[18F]F-DOPA合成方法的研究進(jìn)展

成偉華，郭飛虎，鄧雪松，秦祥宇，樊紅強(qiáng)，胡 驥

(原子高科股份有限公司，北京 102413)

正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層掃描顯像(positron emission tomography，PET)，由于其靈敏度高，特異性好，安全性好，并且可以進(jìn)行全身顯像，已廣泛用于多種疾病的診斷與鑒別診斷、療效評(píng)價(jià)和新藥開發(fā)等[1]。左旋多巴(3,4-二羥基-L-苯丙氨酸)是中樞神經(jīng)遞質(zhì)多巴胺的前體物質(zhì)，用于治療帕金森病，18F標(biāo)記的左旋多巴類似物6-[18F]氟-3,4-二羥基-L-苯丙氨酸([18F]F-DOPA,1)是研究大腦多巴胺功能的正電子顯像劑，用于早期診斷帕金森病[2]和腫瘤的診斷與鑒別[3]。目前，[18F]F-DOPA的合成方法主要有親電取代法和親核取代法。親電取代法是目前制備[18F]F-DOPA較常用的方法，用標(biāo)記前體2與[18F]F2進(jìn)行親電取代得到[18F]F-DOPA (1)[4-5](圖1)，RCY為(6.4±1.7)%。

圖1 親電合成[18F]F-DOPA (1)

由于生產(chǎn)[18F]F2時(shí)必須用穩(wěn)定F2作為載氣以減少[18F]F2的吸附，因此最終產(chǎn)品為有載體[18F]F-DOPA，同時(shí)此方法的RCY低，比活度低。已報(bào)道的親電取代自動(dòng)化合成方法中[6-8]，[18F]F-DOPA的比活度都不高(>100 MBq/μmol)。Forsback 等[9]改變反應(yīng)溶劑發(fā)現(xiàn)，氘代二氯甲烷(RCY=7.8%),氘代三氯甲烷(RCY=7.5%)和氘代丙酮(RCY=8.5%)都比三氯氟甲烷(RCY=6.0%)RCY高，在反應(yīng)中加入醋酸可以提高RCY，且產(chǎn)品質(zhì)量不受改變?nèi)軇┑挠绊憽＝谘芯堪l(fā)現(xiàn)[10]，通過Ag前體化合物4親電合成[18F]F-DOPA (1)(圖2)，RCY為(19±12)%，此法比前述的親電合成方法效率高。

圖2 通過含銀化合物親電合成[18F]F-DOPA (1)

親核取代合成[18F]F-DOPA，以無載體的[18F]F-作為親核進(jìn)攻試劑，并且親核氟化反應(yīng)具有好的選擇性，可以得到單一對(duì)映體[18F]-DOPA，且不需要高效液相進(jìn)行分離純化，可得到高比活度的[18F]F-DOPA。本文對(duì)近幾年通過親核取代合成[18F]F-DOPA的方法進(jìn)行綜述。

1 通過含Ni前體化合物合成

Lee等[11]報(bào)道了通過氧化親核取代反應(yīng)快速制備得到含保護(hù)基團(tuán)[18F]F-DOPA前體化合物7(圖3)。此方法首先合成含鎳的化合物6，這個(gè)化合物在空氣、水和硅膠中都很穩(wěn)定。然后，在高價(jià)碘化合物存在下，18F-與含鎳的化合物6反應(yīng)1min就可以得到高比活度無載體的[18F]F-DOPA前體化合物7，RCY為15%。此方法特別之處是無需用共沸的方法來進(jìn)行除水處理，直接反應(yīng)，可節(jié)省總的反應(yīng)時(shí)間，缺點(diǎn)是化合物(高價(jià)碘)不穩(wěn)定且合成比較復(fù)雜。Zlatopolskiy等[12]運(yùn)用這個(gè)方法優(yōu)化了反應(yīng)條件，合成了[18F]F-DOPA、[18F]FMT和[18F]FDA，其中合成得到的[18F]F-DOPA總的合成時(shí)間50 min，RCY約7%，比活度為175 GBq/μmol(通過親電取代的方法比活度為30 MBq/μmol)。作者同時(shí)還觀察了另外兩種含碘氧化劑1-亞碘酰苯和2-亞碘酰-1,3,5-三甲基苯對(duì)反應(yīng)的影響，結(jié)果用這兩種氧化劑時(shí)反應(yīng)不能發(fā)生，說明此反應(yīng)碘氧化劑具有專一性。

圖3通過含鎳化合親核合成[18F]F-DOPA 前體化合物7

2 通過碘鎓鹽前體化合物合成

DiMagno等[13]報(bào)道三氟磺酸二芳基碘鎓鹽8在干燥的乙腈中，可以通過陰離子交換得到碘鎓鹽[18F]氟化物9，在非極性溶劑中脫去碘鎓成功氟化得到含保護(hù)基團(tuán)的[18F]F-DOPA10，經(jīng)氫溴酸脫保護(hù)得到[18F]F-DOPA (1)(圖4)。由于這是一篇專利文獻(xiàn)，具體細(xì)節(jié)沒有詳細(xì)闡述。

圖4 通過碘鎓鹽前體化合物親核合成[18F]F-DOPA (1)

Wang等[14]發(fā)現(xiàn)通過碘鎓鹽可以提高氟化反應(yīng)效率。Edwards等[15]用Boc保護(hù)基團(tuán)的碘鎓鹽來合成[18F]F-DOPA (1)，此方法不用金屬催化，合成前體化合物11穩(wěn)定且無毒，優(yōu)化了反應(yīng)條件，分別進(jìn)行了“冷”和“熱”的氟化反應(yīng)，可得到高比活度的[18F]F-DOPA前體化合物12(圖5)。在優(yōu)化反應(yīng)條件時(shí)發(fā)現(xiàn)，用二甲基亞砜和乙腈做為混合溶劑，反應(yīng)可以進(jìn)行，而單獨(dú)以二甲基亞砜作為溶劑時(shí)，反應(yīng)不發(fā)生。用N,N-二甲基甲酰胺或者乙腈作為溶劑時(shí)，會(huì)出現(xiàn)很多不能確定的標(biāo)記副產(chǎn)物。在各種反應(yīng)條件下，RCY小于1%，表明如此低的RCY并不適用于常規(guī)生產(chǎn)[18F]F-DOPA。

圖5 通過二芳基碘鎓鹽化合物親核合成[18F]F-DOPA 前體化合物12

Ichiishi等[16]發(fā)現(xiàn)三甲苯基取代碘鎓鹽(四氟化硼)13在銅-催化下氟取代，空間選擇性很好，最后得到[18F]F-DOPA前體化合物14(圖6)。標(biāo)記率為(31±3)%。到目前為止，在臨床上沒有自動(dòng)化合成[18F]F-DOPA的路線，為了證實(shí)運(yùn)用此方法自動(dòng)化合成[18F]F-DOPA的可能性，同時(shí)作者用三甲苯基取代的碘鎓鹽(甲苯磺?；?自動(dòng)化合成[18F]F-DOPA前體化合物14，標(biāo)記率(17±5)%，比活度(4 000±2 000)Ci/mmol(用13-BF4作為起始原料，得到化合物14，RCY為1.1%，比活度為290 Ci/mmol)。

圖6 通過二芳基碘鎓鹽化合物親核合成[18F]F-DOPA 前體化合物14

3 通過碘?；绑w化合物合成

之前報(bào)道用碘?；衔飦磉M(jìn)行18F標(biāo)記的方法比較少，Rotstein等[17]報(bào)道了用碘酰基化合物進(jìn)行18F 標(biāo)記的方法。Satyamurthy等[18]也運(yùn)用碘葉立德合成含保護(hù)基團(tuán)的[18F]F-DOPA前體化合物16，但是具體細(xì)節(jié)未闡述。作者還用此方法進(jìn)行18F標(biāo)記化合物15b，RCY尚可接受(5%～ 10%)，但標(biāo)記前體化合物15b不穩(wěn)定限制了此方法的應(yīng)用[19](圖7)。

圖7 運(yùn)用碘葉立德和碘?；衔镉H核合成[18F]F-DOPA前體化合物16

4 銅-催化合成

Tredwell等[20]在銅催化下，利用前體化合物硼酸酯17，合成[18F]F-DOPA前體化合物18(圖8)，RCY為(55±23)%，通過HI脫保護(hù)后得到單一對(duì)映體的[18F]F-DOPA(ee>99%)。此方法前體化合物硼酸酯易于合成，毒性比較低，并且Cu催化要比Ni或Pd更安全，反應(yīng)在空氣環(huán)境下就可進(jìn)行。當(dāng)前親電合成方法得到[18F]F-DOPA劑量范圍是300～1 200 MBq/mmol[4-5]，運(yùn)用銅催化合成方法生產(chǎn)可以得到609 MBq/mmol[18F]F-DOPA，并且產(chǎn)品達(dá)到歐洲藥典的質(zhì)量要求，可見該法可用于[18F]F-DOPA的常規(guī)生產(chǎn)。

圖8 銅催化親核合成[18F]F-DOPA前體化合物18

Makaravage等[21]在銅催化條件下，以N,N-二甲基苯胺和吡啶溶劑中，進(jìn)行前體化合物19的18F標(biāo)記，得到含保護(hù)基團(tuán)的[18F]F-DOPA20(標(biāo)記率為56%±12%)(圖9)，與近幾年報(bào)道的親核取代標(biāo)記方法相比，該標(biāo)記率是比較高的。另外，標(biāo)記前體化合物19是親電取代生產(chǎn)[18F]F-DOPA的標(biāo)記前體衍生物，并已經(jīng)商業(yè)化了，表明此方法有望成為親核取代生產(chǎn)[18F]F-DOPA最具潛力的方法。

圖9 銅催化親核合成[18F]F-DOPA前體化合物20

5 同位素交換合成

2001年Tierlinq等[22]通過離子交換的方法，通過19F化合物21得到[18F]F-DOPA前體化合物22，經(jīng)Baeyer-Villiger氧化、水解可得到[18F]F-DOPA (2)(圖10)，RCY(未校正)8%～10%，反應(yīng)時(shí)間70 min，單一對(duì)映體約70%。結(jié)果表明，有合適離去基團(tuán)，此法可得到高比活度的[18F]F-DOPA。

此后Wagner等[23]繼續(xù)研究通過離子交換法合成[18F]F-DOPA，采用了新的離去基團(tuán)化合物23，在相轉(zhuǎn)移催化劑碳酸氫四丁銨存在下經(jīng)離子交換得到標(biāo)記化合物24，再氧化、水解得到[18F]F-DOPA (1)(圖11)，此方法得到的單一對(duì)映體大于96%，RCY約22%，合成時(shí)間105 min，比親電合成法得到[18F]F-DOPA的比活度高(2 GBq/μmol)，并且此方法很適合自動(dòng)化合成。

圖10 利用同位素交換合成[18F]F-DOPA (1)

圖11 通過同位素交換合成[18F]F-DOPA (1)

6 手性相轉(zhuǎn)移催化合成

通過手性相轉(zhuǎn)移催化劑合成[18F]F-DOPA也是一有效的方法[24]，Lemaire課題組報(bào)道了一種芳環(huán)多步合成[18F]F-DOPA的方法[25-27]，首先含硝基化合物25進(jìn)行18F標(biāo)記得到化合物26，經(jīng)過還原取代得到碘取代的化合物28，然后在手性催化劑(29或30)的條件下，與希夫堿31區(qū)域選擇性加成，經(jīng)過水解和HPLC純化得到單一對(duì)映體[18F]F-DOPA(1，97%ee)，反應(yīng)時(shí)間63 min，RCY為(36±3)%，比活度超過753 GBq/mmol(圖12)。此方法已運(yùn)用到GE公司FASTlab合成儀上。

圖12 手性相轉(zhuǎn)移催化合成[18F]F-DOPA (1)

7 結(jié) 語

[18F]F-DOPA作為腫瘤和中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的顯像診斷試劑，已應(yīng)用多年。利用親電合成的[18F]F-DOPA，存在有載體、比活度比較低等缺點(diǎn)，盡管親電取代也一直在研究發(fā)展，但是親核取代合成[18F]F-DOPA具有無載體(除同位素交換法)、比活度高等優(yōu)勢(shì)。所以近年來親核取代方法受到了廣泛的關(guān)注和研究，近年來親核取代方法優(yōu)劣比較見表1。

表1 親核合成[18F]F-DOPA的方法優(yōu)缺點(diǎn)

方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)商業(yè)應(yīng)用參考文獻(xiàn)Ni介導(dǎo)標(biāo)記反應(yīng)只需1min,產(chǎn)物比活度高反應(yīng)化合物(存在高價(jià)碘)不穩(wěn)定且合成比較復(fù)雜否[11-12]碘鎓鹽不使用金屬催化劑RCY<1.1%否[16]碘?；獦?biāo)記前體化合物不穩(wěn)定否[18-19]銅-硼酸酯前體化合物易合成,反應(yīng)溫和比活度較低是[20]銅-錫取代基標(biāo)記率比較高,標(biāo)記前體已商業(yè)化—有潛力[21]離子交換適合自動(dòng)化合成存在載體否[23]手性相轉(zhuǎn)移催化反應(yīng)時(shí)間較短,RCY高,產(chǎn)物高比活度—是[26]

從表1可見，采用金屬催化、手性相轉(zhuǎn)移催化或碘鎓鹽合成等方法，不僅克服了以上的缺點(diǎn)，而且其中的一些方法已在國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。例如，最近中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科付華平等[28]應(yīng)用了Tredwell等[20]的方法，進(jìn)行了國(guó)產(chǎn)化氟多巴功能模塊合成，[18F]F-DOPA合成耗時(shí)60 min；不校正合成效率為(10.0±2.3)%(n=6)，放化純度大于99%，產(chǎn)量大于7.4 GBq。人體PET結(jié)果顯示良好，產(chǎn)品質(zhì)量符合臨床要求。中山大學(xué)文富華等[29]應(yīng)用Lemaire等[26]報(bào)道的方法，使用進(jìn)口多功能ALLINONE合成儀及其配套卡套和試劑盒得到[18F]F-DOPA注射液，實(shí)現(xiàn)[18F]F-DOPA自動(dòng)化生產(chǎn)，并對(duì)獲得的[18F]F-DOPA注射液進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)與分析，合成時(shí)間約80 min，校正RCY為(63.1±3.8)%(n=10)，放化純度大于98%，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到動(dòng)物和人體PET顯像要求。相信在不久的將來，通過親核取代法合成高比活度的[18F]F-DOPA將會(huì)廣泛應(yīng)用于常規(guī)生產(chǎn)中。