57
Получение радионуклидов и радиофармпрепаратов для позитронной эмиссионной томографии (ПЭТ) Р.Н. Красикова Зав. лаб. радиохимии ФГБУН Институт мозга человека им. Н.П. Бехтеревой РАН Доцент каф. радиохимии химического факультета СПбГУ Курс лекций в рамках подготовки ПЭТ радиохимиков МГУ май 2013 г. 1

Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Получение радионуклидов и радиофармпрепаратов для позитронной

эмиссионной томографии (ПЭТ)

Р.Н. Красикова

Зав. лаб. радиохимии ФГБУН Институт мозга человека им. Н.П. Бехтеревой РАН Доцент каф. радиохимии химического факультета СПбГУ

Курс лекций в рамках подготовки ПЭТ радиохимиков МГУ май 2013 г.

1

Page 2: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Лекция РФП для позитронной эмиссионной томографии. Особенности синтеза РФП для ПЭТ. Получение соединений, меченных, меченных углеродом-11, по реакциям карбоксилирования или метилирования. Примеры синтеза РФП.

2

Page 3: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Углерод-11:

3

Page 4: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

С помощью стандартных технологий метилирования и карбонилирования можно получать множество РФП на одном

и том же модуле; делать синтезы разных РФП через короткие

промежутки времени;

период полураспада 20 мин позволяет проводить повторные ПЭТ исследования одному и тому же пациенту, что является принципиально важным для рецепторных исследований;

Преимущества углерода-11

Удобный и очень дешевый способ получения больших активностей 11С в форме 11CO2 или 11CH4 в газовой мишени циклотрона;

Возможность получения радиотрейсеров – «истинных»

аналогов природных субстратов

Минимальный сервис мишени, замена фольги – один раз в 10-20 лет, простота и надежность в эксплуатации

4

Page 5: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Важнейшие РФП на основе углерода-11

РФП Реакция получения

Изучаемый процесс

Диагностическое применение

L-[11С-метил]метионин

S-метилирование Транспорт аминокислот

Опухоли мозга и шейного отдела

[N-метил-11С]холин N-метилирование Пролиферация клеток

Опухоли мозга; РПЖ

1-[11С]ацетат Карбоксилирование

Окислительный метаболизм в миокарде

Инфаркт миокарда; РПЖ; опухоли гинекологического тракта

[11С]пальмитат и др. жирные кислоты

Карбоксилирование

Энергетический метаболизм миокарда

Жизнеспособность миокарда

L-[1-11C]тирозин Реакция с [11C]HCN и щелочной гидролиз

Транспорт аминокислот; синтез белка

Опухоли мозга; Опухоли ЖКТ

Различные рецепторные радиолиганды

S-, N-, О-метилирование

5

Page 6: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Синтез различных радиотрейсеров на модуле Tracer Lab FX C-Pro

Shao X. et al. J Label Cpds Radiopharm 2011; DOI: 10.1002/jlcr.1937 6

Page 7: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Стандартная конфигурация модуля TracerLab FX C-Pro

7

Page 8: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Химические формы стабилизации углерода-11: химия «горячих» атомов

Ядерная реакция

Облучаемая газовая смесь

Химическая форма

14N(p,α)11C N2/O2 (0.5-1%) 11CO2

14N(p,α)11C N2/Н2 (5-10%) 11CН4

11CO (из 11CO2) 11CHN (из 11CН4)

8

Page 9: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Производительность углеродной мишени

Мишень Давление

в мишени,

(psi)

Заполнение

мишени

Ток пучка,мкА,

(время, мин)

Химическая

форма РН

Активность

РН (ГБк)

Стандартная для

[11С]CО2

25 мл, алюминий

250-275

14N2+ 1%O2

40 (30) [11С]CО2 111

(3 Ки)

Высокоэффективная

для [11С]CО2

25 мл, алюминий

350-375 14N2+ 1%O2 70 (25) [11С]CО2 207 (5,3 Ки)

Стандартная для

[11С]CО2

25 мл, алюминий

250-275 14N2+ 0,5 %O2 40 (40) [11С]CО2 85 (2,3 Ки)

Стандартная для

[11С]CН4

25 мл, алюминий

250-275 14N2+ 10% Н2 40 (30) [11С]CН4 48-55

(1,3-1,5 Ки)

9

Page 10: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Схематическое изображение газовой мишени для производства углерода-11

Зависимость выхода 11С от энергии протонов

10

Page 11: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

14N(p,)11C

N2/O2 (1%) N2/H2 (5%)

[11С]CО2 [11С]CH4

Ni, H2,360oC

Co3O4,500oC

[11С]CH3I [11С]HCN

I2,720oC

NH3, Pt,900oC

1) LiAlH4

2) HI (57%)

Получение углерода-11 в различных химических формах

11

Page 12: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Получение 11С-метилиодида из 11СО2 («мокрый» метод)

11CO2 LiAlH4

11CH3OH 11CH3I

HI 57%, 130oC

Используется в синтезе L-[11С-метил]метионина, N-[11C-метил] холина и других РФП, где удельная мольная активность не является критичной; Недостатком метода является использование агрессивных реагентоа (HI), разрушающих вентили, соединительные узлы и другие компоненты модуля; Высокий выход достигается при использовании свежеприготовленного растовра литий алюмогидрида в сухом тетргидрофране (ТГФ)

Метод разработан в 1976 г. Французским ученым D. Comar и применяется до сих пор

12

Page 13: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Выделение [11С]CO2 из газовой мишени

• конденсация [11С]CO2 в петлеобразной ловушке, погруженной в жидкий азот (t -196oC);

• улавливание [11С]CO2 в ловушке, заполненной молекулярными ситами, при комнатной температуре с последующей десорбцией при нагревании

• перед использованием молекулярные сита нагревают в токе газа с тем, чтобы удалить адсорбированные вещества с поверхности, а затем охлаждают непосредственно перед улавливанием [11С]CO2

13

Page 14: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Синтез 11С-метилиодида из 11СО2 (газофазный метод)

11CO2 11CH3I

I2, 730oC11CH4

Ni / H2

Метод разработан в 1997 г. шведскими и датскими учеными (совместно) и защищен патентом GEHC; суть патента - циркуляция 11С-метана через трубку, содержащую пары йода, при высокой температуре

11CO2 11CH3I

I2, 730oC11CH4

Ni / H2

1) [11С]СO2 + H2 = [11C]CH4 - реакция двух газов на катализаторе Shimalite-Ni при темп. 360оС.

2) [11C]CH4 + I2 = [11C]CH3I - реакция меченого метана с кристаллическим йодом при температуре 700оС в режиме циркуляции

14

Page 15: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Получение 11С-метил иодида газофазным методом для синтеза рецепторных радиолигандов

• Larsen P., Ulin J. and Dahlstrom K. (1995) A new method for production of 11C-labelled methyl iodide from 11C-methane. J. Lab. Comp. Radiopharm. 37, 73-75.

• Link J. M., Clarck J. C., Larsen P. and Kcohn K. A. (1995) Production of [11C]methyl iodide by reaction of 11CH4, with I. J. Lab. Comp.Radiopharm. 37, 76-78.

• 11СН4 получают в мишени циклотрона при облучении смеси азота с 5% водорода

• 11СН3I получают реакцией 11СН4 с йодом при температуре 720оС при циркуляции (патент General Electric)

• 11СН3I переводят в 11С-метилтрифлат реакцией с трифлатом серебра

• Мольная активность радиолигандов, полученных методом метилирования, составляет 5-100 Ки/µМоль

15

Page 16: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Сравнение «мокрого» и «сухого» методов получения 11С-метил йодида

Параметры «мокрый» метод «сухой» метод

Радиохимический выход > ≈ в 2 раза < ≈ в 2 раза

Время синтеза < >

Удельная активность 1–5 Ки/мкМоль >60 Ки/мкМоль

Требования к реагентам На каждый синтез свежие HI

и LiAlH4, ТГФ, они не должны

содержать следов влаги и

CO2

Заправка сорбентов и I2 на

несколько синтезов сразу

Стоимость реагентов Относительно низкая Высокая стоимость

сорбентов и катализатора

для конверсии

Процедура очистки модуля После каждого синтеза,

линии и реактор должны

быть чистыми и сухими

упрощена, есть возможность

повторной процедуры без

очистки

Автоматизация Сложно автоматизировать Легко встраивается в

модули для 11С-

метилирования

16

Page 17: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Удельная мольная активность (Specific radioactivity - SRA)

высокая удельная активность необходима для рецепторных исследований и при использовании потенциально токсичных соединений

17

Page 18: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Химия углерода-11 14N(p, α)11C 11CО2

11CН4

Elsinga P. Radiopharmaceutical chemistry for positron emission tomography. Methods. 2002; 27: 208-217

18

Page 19: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Особенности синтеза 11С-радиотрейсеров: временной фактор

Время синтеза не должно превышать три периода полураспада

19

Page 20: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Кинетические аспекты реакций с участием углерода-11

• Время реакции должно быть как можно меньше;

• В идеале «практический» радиохимический выход должен достигаться за время, не превышающее 1-2 периода полураспада;

Для увеличения скорости реакций используют:

• Большой избыток прекерсора по сравнению с 11С-синтоном;

• Высокую концентрацию прекерсора в малом объеме (закон действия масс);

• Реакции в герметично закрытых сосудах, что позволяет применять высокие температуры и давление;

• Микроволновой нагрев или ультразвуковое перемешивание реагентов;

• Реакции в режиме on-line (на картриджах, в петле хроматографа и др);

• Микрореакторные технологии - реакции в узких капиллярах при высоких давлениях

Прекерсор + [11C]синтон [11C]продукт

20

Page 21: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Получение 11С в мишени циклотрона EOB

Радиосинтез

Очистка ВЭЖХ/ТФЭ

Получение инъекционной формы EOS

Анализ (QC) TOI

Радиохимический выход на разных этапах производства РФП

Инъекция пациенту

< 3 T1/2

< 20 мин

21

Page 22: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Изотопное и неизотопное мечение

При изотопном мечении 11С замещает в молекуле стабильный 12С/13C; биологическая активность молекулы при этом не меняется;

При неизотопном мечении в молекулу субстрата вводится функциональная группа, содержащая 11С; при этом образуется молекула другого соединения с отличными от исходной химическими свойствами и биологической активностью;

Число возможных РФП на основе углерода-11 практически не ограничено;

оно определяется возможностями радиохимического синтеза

23

Page 23: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Изотопное и неизотопное мечение: примеры

1-11С-глюкоза

Изотопно меченная глюкоза

[3-11С]-O-метил глюкоза Неизотопно меченная глюкоза Изотопно меченная 3-О-метил глюкоза

24

Page 24: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Радиохимия углерода-11: реакции 11С-метилирования: S-, O-, N- метилирование

• Метилирующие агенты: [11С]CH3 I (метил йодид) и [11C]CH3OTf (метил трифлат);

• Реакции в полярных растворителях (ДМСО, ДМФ) в присутствии основания;

• Эффективно протекают за короткое время

25

Page 25: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Примеры РФП на основе C-11, полученные путем O-,S- или N- метилирования.

1) Pittsburg Compound B используется для диагностики заболевания Альцгеймера.

2) Raclopride и [11C]N-methylspiperone для визуализации дофаминовых рец-в

3) [11C]N-methylpiperidin-4-yl propinoate для отображения активности ацетилхолинэстеразы у пациентов с Альцгеймером.

4) [11C]Flumazanil для визуализации бензодиазепиновых рецепторов

5) [11C]Carfentanil лиганд для опиоидных рецепторов

26

Page 26: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Радиотрейсеры на основе меченых аминокислот в диагностике опухолей мозга

определение границ опухоли дифференцирование опухоли и метастаз мониторинг терапии дифференцирование опухоли и очага воспаления определение стадии злокачественности (более сложно, чем в случае ФДГ) наиболее распространеным РФП класса аминокислот является метионин-11С (T1/2 = 20.4 мин)

Меченые аминокислоты представляют собой важнейший класс радиотрейсеров для ПЭТ исследований мозга. Ввиду малого накопления в сером веществе их использование дает более контрастные изображения опухоли по сравнению с ФДГ

27

Page 27: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

ПЭТ с 11С-метионином выявляет опухоль и ее границы

Сопоставление 18F-ФДГ и L-11C-метионина: Анапластическая астроцитома левого таламуса

ПЭТ с 18F-ФДГ малоинформативна

28

Page 28: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Комбинированное ПЭТ исследование: РФП с различным механизмом накопления

[18F]FLT [18F]FDG [11C]Methionin MRI

Опухоль мозга, астроцитома III 29

Page 29: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

11CO2 LiAlH4

11CH3OH 11CH3I

HI 57%, 130oC

Синтез L-[11С-метил]метионина на основе «мокрого» метода получения метил йодида

S

O

NH2 H

SH

NH2

H

COOH

NH2

H

COOHS

OH- [11C]CH3I 11CH3

D. Сomar, 1976

B. Langstrom, 1976 30

Page 30: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Проведение реакции метилирования в синтезе L-[11С-метил]метионина на твердофазном носителе

S

O

NH2 H

SH

NH2

H

COOH

NH2

H

COOHS

OH- [11C]CH3I 11CH3

Использование Sep-Pak-картриджей фирмы «Waters», заполненных кремнийорганическим обращенно-фазовым сорбентом C18 (силикагель с сильной гидрофобностью), для получения и одновременной очистки препарата. За 14 мин – готовый препарат! РХВ: 83% от [11C]CH3I РХ чистота: >99% Активность препарата до 1,2 Ku (3-4 диагностические дозы)

31

Page 31: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Выход [11C]MET при получении метил йодида «мокрым» методом и метилировании в режиме on-line

РХВ (EOS): 55-65 % от [11C]CH3I , 10-15 % от [11C]CО2

РХВ – радиохимический выход; EOS : End Of Synthesis

Причины потерь:

40-45 % активности за счет р/а распада (время синтеза 15-17 мин.;)

потери на различных этапах синтеза: - неполное поглощение [11C]CО2 в растворе LiAlH4 в ТГФ; - следы влаги или растворителей в трубках, приводящие к преждевременному гидролизу реагента LiAlH4 в ТГФ; - использование некачественного LiAlH4 в ТГФ - неполное удаление растворителя (ТГФ), и , как следствие, неэффективный HI-гидролиз; - низкий выход реакции [11C]CH3I с лактоном

32

Page 32: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Анализ радиохимической чистоты L-[11С-метил]метионина методом радио ВЭЖХ

• ВЭЖХ колонка YMC-Pack Pro C18,

• элюент 0.05M NaH2PO4,

• поток 1 мл/мин

• УФ 213 нм

А. Bogni et al., 2003

33

Page 33: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Энантиомерная чистота препарата

[11C]МЕТ существует в форме двух энантиомеров – L и D. В ПЭТ используется L- [11C]МЕТ, т.к. он включается в процессы метаболизма. Норма: содержание L- [11C]МЕТ не менее 90% ! D- [11C]МЕТ не влияет на качество ПЭТ томограммы, но не несет диагностической информации, следствие – превышение дозовой нагрузки на пациента. Причиной образования нежелательного изомера является рацемизация в процессе метилирования в щелочных условиях – необходим тщательный контроль за протеканием реакции метилирования, в особенности, при метилировании на картридже, где все реагенты сконцентрированы в малом объеме

2,5 мг лактона в 0,2 мл 0,5 М NaOH в растворе этанол/вода (35/65)

34

Page 34: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Зависимость энантиомерной чистоты [11C]МЕТ от состава раствора

№ [NaOH], M EtOH/H2O, V %

L-изомера

1 0,5 50:50 89,5

2 0,4 50:50 90

3 0,3 50:50 90,5

4 0,3 40:60 91,5

5 0,5 30:70 93,2

6 0,5 35:65 93,7

2,5 мг лактона в 0,2 мл 0,5 М NaOH в растворе этанол/вода (35/65)

Активность препарата 4-5,7 ГБк РХВ: 75% от [11C]CH3I РХ чистота: 99,7% Энантиомерная чистота: 93,7% Срок годности: 40 мин.

35

Page 35: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Анализ энантиомерной чистоты L-[11С-метил]метионина методом хиральной радио ВЭЖХ

• колонка Chirobiotic T (4.6х250 мм, Astec);

• элюент: вода/метанол 50/50,

•поток 1 мл/мин,

• 220 нм;

36

Page 36: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Модуль синтеза L-11C-метионина (ИМЧ РАН, 2009)

Wet method; алкилирование on-line; Полная автоматизация; Программная платформа - Scintomix; Автоматическая промывка шприцевым насосом Scintomix;

Два реактора - два синтеза; Управление потоками - ручным реулятором

Производительность:

40-160 мКи за синтез

(20 мин/35 µА)

3-6 пациентов

Гомзина НА, Кузнецова ОФ Биоорг. химия 2011

37

Page 37: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Радиотрейсеры на основе холина

• Холин - предшественник в биосинтезе фосфатидилхолина –

одного из основных фософлипидов клеточных мембран;

OH CH2 CH2 N CH3

CH3

CH3(+)

• Уровень фосфатидилхолина (лецитина) повышается в

пролиферирующих клетках;

• Скорость накопления холина прямо пропорциональна скорости

синтеза клеток мембраны, т.е. скорости деления клеток, не

зависящей от снабжения кислородом 38

Page 38: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Метаболизм 11С-холина

39

Page 39: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Меченые аналоги холина - радиотрейсеры в диагностике РПЖ методом ПЭТ

- Радиоактивные аналоги холина практически не накапливаются

нормальной тканью мозга, что позволяет получать высококонтрастные изображения опухолей мозга; - Они являются чрезвычайно перспективными радиотрейсерами для исследований опухолей и метастаз, особенно опухолей предстательной железы (РПЖ), которые не визуализируются с помощью [18F]ФДГ

40

Page 40: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Диагностика РПЖ: традиционные методы

- Скриниг: определение уровня PSA (prostate specific antigen) в норме – 0;

- Трансректальная биопсия под контролем УЗИ; - Степень локализации опухоли внутри простаты и за ее пределами (УЗИ, КТ, МРТ) - Выявление метастаз в костях (сцинтиграфия с препаратами 99mTc) (достаточная чувствительность при PSA>16 нг/мл) - Выявление метастаз в близлежащих лимфатических узлах (???) - Выявление отдаленных метастаз (????) - Диагностика рецидива РПЖ у пациентов с повышенным PSA в послеоперационный период (???)

41

Page 41: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Возможности ПЭТ с 11С-холином в определении

лимфогенных метастазов в области малого таза

- КТ, МРТ, УЗИ выявляют лимфогенные метастазы в области малого

таза в 50-60% случаев при размере более 2 см; - Более точную диагностику дает лимфаденэктомия (лапароскопически) - ПЭТ позволяет выявлять метастазы неинвазивно с высокой точностью

IJ de Jong et al, J Nucl Med 2003, 44: 331-335

Методом ПЭТ исследованы 15 пациентов с гистологически подтвержденными близлежащими метастазами РПЖ: • у 12 из 15 обнаружены метастазы • у 3 из 15 метастазы не выявлены (false-negative) • у 5 из 12 выявлены отдаленные метастазы

Чувствительность 80% Специфичность 96% Точность 93%

42

Page 42: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Синтез [N-метил-11С]холина

- cтандартное N-метилирование, протекает с высоким выходом в режиме on-line на одноразовом картридже С18 SepPak;

- благодаря катионной природе 11С-холина возможна очитска методом твердофазной экстракции (катионообменный картридж CM Light);

- методы синтеза и очистки отлично автоматизируются

N CH3

CH3

CH

2

CH

2

OHN

CH3

CH3

CH

2

CH

2

OH

11CH3

(+)11CH3I

ДМАЭ

43

Page 43: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Синтез [N-метил-11С]холина

ДМАЭ

ПРОБЛЕМА:

Удаление ДМАЭ из реакционной смеси и контроль содержания в конечном продукте

ДМАЭ играет роль субстрата, растворителя и основания одновременнно

Ингибирует процесс внедрения холина в клеточные мембраны

44

Page 44: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Синтез и очистка [N-метил-11С]холина

• Поглощение [11C]CH3I в реакционном сосуде, содержащем 0,1 мл ДМАЭ при 0оС

• Реакция 130оС, 5 мин

• Удаление ДМАЭ в токе азота, 130оС, 2 мин

• Растворение остатка в 5 мл воды

• Нанесение раствора 25-50 мкл ДМАЭ в 50-100 мкл этанола на колонку с 0,1-0,5 г смолы tC18 или картридж tC18 Sep Pak;

• Поглощение [11C]CH3I в ДМАЭ на колонке tC18; реакция метилирования

• присоединение катионообменного картриджа SepPak Light Accell Plus CM (CM);

• промывка картриджей этанолом (1 раз) и водой (2 раза) • элюирование 11С-холина 0.9% раствором NaCl;

• стерилизация (асептическое фильтрование)

Метод А - в растворе (Hara, 1999 )

Метод Б - on-line (Pascali, 2000 )

45

Page 45: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Результаты синтеза [N-метил-11С]холина на модуле TracerLab FX-CPro

• радиохимический выход зависит от количества ДМАЭ;

• в настоящее время допустимое содержание ДМАЭ в препарате не регламентировано;

• современные методы синтеза позоляют снизить содержание ДМАЭ до <5-10 мкг/мл;

• необходимо создание удобного и простого метода контроля ДМАЭ 46

Page 46: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Анализ [N-метил-11С]холина и содержания ДМАЭ в препартае

методом радио ВЭЖХ

• Катионообменная колонка IC-PAKTM Cation M/D 150*3.9 mm (Waters);

• Элюент: 0.05 М HCl;

• Детектор по электропроводности;

Холин и ДМАЭ не детектируются с использованием стандартных УФ детекторов; анализ ДМАЭ можно проводить методом ГЖХ

E. Mishani, 2002

ДМАЭ - Диметиламиноэтанол 47

Page 47: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Молекулярно-клеточные процессы, лежащие в основе болезни Альцгеймера (предположительно)

Амилоидные

бляшки Нейрофибриллярные клубки

48

Page 48: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

[11C]PIB - радиолиганд для визуализации бета амилоидных aгрегaтoв при болезни Альцгеймера методом ПЭТ

• Аналог тиофлавина

• Предложен в Университете Питтсбурга в 2001 г

• Клинические испытания – Уппсала ПЭТ центр и многие другие

• Патент фирмы «Амершам»

N

S NH11CH3

HO

Klunk et al, Ann Neurol 2004 49

Page 49: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Синтез рецепторных радиолигандов на основе 11С-метил йодида (газофазный метод): 11С-PIB

CH3OCH

2O S

N

N

H

H

CH3OCH

2O S

N

NH

OH S

N

NH

11C

1. NaH / DMF2. 11CH3I

HCl / MeOH

[N-methyl-11C]PIB

11CH3

H3

[11C]PIB специфично связывается с амилоидным бета-протеином ПЭТ с [11C]PIB позволяет выявлять локализацию амилоидных бляшек и их плотность

50

Page 50: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Синтез рецепторных радиолигандов на основе 11С-метил йодида (газофазный метод): 11С-раклоприд

• [11C]раклоприд селективно связывается с D2- рецепторами дофаминергической системы;

• ПЭТ с [11C]раклопридом используется в диагностике болезни Паркинсона

51

Page 51: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

ПЭТ в кардиологии

Основные радиотрейсеры:

18F-ФДГ – оценка жизнеспособности миокарда

11C-ацетат – окислительный метаболизм

13N-NH3 – перфузия миокарда

82RbCl - перфузия миокарда (генераторный

радионуклид)

В кардиодиагностике ПЭТ уступает методу ОФЭКТ Число ПЭТ трейсеров крайне невелико

52

Page 52: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Синтез РФП из 11СО2: карбоксилирование

Карбоксилирование - введение карбоксильной группы в молекулы через СO2

C11

O

O

C11

O

ONa

CH3

1. CH3MgCl in THF

2. H2O

3. PS-H+; SAX-Cl-

4. NaCl 0,9%

Синтез 1-11С-ацетата реакцией 11СО2 с реактивом Гриньяра (CH3MgCl)

Концентрация и объем реагента: CH3MgCl in THF (0.5 M, 200 µL);

Стадии синтеза: • Улавливание 11СО2 в течение 4 мин; перемешивание 30 сек; • Остановка реакции (quenching): 1 мл СН3СООН (1 мМ) • Перенос реакционной смеси в другой сосуд с 5 мл СН3СООН (1 мМ) • Очистка на картриджах PS-H+ и PS-Ag+ SepPak (удаление кислоты, магния, галогенов) • Улавливание 11С-ацетата на картридже MaxiСlean SAX (Alltech) • Элюирование 11С-ацетата с картриджа SAX 0.9% раствором NaCl и стерильное фильтрование

VW Pike, MN Eakins, RM Allan, AP Selwyn. Int J Appl Radiat Isot. 1982; 33: 505-512 53

Page 53: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Особенности реакций 11СО2 с реактивом Гриньяра: источники радиохимических примесей

•при избытке Гриньяра может получиться другой меченый продукт;

• реакция с 11СО2 при комнатной температуре идет очень быстро;

• смесь нельзя нагревать (образование побочных продуктов – димеров)

54

Page 54: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Особенности реакций 11СО2 с реактивом Гриньяра: меры предосторожности

• реактив Гриньяра бурно реагирует с водой со вспышкой пламени;

• вайл после реакции не мыть сразу водой, если мыть, то очень осторожно, добавлять воду шприцом по каплям в очках;

• готовить реактив Гриньяра для синтеза так, чтобы:

• избегать попадания атмосферного СО2 в реакционный сосуд (использовать перчаточный бокс с азотом или другой вариант, обеспечивающий инертную атмосферу);

• избегать контакта с влажным воздухом, использовать очень сухую посуду;

• на выход 11СО2 из реакционного сосуда устанавливать трубку с аскаритом для предотвращения попадания радиоактивности в атмосферу

55

Page 55: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Диагностические возможности 1-11С-ацетата

• 1-[11С]ацетат - основной РФП для исследований окислительного метаболизма миокарда методом ПЭТ; синтез разработан в 1982 г. • Радиотрейсер хорошо экстрагируется кардиомиоцитами; его активированная форма [11С]ацетил-КоА является исходным метаболическим субстратом в цикле трикарбоновых кислот (цикл Кребса), в ходе которого он окисляется до [11С]CО2 и воды;

• Радиоактивная метка элиминирует из миокарда в виде [11С]CО2, и скорость ее выведения точно отражает скорость митохондриального окислительного метаболизма в кардиомиоцитах (MVO2);

• В последние годы 1-[11С]ацетат применяется в диагностике рака предстательной железы (РПЖ) и выявлении близлежащих и отдаленных метастазов, а также для визуализации опухолей гинекологического тракта

56

Page 56: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Применение 1-11С-ацетата при исследовании пациентов с РПЖ

57

Page 57: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе C–11. Лекция 5, Красикова Р.Н

Автоматизированный модуль для получения ацетата-11С

• 1-11С-ацетат получают реакцией 11СО2 с СH3MgСl c последующим водным гидролизом

• Очистка на одноразовых картриджах

• В контакте с конечным продуктом только стерильные материалы

• Соответствует требованиям GMP

Фото предоставлено Соловьевым Д., Кембридж, Англия

Isotope Technologies Dresden 58