住友CFN多功能合成模塊18F-FDG的制備及質(zhì)量控制

李 運 ，邱國玉 ，代 偉 ，安建平

（1.蘭州市食品藥品檢驗所，甘肅 蘭州 730050；2.甘肅省婦幼保健院，甘肅 蘭州 730050；3.中國人民解放軍聯(lián)勤保障部隊第904醫(yī)院PET-CT中心，甘肅 蘭州 730050）

目前，18F-脫氧葡萄糖（18F-FDG）是臨床PET顯像應(yīng)用最為廣泛的正電子藥物，主要應(yīng)用于多種腫瘤、心血管及神經(jīng)系統(tǒng)疾病的研究與診斷。利用SUMITOMO HM-12S回旋加速器和CFN-FDG合成模塊，制備出高純度、安全、可靠及符合臨床顯像要求的18F-FDG靜脈注射液。國內(nèi)與CFN合成FDG相關(guān)的文獻尚未見報道，本文總結(jié)多年來CFN多功能合成模塊制備18F-FDG過程中所遇到的問題，初步探討了提高合成效率和避免合成失敗的影響因素。

1 材料和方法

1.1 實驗材料

1.1.1 儀器設(shè)備

醫(yī)用回旋加速器（CYPRIS HM-12S，日本住友重機械工程株式會社）、FDG合成模塊面板（CFN多功能合成模塊，日本住友重機械工程株式會社）、TLC （Bioscan公司）、HPLC （LabAlliance出品）、FA1004N型電子天平 （上海菁海儀器有限公司）、CRC-25R型放射性核素活度計（美國CAPINTEC）、pHB-3便攜式pH計（上海三信儀表廠）。

1.1.2 主要試劑

18O-H2O：豐度97%（美國劍橋同位素公司）；三氟甘露糖、K2.2.2（ABX公司）；色譜級無水乙腈（美國SIGMA公司）；碳酸鉀、氫氧化鈉（純度99.995%，SIGMA ALDRICH）；無菌注射用水（四川科倫藥業(yè)股份有限公司）；QMA、IC-H、PS-2、AlumiaN 柱（Waters公司）；硅膠板（Whatman 公司）；0.22μm 液體濾膜、0.2μm 氣體濾膜（Millipore公司）。

2 18F-FDG的合成

2.1 CFN多功能合成模塊FDG合成面板的安裝、清洗

利用住友CFN多功能合成模塊，通過更換不同的、與之相匹配的合成面板，可以完成11C、18F、13N等正電子藥物的制備。按操作規(guī)程，正確安裝FDG合成面板，完成Cyrinder的上下移動情況、管路氣密性及流量自檢。然后，進行自動化清洗和干燥。

2.2 18F-FDG的合成

2.2.1 QMA柱的活化

用滴洗法[1]，分別將 75%乙醇 10mL、1MK2CO3溶液10mL、無菌注射用水20mL、空氣20mL通過QMA柱，將其活化為碳酸鹽形式。

2.2.218F-的制備

采用SUMITOMO HM-12S型醫(yī)用回旋加速器通過18O(p,n)18F核反應(yīng)，向靶中填裝3.8mL18OH2O，用12MeV、50μA的質(zhì)子束流連續(xù)轟靶30min，經(jīng)氣動方式將18F-從靶內(nèi)傳至CFN-FDG合成面板的靶水回收中間瓶中。

2.2.318F-的捕獲、洗脫

將靶水回收中間瓶中的18F-通過已活化的陰離子交換柱QMA，18F-被交換柱俘獲，殘余的富氧水被收集于水回收瓶中，記錄RI1放化活度探頭的讀數(shù)，確定俘獲的18F-的活度。用含有7mgK2CO3、22mgK2.2.2、0.2mL水及 0.7mL無水乙腈的 0.9mL洗脫液將18F-從QMA柱淋洗至反應(yīng)管中，并記錄RI2探頭活度，對18F-洗脫情況進行監(jiān)測。

2.2.4 干燥除水

通過第一次加熱除去乙腈和水的共沸物。然后，向反應(yīng)管中加入1mL無水乙腈、加熱，進行第二次除水，為下一步親核反應(yīng)的發(fā)生做好準備。

2.2.5 親核取代反應(yīng)（亦稱氟化過程）[2]

將18mg三氟甘露糖溶解于1.3mL的無水乙腈溶解加至反應(yīng)瓶，100℃、加熱3min，生產(chǎn)乙?；?8F-FDG-OAc4。將反應(yīng)管中N2管插入溶劑液面以下，通入100CCM的N240s，開啟真空并程序性加熱，除去乙腈。

2.2.6 堿水解[3]

加入0.3mol·L-1NaOH 3mL至反應(yīng)管中，在80℃下水解210s后，得到18F-FDG和少量雜質(zhì)的混合組分。

2.2.718F-FDG的純化

水解完成后，得到的18F-FDG溶液按下列順序進行純化：先通過IC-H柱吸附反應(yīng)體系中的K2.2.2并平衡體系的pH值，再通過PS-2除去部分水解不完全的乙?；锖头菢O性副產(chǎn)品，最后通過Alumia N柱，去除最后殘余的18F-，用6mL滅菌注射用水淋洗反應(yīng)瓶和純化柱，將18F-FDG通過0.22μm的無菌液體濾膜至20mL無菌真空瓶中。

3 18F-FDG的質(zhì)量控制

3.1 外觀鑒別

透過無色鉛玻璃觀察，18F-FDG注射液為澄清、無色、無顆粒、無絮狀物的水溶液[4]。

3.2 核素鑒別

把已經(jīng)制備的18F-FDG注射液放置活度計測定12min內(nèi)不同時間點的活度值，反推其半衰期，結(jié)果應(yīng)在105.5～115.0min之間。

3.3 pH值

用精密pH試紙測定18F-FDG注射液的pH值，pH應(yīng)在4.5～7.5之間。

3.4 放射化學純度

采用薄層層析(TLC)法，以乙腈-水的混合溶劑(85:15)為展開劑，18F-FDG通過TLC系統(tǒng)的放射化學純度大于95%。

3.5 化學純度

3.5.1 用HPLC法[5]測定18F-FDG注射液的化學純度，以糖柱為分離柱，乙腈-水(85:15)為流動相，流速1.0mL·min-1，測得化學純度為 99%。

3.5.2 采用GC法[6]對有機溶劑的殘留進行分析，乙腈、乙醇的含量分別應(yīng)小于0.04%和0.5%。

3.5.3 采用GC法[7-8]對K2.2.2殘留進行分析，產(chǎn)物中K2.2.2含量不能高于0.2mg·mL-1。

3.6 急性毒性實驗

隨機取健康合格的昆明種小鼠20只（雌、雄各半），分別尾靜脈注射18F-FDG注射液0.2mL，觀察24h，仔細觀察，并作詳細記錄。

3.7 細菌內(nèi)毒素檢查[9]

取18F-FDG注射液0.2mL稀釋10倍后進行細菌內(nèi)毒素檢查，反應(yīng)時間分別為20min和60min。

3.8 無菌檢查[9]

取0.2mL經(jīng)衰變10個半衰期后的18F-FDG注射液分別接種于7.5mL硫乙醇酸鹽流體培養(yǎng)基和真菌培養(yǎng)基中，按規(guī)定進行觀察，不得發(fā)現(xiàn)菌落生長。

4 結(jié)果

4.1 18F-FDG注射液的合成

用50μA的質(zhì)子束流連續(xù)轟擊18O-H2O30min，按上述合成工藝制備的18F-FDG注射液活度平均為650±20mCi，經(jīng)時間衰變校正后，其平均放化產(chǎn)率為62±4%。

4.2 18F-FDG注射液的質(zhì)量控制

18F-FDG注射液為無色、澄清溶液。用半對數(shù)法計算的半衰期為108min；HPLC系統(tǒng)測定的化學純度大于99%；TIC法測定的放射化學純度大于95%。急性毒性實驗表明，無任何不良反應(yīng)或死亡發(fā)生。無菌、細菌內(nèi)毒素的檢測，均符合藥典規(guī)定。用精密pH試紙測定pH為5.5。

5 討論

1）日本住友CFN多功能模塊，可以進行多種正電子藥物的標記，亦可進行新型示蹤劑的合成研究，根據(jù)研究工作需要可自行開發(fā)適合新型藥物合成的軟件及合成工藝優(yōu)化，故可稱為科研型合成模塊。我們利用用CFN-FDG模塊制備18F-FDG數(shù)百次以上，易于操作，合成效率達66%、產(chǎn)量穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量可靠。

2）CFN-FDG合成模塊，原始工藝合成共需35min。通過進行多次合成實驗，縮短試劑加入時間，優(yōu)化合成工藝參數(shù)，使得整個合成時間縮短6min，同時提高了合成效率。親核反應(yīng)是FDG合成中最關(guān)鍵的過程，由于水中氫鍵的親核性遠遠強于18F-，因此應(yīng)盡可能除去反應(yīng)體系中痕量的水，否則氟化效率極低甚至導致合成失敗。結(jié)合實際工作，避免體系中殘余水的方法為：首先，每次合成結(jié)束務(wù)必對反應(yīng)體系進行清洗、干燥，除去聚四氟管路及反應(yīng)管中殘余的溶劑。其次，前體三氟甘露糖應(yīng)密封保存于干燥器冷藏于冰箱中；合成前，用干燥的藥匙取前體適量置于已徹底干燥的錐底瓶中，迅速吸取無水乙腈1.3mL，溶解前體，密封；吸取試劑用的針頭等耗材使用一次性無菌包裝。最后，通過進行冷實驗，優(yōu)化合成參數(shù)，確保經(jīng)兩次共沸除水，正好使氟化反應(yīng)體系處于干燥無水狀態(tài)。

3）18F-FDG的合成可采用在酸性或堿性環(huán)境下水解乙?；?8F-FDG-OAc4制得。本文合成工藝為堿水解，條件溫和，時間短，副產(chǎn)物少。日常工作中，會遇到由于試劑吸取針被膠塞碎渣堵塞等原因，致NaOH不能或部分加入反應(yīng)器，使合成失敗或合成效率極低?？梢詫⒓兓?jīng)6個半衰期后，測定PS-2柱活度，將測得值推算至合成結(jié)束時的活度，發(fā)現(xiàn)大量未水解的乙?；锉籔S-2柱吸附，以確定合成失敗的原因。

4）若所得產(chǎn)品顏色發(fā)黃，TLC顯示硅膠板原點與Rf值0.55左右活度相當，呈現(xiàn)“駱駝峰”，初步可以判斷為氟化反應(yīng)不完全或純化時殘余18F-未能被Alumia N柱吸附。更換新的Alumia N柱，將18F-FDG注射液進行再次純化，經(jīng)TLC確認，放化純大于95%即可。

5）CFN-FDG合成模塊進行25次以上合成后，有時會出現(xiàn)Cyrinder向下移動，不順暢，致使聚四氟管不能插入反應(yīng)管底部，以至于在DU2干燥過程中，N2不能通入液面以下，保持反應(yīng)管內(nèi)液體處于運動狀態(tài)，使乙腈被蒸除的速度減慢，甚至導致有機溶劑殘余超標。合成模塊使用10次左右，應(yīng)將Cyrinder拆下，用無水乙腈進行清洗。但是清洗過程應(yīng)避免尖銳物體接觸Cyrinder桿，使其邊緣不光滑或有劃痕出現(xiàn)，影響反應(yīng)體系的氣密性。

6）CFN-FDG合成模塊使用過程中，氣密性自檢失敗原因排除方法：首先正確安裝FDG合成面板，對管路聯(lián)接接頭等進行確認。初次安裝完成，自檢，若有“Reactor Leak”的提示，可以重新進行一次測漏。其次，檢查反應(yīng)器法蘭是否安裝正確，法蘭不能擰的太緊，否則會導致反應(yīng)管上口碎裂，自檢時提示“Reactor Leak”。第三，檢查靶水回收中間瓶上安裝的各種針頭是否有松動，若有，重新更換新的中間瓶進行安裝。第四，檢查與真空泵相聯(lián)的管路是否有漏。第五，檢查聯(lián)接QMA的快速接頭是否完整。另外，可以根據(jù)Leak提示信息，可以將相關(guān)管路進行“短接”，逐次逐級排查泄漏的部位。良好的氣密性為合成合格的18F-FDG提供保障。

7）為了實現(xiàn)18F-FDG注射液無菌、細菌內(nèi)毒素檢測的合格，必須使用一次性無菌耗材，及時更換管路，實行合成全過程的控制，避免產(chǎn)品被污染。定期將所得產(chǎn)品經(jīng)放置衰變10個半衰期后送檢驗科檢驗，確保合格產(chǎn)品用于臨床。

8）建立完善的操作流程和科學的質(zhì)量控制標準是制備合格18F-FDG注射液的有力保障。目前，在藥典附錄XI XG正電子類放射性藥品質(zhì)量控制的指導原則中對記錄了18F-FDG質(zhì)量控制的原則和細則。SFDA于2004年7月公布了《正電子類放射性藥品質(zhì)量控制指導原則》，各正電子藥物研究中心應(yīng)結(jié)合自身條件，依據(jù)以上質(zhì)量控制原則及參照26USP[10]，制定出適宜的18F-FDG注射液質(zhì)控標準，可完全保證合格藥物的生產(chǎn)，運用于臨床PET-CT檢查，為臨床疾病的診斷提供大量的科學依據(jù)，取得令人滿意的結(jié)果。