11C/18F-乙酸鹽在CFN-MPS200上的自動合成

程 亮，陳尚東，崔夫新，劉 丹，何 爽，樸永男

(1.沈陽化工大學(xué) 應(yīng)用化學(xué)學(xué)院，沈陽 110142；2.北京安迪科電子有限責任公司，北京 100021；3.延邊大學(xué)附屬醫(yī)院 核醫(yī)學(xué)科， 延吉 133000)

11C-乙酸鹽(11C-Acetate)作為正電子發(fā)射斷層(postiron emission tomography, PET)顯像劑，在肺癌、前列腺癌特別是腎癌和肝細胞癌的顯像上可彌補18F-FDG的不足，具有很好的臨床價值[1]。由于11C-乙酸鹽的半衰期短(20.4 min)，只能在配備醫(yī)用回旋加速器的醫(yī)療機構(gòu)使用，臨床應(yīng)用具有局限性。Sykes等[2-4]最先報道了11C-乙酸鹽的類似物—18F-乙酸鹽，并證實兩種化合物生物學(xué)分布類似，已經(jīng)應(yīng)用在測定心肌氧化代謝和診斷前列腺癌、肝細胞癌的PET研究中。11C-乙酸鹽的合成采用強反應(yīng)活性的CH3MgBr為反應(yīng)物，對該反應(yīng)物的保存、添加操作及反應(yīng)容器的干燥和潔凈度都有很高要求，稍有不慎即造成合成失敗[5]。而18F-乙酸鹽的制備反應(yīng)溫和[6]，所有試劑容易保存，合成效率穩(wěn)定。國內(nèi)報道中，多采用改造18F-FDG專用合成儀的方法進行18F-乙酸鹽的標記合成，如鄧懷福等[7]報道了改造IBA公司18F-FDG合成儀、張錦明等[8]報道了改造國產(chǎn)商用18F-FDG模塊、張勇平等[9]報道了利用改造后的Explora FDG4合成儀合成18F-乙酸鹽。這樣不僅容易導(dǎo)致合成18F-FDG和18F-乙酸鹽發(fā)生沖突，而且存在不同藥物的交叉污染，不符合藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范(GMP)要求。本研究在CFN-MPS200合成儀上探索實驗條件，合成符合GMP要求的18F-乙酸鹽，并將11C/18F-乙酸鹽兩種化合物進行質(zhì)控對照分析，不僅直觀體現(xiàn)了兩種化合物的理化性質(zhì)，也拓展了乙酸鹽類化合物的臨床應(yīng)用。

1 實驗材料

1.1 儀器

HM-10HC回旋加速器、CFN-MPS200型合成儀：日本住友重工業(yè)株式會社；高效液相色譜儀：日本島津制作所分析計測事業(yè)部；氣相色譜：上海天美公司； 放射性薄層色譜儀：美國BIOSCAN公司。

1.2 試劑

1 mol/L甲基溴化鎂四氫呋喃溶液：日本KANTO公司產(chǎn)品；分子篩13X：日本GL公司；H218O(豐度97%)：上?；ぱ芯吭海讳宕宜崞S酯、無水乙腈、碳酸鉀：美國Sigma公司；Kryptofix2.2.2(K2.2.2)：德國ABX公司； QMA柱、CM柱、PS-2柱、N-氧化鋁柱：美國Waters公司；ON Grad-Ag、ON Grad-H：美國DIONEX公司；PS-OH柱：Macherery-Nagel公司；可裁硅膠板、乙醇(95%分析純)、鹽酸、氫氧化鈉：北京化學(xué)試劑廠；注射用水、生理鹽水：日本大冢公司；抗壞血酸溶液：1.0 g抗壞血酸與10 mL水配制成溶液，過無菌濾膜備用。

2 實驗方法

2.1 11C-乙酸鹽的合成

① 啟動HM-10HC回旋加速器生產(chǎn)11CO2，設(shè)置打靶束流45 μA，由離子源電離氫氣生產(chǎn)的H-在交變電場中加速，經(jīng)碳膜剝離后轟擊到填充0.80 MPa氮氧混合氣(VN2∶VO2=99.5∶0.5)的碳靶上，發(fā)生14N(p，α)11C反應(yīng)，轟擊15 min后傳靶。② 用加熱到70 ℃的13X分子篩吸附11CO2，待13X分子篩的RI-U放射性測量探頭示數(shù)不再增長時，加熱13X分子篩到220 ℃,釋放11CO2至0.5 mL 1 mol/L甲基溴化鎂的四氫呋喃溶液中，當RI1示數(shù)不再增大并開始有下降趨勢時，被分子篩吸附的11CO2釋放已經(jīng)完成。③ 加熱反應(yīng)液到30 ℃并反應(yīng)120 s，然后加入0.5 mL 1 mol/L的HCl進行水解，此步驟反應(yīng)劇烈，反應(yīng)液為上下兩層。④ 將反應(yīng)液依次通過ON Guard Ag柱、ON Guard H柱和PS-OH柱。⑤ 分別用酒精和水淋洗PS-OH柱，洗脫雜質(zhì)。最后用10 mL生理鹽水淋洗PS-OH柱，用Cl-將11CH3COO-置換下來，再過CM柱去除可能存在的Mg2+，經(jīng)過無菌濾膜得到產(chǎn)品。

2.2 18F-乙酸鹽的合成

圖1 18F-乙酸鹽在CFN-MPS200模塊上的合成路線

2.3 質(zhì)量控制分析

2.3.1產(chǎn)物澄明度和pH

目測通過無菌濾膜后的產(chǎn)品為無色澄清溶液，用pH試紙測量pH。

2.3.2薄層色譜法

用毛細管蘸取微量的11C-乙酸鹽和18F-乙酸鹽的生理鹽水溶液，在2 cm×10 cm的硅膠板上點樣，以95%的乙腈水溶液做為展開劑(V∶V)，在密閉的試管或者展開缸里進行展開，用放射性薄層色譜儀檢測放化純度。

2.3.3高效液相色譜法

配制0. 1 mol/L的乙酸鈉標準品溶液，抽取此標準品溶液1 mL稀釋至20 mL并搖勻，用微量注射器抽取20 μL，注入到島津高效液相色譜進樣器內(nèi)，以乙腈(A泵)∶水(B泵)=6∶4(V∶V)做為流動相，C-18(5 μm，4.6 mm×250 mm)為分離柱，流速1 mL/min,紫外檢測(UV)波長214 nm。

在相同的條件下，對11C-乙酸鹽和18F-乙酸鹽進行HPLC分析，采用UV和FC-3600放射性檢測器(RI)同時進行檢測。

2.3.4K2.2.2的含量檢測

18F-乙酸鹽的K2.2.2的含量測定，參考《中華人民共和國藥典》2015年版第二部氟[18F]脫氧葡糖注射液中氨基聚醚(K2.2.2)的檢測方法[11]。

2.3.5細菌內(nèi)毒素的檢測

參考《中華人民共和國藥典》2015年版第四部通則1143[12]，進行細菌內(nèi)毒素檢測。

2.3.6溶劑殘留檢測

參考《中華人民共和國藥典》2015年版第四部通則0861殘留溶劑測定法[13]，用水定量稀釋制成1 mL中約含乙腈0.4 mg、乙醇5 mg、丙酮5 mg的溶液，作為對照品溶液。以硝基對苯二酸改性的聚乙二醇為固定液的毛細管柱為色譜柱，柱溫70 ℃，進樣溫度200 ℃，檢測器溫度為250 ℃，頂空瓶溫度為85 ℃，平衡時間10 min，取0.5 mL樣品進樣進行檢測。

3 結(jié)果與討論

3.1 合成

使用CFN-MPS200合成儀進行11C-乙酸鹽和18F-乙酸鹽的合成，合成結(jié)束時(end of synthesis，即EOS%)不校正放化合成產(chǎn)率分別為(53.5±5)%和(20.2±5)%，與國內(nèi)文獻報道的合成產(chǎn)率基本吻合[8,14]。

11C-乙酸鹽雖然合成時間短、成本低，但甲基溴化鎂的高活性對反應(yīng)器的潔凈度、干燥度有較高的要求，甲基溴化鎂最好用干燥的1 mL玻璃注射器抽取，帶膠塞的塑料注射器遇四氫呋喃后體積會膨脹，注射試劑的阻力很大。前體甲基溴化鎂的加入量不需要過多，如甲基溴化鎂過多，在反應(yīng)液通過ON Guard Ag柱時，生成的AgBr沉淀可能堵塞該處理柱，導(dǎo)致反應(yīng)液無法轉(zhuǎn)移出來。

11CO2從回旋加速器傳出，靶氣體為氮氧混合氣N2∶O2=99.5∶0.5(V∶V)，為避免載氣中微量的O2對甲基溴化鎂造成破壞，在混合氣體通入反應(yīng)管前必須先富集11CO2，然后用高純N2將11CO2載入到甲基溴化鎂溶液中。本研究采用150 mg 13X分子篩吸附11CO2，合成前先將分子篩加熱到220 ℃進行活化，15 min后停止加熱，再讓分子篩自然冷卻到70 ℃?zhèn)溆茫?3X 分子篩在低溫70 ℃吸附11CO2，高溫220 ℃時釋放11CO2。傳統(tǒng)方法中使用液氮富集11CO2，當11CO2通過浸入液氮的Loop環(huán)時即被凝固成干冰，也有很好的捕獲效率，但液氮不容易長期保存，且在傾倒液氮時容易被凍傷，而分子篩可以多次使用，方便安全。

18F-乙酸鹽的合成雖然耗時較長，但反應(yīng)各個步驟容易控制，18F-半衰期較長，有著很好的應(yīng)用前景。合成18F-乙酸鹽的關(guān)鍵在于用水溶解氟化后的反應(yīng)液。此處操作不宜將溶劑乙腈蒸發(fā)過于完全，否則加水轉(zhuǎn)移中間體時，會造成大量的活度粘附于1號反應(yīng)管內(nèi)無法轉(zhuǎn)移出來，造成大量活度損失，從而使標記率降低。

3.2 質(zhì)量控制

以95%的乙腈水溶液為展開劑(V∶V)，在可裁硅膠板上點樣進行展開，TLC分析得到18F-乙酸鹽和11C-乙酸鹽的譜圖示于圖2。從圖2結(jié)果可以看出，18F-乙酸鹽的Rf約為0.31 min，而11C-乙酸鹽的比移值Rf約為0.60 min，18F-乙酸鹽的極性大于11C-乙酸鹽。

用HPLC檢測乙酸鈉標準品，采用紫外檢測器，檢測波長214 nm，得到出峰時間為2.40 min(圖3)。

圖2 18F-乙酸鹽(a)與11C-乙酸鹽(b)TLC圖譜

圖3 乙酸鈉標準品溶液HPLC的UV檢測器圖譜

在相同的質(zhì)控條件下對11C-乙酸鹽和18F-乙酸鹽進行HPLC分析，采用紫外檢測器和放射性檢測器同時檢測。18F-乙酸鹽的紫外檢測和放射性檢測圖譜(圖4)均為單峰，保留時間分別為2.25 min和2.33 min。11C-乙酸鹽的紫外檢測圖譜和放射性檢測圖譜(圖5)也為單峰，保留時間分別為2.39 min和2.71 min，11C-乙酸鹽與標準品的保留時間2.40 min基本一致，證明產(chǎn)物為目標產(chǎn)品。

用廣泛pH試紙檢測11C-乙酸鹽和18F-乙酸鹽的pH，pH約為9，偏堿性?？梢杂梦⒘康目箟难嵴{(diào)節(jié)pH。用注射器抽取0.1 mL抗壞血酸溶液加入到產(chǎn)品瓶中，即可將pH調(diào)整到7～8之間。

細菌內(nèi)毒素的檢測，用內(nèi)毒素檢測用水稀釋樣品50倍，采用凝膠法進行測定，結(jié)果每1 mL細菌內(nèi)毒素的含量小于15 EU，符合規(guī)定。

2.5 μL18F-乙酸鹽產(chǎn)品滴在氯鉑酸和碘化鉀溶液處理的硅膠G板上，產(chǎn)生的藍色顏色淺于25 μg/mL的K2.2.2標準品溶液，證明18F-乙酸鹽產(chǎn)品中K2.2.2的含量小于25 μg/mL。

圖4 18F-乙酸鹽的UV(a)與RI HPLC(b)圖譜

圖5 11C-乙酸鹽UV(a)與RI HPLC(b)圖譜

氣相色譜測得18F-乙酸鹽產(chǎn)品中丙酮、乙醇、乙腈的溶劑殘留(圖6)，其殘留濃度分別為1.99 mg/L、3.34 mg/L、4.94 mg/L，符合臨床使用要求。

圖6 GC測定18F-乙酸鹽中有機溶劑殘留圖譜

4 結(jié)論

11C-乙酸鹽和18F-乙酸鹽已用于PET/CT臨床顯像，11C-乙酸鹽和18F-乙酸鹽體內(nèi)生物學(xué)分布類似，但其化學(xué)結(jié)構(gòu)、合成工藝完全不同。11C-乙酸鹽合成時間短、成本低、不校正合成產(chǎn)率高，但半衰期短，試劑不容易保存、不當?shù)牟僮魅菀讓?dǎo)致合成失敗。18F-乙酸鹽半衰期長、反應(yīng)溫和、各個反應(yīng)步驟容易控制，但成本高，合成時間長，不校正合成產(chǎn)率低。實際應(yīng)用中可根據(jù)臨床患者數(shù)量、合成模塊的穩(wěn)定性、操作者的熟悉程度進行選擇。

對照兩種目標產(chǎn)物TLC圖譜，11C-乙酸鹽的Rf值略大于18F-乙酸鹽的Rf值。18F-乙酸鹽的合成工藝與固相水解法制備18F-FDG類似，本研究是首次用住友CFN-MPS200多功能合成儀，全自動合成18F-乙酸鹽，并在相同的質(zhì)控條件下對11C-乙酸鹽和18F-乙酸鹽進行質(zhì)量分析，結(jié)果證明產(chǎn)物純度較高，效率穩(wěn)定，各項指標均符合要求。國內(nèi)尚未檢索到用CFN-MPS200多功能合成儀全自動合成18F-乙酸鹽的文獻，可為使用CFN-MPS200的醫(yī)院科室提供參考，為11C/18F-乙酸鹽的臨床應(yīng)用提供便利。