心肌灌注顯像劑18F-BMS747158-02的自動化合成與心肌缺血模型顯像

何玉林，劉子鈺，王文瑞，賈凱麗，王相成，王雪梅

(內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院 核醫(yī)學(xué)科 內(nèi)蒙古自治區(qū)分子影像重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，呼和浩特 010050)

放射性核素心肌灌注顯像(myocardial perfusion imaging, MPI)是冠狀動脈粥樣硬化性心臟病(簡稱冠心病)心肌缺血早期診斷、危險度分層和預(yù)后評估的重要無創(chuàng)性影像診斷技術(shù)之一，對冠心病的危險分層和治療決策具有重要的臨床意義[1-2]。目前臨床上常用單光子發(fā)射計算機(jī)斷層顯像(SPECT)評估心肌缺血狀態(tài)，其常用的顯像劑99mTc-MIBI是心肌灌注顯像的金標(biāo)準(zhǔn)。但99mTc-MIBI SPECT心肌灌注顯像也存在血流流速變快時，其首次心肌攝取量降低，顯像可能低估因運(yùn)動或血管擴(kuò)張引起的流速變快和由狹窄引起的血流流速降低[3]。此外，SPECT顯像的空間分辨率不如PET顯像，隨著診療技術(shù)的進(jìn)步，發(fā)展正電子核素心肌灌注顯像劑是必然趨勢。

目前臨床上使用的PET心肌灌注顯像劑有82Rb(T1/2=76 s)、13N-NH3·H2O(T1/2=9.96 min)和H215O(T1/2=2.1 min)。82Rb由82Sr/82Rb發(fā)生器獲得，13N-NH3·H2O和H215O由加速器生產(chǎn)[4]。它們都有半衰期較短(T1/2<10 min)，應(yīng)用成本較高的缺點(diǎn)，在臨床應(yīng)用中均不能成為理想的正電子灌注顯像劑。

18F是正電子顯像應(yīng)用最多的放射性核素，半衰期相對較長(109.8 min)，與82Rb和13N相比，18F正電子射程最短(三者的電子射程分別為2.6、0.7和0.2 mm)，所獲圖像空間分辨率最好[5]。因此，核素18F標(biāo)記的新型灌注類顯像劑成為研究熱點(diǎn)，此類顯像劑分為兩大類，其一為以18F-TPP、18F-FBnTP、18F-FERhB等[6-8]為代表的親脂性陽離子類顯像劑，該類顯像劑主要通過跨膜被動擴(kuò)散進(jìn)入心肌細(xì)胞內(nèi)[9]，心肌細(xì)胞攝取率相對較低、攝取特異性較差，顯像效果不理想。其二為以心肌細(xì)胞線粒體復(fù)合物-Ⅰ(MC-Ⅰ)為結(jié)合靶點(diǎn)顯像的MC-Ⅰ抑制劑類顯像劑，主要包括18F-FPnOP、18F-FDHR、18F-RP1003/04/05、18F-BMS747158-02等[10-14]。該類顯像中以18F-BMS747158-02最為突出，具備心肌攝取快、血流灌注相關(guān)性好、滯留時間長、放射性攝取均勻、體內(nèi)生物分布較理想的特點(diǎn)。

18F-BMS747158-02是一種氟標(biāo)記的噠螨靈衍生物，其結(jié)合位點(diǎn)為線粒體膜域附近的PSST亞基[12]?？赏ㄟ^被動擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞，并利用跨膜電位富集于心肌細(xì)胞的線粒體中，從而達(dá)到特異性評價心肌血流的目的。

本研究中自行合成了18F-BMS747158-02和13N-NH3·H2O，并對缺血模型豬進(jìn)行了PET/CT顯像，結(jié)果發(fā)現(xiàn)18F-BMS747158-02的心肌攝取率高，心肌清除速度慢，隨著時間的推移靶/非靶比值穩(wěn)定，圖像的分辨率高，能定量分析血流，具有較佳的臨床應(yīng)用前景。

1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1 儀器

Biograph mCT Flow型PET/CT機(jī)：德國西門子公司；HM-20型回旋加速器：日本住友重工業(yè)株式會社；Tracerlab FX-FN合成器：美國通用電氣公司；高效液相色譜儀：日本島津公司；Bioscan Flow Count：美國Bioscan公司；活度計：美國Capintec公司。

1.2 試劑

18O-H2O：江蘇華益科技有限公司；甲苯4-磺酸2-[4-(1-叔丁基-5-氯-6-氧代-1,6-二氫-噠嗪-4-乙氧基甲基)-芐氧基]-乙基酯、2-叔丁基-4-氯-5-[4-(2-氟乙氧基甲基)芐氧基]-3(2H)-噠嗪酮：合成前體和標(biāo)準(zhǔn)品，北京先通國際醫(yī)藥科技股份有限公司；Sep-Pak QMA柱、Sep-Pak C18柱：美國Waters公司；氨基聚醚：K2.2.2，超高純，德國ABX公司；乙腈、K2CO3：超高純，美國Sigma公司；無水乙腈、無水乙醇：優(yōu)級純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑公司；注射用水：石家莊四藥有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)動物

實(shí)驗(yàn)用巴馬小型豬8只，10月齡，體質(zhì)量約30 kg，雌雄不限，由中國科學(xué)院動物研究所提供，許可證編號:SCXK(京)2018-0005，飼養(yǎng)和實(shí)驗(yàn)環(huán)境均為普通級。本實(shí)驗(yàn)動物處置流程獲得內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院倫理委員會審核批準(zhǔn)。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 18F-BMS747158-02和13N-NH3·H2O的合成

由回旋加速器經(jīng)18O(p，n)18F核反應(yīng)制備的18F-，傳輸?shù)絋racerlab FX-FN的18F-收集瓶后負(fù)壓轉(zhuǎn)移到QMA柱上，經(jīng)K2CO3/K2.2.2混合溶液(3 mg K2CO3+15 mg K2.2.2溶于0.3 mL H2O+1.2 mL乙腈)洗脫到反應(yīng)管，加熱干燥(過程為65 ℃加熱65 s、120 ℃加熱90 s)，同時抽真空；之后降溫到60 ℃加入前體溶液(3 mg前體溶于1.0 mL乙腈)110 ℃ 2 atm反應(yīng)20 min后降溫到60 ℃，加入2.5 mL 40%的乙腈溶液混勻，再降溫到40 ℃，注入半制備型高效液相色譜儀進(jìn)行純化(制備柱：NM VP 250 mm×16 mm、流動相：CH3CN∶H2O=40∶60，流速：在18F-和雜質(zhì)峰結(jié)束前為6 mL/min，結(jié)束后8 mL/min)，收集16～18 min的放射性組分，與50 mL注射用水混合；將此溶液以氦氣壓過C18柱，產(chǎn)品18F-BMS747158-02捕獲在C18柱上；之后以15 mL注射用水淋洗C18柱去除乙腈，以1 mL乙醇從C18柱洗脫18F-BMS747158-02到產(chǎn)品收集瓶，與預(yù)先加入產(chǎn)品瓶的1 mL PEG400和8 mL生理鹽水混勻。

2.2 18F-BMS747158-02的質(zhì)量控制

用帶有放射性檢測器的分析型高效液相色譜儀(HPLC)進(jìn)行產(chǎn)品的鑒別和化學(xué)純度、放化純度、體外穩(wěn)定性測定。細(xì)菌內(nèi)毒素和無菌檢測由我院檢驗(yàn)科完成。18F-BMS747158-02的鑒別采用標(biāo)準(zhǔn)品(19F-BMS747158-02)與產(chǎn)品(18F-BMS747158-02)共同進(jìn)樣方法；以精密pH試紙測定pH值；以室溫放置1、2、3、6 h后分別測定其放化純度以確定體外穩(wěn)定性。HPLC分析條件：分析柱為Shim-peck VP-ODS 250 mm×4.6 mm柱、紫外檢測波長254 nm、流動相CH3CN∶H2O=40∶60、流速：1 mL/min、放射性檢測器為Bioscan Flow Count。

2.3 巴馬小型豬顯像

實(shí)驗(yàn)前動物禁食12 h，禁飲4 h，急性心肌缺血模型豬(球囊封堵術(shù)法造模[15])在造模后24 h，按其體質(zhì)量靜脈注射丙泊酚(1 mg/kg)進(jìn)行麻醉，先行CT掃描(管電壓120 kV，管電流170 mA，準(zhǔn)直24 mm×1.2 mm，旋轉(zhuǎn)時間0.5 s，螺距0.8，層厚3.125 mm)用于定位和衰減校正。定位掃描結(jié)束后于每只耳緣靜脈注射185 MBq18F-BMS747158-02或370 MBq13N-NH3·H2O，進(jìn)行心臟局部掃描，采集時間10 min。心臟圖像重建采用有序子集最大期望值迭代法，4次迭代，8個子集，放大倍數(shù)為1.0，矩陣128×128，矩陣大小2.0 mm×2.0 mm，層厚3.125 mm。

3 結(jié)果與討論

3.1 18F-BMS747158-02的合成

在Tracerlab FX-FN自動化合成器上完成了18F-BMS747158-02的自動化合成，總合成時間約為60 min，其中前35 min為反應(yīng)過程、后25 min為半制備型高效液相色譜儀分離和固相萃取過程。收集16～18 min的放射性組分后加水稀釋，再經(jīng)C18柱固相萃取獲得產(chǎn)品18F-BMS747158-02，未經(jīng)衰減校正的放化產(chǎn)率為(15.3±2.1)%(n=5)(圖1)。在產(chǎn)品收集瓶中加入PEG 400有效提高了18F-BMS747158-02的水溶性，使產(chǎn)品經(jīng)0.22 μm濾膜時不吸附在濾膜上。

3.2 18F-BMS747158-02的質(zhì)量控制

產(chǎn)品18F-BMS747158-02為無色透明、pH值6～7的含乙醇10%的生理鹽水溶液，比活度約110 GBq/μmol，HPLC分析測定結(jié)果顯示其放化純度>99%(圖2)。細(xì)菌內(nèi)毒素含量<5 Eu/mL，無菌檢測檢測結(jié)果為陰性。室溫放置1、2、3、6 h后的放化純度均>95%，證明其輻射自分解量極微，室溫環(huán)境中穩(wěn)定。圖2為18F-BMS747158-02的分析性HPLC鑒別結(jié)果，可見18F-BMS747158-02的放射性探測峰與標(biāo)準(zhǔn)品19F-BMS747158-02的紫外吸收峰相對應(yīng)(由于紫外探測器和γ探測器之間有間隙，所以紫外峰比γ峰早0.5 min)。

圖1 18F-BMS747158-02的半制備型高效液相色譜儀分離純化圖(上圖為放射性探測，下圖為紫外吸收)Fig.1 Semi-preparative high performance liquid chromatography purification of 18F-BMS747158-02

圖2 18F-BMS747158-02的分析型高效液相色譜儀鑒別圖Fig.2 Analytical high performance liquid chromatography identification of 18F-BMS747158-02

3.3 巴馬小型豬顯像

正常小型豬顯像可見放射性除心尖部略稀疏外，余各室壁節(jié)段均勻，放射性分布無明顯差異。兩者在急性心肌缺血模型顯像中(圖3)，18F-BMS747158-02和13N-NH3·H2O均顯示出相同的灌注缺損區(qū)(紅色箭頭所指區(qū)域)，盡管13N-NH3·H2O注射劑量大于18F-BMS747158-02(370 MBq與185 MBq)，但后者空間分辨率更高，本底干擾更少。文獻(xiàn)報道[16]，13N-NH3·H2O主要存在心肌放射性攝取欠均勻、側(cè)壁較其他心肌節(jié)段攝取約少10%；正常人13N-NH3·H2O的肺攝取量少，但左室功能降低和慢性肺疾病的患者攝取量明顯增加，影響成像質(zhì)量及有時低估實(shí)際心肌灌注量等缺點(diǎn)。

圖3 急性心肌缺血模型豬PET/CT顯像(A：18F-BMS747158-02，B：13N-NH3·H2O)Fig.3 PET/CT imaging of an acute myocardial ischemia model (A：18F-BMS747158-02，B：13N-NH3·H2O)

4 小結(jié)

線粒體為心臟提供大量動力，占心肌細(xì)胞內(nèi)體積的20%～30%。MC-Ⅰ位于線粒體內(nèi)膜，是線粒體內(nèi)膜電子傳遞鏈的第一個結(jié)構(gòu)保守的復(fù)合物，其在細(xì)胞產(chǎn)能方面起著重要作用。線粒體內(nèi)膜中的電子傳遞鏈由MC-Ⅰ、MC-Ⅱ、MC-Ⅲ、MC-Ⅳ、MC-Ⅴ等復(fù)合體組成。MC-Ⅰ是電子傳遞鏈的開端，也是電子傳遞鏈中最復(fù)雜的復(fù)合體，它可將糖酵解、三羧酸循環(huán)、脂肪酸氧化得到的電子引入到電子傳遞鏈中，最終產(chǎn)生ATP。這一特性使其成為研究靶點(diǎn)[17-18]。

本研究發(fā)現(xiàn)18F-BMS747158-02具有理想PET心肌灌注顯像劑的重要特性，即心肌攝取率高、清除慢，圖像別分辨率高，隨著時間的推移靶/非靶比值穩(wěn)定，并能定量分析血流，具有較佳的臨床應(yīng)用前景。但是18F-BMS747158-02的合成產(chǎn)率偏低、合成時間偏長是其發(fā)展的制約因素。

PET心肌灌注顯像在臨床上發(fā)揮越來越重要的作用，隨著PET儀器在國內(nèi)的迅速推廣，今后可能會逐步發(fā)展為冠心病診斷技術(shù)的首選。