48
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 F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе F–18. Лекция 3, 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 F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

Лекция РФП для позитронной эмиссионной томографии. Особенности синтеза РФП для ПЭТ. РФП на основе фтора-18; влияние введения фтора-18 в структуру молекул на биохимическое поведение (концепция блокированного метаболизма). Нуклеофильные и электрофильные методы введения фтора-18 в структуры молекул. Удельная мольная активность РФП в зависимости от метода синтеза. Хроматографические экспресс методы очистки РФП для ПЭТ.

2

Page 3: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

Изотоп T1/2, мин

Т и п

р а с п а д а ,

%

+, Макс.

э н е р г и я ,

М э В

М а к с .

п р о б е г ,

м ы ш ц а ,

м м

М а к с . м о л ь н а я

а к т и в н о с т ь ,

К и / м о л ь

11С 20,4 + 0,96 4.1 9,22*109 13N 9,96 + 1,19 5.4 1,89*1010 15О 2,04 + 1,74 8,2 9,0*1010 18F 109,7 +(97),

(EC 3)

0,635 2,39 1,71*109

Ядерно-физические характеристики основных

ПЭТ радионуклидов

(более 90% всех ПЭТ исследований)

Наиболее широко применяются РФП на основе фтора-18

3

Page 4: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

Радионуклид фтор-18

• 1937 - впервые получен в циклотроне; A.H. Snell: Phys. Rev. 51, 143;

• 1940 - Изучена адсорбция в костях; J.F. Volker, H.C. Hodge, H.J. Wilkson, J.Biol. Chem. 134, 543.

С 70-х годов 20 века фтор-18 интенсивно используется в ПЭТ исследованиях

T1/2 110 мин 96.9% +

Emax 0.635 МэВ

4

Page 5: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

Преимущества фтора-18

высокое разрешение ПЭТ изображения

возможность проводить сложные синтезы начиная с 20 Ки 18F

доставкаРФП в клиники, не имеющие циклотрона

T1/2 110 мин

EMAX 0.635 МэВ

Пробег позитронов 2.4 мм

идеально подходит для ПЭТ исследований

высокая удельная активность

удобный способ получения больших активностей 18F-фторида в водной мишени циклотрона

5

Page 6: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

Влияет ли введение фтора-18 в состав молекулы на ее биологическую активность?

• замена водорода или гидроксила на 18F приводит к минимальным структурным изменениям исходной молекулы;

• высокая реакционная способность фтора-18 позволяет получать широкий спектр радиотрейсеров, принадлежащих к разным классам соединений;

• получение «истинных» аналогов возможно при введении фтора-18 в структуру фторсодержащих лекарственных средств (18F-флюмазенил и др.)

Метаболизм меченых фтором-18 молекул блокируется на ранних стадиях

vdW радиус [Å]:1.35 (водород: 1.20)

6

Page 7: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

Методы получения фтора-18 (T1/2 109.7 мин)

Ядерная реакция Облучаемый материал

Химическая форма

Носитель

18O(p,n)18F H218O 18F-фторид No

18O(p,n)18F 18O2 + F2

(0.5-1%)

18F2 Yes

20Ne(d,α)18F 20Ne + F2

(0.5-1%)

18F2 Yes

Наиболее широко применяется метод получения фтора-18 в водной мишени циклотрона; полученный в виде 18F-фторида он используется в реакциях нуклеофильного замещения

7

Page 8: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

Удельная мольная активность (Specific radioactivity - SRA)

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

8

Page 9: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

Удельная мольная активность (Specific radioactivity - SRA)

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

9

Page 10: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

[18F]F-

18F(CH2)X

18F(Ar)X

Прямое введение метки

через синтоны

[18F]AсOF

ПЭТ трейсер

[18F]F2 Прямое введение метки

SN2

SNAr

SEAr

без носителя

с носителем

Методы введения фтора-18 в молекулы

Электрофильный

Нуклеофильный

[18F]F2

ПЭТ трейсер

через синтоны

10

Page 11: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

Выделение [18F]фторида из облученной воды для реакций нуклеофильного фторирования

18O(p,n)18F

1. Дистилляция с последующим удалением следов воды азеотропной отгонкой с ацетонитрилом (в присутствии основания)

2. Сорбция на анионообменной

смоле 3. Электрохимическое выделение

• объем мишени 1- 2.5 мл; • облученная вода током гелия доставляется на вход модуля синтеза

11

Page 12: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

Активация фтора-18 для участия в реакциях нуклеофильного замещения

Coenen. et al, 1989 Kilbourn et al, 1990

Комплекс с криптофиксом (К222) применяется благодаря хорошей растворимости и слабому образованию ионных пар с 18F-

Сильно гидратированный фторид-ион с малой реакционной способностью

Комплекс с К222 хорошо растворим в органических растворителях; высокая реакционная способность

Другие агенты для активации фтора-18:

Rb2CO3

K2CO3

TBAOH

18F без сольватной оболочки часто называют «naked fluoride»

12

Page 13: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

Реакции нуклеофильного замещения с участием [18F]фторида: получение активированного комплекса

Coenen. et al, 1989 Kilbourn et al, 1990

18F-

[K/K222]+18F-

18O(p,n)18F в 1-3 мл H2O

Адсорбция на картридже QMA или PHCO3

Элюирование с картриджа K222 и K2CO3 в смеси MeCN:H2O 96:4

Удаление растворителей в токе азота или вакууме при нагреве

[K/K2.2.2]+18F-

13

Page 14: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

Введение метки методом прямого нуклеофильного радиофторирования: стадии процесса

• получение 18F-фторид-иона в водной мишени циклотрона

• сорбция 18F фторида на смоле QMA и элюирование

• получение высокореакционного комплекса 18F с криптофиксом или ТБАК (удаление растворителя досуха)

• фторирование (алифатическое или ароматическое)

• гидролиз/снятие защиты

• очистка (твердофазная экстракция или ВЭЖХ)

• нейтрализация (pH 5-7)

• стерильное фильтрование (on-line)

14

Page 15: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

Алифатическое нуклеофильное фторирование

• введение метки путем замещения «уходящей» группы 18F-фторидом в составе активированного комплекса; • «уходящая» группа (LG - Leaving Group); • SN2-механизм: инверсия Вальдена (обращение конфигурации); • необходим строгий контроль щелочности среды, чтобы избежать реакций элиминирования; • реакции в апротонных растворителях в отстутствие воды (ацетонитрил, ДМСО); • протекают с высоким выходом при температурах 80-100оС

Большинство РФП для рутинных клинических ПЭТ исследований получают именно реакцией алифатического замещения уходящей группы 18F-фторидом

15

Page 16: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

Алифатическое нуклеофильное фторирование: Синтез 18F-FMISO - гипоксического агента для диагностики опухолей

• «уходящая группа» - тозил (Ts); • реакция в ацетонитриле или ДМСО; • выход около 40%;

16

Page 17: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

Алифатическое нуклеофильное фторирование: различные «уходящие» группы

17

Page 18: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

Алифатическое нуклеофильное фторирование: реакционная способность «уходящих» групп

Синтез 18F-фторалкил МК801 18

Page 19: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

Первый синтез 2-[18F]-2-дезокси-D-глюкозы ([18F]ФДГ)

Впервые [18F]ФДГ была получена в середине 1970-х в Брукхейвенской национальной лаборатории, США . Синтез проводили реакцией электрофильного радиофторирования с использованием меченного ацетилгипофторида, тогда как радионуклид был получен в результате ядерной реакции 20Ne(d, α)18F, протекающей при облучении газовой мишени. В реакции с 3,4,6-три-О-ацетил-D-глюкалью был получен [18F]3,4,6-три-О-ацетил-2-дезокси-2-фтор-D-глюкопиранозил фторид, гидролиз которого в кислых условиях приводил к образованию [18F]ФДГ. Радиохимический выход реакции составил >96%. Но, несмотря на подтвержденное уже в первых экспериментах высокое накопление в опухолевых тканях, в то время радиотрейсер не нашел широкого применения из-за очень сложного и трудоемкового метода синтеза, который выполнялся практически вручную на обычном химическом оборудовании из стекла.

O

OH

OH

OH

O

OH

OH

OH

F18

OH

1) [18F]CH3COOF, H2O

2) HCl

19

Page 20: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

Cтереоспецифический нуклеофильный синтез [18F]ФДГ

Hamacher et al. 1986 Fuchtner et al. 1996

• Прямое введение метки в молекулу алифатического субстрата (трифлата маннозы) с высоким и стабильным выходом на стадии радиофторирования (до 90%)

• Щелочной гидролиз on-line на одноразовом картридже С18 SepPak

• Очистка на картриджах, без применения ВЭЖХ

• Высокая степень автоматизации в современных модулях

O

H

AcO

AcO

AcO

H

OTf

H

H

OAc

O

H

OH

OH

OH

H

H

F18

H

OH

1) [18F]KF/K2.2.2 or [18F]TBAF AcN, 80oC

2) OH- or H+

20

Page 21: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

Cтереоспецифический нуклеофильный синтез [18F]ФДГ Hamacher et al. 1986

В 1986 году немецкими учеными был предложен наиболее оптимальный метод синтеза [18F]ФДГ [21], который был основан на более ранних работах по методам введения фтора-18 в алифатические субстраты реакцией нуклеофильного замещения «уходящей» группы в присутствии межфазных катализаторов [20]. В синтезе [18F]ФДГ было предложено использовать реакцию нуклеофильного замещения фторид-ионом трифлатной «уходящей» группы в молекуле 1,3,4,6-тетра-О-ацетил-2-О-трифторметансульфонил-β-D-маннопиранозы, аналога маннопиранозы с «защищенными» гидроксильными группами. Реакция протекает стереоспецифично с инверсией Вальдена. Радионуклид в форме фторид-иона получают по ядерной реакции 18О(p,n)18F в мишени циклотрона, заполненной водой, обогащенной кислородом-18. Переход [18F]F- из водной фазы в органическую фазу достигается путем добавления межфазного катализатора (МФК) – криптофикса 2.2.2, противоионом служит ион калия в составе карбоната. Наличие следов воды является критичным на данной стадии, комплекс криптофикса с [18F]фторид-ионом подвергается дополнительной осушке путем последовательного добавления и упаривания небольших порций ацетонитрила, образующего азеотропную смесь с водой. Полученный реакционноспособный комплекс [K/K2.2.2]+I8F- и является фторирующим агентом, участвующим в реакции замещения трифлатной группы в молекуле трифлата маннозы Реакция также крайне чувствительна к следам кислот, поэтому для приготовления раствора трифлата маннозы в ацетонитриле нужно использовать безкислотный растворитель с очень низким содержанием воды.

21

Page 22: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

Cтереоспецифический нуклеофильный синтез [18F]ФДГ Hamacher et al. 1986

Гидролиз: по окончании реакции фторирования и удаления растворителя проводят кислотный гидролиз полученного промежуточного продукта 2-[18F]фтор-1,3,4,6-тетра-О-ацетил-D-глюкозы при 120-130°С, в результате чего происходит удаление

защитных ацетильных групп с образованием [18F]ФДГ.

Этот метод, часто называемый методом Хамахера, положен в основу технологии синтеза [18F]ФДГ во всех современных автоматизированных модулях синтеза. Предложенная позднее замена кислотного гидролиза 18F-фторированного интермедиата на щелочной [Fuchtner et al.], который протекает легко при комнатной температуре, позволила сократить время синтеза и существенно увеличить выход продукта. Важным преимуществом варианта щелочного гидролиза является возможность проведения реакции на одноразовом картридже C18 или tC18 Sep-Pak (Waters) или аналогичных в режиме on-line, что и было использовано в кассетных вариантах модулей синтеза.

22

Page 23: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

Стереоспецифический нуклеофильный синтез 2-18F-фтор-2-дезокси-D-глюкозы, [18F]ФДГ

O

H

AcO

H

AcO

OTf

H

HHOAc

OAc

O

H

AcO

H

AcO

H

H

18FHOAc

OAc

O

H

HO

H

HO

H

H

18FHOH

OH

[18F]KF/K22

2

MeCN; 900C

0,3M NaOH

400C

[18F]ФДГ

Основная радиохимическая примесь [18F]фторид (не более 5%)

23

Page 24: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

Основные этапы синтеза [18F]ФДГ

• получение 18F-фторид-иона в водной мишени циклотрона

• сорбция 18F фторида на смоле QMA и элюирование

• получение высокореакционного комплекса 18F с криптофиксом или ТБАК (удаление растворителя досуха)

• фторирование (алифатическое)

• щелочной гидролиз/снятие защиты на картридже С18

• очистка (твердофазная экстракция)

• смыв буфером (цитратный буфер)

• стерильное фильтрование (on-line)

24

Page 25: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

Особенности синтеза и анализа РФП для ПЭТ

- малый период полураспада

основного ПЭТ радионуклида – фтора-18 (110 мин) требует использования экспресс методов синтеза и анализа; - анализ препарата нужно проводить до введения пациенту

- метод радиоТСХ с детектором радиоактивности отвечает этим требованиям

Радио ТСХ сканнер фирмы raytest, Germany (установлен в ИМЧ РАН)

ТСХ – тонкослойная хроматография

25

Page 26: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

Анализ радиохимической чистоты [18F]ФДГ

методом радиоТСХ

raytest Isotopenmeßgeräte GmbH

file: FDG0305 method: F date: 03.05.07 time: 12:14:12

count time: 200 s smoothing constant: 2.0 mm HV: 850 V LL: 300 keV UL: 1000 keV

origin: 0.0 mm solvent front: 99.9 mm

mm

0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0 100.0

Cnt

s

0.0

100.0

200.0

300.0

400.0

Fluo

ride

FDG

[18F]ФДГ

raytest Isotopenmeßgeräte GmbHfile: FDG0305 method: F date: 03.05.07 time: 12:14:12 count time: 200 s smoothing constant: 2.0 mm HV: 850 V LL: 300 keV UL: 1000 keVorigin: 0.0 mm solvent front: 99.9 mm

No Name Max.Pos Pos rf_center rf_max %s

mm mm-mm %

1 Fluoride 9.5 5.0-15.0 0.10 0.10 4.22

2 FDG 48.2 38.0-62.0 0.50 0.48 95.78

Total 129.13

Sum 100.00

Rem 29.13

Comment:

• Определение примеси [18F]фторида стандартными методами обращенно-фазовой ВЭЖХ затруднительно ввиду сорбции фторида на колонке;

• Метод ТСХ рекомендован для анализа [18F]ФДГ

Американской и Европейской фармакопеей

Анализ [18F]ФДГ

в ИМЧ РАН, Ст-Петербург

26

Page 27: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

Концепция блокированного метаболизма в ПЭТ исследованиях с 18F-ФДГ

ПЭТ с ФДГ позволяет количественно определять регионарную скорость потребления глюкозы в тканях

Злокачественные клетки характеризуются более активными процессами гликолиза, что обусловлено повышенным уровнем белков, транспортирующих глюкозу (транспортеров глюкозы Глут1 1 и Глут 2), и, в большей степени, увеличением активности гексокиназы в неоплазме.

O

H

HO

H

HO

H

OH

18FHH

OH

27

Page 28: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

Низкая специфичность к опухолевым клеткам; Высокий уровень физиологического накопления в сером веществе мозга; Сложность диагностики опухолей с низкой скоростью гликолиза; Высокое накопление в очагах воспаления Высокое накопление в мочевом пузыре

Недостатки и ограничения ФДГ

Высокое накопление в очагах воспаления - наиболее частая причина ложно положительных заключений в диагностике опухолей мозга 28

Page 29: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

Приоритетные РФП на основе фтора-18 для диагностики опухолей (кроме ФДГ) программа МАГАТЭ 2009-2014 г.

Класс

радиотрейсеров

Функция/ применение

РФП Метод синтеза

Аминокислоты Транспорт АК

(опухоли мозга)

ФЭТ (FET) Нуклеофильный

прямой

Транспорт АК (нейроэндокрин.опухоли)

6-ФДОФА

(6-FDOPA)

Электрофильный прямой

Нуклеозиды Метастазы, эффективность терапии

ФЛТ (FLT) Нуклеофильный

прямой

Гипоксические агенты

Гипоксические опухоли

ФАЗА

(FAZA)

Нуклеофильный

прямой

Производные холина

РПЖ, опухоли мозга

ФМеХол

(FMeChol)

Нуклеофильный

двустадийный 29

Page 30: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

Синтез 3’-дезокси -3’-[18F]фтортимидина (FLT)

O

ONs

N

N

O

O

DMBn

DMTrO ON

N

O

OOH

H

F18

1) [18F]KF/K2.2.2, AcN, 100oC

2) NaOH 0,5%

• фосфорилируется по 5’-OH-группе тимидин-киназой TK1 • из-за наличия фтора не инкорпорируется в ДНК • накапливается в пролиферирующих клетках • применяется для выявления метастаз, в оценке эффективности лечения

AF Shields et al, Nature Medicine 1998

30

Page 31: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

Алифатическое нуклеофильное фторирование: синтез 18F-фтороазомицин арабинозида (18F-FAZA)

• гипоксия характеризуется дефицитом кислорода; • гипоксические клетки опухоли обладают повышенной (3-5 раз) резистентностью к радиотерапии; 18F-FAZA накапливается в гипоксических клетках; • недостаток: высокий уровень неспецифического связывания

18F-FAZA: гипоксический агент

O

CH2

TsO

OAc

AcO

N

N

NO2

O

CH2

F18

OH

OH

N

N

NO21) [18F]KF/K2.2.2, DMSO

2) NaOH

Piert et al, J Nucl Med 2005

31

Page 32: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

Ароматическое нуклеофильное фторирование:

• нуклеофильная атака по атому углерода в sp2 конфигурации (в положении «уходящей» группы);

• обязательно наличие активирующей (EWG) –группы в орто- или пара-положении;

• EWG-грппы: CHO, CN, COOR, NO2;

• «уходящие группы» (LG): NO2, Br, I, Cl, N+Me3

• реакции протекают в апротонных полярных растворителях;

• высокий выход достигается при температуре 160-180оС за 20-30 мин;

32

Page 33: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

N

X

N

F18

K[18F]F/K2CO3 - K222

DMSO

X=I, Cl, NO2, N(Me)3+ TfO-

Dolle et al, 2004

Введение метки в [18F]фторгетероарены методом прямого нуклеофильного фторирования

33

Page 34: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

Ароматические аминокислоты: выбор метода синтеза зависит от положения метки

NH2

COOH

F18OH

NH2

COOH

OF

18

Coenen et al. J Nucl Med (1989) 30:1367

Электрофильный синтез

Нуклеофильный синтез

Wester et al. J Nucl Med (1999) 40: 205

2-[18F]фтор-L-тирозин O-(2’-[18F]фторэтил)-L-тирозин

Прямое введение метки в ароматический фрагмент АА невозможно 34

Page 35: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

Методы получения [18F]фторэтил тирозина (ФЭТ)

18F-фторалкилирование Прямое нуклеофильное

фторирование

TsOOTs

TsOF

18

NH2

COO-

OF

18

[K+/2.2.2.] 18F-

AcN, 90oC

Tyrosine

(di-Na-salt)

DMSO, 90oC

BrOTs

BrF

18

NH2

OF

18 COOH

NH2

COOH

OH

[K+/2.2.2.] 18F-

o-DCB, 110oC

DMSO, NaOH, 100oC

Wester et al., J Nucl Med 1999

Гомзина НА и др. Радиохимия 2006

NH2

OF

18

O

OH

HN

OTsO

O

O

PhPh

Ph

1) Bu4N+ 18F-

2)TFA

Hamacher, Coenen Appl Rad Isot 2002

OTsO

H

O

O

Ni N

N

N

HO

Ph

NH2

O

F18

O

OH

1) Bu4N+ 18F-

2) 0,5M HCl

Krasikova et al., Bioorg. Med. Chem., 2008 35

Page 36: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

Прямое введение метки в сложные ароматические субстраты: синтез 18F-MPPF

NN

OCH

N

N3

O

NO2

NN

OCH

NN

O

F18

3K[18F]F/K2CO3 - K222

ДМСО, 140оС, 20 мин

18F-MPPF – радиолиганд для визуализации 5HT1a рецепторов (серотонинергическая система, используется в иссл. депрессии)

36

Page 37: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

Синтез 18F-флюмазенила, радиолиганда для диагностики эпилепсии

N

CH3

O

N

N

COOC2H

5

O2N

N

CH3

O

N

N

COOC2H

5

18F

[K/K2.2.2.]+/18F-

DMF, 160oC, 30 min

Ro 15-2344

Ryzhikov N. et al, Nucl Med Biol 2005

Эффективность 18F-фторирования - 60%,

DMSO, 30 мин, 180oC

Ro 15-2344 was kindly provided by Hoffmann La Roche, Basel

meta позиция уходящей группы; псевдоароматическая структура

37

Page 38: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

Многостадийный нуклеофильный асимметрический синтез 2-[18F]фтор-L-тирозина с МФ катализом S-НОБИНом

NN

N

O

Ni

O

O

H

H

NN

N

O

Ni

O

O

H

CH2

NH2

COOH

F18OH

CHO

NO2

OMe

CHO

F18OMe

CH2OH

F18OMe

CH2Br

F18OMe

F18

OMe

OHNH

2

57% HI

170oC

2-[18F]fluoro-L-tyrosine

[K/K222]+18F-, 180oC NaBH4 aq

Ph3PBr2

CH2Cl2, 5 min

CH2Cl2, NaOH, 20oC, 4 min

1 2

3

4

5

Krasikova et al., Nucl Med Biol 2004

38

Page 39: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

Нуклеофильный синтез 6-18F-FDOPA (Lemaire et al, 1994)

39

Page 40: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

6-18F-фтор-L-ДОФА - первый ПЭТ радиотрейсер для изучения допаминергической системы (1983)

40

Page 41: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

6-18F-фтор-L-ДОФА - радиотрейсер для диагностики нейроэндокринных опухолей и щитовидной железы

41

Page 42: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

Газовая мишень для получения фтора-18 в форме [18F]F2

42

Page 43: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

Недостатки метода электрофильного фторирования с использованием [18F]F2

Фторирование:

Теоретический выход 50%

Низкая удельная активность

Изотоп получают в газовой мишени; для его выделения из мишени необходимо добавление носителя (0.4% of F2)

18O(p,n)18F 20Ne(d,α)18F

Критично для токсичных соединений и рецепторных радиолигандов

Низкая производительность газовой фторной мишени

43

Page 44: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

Прямое электрофильное радиоторирование с использованием фтора-18 в форме [18F]F2

[18F]F2 - высокореакционный реагент с низкой селективностью

44

Page 45: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

Стереселективный электрофильный синтез – реакции деметаллирования

Метка фтор-18 вводится в конкретное положение молекулы

45

Page 46: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

Стереоселективный электрофильный синтез 6-18F-фтор-L-ФДОФА с использованием [18F]F2

• Namavari et al. Appl Rad Isot 1992

• E.F.J. De Vries et al, Appl Rad Isot, 1999

• высокая стереоспецифичность (>99 % L-изомера); • коммерчески доступный станнильный прекерсор (АВХ); • автоматизация с помощью модуля TracerLab FX FE; • Радиохимический выход: 33+4% (EOB)

OBoc

BocO

Sn(CH3)3

EtOOC

NH

R

OBoc

BocO

F18

EtOOC

NH

R

OH

OH

F18

NH2

HOOC

R = Boc, CHO

[18F]F2

CHCl3

HBr

130oC, 10 мин

46

Page 47: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

Стадии синтеза 6-18F-фтор-L-ДОФА методом электрофильного фторирования

• Время облучения неоновой мишени 150 мин.; ток 40 мкА; получают 8.95 ± 0.61 GBq

(n = 15);

• Улавливание в 10 мл фреона, содержащего 60 мг прекерсора при -20оС;

• Реакция: 30оС, 4 мин, удаление фреона в вакууме при 50оС;

• Снятие защиты: 2.0 ml, 47% HBr, 130оС, 10 мин;

• Охлаждение до 70оС, частичная нейтрализация добавлением 1.3 мл 25% раствора NH4OH;

• Разбавление фосфатным буфером перед ВЭЖХ очисткой;

• ВЭЖХ очистка (Nucleosil 100 C-18, 7 микрон, 16х250 мм; элюент 2% этанола в 0.05 M NaH2PO4 (pH 4-5);

• Стабилизация: фракцию продукта собирают в вайл, содержащий 100 мкл раствора (75 мг аскорбиновой кислоты в 0.6 мл 0.5 N NaOH)

47

Page 48: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. РФП на основе F–18. Лекция 3, Красикова Р.Н

Недостатки электрофильного синтеза 6-18F-фтор-L-ДОФА

• Длительное время облучения, длительное время улавливания фтора-18 в растворе прекерсора во фреоне;

• Потери радиоактивности на стадии упаривания фреона (фреон можно заменить на дейтерированный хлороформ!)

• Длительная процедура «подщелачивания» перед ВЭЖХ очисткой

•Необходимость стабилизации продукта в отношении радиолиза (добавление аскорбиновой кислоты)

• Обязательное определение высоко токсичного олова в продукте

• Большое количество (60 мг на синтез) дорогостоящего прекерсора

48