PETトレーサー製造のための固相11C-メチル化、精製および製剤

要約

我々は、固相抽出カートリッジを用いて陽電子放射断層撮影(PET)の臨床的に関連するトレーサーを製造するための効率的な炭素-11放射標識技術を報告する。^11年C-メチル化剤は、前駆体をプリロードしたカートリッジを通過し、水性エタノールを用いて連続溶出し、高い放射性化学的収率で化学的および放射性化学的に純粋なPETトレーサーを提供する。

要約

陽電子放射断層撮影(PET)で使用される放射性トレーサーの日常的な生産は、放射性シンセオンが溶液中の非放射性前駆体と反応する湿式化学に主に依存しています。このアプローチは、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)によるトレーサーの精製を必要とし、続いてヒト投与のための生体適合性溶媒中で再製剤化する。我々は最近、合成、精製および精製のための使い捨て「3-in-1」単位として固相カートリッジを利用して、PET放射性医薬品のカーボン11ラベル付きPET放射性医薬品の高効率合成のための新^しい11C-メチル化アプローチを開発したトレーサーの再製剤。このアプローチは、予言HPLCの使用を妨げ、転写ラインおよび放射性崩壊によるトレーサーの損失を減らす。さらに、カートリッジベースの技術は合成の信頼性を向上させ、自動化プロセスを簡素化し、良好な製造実践(GMP)要件への準拠を促進します。ここでは、ヒト脳におけるアミロイドプラークの生体内イメージング剤であるPETトレーサーピッツバーグ化合物B([11C]PiB)の製造例について、この手法を実証する。

概要

陽電子放射断層撮影法(PET)は、生化学的プロセス、シグナルおよび変換の生体内可視化を可能にするために、生物学的活性分子に結合した同位体の放射性崩壊を検出することに依存する分子イメージングモダリティである。.カーボン-11(t_1/2 = 20.3分)は、有機分子が豊富で、同じ人または動物の被験者に対して同じ日に複数のトレーサー投与を可能にする短い半減期のために、PETで最も一般的に使用される放射性同位元素の1つであり、患者の放射線負担を減らす。この同位体で標識された多くのトレーサーは、臨床研究や、古典的で新興の生物学的関連標的の生体内PETイメージングのための基礎健康研究で使用されている -^[11C]D₂/D₃受容体のためのラクロプリ^ド、[11C]アミロイドプラークのためのPiBは、トランスロケータタンパク質^{のための[11}C]PBR28 - ほんの一部を挙げるための。

カーボン-11標識PETトレーサーは、主に-OH(アルコール、フェノールおよびカルボン酸)、-NH(アミンおよびアミド)または-SH(チオール)基を含む非放射性前駆体^の11C-メチル化を介して製造される。簡単に言えば、同位体は、[11C]CO2の化学形態^{で14N(p,α)11C}核反応を介してサイクロトロンのガスターゲットに生成される。後者は、湿式化学(LiAlH4で[11 C]CH3 OHに還元し、続いてHIで焼入れる)1またはドライを介^して[11C]メチルヨウ化メチル([11C]CH3I)に変換されます。化学([11C]CH4への触媒還元、続いて_分子I2を用いたラジカルアイオダイ^ション)2.[¹¹C]_CH3は、銀トリフラテ^カラム3の上に渡すことにより、より反応性^の11C-メチルトリフラート([11C]CH3 OTf)にさらに変換することができる。^11C-メチル化は、有機溶媒中の非放射性前駆体の溶液に放射性ガスをバブリングするか、またはよりエレガントな捕虜溶媒「ループ」^法4、5を介して行われる。^11Cトレーサーは、次いでHPLCによって精製され、生体適合性溶媒中で再製剤化され、ヒト被験者に投与される前に無菌フィルターを通過した。これらの操作はすべて、カーボン11の短い半減期を考えると、高速で信頼性が高い必要があります。しかし、HPLCシステムを使用すると、トレーサーおよび生産時間の損失が大幅に増加し、多くの場合、有毒な溶媒の使用を必要とし、自動化を複雑にし、時には失敗した合成線に導く。さらに、原子炉およびHPLCカラムの必要な洗浄は、後続のトレーサーバッチの合成間の遅延を延長し、放射線への人員の暴露を増加させる。

フッ素-18(t1/2=109.7分)の放射化学は、他の広く使用されているPET同位体は、HPLC精製の必要性を排除するカセットベースのキットの開発を通じて最近進められている。固相抽出(SPE)カートリッジを採用することにより、これらの完全に使い捨てキットは、[18 F]FDG、[18 F]FMISO、^および他の他を含^む18Fトレーサーの信頼性の高いルーチン生産を可能にし、より短い合成で時間、人員の関与を減らし、機器の最小限のメンテナンス。炭素-11がPETイメージングにおいてあまり普及していない同位体のままである理由の1^つは、11のCトレーサーの日常的な生産のための類似したキットの欠如である。彼らの開発は、合成信頼性を大幅に向上させ、放射線化学的収率を向上させ、生産モジュールの自動化と予防保全を簡素化します。

現在利用可能な生産キットは、未反応放射性同位元素、前駆体、その他の放射性および非放射性副産物から放射性トレーサーを分離するためのHPLCカラムの代わりに、安価で使い捨て可能なSPEカートリッジを利用しています。理想的には、放射性標識反応も同じカートリッジ上で進行します。例えば、前立腺癌イメージングPETトレーサー[18 F]フルオロメチルコリンの産生における気体を有するジメチルアミノエタノール^の[18F]フルオロメチル化は、カチオン交換樹脂カートリッジ上で起こる^6.カートリッジ上^{のいくつかの11}Cトレーサーのラジオラベル付けのための同様の手順が報告^{されているが、7,8と[11}C]^コリン9のラジオ合成のために特に強力になりました^[11C]メチオ^ニン10は、これらの例は、前駆体からの分離がしばしば必要とされない腫瘍学的PETトレーサーに限定されたままである。我々は最近、[11 C]CH₃I¹¹およびそれ以降^の11C-メチル化の製造のための「[11 C]キット」の開発と、我々の努力における固体相支持^合成12の開発を報告した。¹¹のCトレーサーのルーチン生産を簡素化します。ここでは、2003年に初めて開発されたアルツハイマー病(AD)イメージングの分野に革命をもたらしたAβイメージング用無線トレーサー[11C]PiBの固相支持放射合成の例を用いて、我々の進歩を実証したい。図 1)^13、14.この方法では、揮発性[11C]CH3OTf(bp100°)が、使い捨てカートリッジの樹脂上に堆積した6-OH-BTA-0前駆体上に渡される。PETト^{レーサー[11C]PiB}は、生体適合性水性エタノールを用いたカートリッジからの溶出によって前駆体および放射性不純物から分離される。また、遠隔操作の放射化学合成モジュールと使い捨てカセットキットを用^いて[11C]PiBラジオ合成のこの方法を自動化しました。具体的には、標準の20mL使い捨てプラスチックシリンジ、ガスフローコントローラ、真空ポンプ、ゲージに適合するシリンジ駆動(ディスペンサー)を搭載した20バルブ放射化学モジュールにこの放射合成を実装しました。この方法のシンプルさから、カセットベースまたは固定バルブを搭載したほとんどの市販の自動シンセサイザーに変更できると確信しています。この固相サポート技術は、良好な製造実践(GMP)規制に準拠^した[11C]PiB生産を容易にし、合成信頼性を向上させます。ここで説明する技術はまた、ラジオ合成に必要な前駆体の量を減らし、「緑」の生体適合性溶媒のみを使用し、連続した生産バッチ間の時間を減少させる。

プロトコル

1. 緩衝液及び溶出剤の調製

1. 2.72gの酢酸ナトリウム三水和物を100mLの水に溶解し、0.2M酢酸ナトリウム溶液(溶液A)を調製した。
2. 11.4mLの氷酢酸を1Lの水に溶解し、0.2M酢酸溶液(溶液B)を調製した。
3. 溶液Aの50mLを450mLの溶液Bと組み合わせ、バッファー参照^{センター15}に従ってpH3.7(バッファ1)で酢酸緩衝液を調製する。pHストリップまたはpHメーターでバッファのpHを確認します。
4. 12.5 mLの絶対エタノールと87.5 mLのバッファー1を組み合わせ、100mLボトルに12.5%の水性EtOH溶液(洗浄1)を作ります。
5. 15 mL の絶対エタノールと 85 mL のバッファー 1 を組み合わせて、100 mL ボトルに 15% 水性 EtOH 溶液 (洗浄 2) を入れます。
6. 5 mL の絶対エタノールと 5 mL のバッファー 1 を組み合わせて、50% 水性 EtOH 溶液 (最終溶出液) を作成し、この溶液の 2.5 mL を 10 mL シリンジに描画します。

2. カートリッジへの前駆体の塗布

1. 10 mL の水を渡し、続いて tC18 カートリッジを通して 5 mL のアセトンを通過し、それを前提条件にします。
2. 50 mL/分でカートリッジを1分間乾かします。
3. 前駆体の2mgを無水アセトンの1mLに溶解する。
4. ルアーチップ250°L精密ガラスシリンジを下方に保持し、前駆体溶液の100°Lと液体の上に50°Lのエアクッションを引き出します。針を取り外し、プランジャーをゆっくりと押し下げて、メスの端からtC18カートリッジの前駆体溶液を塗布します。これ以上ソリューションをプッシュしないでください!

3. 自動合成用マニホールドの設定

1. 合成モジュールの標準の5ポート使い捨てマニホールドを固定し、図2と手順3.2~3.5に従って組み立てます。
   注: アセトン耐性マニホールドを使用することをお勧めします(材料表を参照)。
2. ポート 1 には 2 つの位置があります。水平入口を20 mLシリンジを取り付けた自動ディスペンサーに接続します。垂直入口を洗浄1でボトルに接続します。
3. ^[11C]CH₃OTfを生成するモジュールの出力をマニホールドのポート2に接続します。
4. ポート 3 と 4 の間に前駆体 6-OH-BTA-0 をロードした tC18 カートリッジを取り付けます。
5. ポート 5 には 2 つの位置があります。水平コンセントを、少なくとも200mLを保持する必要がある廃棄物ボトルに接続します。トラゲサ収集用の滅菌バイアルに垂直出口を接続します。

4. [¹¹C]PiBの合成

注意:放射性同位体を含むすべての操作は、放射性物質を扱うために十分な訓練を受けた人員によって鉛シールドホットセルで行う必要があります。
注:このプロトコルは、サイクロトロン^{における[11}C]CO2の生産の詳細と、放射化学モジュールを使用^した[11C]CH₃OTfへの変換をカバーしていません。これらの手順は、放射化学ラボの個々の機器に依存し、このプロトコルの範囲外です。PETセンターにはIBAサイクロトロンが装備され^{ており、14}N(p,α)11Cの核反応を介して[11 C]CO2の化学形態で炭素11を生成し、ガス中のN2/O2ガス混合物(99.5:0.5)を含む標的は、「乾燥法」を介して[11C]CH3Iの製造のための市販モジュール([11C]CH4への触媒還元の後にラジカルアイオダイションが続く)とした。[¹¹C]_CH3OTfは、20mL/分で175°Cに加熱された銀トリフラテカラムの上に[11 C]CH₃Iを渡すことによって製造される。

1. [11 C]CH₃OTfをポート 2 を介してマニホールドに渡^し、[11C]CH₃OTf モジュールによって調整された 20 mL/min 出力フローでロードされた tC18 カートリッジを通過し、ポート 3 および 4 を介して、次に示すように廃棄物ボトルに入れます。図 2A.
2. すべての放射能が転送され、カートリッジホルダーの背後にある放射能検出器によって監視されている tC18 カートリッジに閉じ込められたら、ポート 2 を閉じてガスの流れを停止します。カートリッジを2分間座らせて反応を完了します。
3. 100 mL ボトルから 19 mL の洗浄液 (ステップ 1.4 を参照)を、図 2Bに示すように 100 mL/min のポート 1 を通してディスペンサー シリンジに取り出します。
4. 図2Cに示すように、18.5 mLの洗浄液を、ポート3および4を介してtC18カートリッジを介して、および50 mL/minの廃棄物ボトルに分配する。マニホールドに気泡が存在しない場合は、分離効率が低下する可能性があるため、気泡がないことを確認します。
5. 手順 4.3 と 4.4 を 4 回繰り返し、毎回 18.5 mL の洗浄液を取り出して分配します。tC18を通過した洗浄1溶液の総体積は92.5 mLです。ただし、使用する特定の合成モジュールに応じて 90 ~ 100 mL の範囲で変化する可能性があります。
6. ポート 1 の入力ラインをウォッシュ 1 から洗浄 2 溶液に切り替えます (ステップ 1.5 を参照)。
7. 手順 4.3 と 4.4 を 3 回繰り返し、毎回 18.5 mL の洗浄液を取り出して分配します。tC18を通過した洗浄2溶液の総体積は55.5 mLです。ただし、使用する特定の合成モジュールに応じて 50 ~ 60 mL の範囲で変化する可能性があります。
8. 図 2Dに示すように、バルブ 5 を最終的なバイアルに向かって切り替えます。ディスペンサーからラインを取り外し、最終溶離液の2.5 mL(50%水性EtOH、ステップ1.6を参照)と7.5 mLの空気を含む10 mLシリンジに接続します。
9. シリンジを下に押し続け、最終溶出液(2.5 mL)を手動で押し、その後にポート3と4を介してtC18カートリッジを通して空気(7.5 mL)を押し、図に示すように滅菌フィルターを介してトレーサー収集のための滅菌バイアルに入れます2D.
10. 空の注射器を取り外し、10 mLの無菌リン酸緩衝液を含む10 mLシリンジ(異なる場合は含まれていないレシピ)を接続し、上記のようにtC18カートリッジを通してボリューム全体を滅菌バイアルに押し込みます(図2D)。).注射器を取り外し、同じ注射器を使用して10 mLの空気でラインをフラッシュします。
11. 最終トレーサー製剤の0.7 mLを撤回し、品質管理手順(0.1 mL)、細菌性内毒素試験(0.1 mL)および滅菌性(0.5 mL)のためのサンプルを収集します。

5. 品質管理手順

注意:放射性トレーサーの各バッチは、ヒトまたは動物の被験者に投与するためにPETイメージングサイトに放出する前に、適切な品質管理手順(QC)を受ける必要があります。この原稿の著者は、地元の保健当局の規制と他のセンターで生産されたラジオトレーサーのコンプライアンスに責任を負いません。

1. 放射線化学同一性(RCI)、放射化学純度(RCP)、トレーサーの化学純度およびモル活性、ならびに製剤の残留溶媒含有量およびpHの試験を含む必要があるプレリリースQC手順を実行する。
2. UV(350 nmでのモニタリング)と放射能検出器、および逆相カラムを備えた分析HPLCシステムを使用して、RCI、RCP、化学純度およびモル活性を決定します。6-OH-BTA-0および6-OH-BTA-1の保持時間を決定し、各化合物の含有量を定量化するために器械を較正する。
3. キャピラリーカラムを備えた分析ガスクロマトグラフィーシステムを使用して、残留溶媒含有量を決定します。アセトンとエタノールの保持時間を決定し、各溶媒の含有量を定量化するために器具を較正します。
4. 適切なカートリッジを装備したカートリッジリーダーを使用して、細菌性内毒素試験を行います。
5. 合成後少なくとも14日後にサンプルの無菌分析を行い、細菌の増殖がないことを確認するか、地元の保健当局が認定する検査室に滅菌サンプルを送ります。

結果

[11C]PiBの典型的な合成を要約すると、気^体[11C]CH3OTfは、まず前駆体の溶液をプリロードしたtC18カートリッジを通過する(図1)。反応混合物の分離は、次のように水性エタノール溶液による連続溶出によって達成される。まず、12.5%EtOHは未反応^の[11C]CH3 OTfおよび6-OH-BTA-0の大部分を溶出し、次いで15%EtOHが残留?...

ディスカッション

フロルベタピル、フロルベタベン、フルートメタモールなど、^最近の18個のF標識PETトレーサーの出現とFDAの承認^{にもかかわらず、[11}C]PiBは、速い脳の取り込みと低い非特異的によるアミロイドイメージングのためのゴールドスタンダードトレーサーのままですバインディング。現在、このトレーサーは、湿式^化学16または「ドライループ」^アプ?...

資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
6-OH-BTA-0	ABX advanced biochemical compounds	5101	Non-radioactive precursor of [11C]PiB
6-OH-BTA-1	ABX advanced biochemical compounds	5140	Non-radioactive standard of [11C]PiB
Agilent 1200 HPLC system	Agilent	Agilent 1200	Analytical HPLC system
Ethanol absolute	Commercial alcohols	432526
Hamilton syringe (luer-tip, 250 µL)	Hamilton	HAM80701
MZ Analytical PerfectSil 120	MZ-Analysentechik GmbH	MZ1440-100040	Analytical HPLC column
Perkin Elmer Clarus 480 GC system	Perkin Elmer	Clarus 480	Gas chromotograph
polycarbonate manifold	Scintomics	ACC-101	Synthesis manifold
Restek MTX-Wax column (30 m, 0.53 mm)	Restek	70625-273	Analytical GC column
Scintomics GRP module	Scintomics	Scintomics GRP	Automated synthesis unit
Sep-Pak tC18 Plus	Waters	WAT020515	Solid phase extraction cartridge
solvent-resistant manifold	Scintomics	ACC-201	Synthesis manifold
Spinal needle	BD	405181
Sterile extension line	B. Braun	8255059
Sterile filter	Millipore	SLLG013SL
Sterile vial (20mL)	Huayi	SVV-20A
Sterile water	Baxter	JF7623
Synthra MeIplus Research	Synthra	MeIplus Research	[11C]CH3I/[11C]CH3OTf module
Syringe (10 mL)	BD	309604
Syringe (1mL)	BD	309659
Syringe (20 mL)	B. Braun	4617207V	Dispenser syringe
Vent filter	Millipore	TEFG02525