Method Article
Questo protocollo presenta una procedura dettagliata per preparare quattro radiotraccianti al carbonio-11 mediante il "metodo loop" [11C]metilazione. Descriviamo la procedura per sintetizzare [11C]ER-176, con dati per tre radiotraccianti aggiuntivi: [11C]MRB, [11C]mHED e [11C]PiB. Il metodo ad anello fornisce una sintesi efficiente con maggiori rese radiochimiche contro la tradizionale metilazione dei recipienti di reazione [11C].
Un programma di imaging di tomografia a emissione di positroni che coinvolge radiotraccianti al carbonio-11 richiede metodi di sintesi rapidi, efficienti e affidabili, che richiedono un ciclotrone e un gruppo di radiochimica in loco, nonché personale clinico addestrato a operare sotto i vincoli unici del radionuclide di carbonio-11. Questo studio esamina i meriti e i vantaggi di un "metodo ad anello" con solvente vincolato in cattività per la radiomarcatura di quattro traccianti con il radionuclide di carbonio-11, producendo i radioligandi [11C]ER-176, [11C]MRB, [11C]mHED e [11C]PiB.
Il "metodo ad anello" viene confrontato con il metodo tradizionale di metilazione del carbonio-11 basato su reattori nel corso della sintesi degli stessi radiotraccianti sulla stessa piattaforma automatizzata. Inoltre, viene presentata una panoramica completa della preparazione alla ricerca clinica del radiotracciante [11C]ER-176. Come dimostrato dalla produzione di [11C]ER-176, il metodo del "loop" del solvente vincolato di alchilazione eterogenea si è dimostrato più efficiente, con un'eccellente purezza radiochimica (99,6 ± 0,6%, n = 25), una resa radiochimica più elevata e più costante (fine della sintesi (EOS) = 5,4 ± 2,2 GBq, n = 25) rispetto al metodo del reattore (EOS = 1,6 ± 0,5 GBq, n = 6), aumento dell'attività molare (metodo del loop = 194 ± 66 GBq/μmol, n = 25; metodo del reattore = 132 ± 78 GBq/μmol, n = 6), insieme a una sequenza di reazione media più breve di 5 minuti.
Tra le modalità di imaging molecolare, la tomografia a emissione di positroni (PET) si distingue per il suo modo di risolvere i processi biochimici associati a specifici bersagli fisiologici o regioni di interesse 1,2. La sensibilità caratteristica e la natura non invasiva della PET sono sfruttate per la visualizzazione e la quantificazione in vivo della fisiopatologia della malattia, rivelando spesso bersagli invisibili da tecniche di imaging più anatomiche come la tomografia computerizzata (TC)3 o la risonanza magnetica per immagini (MRI)4. L'imaging molecolare contemporaneo vede la combinazione di PET con TC o MRI (PET/CT o PET/RM, rispettivamente), sfruttando la risoluzione ad alto contrasto e i parametri di imaging quantificabili della PET per fornire mappe di correzione dell'attenuazione (PET/CT) altamente accurate e una migliore risoluzione spaziale (PET/MR)5, superando alcuni ostacoli presentati dalla variabilità delle energie cinetiche più elevate dei positroni da radionuclidi come il gallio-68 e il rubidio-826. Queste tecniche di imaging a doppia modalità incanalano gli attributi distintivi di ogni singola modalità, fornendo ai medici o ai ricercatori una ricchezza di approfondimenti anatomici e biochimici co-registrati sul soggetto dello studio5.
L'applicabilità clinica di questa tecnica di imaging è vasta, offrendo la visualizzazione e la misurazione di processi fisiologici a livello molecolare diversi come il metabolismo del glucosio 7,8, il legame del recettore dei neurotrasmettitori9, la perfusione miocardica10 e varie condizioni neurologiche11. Al di fuori dell'uso clinico, gli attributi intrinseci della PET sono allineati per svolgere un ruolo fondamentale nello sviluppo di farmaci diagnostici e terapeutici, consentendo la quantificazione di parametri come il potenziale di legame (BP), la biodistribuzione, il volume di distribuzione (VT) e l'occupazione del recettore del farmaco (RO%) attraverso l'osservazione diretta dell'interazione tra farmacologia, farmacocinetica e farmacodinamica. Questo, a sua volta, contribuisce a determinare, tra cui se un composto raggiunge un bersaglio a una concentrazione di dose efficace (ED50), l'entità della penetrazione effettiva della barriera emato-encefalica, l'integrità metabolica del composto e la dose appropriata e l'intervallo di dosaggio11.
Nello sviluppo di una sonda utile per l'imaging PET, dopo l'identificazione di un biomarcatore appropriato e la selezione di un ligando associato, la marcatura radiografica della biomolecola con un radionuclide PET adatto produce la sonda radiotracciante per lo studio PET. Tra i radionuclidi PET per lo studio di questioni biologiche, farmacologiche o mediche, il carbonio-11 offre una combinazione di versatilità sintetica e caratteristiche fisiche favorevoli che ne consentono l'uso diffuso in diverse biomolecole e ligandi idonei6. Con un'emissione di positroni del 99,8% e un'emivita di 20,4 minuti12, il carbonio-11 consente la somministrazione ripetuta ai soggetti entro brevi intervalli, pur consentendo sintesi in più fasi. Tuttavia, questi vantaggi richiedono una struttura con capacità di ciclotrone e radiochimica in loco5.
Tali strutture richiedono metodi di metilazione affidabili, potenti e riproducibili che consentano la radiomarcatura di molecole precursori, spesso con il substrato elettrofilo [11C]iodometano ([11C]CH3I) o [11C]metiltriflato ([11C]CH3OTf)13. Un modulo di radiosintesi, fornito dal produttore, è tipicamente configurato per un approccio a recipiente di reazione alle reazioni di metilazione [11C]14. Ciò comporta il raffreddamento del recipiente per un'efficace ritenzione di [11C]iodometano o [11C]metiltriflato al momento della consegna, la sigillatura e il riscaldamento del recipiente per effettuare la reazione, l'estinzione e quindi il trasferimento del contenuto reagito a un sistema di cromatografia liquida ad alte prestazioni (HPLC) per la purificazione semipreparativa13. Sebbene efficace15, questa tecnica presenta numerosi potenziali punti di guasto strutturali, che coinvolgono i setti delle fiale, gli aghi e le linee di trasferimento associate.
La necessità di un metodo di metilazione più affidabile e riproducibile ha guidato la ricerca e la ricerca di una modifica del solvente vincolato a molti dei nostri protocolli di sintesi di radioligandi al carbonio-11. Questo approccio mira ad affrontare i limiti del metodo convenzionale dei recipienti di reazione, mantenendo o migliorando l'efficienza della radiomarcatura.
Figura 2: Progettazione e flusso del metodo di sintesi e loop del recipiente di reazione. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
La chimica dei solventi in cattività offre la promessa di intrappolare e reagire in modo efficiente con il reagente di marcatura radiomarcante mediante la diffusione della soluzione precursore su un'ampia area di un materiale o di una struttura di supporto e quindi dirigendo il reagente di marcatura gassoso a contatto con il materiale rivestito16,17. Ciò aumenta l'estensione e la qualità del contatto tra le due fasi reagenti16,18. Numerose implementazioni e variazioni di questa tecnica sono state documentate già nel 1985 16,17,18,19,20, e ha trovato applicazione con [11C]ioduro di metile, [11C]metiltriflato, così come il reagente Grignard [11C]reazioni di radiomarcatura dell'anidride carbonica 20. Un ulteriore perfezionamento è stato presentato dalla discussione della chimica del "metodo del loop" del solvente vincolato, originariamente descritta da Wilson et al., che non richiede alcun supporto aggiuntivo a quello già offerto dal ciclo di purificazione HPLC, né riscaldamento o raffreddamento dell'ambiente di reazione13. È stato riscontrato che la radiomarcatura con il "metodo del loop" del solvente in cattività conferisce reazioni di metilazione di iodometano e metiltriflato [11C] con le virtù di una minima perdita di trasferimento, un'elevata resa radiochimica, un'elevata attività molare, una diminuzione del tempo di reazione e semplicità 7,21,22,23.
Qui descriviamo l'implementazione da parte del nostro gruppo del "metodo del loop" [11C]metilazione originariamente descritta da Wilson13, e da altri successivamente 14,15,18,21,22,23, (vedi Figura 2) per mezzo di modifiche meccaniche (vedi Figura 3) al nostro modulo di sintesi (di seguito indicato come il Modulo). Attenendosi il più possibile all'aspirazione alla semplicità, queste modifiche meccaniche sono state minime e accessibili, con conseguente riduzione complessiva della complessità ingegneristica e solo l'aggiunta di componenti essenziali a quelli già installati dal produttore del modulo come associato a una disposizione di radiomarcatura predefinita del recipiente di reazione. Ciò si riflette nella scelta di utilizzare il circuito di purificazione HPLC in acciaio inox già fornito e preinstallato dal produttore del modulo, come descritto di seguito, che si è dimostrato compatibile ed efficace con le sintesi esaminate. Discutiamo, in dettaglio, il protocollo di radiomarcatura completo e convalidato con il metodo del loop utilizzato nella produzione di ricerca clinica per la sintesi del radiotracciante [11C]-(R)-N-sec-butil-4-(2-clorofenil)-N-metilchinazolina-2-carbossammide,[11C]ER-176 (1), utilizzando carbonio-11 iodometano. Inoltre, confrontiamo numerosi attributi relativi all'efficienza della radiomarcatura condotta sia con il metodo del reattore che con il metodo del loop su tre radioligandi aggiuntivi, che includono (S,S)-[11C]metilreboxetina ([11C]MRB (2),[11C]-meta-idrossiefedrina ([11C]mHED (3)) e 2-[4-[(11C)metilammino]fenil]-1,3-benzotiazol-6-olo ([11C]PiB (4)) sviluppato nella nostra struttura, come determinato dall'analisi dei lotti sintetizzati (vedi Tabella 1 eFigura 1 ). Questo confronto illustra il chiaro vantaggio per parametri come la resa radiochimica e l'attività molare associati all'implementazione della radiomarcatura con il "metodo loop", offerto da modifiche dei moduli accessibili e semplici con un costo minimo per il laboratorio di radiochimica.
NOTA: Tutte le apparecchiature e le sintesi vengono eseguite in una cella calda schermata in piombo o in una minicella. ATTENZIONE: Dal ciclotrone vengono generate e utilizzate particelle che emettono positroni ad alta energia. L'area è monitorata con contatori Geiger calibrati e le persone indossano anelli e distintivi di dosimetria emessi per la sicurezza dalle radiazioni. Tutto il personale è addestrato a lavorare con materiali radioattivi ad alta energia.
Tutte le sintesi vengono eseguite su un modulo pulito e sterilizzato secondo le nostre procedure operative standard (SOP) interne. Il processo di pulizia include l'uso di HCl 1 N, acqua, acetone e acetonitrile per la parte di reazione del modulo. Nel frattempo, la parte di formulazione del modulo viene pulita e sterilizzata con acqua ed etanolo.
1. La marcatura radiofonica di [ 11C]ER-176 (1) mediante il metodo dell'ansa
NOTA: Per un elenco dei materiali utilizzati nella preparazione di [11C]ER-176 (1), consultare la Tabella dei materiali.
2. Metodo del recipiente di reazione per la marcatura radiofonica di [11C]ER-176 (1)
Il gruppo di radiochimica della New York University Langone Health (NYULH) fornisce vari radiotraccianti al carbonio-11, fluoro-18 e gallio-68 utilizzati sia per la ricerca umana che per le applicazioni precliniche. Diversi metodi sono utilizzati per la produzione dei radiotraccianti PET. Il nostro team utilizza il metodo del loop per la sintesi di (1), (2), (3) e (4) (vedi Figura 1 e Figura 8). Al termine della produzione, un'aliquota viene rimossa dal flacone sterile del prodotto finale. Questo campione viene utilizzato sia per l'inoculazione della soluzione del prodotto finale (sia in brodo di soia triptico (TSB) che in terreno di terreno fluido tioglicolato (FTM) come campione di sterilità) sia come campione rappresentativo della soluzione sfusa per i test QC. Ogni radiotracciante viene sottoposto a test QC prima che il prodotto venga rilasciato per la somministrazione (vedere Tabella 2).
I test di controllo qualità includono la visualizzazione dell'aspetto del prodotto, la verifica dell'integrità del filtro, la determinazione dell'identità radionuclidica, del pH, dell'identità radiochimica (radio-HPLC), della purezza radiochimica (radio-HPLC), della purezza chimica (HPLC), dell'attività molare, della resistenza, del solvente residuo, delle endotossine e della sterilità (vedere la Tabella 2). I seguenti risultati sono stati ottenuti dalla produzione clinica di ciascun radiotracciante sopra menzionato (vedi Tabella 1).
Per un cromatogramma HPLC analitico rappresentativo, vedere la Figura 7 e il File supplementare 1. Ogni radiotracciante è tenuto a superare tutte le specifiche del controllo di qualità (vedere la Tabella 2) prima di poter essere rilasciato e somministrato a un soggetto.
Fare riferimento al file supplementare 1 per le quantità di precursori e reagenti, nonché per i cromatogrammi analitici HPLC di [11C]MRB (2) (Figura supplementare 1), [11C]mHED (3) (Figura supplementare 2) e [11C]PiB (4) (Figura supplementare 3).
Composto | Parametri | Metodo del ciclo (media ± std) | Metodo del reattore (media ± std) |
[11C]ER-176 | numero di produzioni | 25 | 6 |
Inizio della sintesi | 86 ± 5,0 GBq | 52 ± 25,7 GBq | |
Fine della sintesi | 5,4 ± 2,2 GBq | 1,6 ± 0,5 GBq | |
Purezza radiochimica | 99,6 ± 0,6% | 99,9 ± 0,1% | |
Concentrazione ER-176 | 1,1 ± 0,5 μg/mL | 0,63 ± 0,37 μg/mL | |
Attività molare | 194 ± 66 GBq/μmol | 132 ± 78 GBq/μmol | |
Tempo di sintesi totale | 36 ± 3 minuti | 44 ± 6 minuti | |
[11C]MRB | numero di produzioni | 70 | 6 |
Inizio della sintesi | 84 ± 5,4 GBq | 39 ± 11,9 GBq | |
Fine della sintesi | 3,0 ± 1,2 GBq | 1,9 ± 0,7 GBq | |
Purezza radiochimica | 99,5 ± 0,5% | 99,7 ± 0,8% | |
Concentrazione di MRB | 0,52 ± 0,24 μg/mL | 0,68 ± 0,41 μg/mL | |
Attività molare | 190 ± 50 GBq/μmol | 99 ± 55 GBq/μmol | |
Tempo di sintesi totale | 35 ± 3 minuti | 42 ± 3 minuti | |
[11C]mHED | numero di produzioni | 5 | 11 |
Inizio della sintesi | 69 ± 10,5 GBq | 82 ± 4,3 GBq | |
Fine della sintesi | 5,5 ± 1,3 GBq | 3,3 ± 1,0 GBq | |
Purezza radiochimica | 98,2 ± 1,3% | 99,1 ± 0,7% | |
Concentrazione di mHED | 0,40 ± 0,10 μg/mL | 0,52 ± 0,37 μg/mL | |
Attività molare | 301 ± 48 GBq/μmol | 155 ± 77 GBq/μmol | |
Tempo di sintesi totale | 27 ± 4 minuti | 32 ± 2 minuti | |
[11C]PiB | numero di produzioni | 51 | 10 |
Inizio della sintesi | 86 ± 5,4 GBq | 57 ± 17,2 GBq | |
Fine della sintesi | 3,2 ± 0,8 GBq | 1,4 ± 0,2 GBq | |
Purezza radiochimica | 97,0 ± 1,5% | 99,1 ± 1,4% | |
Concentrazione di PiB | 0,22 ± 0,51 μg/mL | 0,30 ± 0,24 μg/mL | |
Attività molare | 201 ± 68 GBq/μmol | 207 ± 124 GBq/μmol | |
Tempo di sintesi totale | 35 ± 2 minuti | 36 ± 5 minuti |
Tabella 1: Risultati della produzione di [11C]ER-176 (1), [11C]MRB (2), [11C] m HED (3) e [11C]PiB (4) mediante il metodo dell'ansa o del recipiente di reazione. Tutti i valori sono riportati alla fine della sintesi. Abbreviazioni: [11C]ER-176 = [11C]-(R)-N-sec-butil-4-(2-clorofenil)-N-metilchinazolina-2-carbossammide; [11C]MRB = (S,S)-[11C]metilreboxetina; [11C]mHED = [11C]-meta-idrossiefedrina; [11C]PiB = 2-[4-[(11C)metilammino]fenil]-1,3-benzotiazol-6-olo.
Figura 1: Strutture di [11C]ER-176 (1), [11C]MRB (2), [11C] m HED (3) e [11C]PiB (4). Abbreviazioni: [11C]ER-176 = [11C]-(R)-N-sec-butil-4-(2-clorofenil)-N-metilchinazolina-2-carbossammide; [11C]MRB = (S,S)-[11C]metilreboxetina; [11C]mHED = [11C]-meta-idrossiefedrina; [11C]PiB = 2-[4-[(11C)metilammino]fenil]-1,3-benzotiazol-6-olo. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3: Modifiche apportate al modulo automatizzato. In rosso rappresenta il replumbing del modulo di sintesi per incorporare il loop per la produzione di radiotraccianti PET mediante metilazione del carbonio-11. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 4: Impianto idraulico e riimpianto idraulico del modulo per incorporare il metodo del circuito per la metilazione del carbonio-11 dei radiotraccianti PET. (A) Circuito di iniezione HPLC con connettori di raccordo. (B) Metodo del recipiente di reazione. La freccia rossa che mostra la connessione V8. (C) Ri-impianto idraulico con metodo ad anello, by-passando il contenitore del reattore. Si noti che la connessione V8 all'ingresso dell'HPLC bypassa il recipiente di reazione, consentendo l'accesso diretto al [11C]iodometano o al [11C]metiltriflato all'ansa dell'HPLC. (D) Collocazione dell'unione per quanto riguarda il contenitore del reattore. Notare il collegamento all'anello HPLC in acciaio inossidabile. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 5: Profili HPLC semi-prep di ER-176 e [11C]ER-176 con produzione con metodo loop. (A) Profilo HPLC semi-prep per ER-176 (1) mediante produzione con metodo loop a UV = 235 nm; tR = 13,2 min. (B) Profilo radio-HPLC semi-prep per [11C]ER-176 (1); tR = 12,4 min. Condizioni: fase mobile di acetonitrile 37:63 (v/v): 20 mM di idrossido di ammonio a una velocità di flusso di 5,0 mL/min. Abbreviazione: [11C]ER-176 = [11C]-(R)-N-sec-butil-4-(2-clorofenil)-N-metilchinazolina-2-carbossammide. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 6: Profili HPLC semi-prep di ER-176 e [11C]ER-176 con produzione del metodo del reattore. (A) Profilo HPLC semi-prep per ER-176 (1) mediante produzione con metodo del reattore a UV = 235 nm; tR = 9,8 min. (B) Profilo radio-HPLC semi-prep per [11C]ER-176 (1); tR = 9,2 min. Condizioni: fase mobile di acetonitrile 37:63 (v/v): 20 mM di idrossido di ammonio a una velocità di flusso di 5,5 mL/min. Abbreviazioni: [11C]ER-176 = [11C]-(R)-N-sec-butil-4-(2-clorofenil)-N-metilchinazolina-2-carbossammide; tR = tempo di ritenzione. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 7: Profili analitici HPLC per ER-176. (A) Profilo analitico HPLC degli spettri UV per ER-176 (1) a 235 nm; tR = 6,10 min. (B) Profilo analitico HPLC del radiotracciante per [11C]ER-176 (1); tR = 6,36 min. Condizioni: 10 μm C18 (2) 100 LC Colonna 250 x 4,6 mm; metanolo/acqua 74/26 con una portata di 1,5 mL/min. Abbreviazione: [11C]ER-176 = [11C]-(R)-N-sec-butil-4-(2-clorofenil)-N-metilchinazolina-2-carbossammide; tR = tempo di ritenzione Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 8: Schema sintetico per la sintesi di composti di carbonio-11. (i) La formazione di [11C]CH3I e [11C]CH3OTf, e (iia.) la marcatura radiofonica di [11C]ER-176 (1), (iib.) [11C]MRB (2), (iic.)[11C]mHED (3), e (iid.) [11C]PiB (4). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Test/Parametri | Indicazioni |
Aspetto (ispezione visiva) | Soluzione limpida, incolore e priva di particelle |
Integrità del filtro a membrana | ≥ 50 psi |
ph | 4.5 - 8.0 |
Identità radionuclidica (emivita) | 19,3 - 21,3 minuti |
Identità radiochimica (radio-HPLC) | 0,90 ≤t R Prod / t R Std ≤ 1,10 |
Purezza radiochimica (radio-HPLC) | ≥ 95,0%† |
Concentrazione del farmaco (HPLC) | Vedi note* |
Impurità chimiche totali (HPLC) | vedi note** |
Attività molare (@ EOS) | > 9,25 GBq/μmol |
Acetonitrile residuo (GC) | ≤ 410 ppm |
Acetone residuo (GC) | ≤ 5.000 ppm |
Residuo di dimetilsolfossido (GC) | ≤ 5.000 ppm |
Etanolo residuo (GC) | ≤ 10% (v/v) |
Metanolo residuo (GC) | ≤ 3.000 ppm |
Residuo di N,N-dimetilformammide (GC) | ≤ 880 ppm |
Limulus Amoebocyte Lysate (LAL) | ≤ 17,5 EU/mL |
Sterilità (iniziare entro 30 ore) | Sterile (14 giorni) |
Registri di preparazione | Completo e accurato |
Etichette | Completo, accurato, riconciliato |
Tabella 2: Criteri di controllo della qualità per l'approvazione o il rifiuto dei radiotraccianti al carbonio-11. † Purezza radiochimica ≥ 90,0% per [11C]mHED; * Concentrazione del farmaco: [11C]ER-176 ≤ 10 μg/dose; [11C]MRB ≤ 10 μg/dose; [11C]mHED ≤ 50 μg/dose; [11C]PiB ≤ 13,4 μg/dose; ** Impurità chimiche totali: [11C]ER-176 ≤ 1,0 μg/dose; [11C]MRB ≤ 1,0 μg/dose; [11C]mHED ≤ 5,0 μg/dose; [11C]PiB ≤ 1,34 μg/dose. Abbreviazioni: [11C]ER-176 = [11C]-(R)-N-sec-butil-4-(2-clorofenil)-N-metilchinazolina-2-carbossammide; [11C]MRB = (S,S)-[11C]metilreboxetina; [11C]mHED = [11C]-meta-idrossiefedrina; [11C]PiB = 2-[4-[(11C)metilammino]fenil]-1,3-benzotiazol-6-olo; EOS = fine della sintesi; GC = gascromatografia; LAL = Limulus Lisato di Amebociti.
File supplementare 1: Sostanze chimiche e materiali, reagenti utilizzati per il metodo del loop o del recipiente del reattore, test di controllo qualità, cromatogrammi analitici HPLC. Clicca qui per scaricare questo file.
La radiomarcatura tradizionale di eteroatomi terminali con iodometano di carbonio-11 o triflato di metile comporta il gorgogliamento del gas elettrofilo radioattivo in un recipiente di reazione, intrappolandolo e lasciando che la soluzione reagisca per lunghi periodi di tempo18. Il gorgogliamento convenzionale della reazione eterogenea può essere lento e può richiedere il riscaldamento per accelerare la velocità di reazione. Prima della purificazione, può essere necessario raffreddare il mezzo di reazione a temperatura ambiente, seguito dal trasferimento in un circuito HPLC con l'uso di solvente (ad esempio, fase mobile) per la purificazione del radiotracciante desiderato. Questi passaggi richiedono molto tempo e i prodotti radiomarcati fugaci possono andare persi durante il trasferimento di tali materiali.
Presso la nostra struttura, abbiamo dimostrato la giustificazione per l'utilizzo del metodo del loop, in cui la soluzione precursore è rivestita su un loop di acciaio inossidabile HPLC e la marcatura radiografica del composto avviene all'interno del loop a temperatura ambiente. L'ansa è legata in linea con l'erogazione del radioattivo [11C]CH3I o [11C]CH3OTf e collegata alla porta di iniezione di un sistema HPLC. Non è necessario alcun riscaldamento per la radiomarcatura e, per tutti i casi mostrati in questo manoscritto, la reazione avviene in meno di 3 minuti.
La portata e le dimensioni del circuito HPLC in acciaio inossidabile sembrano essere fondamentali per il funzionamento efficiente di questo processo. I test sono iniziati variando la portata del gas di trasporto, l'elio, da 8,0 mL/min a 15,0 mL/min per il gas radioattivo da erogare al circuito. Buckley ha studiato l'importanza di applicare la corretta portata e di utilizzare il solvente e il materiale dell'ansa appropriati15. Per il nostro sistema, la velocità di flusso di 15 mL/min per le specie elettrofile radioattive di [11C]CH3I o [11C]CH3OTf si comporta bene per la radiomarcatura di tutti e quattro i radiotraccianti discussi in questo manoscritto. L'ansa utilizzata per tutte le sintesi è un'ansa di iniezione HPLC in acciaio inossidabile da 1,5 mL con un diametro esterno di 1/16 di pollice e un diametro interno di 1 mm.
Confrontando i due metodi (metodo del recipiente di reazione rispetto al metodo del loop), nelle nostre mani, il metodo del loop ha dimostrato una maggiore efficienza di radiomarcatura insieme a un aumento sostanziale dell'attività molare alla fine della sintesi (EOS) per la produzione di quattro radiotraccianti approvati dalla ricerca umana. Ad esempio, il radiotracciante [11C]mHED (3) ha avuto un aumento di 1,6 volte dell'attività del prodotto finale isolato insieme al raggiungimento del doppio dell'attività molare a EOS. Questa tendenza all'aumento dell'attività complessiva si osserva in tutti e quattro i radiotraccianti (vedi Tabella 1). Ulteriori risultati favorevoli quando si utilizza il metodo ad anello includono un tempo di configurazione ridotto di 5 minuti e l'assenza di pulizia del recipiente di reazione, risparmiando tempo all'operatore e l'uso di solventi per un protocollo di pulizia.
Alcuni svantaggi di questa metodologia includono i limiti in base ai quali i radiotraccianti possono essere efficacemente marcati utilizzando il metodo del loop. Se il calore è necessario per la radiomarcatura, è difficile modificare questo sistema per consentire il riscaldamento all'interno del circuito HPLC. Questo sistema richiede modifiche all'impianto idraulico; Questa caratteristica di non averlo pronto "fuori dalla scatola" può dissuadere altri utenti dall'eseguire tali modifiche alla loro piattaforma automatizzata14. Poiché per questo metodo sono necessari impianti idraulici e raccordi supplementari (vedi Figura 4A-D), il potenziale per ulteriori siti per i rilasci radioattivi aumenta quando si esegue la marcatura in queste condizioni. È prudente eseguire un controllo delle perdite prima di ogni esecuzione del modulo.
Il nostro team ha implementato il metodo del loop utilizzato nella produzione approvata dall'Investigational New Drug Application (IND) e dal Radioactive Drug Research Committee (RDRC) di quattro radiotraccianti al carbonio-11. Nelle nostre mani, questo metodo si è rivelato un processo più efficiente e più produttivo rispetto al tradizionale metodo del recipiente di reazione. Quando si applica questo metodo alla maggior parte dei moduli automatizzati, è necessario prendere in considerazione ulteriori impianti idraulici e regolazioni della portata del gas elio di trasporto. Infine, questo metodo presenta limitazioni e non è adatto per alcuni radiotraccianti al carbonio-11, come il [11C]UCB-J, che richiede l'attivazione dell'intermedio del palladio (II) e il riscaldamento24 della miscela di reazione.
Gli autori dichiarano di non avere interessi rilevanti o finanziari relativi a questa ricerca da divulgare.
Vorremmo ringraziare gli ex membri del laboratorio di radiochimica del NYULH, Raul Jackson e Grace Yoon, per il loro lavoro sugli sforzi iniziali per la metilazione del carbonio-11 utilizzando un metodo ad anello.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
2-(4'-Aminophenyl)-6-hydroxybenzothiazole | ABX | 5101 | Precursor for PiB synthesis (6-OH-BTA-0) |
(2S,3S)-Desethylreboxetine | ABX | 4407 | Precursor for MRB synthesis |
Acetic acid | Sigma Aldrich | 695092 | Reagent used for the synthesis of [11C]PiB |
Acetone-d6 | Sigma Aldrich | 444863 | Solvent used for the synthesis of [11C]PiB |
Acetonitrile, HPLC-grade | Sigma Aldrich | 34998 | Various concentrations used in the mobile phase for radiotracer productions |
Acetonitrile-d3 | Sigma Aldrich | 151807 | Solvent used for the synthesis of [11C]mHED |
Ammonium formate | Sigma Aldrich | 798568 | Reagent used for the synthesis of [11C]MRB |
Ammonium hydroxide | Ricca Chemical | 642-16 | Reagent used for the synthesis of [11C]ER-176 |
Analytical balance | Mettler Toledo | M-XS104 | Balance used to weigh out materials for productions |
Ascarite II | Thermo Fisher | CN-C049U90 | Used in drying columns for FxC Pro Module |
Biosafety cabinet | Comecer | M-BH4 | Used for FPV assembly |
(R)-N-sec-Butyl-4-(2-chlorophenyl)-quinazoline-2-carboxamide | ABX | 1665.0001 | ER-176 precursor |
C18 Light Sep-Pak cartridge | WATERS | WAT023501 | Solid phase extraction cartridge used in the synthesis of carbon-11 radiotracers |
Carboxen, 60 – 80 mesh | Supelco | CN-10478-U | Used in the FxC Pro Module |
Compressed – NOS (99% nitrogen/1% oxygen) | Airgas | CN-X02NI99C3003091 | Target gas used in cyclotron bombardment |
Dispensing hot cell (DHC) | Comecer | M-MIP1-1390 | Dispensing radiotracers |
Dose calibrator | Capintec | M-CRC-55t | Measuring activity of radiotracers |
Endosafe nexgen-PTS | Charles River | PTS150 | Endosafe PTS, portable test sytem |
Endotoxin PTS - Limulus Amebocyte Lysate (LAL) Test Cartridge | Charles River | PTS20F | LAL cartridges used to test endotin levels on radiotracers |
Ethanol, 200 proof, HPLC-grade | Sigma Aldrich | 459828 | Used for final product and mobile phase of ER, MRB, mHED and PiB |
Gas Chromatogram 2030 | Shimadzu | M-GC-2030 | Measure excipients from radiotracer productions |
Graphpac | Supelco, Millipore Sigma | 10258 | Used in FxC Pro Module for the synthesis of [11C]ER-176, [11C]MRB, [11C]mHED and [11C]PiB |
Helium, research grade | Airgas | CN-HER-300 | Helium tank, 99.9999% (research grade tank) |
Shimadzu LC-20 Series | Shimadzu | Various | Analytical HPLC system |
Hydrogen, ultra high purity grade | Airgas | CN-HYUHP-300 | Hydrogen tank used for the FxC Pro Module |
Iodine | Thermo Fisher | I35 | Used in FxC Pro Module, conversion of [11C]CH4 to [11C]CH3I |
Luna 10 mm C18 (2) 100 Å 250 x 10 mm column | Phenomenex | 00G-4253-N0 | Semi-prep column for MRB synthesis |
Luna 5 mm C18 (2) 100 Å 250 x 10 mm column | Phenomenex | 00G-4252-N0 | Semi-prep column for PiB synthesis |
Macherey-Nagel MN VP 250/10 Nucleosil 100-5 C18 Nautilus column | Macherey-Nagel | 715412.1 | Semi-prep column for mHED synthesis |
Metaraminol (free base) | ABX | 3380.0001 | Precursor used in the production of [11C]mHED |
Milli-Q Direct 8 DI system | Millipore | M-ZROQ00800 | De-ionized water system |
N,N-Dimethylformamide-d7 | Sigma Aldrich | 189979 | Solvent used for the synthesis of [11C]MRB |
Needle, 18 G x 1 | Becton Dickinson | BD 305195 | Needles used at various stages of production setup |
Needle, 20 G x 1-1/2” | Becton Dickinson | BD 305176 | Needles used at various stages of production setup |
Needle, 22 G x 4”, Spinal | Air-Tite Products | N224 | Needles used at various stages of production setup |
Onyx Monolithic C18 100 x 10 mm column | Phenomenex | CH0-7878 | Semi-prep column for ER-176 synthesis |
Phosphorus Pentoxide with Sicapent indicator | Sigma Aldrich | 79610 | Used in the synthesis Modules for carbon-11 radiotracer productions |
Porapak N | Waters | WAT027047 | Material used to pack MeI column in FxC Pro Module |
Pressure gauge | Omega | M-DPG1100B-100G | Used for filter integrity test |
Shimalite-Ni | Shimadzu Corporation | 221-66062 | Material packed in CH4 oven of FxCPro Module for conversion from [11C]CO2 to [11C]CH4 |
Siemens Eclipse 11-MeV cyclotron | Siemens | RDS 111 | Particle accelerator used to generate [11C]CO2 gas for carbon-11 productions |
Silver Triflate | Sigma Aldrich | 483346 | Material packed in triflate column of the FxC Pro Module for the production of [11C]mHED and [11C]PiB |
Sodium chloride injection (saline, 0.9%), 50 mL | Hospira | 0409-4888-50 | Saline used in the formulation process of radiotracers |
Sodium chloride injection (saline, 0.9% ), 500 mL | Braun | L8001 | Reagent used in the synthesis of [11C]mHED, and mobile phase. |
Sodium hydroxide | Sigma Aldrich | 221465 | Reagent used in the synthesis of [11C]ER-176 and other components at different concentration. |
Sodium iodide detector | Eckert & Ziegler | PMT/Na-BFC3200 | Gamma detector used in-line with HPLC unit |
Sterile vial, 50 mL | ALK Allergy | SEV50 | 50 mL sterile vials used as the |
Stainless steel loop | GE | 980314/IEG-005118 | HPLC injection loop at 1.5 mL possessing an OD 1/16”, ID: 1 mm. |
Syringe, 1 mL | Braun | NJ-9166017-02 | Syringe used at various stages of production set-up |
Syringe, 10 mL | Henke Sass Wolf | 4100-X00V0 | Syringe used at various stages of production set-up |
Syringe, 20 mL | Henke Sass Wolf | 4200-X00V0 | Syringe used at various stages of production set-up |
Syringe, 5 mL | Becton Dickinson | 309632 | Syringe used at various stages of production set-up |
TracerLab FX2C Module | GE | M-P5360QB | Automated module of production of carbon-11 radiotracers |
Triethylamine | Sigma Aldrich | 471283 | Reagent used for the synthesis of [11C]PiB |
Tuberculin Syringe, with 21 G x 1 Needle, Single-Use, Sterile (1 mL) | Becton Dickinson | BD 309624 | Syringe used in pre-assembled final product vials |
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