Твердый этап 11C-метилирование, очищение и формулирование для производства ПЭТ-трассаторов

Резюме

Мы сообщаем об эффективном методе радиомаркировки углерода-11 для производства клинически значимых трассаторов для позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) с использованием твердой фазовой картриджи. ^{11 Год} C-метилалинг агент проходит через картридж, предварительно загруженный с предшественником и последовательной elution с aqueous этанол обеспечивает химически и радиохимически чистых ПЭТ трассаторов в высоких радиохимических урожаев.

Аннотация

Регулярное производство радиочастот, используемых в позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), в основном зависит от влажной химии, где радиоактивный синтион реагирует с нерадиоактивным предшественником в растворе. Такой подход требует очищения трассировщика высокой производительностью жидкой хроматографии (HPLC), с последующим переформулированием в биосовместимый растворитель для человеческого управления. Недавно мы разработали новый ^{подход 11}C-метилирования для высокоэффективного синтеза углерода-11 помечены ПЭТ радиофармацевтических препаратов, пользуясь твердых картриджей фазы как одноразовые "3-в-1" единиц для синтеза, очистки и переформулирование трассировок. Такой подход устраняет использование подготовительного HPLC и уменьшает потери трассировщика в линиях передачи и из-за радиоактивного распада. Кроме того, технология на основе картриджа повышает надежность синтеза, упрощает процесс автоматизации и облегчает соблюдение требований надлежащей производственной практики (GMP). Здесь мы демонстрируем эту технику на примере производства ПЭТ-трекера Pittsburgh соединения B^{(No 11}C'PiB), золотого стандарта in vivo image einio image einiloid plaques in the human brains.

Введение

Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) - это молекулярная методика визуализации, которая опирается на обнаружение радиоактивного распада изотопов, прикрепленного к биологически активной молекуле, чтобы обеспечить визуализацию биохимических процессов, сигналов и преобразований in vivo . Углерод-11 (т_1'2 и 20,3 мин) является одним из наиболее часто используемых радиоизотопов в ПЭТ из-за его изобилия в органических молекул и короткий период полураспада, который позволяет для нескольких контрольных администраций в тот же день к тому же человеку или животному вопросу и снижает радиационную нагрузку на пациентов. Многие трассы помечены с этим изотопом используются в клинических исследованиях и в фундаментальных исследованиях здоровья для in vivo ПЭТ-изображения классических и возникающих биологически значимых целей -¹¹C raclopride для D₂/D₃ рецепторов,^{No 11}C PiB для амилоидных бляшек,^{No 11}C'PBR28 для белка транслокатора - назвать лишь некоторые из них.

Углерод-11 помечены ПЭТ трассаторы в основном производятся через ¹¹C-метилирования нерадиоактивных прекурсоров, содержащих -OH (алкоголь, фенол и карбоксиловая кислота), -NH (амина и амида) или -SH (тиол) групп. Короче говоря, изотоп генерируется в газовой цели циклотрона через ¹⁴N (p, )¹¹C ядерной реакции в химической форме^{No 11}C'CO₂. Последний затем преобразуется в¹¹Сметилйййййййййййййййййййд^{(No 11}C'CH₃I) либо с помощью влажной химии (сокращение до¹¹C'CH₃OH с LiAlH_4, за которым следует закалка с HI)¹ или сухой химия (каталитическое снижение до¹¹C'CH₄ с последующим радикальным йодинацией с молекулярным I₂)². 11^С. CH₃Я могу затем быть преобразованы в более реактивные ¹¹C-метил трифлат (No¹¹C CH₃OTf), передавая его над серебряной колонкой^{трифла3}. ¹¹C-метилирование затем выполняется либо восходящей радиоактивный газ в раствор нерадиоактивного предшественника в органическом растворителе или через более элегантный плен растворителя "петля" метод^4,5. ¹¹C-tracer затем очищается с помощью HPLC, переформулируется в биосовместимый растворитель, и прошел через стерильный фильтр, прежде чем вводиться к людям. Все эти манипуляции должны быть быстрыми и надежными, учитывая короткий период полураспада углерода-11. Однако использование системы HPLC значительно увеличивает потери трассировщика и время производства, часто требует использования токсичных растворителей, усложняет автоматизацию и иногда приводит к неудачным синтезам. Кроме того, необходимая очистка реакторов и колонны HPLC продлевает задержки между синтезами последующих трассиковых партий и увеличивает подверженность персонала радиации.

Радиохимия фтора-18 (т_1'2 и 109,7 мин), другие широко используемые ПЭТ изотоп, недавно была выдвинута через развитие кассетных комплектов, которые излечиваются необходимость очистки HPLC. Используя картриджи из твердой фазы (SPE), эти полностью одноразовые комплекты позволяют надежное рутинное производство ¹⁸F-трассеров, в том числе¹⁸F-FDG,^{No 18}F'FMISO,^{No 18}F'FMC и др., с более коротким синтезом сокращение участия персонала и минимальное техническое обслуживание оборудования. Одной из причин, по которой углерод-11 остается менее популярным изотопом в ПЭТ-изображении, является отсутствие аналогичных комплектов для обычного производства ¹¹C-трассеров. Их разработка позволит значительно повысить синтетическую надежность, повысить радиохимические урожаи и упростить автоматизацию и профилактическое обслуживание производственных модулей.

Имеющиеся в настоящее время производственные комплекты используют недорогие одноразовые картриджи SPE вместо столбцов HPLC для отделения радиотрактора от неотреагированных радиоактивных изотопов, прекурсоров и других радиоактивных и нерадиоактивных побочных продуктов. В идеале реакция радиомаркировки также происходит на том же картридже; Например, фторметилирование диметиламиноэтана с газообразным газом^{No 18}F'CH₂BrF при производстве пэт-трекера длявизуализации рака простаты ⁶. Хотя аналогичные процедуры для радиомаркировки нескольких ¹¹C-трассировочных веществ на картриджах были зарегистрированы^7,8 и стал особенно мощным для радиосинтеза^{No 11}C'choline⁹ и¹¹C'methionine¹⁰, эти примеры остаются ограниченными онкологических ПЭТ трассаторов, где отделение от предшественника часто не требуется. Недавно мы сообщили о разработке^«11комплектов» для производства¹¹C'CH₃I¹¹ и последующего ¹¹C-метилирования, а также твердого фазово-поддерживаемого синтеза¹² в наших усилиях по упростить рутинное производство ¹¹C-трассировок. Здесь мы хотим продемонстрировать наш прогресс на примере твердой фазы, поддерживаемой радиосинтезом^{No 11}C'PiB, радиотрейстом для изображения АЗ, который произвел революцию в области визуализации болезни Альцгеймера (АД), когда она была впервые разработана в 2003 году ( Рисунок 1) ^13,14. В этом методе, летучие^{No 11}C CH₃OTf (bp 100 кв. C) передается через 6-OH-BTA-0 прекурсор на хранение на мели с одноразовым картриджом. ПЭТ-трассировщик No¹¹C'PiB затем отделяется от прекурсора и радиоактивных примесей путем выяснения картриджа с биосовместимым aqueous этанолом. Кроме того, мы автоматизировали этот метод радиосинтеза No¹¹C'PiB с помощью дистанционно управляемого модуля синтеза радиохимии и одноразовых кассетных комплектов. В частности, мы реализовали этот радиосинтез на 20-клапанном радиохимическом модуле, оснащенном шприц-драйвом (дозатором), который подходит для стандартных 20 мл одноразового пластикового шприца, контроллера потока газа, вакуумного насоса и датчика. Благодаря простоте этого метода, мы уверены, что он может быть изменен на ибольшинство коммерчески доступных автоматизированных синтезаторов, либо кассетных или тех, оснащенных стационарными клапанами. Этот метод, поддерживаемый твердой фазой, облегчает производство¹¹C'PiB в соответствии с правилами хорошей производственной практики (GMP) и повышает надежность синтеза. Описанный здесь метод также уменьшает количество прекурсора, необходимого для радиосинтеза, использует только "зеленые" биосовместимые растворители и уменьшает время между последовательными производственными партиями.

протокол

1. Подготовка буферов и элевентов

1. Растворите 2,72 г тригидрата ацетата натрия в 100 мл воды для приготовления раствора ацетата 0,2 м натрия (решение А).
2. Растворите 11,4 мл ледниковой уксусной кислоты в 1 л воды, чтобы подготовить раствор уксусной кислоты 0,2 м (раствор B).
3. Объедините 50 мл раствора А с 450 мл раствора B для подготовки буфера ацетата на pH 3.7 (буфер 1) согласно буферу справочного центра^15. Проверьте рН буфера с полосами рН или рН-метр.
4. Комбинат 12,5 мл абсолютного этанола с 87,5 мл буфера 1, чтобы сделать 12,5% aqueous EtOH раствор (мыть 1) в бутылке 100 мл.
5. Комбинат 15 мл абсолютного этанола с 85 мл буфера 1, чтобы сделать 15% aqueous EtOH раствор (мыть 2) в бутылке 100 мл.
6. Объедините 5 мл абсолютного этанола с 5 мл буфера 1, чтобы сделать 50% aqueous EtOH решение (окончательный eluent) и обратить 2,5 мл этого раствора в 10 мл шприца.

2. Применение прекурсора к картриджу

1. Пройдите 10 мл воды, а затем 5 мл ацетона через картридж tC18, чтобы предупорядиться его.
2. Высушите картридж потоком азота при 50 мл/мин в течение 1 мин.
3. Растворите 2 мг прекурсора 6-OH-BTA-0 в 1 мл ангидроусового ацетона.
4. Удерживая luer-tip 250 л точного стеклянного шприца вниз, снять 100 л раствора прекурсора и 50 л воздушной подушки на верхней части жидкости. Снимите иглу и нанесите раствор-предшественник на картридж tC18 с женского конца, медленно нажимая поршень вниз. Не нажимайте решение дальше!

3. Настройка многообразия для автоматизированного синтеза

1. Закрепите стандартный 5-портовый одноразовый многообразие на модуле синтеза и соберите его в соответствии с рисунком 2 и шагами 3.2 - 3.5 ниже.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Рекомендуем использовать устойчивые к ацетону многообразия (см. Таблицу Материалов).
2. Порт 1 имеет две позиции. Подключите горизонтальный впуск к автоматизированному диспенсеру, оснащенному шприцем 20 мл. Соедините вертикальный впуск к бутылке с мытьем 1.
3. Подключите выход модуля, который производит^{No 11}C CH₃OTf, в порт 2 из многообразия.
4. Установите картридж tC18, загруженный с прекурсором 6-OH-BTA-0 между портами 3 и 4.
5. Порт 5 имеет две позиции. Подключите горизонтальную розетку к бутылке отходов, которая должна вместить не менее 200 мл. Подключите вертикальную розетку к стерильному флакону для сбора трассировщиков через стерильный фильтр.

4. Радиосинтез^{No 11}C'PiB

ВНИМАНИЕ: Все манипуляции с радиоактивными изотопами должны выполняться в горячей камере, защищенной свинцом, персоналом, проехав соответствующую подготовку для работы с радиоактивными материалами.
ПРИМЕЧАНИЕ: Этот протокол не охватывает детали производства¹¹C'CO₂ в циклотроне и его преобразования в¹¹C CH₃OTf с использованием модуля радиохимии. Эти процедуры будут зависеть от индивидуального оборудования лаборатории радиохимии и выходят за рамки данного протокола. Наш ПЭТ-центр оснащен циклотроном IBA, который производит углерод-11 в химической форме^{No 11}C'CO₂через ¹⁴N (p,)¹¹C ядерной реакции с N₂/O₂ газовой смеси (99,5:0.5) в газе целевой показатель, а также коммерчески доступный модуль для производства^{No 11}C'CH₃I с помощью "сухого метода" (каталитическое сокращение до¹¹C'CH₄ с последующим радикальным йодинацией). 11^С. CH₃OTf производится путем прохождения^{No 11}C CH₃Я над серебряной колонкой трифлат с подогревом до 175 градусов по Цельсию при 20 мл/мин.

1. Доставка^{No 11}C CH₃OTf в многообразие через порт 2 и передать его через загруженный картридж tC18 на 20 мл / мин выходного потока регулируется модульом^{No 11}C'CH₃OTf, через порты 3 и 4 и в бутылку отходов, как показано на Рисунок 2А.
2. После того, как вся радиоактивность была передана и в ловушке на картридже tC18, контролируемом детектором радиоактивности за держателем картриджа, остановите поток газа, закрыв порт 2. Пусть картридж сидеть в течение 2 минут, чтобы завершить реакцию.
3. Снимите 19 мл раствора для мытья 1 (см. шаг 1.4) из бутылки 100 мл в шприц дозатора через порт 1 при 100 мл/мин, как показано на рисунке 2B.
4. Распределить 18,5 мл раствора для мытья 1 из дозатора через картридж tC18 через порты 3 и 4 и в бутылку отходов на 50 мл/мин, как показано на рисунке 2C. Убедитесь, что отсутствие пузырьков воздуха в многообразии, поскольку они могут уменьшить эффективность разделения.
5. Повторите шаги 4,3 и 4,4 четыре раза, изыграв и раздав 18,5 мл раствора для мытья 1 каждый раз. Общий объем раствора стирки 1, пройденной через tC18, составляет 92,5 мл; однако, он может варьироваться в пределах диапазона 90 - 100 мл в зависимости от конкретного используемого модуля синтеза.
6. Переключите входной линии на порт 1 от стирки 1 до стирки 2 раствора (см. шаг 1.5).
7. Повторите шаги 4,3 и 4,4 три раза, изыграв и раздав 18,5 мл раствора для мытья 2 каждый раз. Общий объем раствора для стирки 2, пройденной через tC18, составляет 55,5 мл. Тем не менее, он может варьироваться в пределах 50 - 60 мл диапазона в зависимости от конкретного синтеза модуль используется.
8. Переключать клапан 5 к финальному флакону, как показано на рисунке 2D. Отключите линию от диспенсера и подключите ее к шприцу 10 мл, содержащему 2,5 мл конечного eluent раствора (50% aqueous EtOH, см. шаг 1.6) и 7,5 мл воздуха.
9. Удерживая шприц вниз, вручную нажмите окончательное eluent решение (2.5 мл) следуют воздух (7,5 мл) через картридж tC18 через порты 3 и 4 и в стерильный флакон для трассик сбора через стерильный фильтр, как показано на рисунке 2D.
10. Отсоедините пустой шприц, соедините 10 мл шприца, содержащего 10 мл стерильного фосфатного буфера (рецепт не включен, поскольку он может меняться) и нажмите весь объем через картридж tC18 в стерильный флакон, как описано выше (Рисунок 2D ). Отключите шприц и промойте линию 10 мл воздуха с помощью одного и того же шприца.
11. Изымают 0,7 мл конечной трассировочного рецепта и собирают пробы для процедур контроля качества (0,1 мл), бактериального эндотоксина (0,1 мл) и стерильности (0,5 мл).

5. Процедуры контроля качества

ВНИМАНИЕ: Каждая партия радиотрактора должна быть подвергнута соответствующим процедурам контроля качества (КК) до выпуска на сайт ПЭТ-изображения для администрирования в человека или животных. Авторы этой рукописи не несут ответственности за соответствие радиотраиста, производимого в других центрах, с местными правилами органов здравоохранения.

1. Выполните предвыпускные процедуры КК, которые должны включать тесты на радиохимическую идентичность (RCI), радиохимическую чистоту (RCP), химическую чистоту и моляровую активность трассировщика, а также остаточное содержание растворителя и рН рецепта.
2. Определить RCI, RCP, химическую чистоту и моляровую активность с помощью аналитической системы HPLC, оснащенной УФ-системой (мониторинг на 350 нм) и детекторами радиоактивности, а также столбцов обратной фазы. Определите время удержания 6-OH-BTA-0 и 6-OH-BTA-1 и откалибруте прибор для количественной оценки содержания каждого соединения.
3. Определить содержание остаточного растворителя с помощью аналитической газовой хроматографии, оснащенной капиллярной колонкой. Определите время хранения ацетона и этанола и откалибруйте инструмент для количественной оценки содержания каждого растворителя.
4. Выполните тест бактериальных эндотоксинов с помощью картриджа, оснащенного подходящими картриджей.
5. Выполните анализ стерильности образца по крайней мере через 14 дней после синтеза, чтобы обеспечить отсутствие бактериального роста или отправить образец стерильности в лабораторию, аккредитованную местным органом здравоохранения.

Результаты

Подводя итоги типичного радиосинтеза^{No 11}C'PiB, газоемкий No¹¹C'CH₃OTf впервые проходит через картридж tC18, предварительно загруженный раствором прекурсора (Рисунок 1). Разделение реакционной смеси достигается путем последовательного elution с aque...

Обсуждение

Несмотря на недавнее появление и одобрение FDA нескольких ¹⁸F-маркированных ПЭТ-трассировщиков, таких как флорбетапир, флорбетабен и флетеметамол,^{No 11}C'PiB остается золотым стандартом трассировщика для амилоидной визуализации из-за быстрого поглощения мозга и низкой неспецифи?...

Материалы

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