢驗(yàn)。另在0 h和8 h取樣進(jìn)行細(xì)菌內(nèi)毒素和無(wú)菌檢驗(yàn)，考察18F-NaF注射液在30 ℃和40 ℃下的穩(wěn)定性。

1.5 新西蘭兔骨折模型的建立

取6只新西蘭兔，靜脈注射50 mg/kg 戊巴比妥鈉麻醉后剪去左后肢毛、消毒，手術(shù)切開皮膚，分離皮下組織，暴露脛骨。用骨鉗造成新西蘭兔脛骨中段不完全性骨折，骨折處長(zhǎng)度約1 cm。術(shù)畢清創(chuàng)并縫合傷口。手術(shù)后3 d內(nèi)肌肉注射青霉素鈉鹽防止感染。骨折后的新西蘭兔飼養(yǎng)條件如下：溫度20～25 ℃、相對(duì)濕度40%～70%、12 h照明、12 h黑暗、干法飼養(yǎng)、標(biāo)準(zhǔn)飼養(yǎng)籠內(nèi)每籠1只。其中1只新西蘭兔術(shù)后由于凝血異常死亡，成功建立骨折模型的新西蘭兔5只，飼養(yǎng)2周后進(jìn)行18F-NaF PET顯像和99Tcm-MDP SPECT顯像。

1.6 18F-NaF注射液新西蘭兔骨折模型顯像

本研究采用自身對(duì)照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。取3只骨折模型兔，分別將0.3～1.0 mL約77 MBq18F-NaF注射液經(jīng)耳緣靜脈注入體內(nèi)，分別于30 min，1、2、3 h進(jìn)行PET顯像；48 h后再經(jīng)耳緣靜脈注射0.3～1.0 mL約77 MBq99Tcm-MDP，再在相同的時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行SPECT顯像。另外2只先進(jìn)行99Tcm-MDP SPECT顯像，48 h后再行18F-NaF PET顯像。顯像前至少30 min打開PET/CT或SPECT/CT設(shè)備預(yù)熱，PET的掃描條件為40 s/床位、18 cm/床位，每只采集7～8個(gè)床位；SPECT的顯像條件為140 keV、窗寬20%、采集速度15 cm/min、放大倍數(shù)1.0，矩陣256×1 024。顯像前腹腔注射25%的烏拉坦溶液4 mL/kg麻醉兔子，麻醉后固定于鋪有尿墊的木板上。兩次顯像之間放開兔子讓其自由活動(dòng)，再次顯像時(shí)如已清醒則補(bǔ)充麻醉劑。2次顯像均完成后，過(guò)量麻醉處死兔子。對(duì)影像進(jìn)行質(zhì)量分析與定量處理，采用目測(cè)法評(píng)價(jià)影像質(zhì)量，再勾畫骨折部位和對(duì)側(cè)正常骨骼部位的感興趣區(qū)，獲取單位像素的標(biāo)準(zhǔn)攝取值SUVmean(PET影像)或放射性計(jì)數(shù)(SPECT影像)，分別計(jì)算骨折部位與對(duì)側(cè)正常骨骼部位的SUVmean比或放射性計(jì)數(shù)比(T/NT)。使用SPSS16.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用方差分析比較18F-NaF PET影像和99Tcm-MDP SPECT影像的T/NT。

2 結(jié)果與討論

2.1 18F-NaF注射液的制備

對(duì)2種工藝制備的18F-NaF的放化產(chǎn)率、放化純度、放射性核純度、金屬雜質(zhì)等進(jìn)行分析可知，2種方法制備的18F-NaF的放化產(chǎn)率和檢測(cè)結(jié)果均無(wú)明顯差別：放化產(chǎn)率均大于95%；放化純度均大于95%；γ能譜中除0.511 MeV和1.022 MeV18F核素的峰外均無(wú)其他峰出現(xiàn)，且24 h后再進(jìn)行核純度檢測(cè)，均未檢測(cè)到長(zhǎng)半衰期放射性雜質(zhì)；Li、V、Cr等金屬雜質(zhì)含量遠(yuǎn)小于限度要求。這是因?yàn)镃M柱的作用為吸附靶腔中產(chǎn)生的金屬陽(yáng)離子雜質(zhì)，而在不使用CM柱的工藝中，靶腔中產(chǎn)生的金屬陽(yáng)離子雜質(zhì)不會(huì)吸附在QMA柱上，而是通過(guò)QMA柱進(jìn)入廢液，且少量的殘留經(jīng)過(guò)水洗后也進(jìn)入了廢液，因此不影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量。

最終根據(jù)工藝就簡(jiǎn)的原則選擇在工藝中不使用CM柱，用該工藝在11 MeV加速器上束流積分值大于30 μA·h時(shí)，18F-NaF注射液的產(chǎn)量大于37 GBq。多批次產(chǎn)品的工藝驗(yàn)證和質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果表明，該方法工藝穩(wěn)定，可生產(chǎn)出質(zhì)量符合要求的18F-NaF注射液。

2.2 18F-NaF注射液的質(zhì)量控制

18F-NaF注射液的檢驗(yàn)結(jié)果列于表1。由表1可知，所有檢驗(yàn)項(xiàng)均符合限度要求。產(chǎn)品性狀均為無(wú)色澄明液體，pH=4.5～8.0，放化純度均大于95%，半衰期均在105～115 min之間，γ能譜中除0.511 MeV和1.022 MeV外無(wú)其他峰出現(xiàn)，放射性濃度范圍為0.37～7.4 GBq/mL，放射性濃度測(cè)量值為標(biāo)示值的90.0%～110.0%，細(xì)菌內(nèi)毒素檢驗(yàn)結(jié)果為含細(xì)菌內(nèi)毒素量小于15 EU/mL，無(wú)菌檢驗(yàn)符合要求。

表1 18F-NaF注射液的檢驗(yàn)結(jié)果Table 1 Test result of 18F-NaF injection

2.3 18F-NaF注射液的穩(wěn)定性

穩(wěn)定性研究結(jié)果顯示，18F-NaF注射液在30 ℃下放置0、4、8、10 h的性狀，pH值和放化純度檢驗(yàn)結(jié)果均沒(méi)有明顯變化，0 h和10 h的細(xì)菌內(nèi)毒素和無(wú)菌檢驗(yàn)結(jié)果均為合格。在40 ℃下放置0、4、8 h的性狀，pH值和放化純度檢驗(yàn)結(jié)果也沒(méi)有明顯變化，0 h和8 h的細(xì)菌內(nèi)毒素和無(wú)菌檢驗(yàn)結(jié)果均為合格。表明18F-NaF注射液在30 ℃下放置10 h和40 ℃下放置8 h各項(xiàng)質(zhì)控指標(biāo)均符合要求，產(chǎn)品穩(wěn)定性良好。

2.4 骨折顯像結(jié)果

18F-NaF PET和99Tcm-MDP SPECT顯像結(jié)果如圖1所示。雖然在30 min～3 h各時(shí)相的影像評(píng)分均為甲級(jí)，甲級(jí)影像率均為100%，兩者均可見全身骨骼，影像清晰，骨折部位呈明顯放射性濃聚，其放射性攝取明顯高于對(duì)側(cè)。

箭頭所指為骨折部位圖1 新西蘭兔骨折模型的18F-NaF PET和99Tcm-MDP SPECT顯像Fig.1 18F-NaF PET and 99Tcm-MDP SPECT image of New Zealand rabbit fracture model

但18F-NaF PET顯像30 min時(shí)即有清晰的顯像效果，骨折部位顯示更為清晰，而99Tcm-MDP SPECT顯像30 min和1 h時(shí)軟組織本底較高，在一定程度上會(huì)影響隱匿性微小骨折的診斷效果，且雙腎攝取明顯，2 h后軟組織背景才明顯下降。這是由于18F-NaF與血漿蛋白基本沒(méi)有結(jié)合，能以雙指數(shù)方式從血漿中快速清除[16]，因此，18F-NaF PET用于骨折診斷時(shí)給藥后30 min即可顯像，可有效減少給藥后的等待時(shí)間。而99Tcm-MDP注射后約30%與血漿蛋白結(jié)合[17]，需在給藥后2 h進(jìn)行SPECT顯像，才能取得較好的顯像效果。

18F-NaF PET和99Tcm-MDP SPECT顯像的T/NT列于表2。由表2可知：18F-NaF PET顯像的T/NT高于99Tcm-MDP顯像的T/NT。方差分析結(jié)果顯示，F(xiàn)=12.60、P<0.01，說(shuō)明18F-NaF PET顯像和99Tcm-MDP SPECT顯像的T/NT的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性意義。這進(jìn)一步從定量分析的角度表明18F-NaF PET對(duì)骨折的顯像性能優(yōu)于99Tcm-MDP SPECT顯像。

表2 18F-NaF PET和99Tcm-MDP SPECT顯像的T/NTTable 2 T/NT of 18F-NaF PET and 99Tcm-MDP SPECT

3 結(jié)論

制備了18F-NaF注射液，其產(chǎn)量大于37 GBq，放化純度大于95%，其他各項(xiàng)檢驗(yàn)結(jié)果均符合質(zhì)控要求。所制備的18F-NaF注射液在40 ℃下放置8 h和30 ℃下放置10 h，各項(xiàng)檢驗(yàn)結(jié)果均無(wú)明顯變化，穩(wěn)定性良好。用于骨折顯像時(shí)，18F-NaF給藥后30 min即可進(jìn)行PET顯像，且骨折部位顯示更為清晰，T/NT明顯高于99Tcm-MDP SPECT，而99Tcm-MDP需在給藥2 h后才能進(jìn)行SPECT顯像，表明18F-NaF PET對(duì)骨折的顯像性能優(yōu)于99Tcm-MDP SPECT。本研究為18F-NaF PET用于骨折診斷的臨床應(yīng)用提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。