Синтез биологически активных соединений, меченных короткоживущими радиоактивными изотопами, -

диагностических агентов для позитронной эмиссионной томографии (ПЭТ)

Р.Н. Красикова

Учреждение Российской Академии наук Институт мозга человека РАН

лаборатория радиохимии, Санкт-Петербург

ПЭТ: функциональнаядиагностика

ПерфузияПотребление кислородаПотребление глюкозы

Транспорт аминокислотРецепторные взаимодействия

Методы томографии• Рентгеновская компьютерная (КТ)

• Магнитно-резонансная (МРТ)

МорфологияАнатомия

1979: нобелевская премия за создание метода томографии

Hounsfield and Cormack

Transmitted

Absorbed

Scattered

Detector

Tube

Принцип методов КТ и МРТ (medical imaging)

KT

МРТ

Совмещенный ПЭТ-КТ- сканер GEMINI-TF (производство фирмы Philips, ИМЧ РАН, 2008)

ПЭТ-КТ позволяет соотносить ПЭТ изображение с анатомической структурой (КТ) с использованием одного и того же математического аппарата для реконструкции изображения

• ПС: Планарная гамма сцинтиграфия

• ОФЭКТ: Однофотонная эмиссионная компьютерная томография

• ПЭТ: Позитронная эмиссионная томография

Радионуклидная диагностика

(ядерная медицина - nuclear imaging)

Методы отличаются типом используемых радионуклидов, способом регистрации излучения и способом обработки данных

Основа радионуклидной диагностики (ядерной медицины) - концепция радиотрейсера

Georg Hevesy -Нобелевская премия 1943 г.

Использование меченых соединений (радиофармпрепаратов) в изучении физиологических и биохимических процессов in-vivo

....Использование изотопов в качестве проб (радиоактивных индикаторов) для исследования химических процессов....

Основные характеристики радионуклидов

~Тип распада

Энергия излучения

Период полураспада T1/2

Постоянная распада λ =0.693/T1/2

А = Ao e- λt

Единицы измерения радиоактивности

Беккерель (Бк) - 1 распад/сек

Кюри (Ки) -3.7 х 1010 распад/сек

МиллиКюри (мКи) - 1мКи = 37 МБк

Радиоактивный распад: виды излучений

• альфа• бета• гамма• К (E) - захват• изомерный переход

ПОЗИТРОННЫЙ РАСПАД: нейтронодефицитные радионуклиды

p+ n + + + ~

Аннигиляция с

электроном

Процесс аннигиляции сопровождается образованием двух гамма-квантов с энергией 511 кэВ, разлетающихся под углом около 180о, регистрируемых внешней системой детекторов,

объединенных в кольца томографа

ПЭТ: принцип регистрации - электронная коллимация

• ПЭТ радиотрейсеры: биологически активные молекулы, меченные короткоживущими изотопами позитронным типом распада

• Распределение радиотрейсера в органах и тканях детектируется с помощью ПЭТ сканнера в виде ПЭТ изображения

• Если два детектора одновременно зарегистрируют сигнал, можно утверждать, что точка аннигиляции находится на линии, соединяющей детекторы. После реконструкции накопленных данных получается псевдотрехмерное (разделенное на трансаксиальные, т.е. параллельные плоскостям колец датчиков срезы) изображение накопления трейсера. Толщина среза, а также минимальная величина элементарной точки изображения (пиксела) зависят от геометрических размеров и плотности упаковки датчиков ПЭТ-камеры.

Основные циклотронные ПЭТ радионуклиды

15O 13N 11С 18F

2,04 мин 9,96 мин 20,4 мин 109,8 мин

Радиотрейсеры на основе фтора-18 могут поставляться в ПЭТ центры, не имеющие собственного циклотрона и радиохимии

Основные ядерные реакции получения ПЭТ радионуклидов

Ядерная Облучаемый Химическая Носитель

Реакция материал форма

_________________________________________________15О 14N(d,n)15O природный азот 15О2 +

15N(p,n)15O азот-15 15О2 +

13N 16O(p,α)13N Н2О 13NОх -

Н2О+EtOH 13NH3 -

11C 14N(p, α)11C N2 (следы О2) 11CО2 -

14N(p, α)11C N2 + Н2 (5%) 11CН4 -

18F 18O(p,n)18F 18O-Н2О 18F - -

18O(p,n)18F 18O-О2 газ 18F-F2+

20Ne(d,α)18F Ne + F2 (2%) 18F-F2 +

Современные медицинские циклотроны:ускорение отрицательных ионов (Н-, d-);средние энергии (10-19 МэВ)

PETtrace (GEMS)

Cyclon 18/9, IBACC-18/9

НИИЭФА им. Д.В.Ефремова

Настольный циклотрон (micro accellerator, H+)

E = 7.5 MeV

I < 5 µA

Target volume 75 µL

1 mCi [18F]fluoride/min

Microchip technology for the synthesis of FDG

”Dose on demand”

Photo is kindly provided by L. Nutt, ABT Molecular Imaging, USA

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 циклотронных ПЭТ радионуклидов

• 11С, 13N, 15О - изотопы биогенных элементов;

• 18F замещает гидроксильную группу

На основе этих изотопов может быть получено огромное число радиотрейсеров;

Единственное ограничение -возможности радиохимического синтеза

Изотоп T1/2 Вид рас-пада, %

Энергия фотонов, кэВ

Основной метод полу-чения

Приме-нение

68Ga 68 мин +(89)

EC (11)

511 68Ge/68Ga generator

Меченые пептиды

82Rb 75 сек +(95)

EC (51)

511 777

82Sr/82Rb generator

82RbCl (перфузия миокарда)

124I 4.2 дн +(23)

EC (77)

511 603 1691

124Te(p,n)124I Меченые белки, ан-титела

64Cu 12.7 час +(17)

EC (44)

-(39)

511 1346

64Ni(p,n)64Cu Меченые белки

Перспективные ПЭТ радионуклиды

Преимущества использования ПЭТ –радионуклидов

• Благодаря малому периоду полураспада используемых радионуклидов (2-120 мин) ПЭТ обладает самой высокой чувствительностью из всех известных методов медицинской визуализации;

• вводимая доза (185 МБк) существенно ниже, чем в ОФЭКТ;

• высокая разрешающая способность ПЭТ (3 - 6 мм) обусловлена малым пробегом позитронов в ткани;

• биоспецифичность метода ПЭТ определяется использованием «истинных» меченых аналогов биологически активных соединений;

• введение радиотрейсеров высoкой мольной активности (до 100 Ки/ µМоль, вводимая масса pM) не вызывает фармакологического или токсического эффекта

• ПЭТ, в отличие от ОФЭКТ, дает количественные характеристики процессов

15O

13N

11C

18F

ПЭТ ОФЭКТ МРТ

• Разрешение (spatial) 3 мм 7 мм < 1 мм

• Разрешение (time) сек мин миллисек

• Чувствительность pM pM mM (MРС)

• Количественная да (да?) нет

информация

ПЭТ и другие методы томографии

Получение радионуклида в

мишени циклотрона

Дозирование (185 МБк 18F)

Этапы синтеза радиотрейсера для ПЭТ

• Синтез радиотрейсера• Очистка методом ВЭЖХ• Анализ • Получение в стерильной инъекционной форме

Доставка в горячие камеры

• Исходная радиоактивность: 0.5 - 15 Ки

• Время синтеза: максимум 2-3 часа

• Масса: пико- нано моли в 1-5 мл раствора

• Экспресс анализ продукта: ВЭЖХ, ТСХ с детекторами по радиоактивности; LC-MS

• Полная автоматизация синтеза, надежность, воспроизводимость

• Высокая радиохимическая, радионуклидная, химическая чистота, стерильность и апирогенность, GMP производство

Особенности синтеза РФП на основе 18F: радиохимия и радиофармацевтика

ПЭТ - наиболее сложная и дорогостоящая технология

• дорогостоящее оборудование: циклотрон, горячие камеры, модули синтеза, сканнер;

• проведение синтеза и анализа в жестких временных рамках и в соответствии с графиком ПЭТ исследований;

• высокая стоимость клинической дозы РФП;

• сложность интерпретации ПЭТ изображений для получения количественных характеристик процессов

• нехватка специалистов высокой квалификации, прежде всего радиохимиков и радиофармацевтов

Современная лаборатория ПЭТ радиохимии (Каролинский Институт, Стокгольм)

• соблюдение требований GMP требует огромных финансовых вложений

• GMP - Good Manufactiring PracticeНПП - надлежащая производственная практика - теперь и в России....

Создание ПЭТ центра: ПЭТ циклотрон и радиохимическая лаборатория (расходы, USD)

Помещения

Циклотронный зал 1.7-2.8 млн.

Лаборатория для синтеза FDG 0.7 млн.

Лаборатория контроля качества 1.4-2.5 млн.

Оборудование

Циклотрон 10-19 МэВ 1.3-2.5 млн.

Горячая камера (за 1 шт.) 0.2-0.4 млн.

Модуль синтеза (за 1 шт.) 0.1-0.15 млн.

Система радиомониторинга 0.2 млн.

Аналитическое оборудование (QC) 0.25 млн.

Cyclotron Produced Radionuclides: Guidelines for Setting Up a Facility, IAEA, TRS 471, 2009

ПЭТ в 21 веке: стремительный рост

• Огромная клиническая значимость ПЭТ с ФДГ для онкодиагностики;

• Внедрение гибридной технологии ПЭТ-КТ (2001 г.);

• Коммерциализация производства ФДГ; централизованная поставка в ПЭТ центры, не имеющие циклотрона и радиохимической лаборатории;

• Создание различных классов радиотрейсеров на основе фтора-18;

• Широкомасштабное производство компактных циклотронов;

• Прогресс в автоматизации синтеза РФП (18F, 11C, 68Ga);

• Доступность генераторных ПЭТ радионуклидов (68Ga, 82 Rb);

• Финансовые вложения в фундаментальные ПЭТ исследования фармацевтическими компаниями (Big Pharma);

• Создание ПЭТ сканнеров высокого разрешения ( 1 мм) для исследований малых животных (Animal PET);

O

H

HO

H

HO

H

OH

18FHH

OH

ПЭТ в России - планируется создание 90 ПЭТ центров!

ЦНИРРИ 2000

ВМА 2003

ИМЧ РАН 1990

ЦКБ 2003

Госпиталь им. Бурденко

2007 (?)

НЦССХ им. Бакулева

2001

Челябинск 2010 (?)

18F-ФДГ – основной РФП для ПЭТ диагностики опухолей

Нейрология 1282 (3,8%)

Кардиология 326 (1,0%)

Прочее 52 (0,2%)

Онкология 31989 (95,1%)

Kuwabara et al. Ann Nucl Med 2009, 23: 209-215

O

H

HO

H

HO

H

OH

18FHH

OH

2-18F-фтордезокси-D-глюкоза, радиотрейсер гликолиза

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 Глут2), и, в большей степени, увеличением активности гексокиназы в неоплазме.

• выявление и определение локализации первичных

опухолей; • определение стадии опухоли (grading) ;• поиск метастазов и продолженного роста;• мониторинг терапии;

• дифференциация радиационного некроза и метастазов

Клинические ПЭТ исследования с 18F-ФДГ

Оценка жизнеспособности миокарда

Локализация эпилептического фокуса

Дифференциация болезни Альцгеймера от других типов деменций

[18F]F-

18F(CH2)X

18F(Ar)X

Прямое введение метки

через синтоны

[18F]AсOF

ПЭТ трейсер

[18F]F2Прямое введение метки

SN2

SNAr

SEAr

без носителя

с носителем

Методы введения фтора-18 в молекулы

Электрофильный

Нуклеофильный

[18F]F2

ПЭТ трейсер

через синтоны

Для реакций нуклеофильного замещения используют [18F]фторид, получаемый при облучении водной мишени циклотрона

Вода-18О - обогащение 97%Объем мишени 1-2 млТок пучка 18 - 60 мкА (протоны 18 МэВ)Время облучения - 60-90 мин

Выделение [18F]фторида из облученной воды для использования в реакциях 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 (картриджи SepPak QMA Light, Waters)

3. Электрохимическое выделение

• отсутствие воды

• присутсвие анионов основной природы (e.g. CO3

2-) для предотвращения потерь в видеH18F

• Присутствие мягких катионов (K+, Cs+, Rb+) и катализаторов фазового переноса

• реакции в полярных апротонных растворителях

Основные требования к проведению реакций нуклеофильного замещения с участием

[18F]фторида

Комплекс аминополиэфир –K2CO3 применяется наиболее часто благодаря хорошей растворимости и слабому образованию ионных пар с 18F¯

Coenen. et al, 1989Kilbourn et al, 1990

18F-

[K/K2.2.2]+18F-

Нуклеофильное замещение n.c.a. 18F-фторидом –наиболее распространенный метод синтеза РФП

C X

C18F

SN2

Y

18F

SNAr

X: I, Br, OTf, OTs, OMs Y: -N(Me)3+OTf-; Br, Cl, F, NO2,

EWG: HCO, NO2, CN

EWG

EWG

n.c.a. – no carrier added

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)

Cтереоспецифический нуклеофильный синтез [18F]ФДГ

O

H

AcO

H

AcO

OTf

OAc

HHH

OAc

O

H

HO

H

HO

H

OH

18FHH

OH

1) [18F]KF/K222 or [18F]TBAF

AcN, 100o C

2) OH- or H+

FDG

Hamacher et al. 1986Fuchtner 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

Исходные вещества (прекерсоры) и стандарты для синтеза и анализа (QC) [18F]ФДГ

Стандарты для идентификации [18F]ФДГ и возможных примесей

• 2-фтор-2’-дезокси-D-глюкоза (ФДГ)

• 2-хлор-2’-дезокси-D-глюкоза

• D-манноза (ФДМ)Трифлат маннозы - прекерсор для синтеза [18F]ФДГ

Е.П. Студенцов, О.В. Пискунова, М.Б. Ганина, А.А. Гуляева, В.В. ОрловскаяСанкт-Петербургский государственный технологический институт

(Технический университет)

МОДИФИЦИРОВАННЫЕ СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ИДЕНТИФИКАЦИЯ ФТОРУГЛЕВОДОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В ПОЗИТРОННОЙ ЭМИССИОННОЙ ТОМОГРАФИИ (ПЭТ) (2009)

OOAc

CH2OAc

OAc

OAc

O

SO2CF

3

FASTLab, GE Healthcare250 000 Евро

Цена одноразовой кассеты300 Евро

Synthera, IBA

Коммерциализация синтеза 18F-ФДГ: производство в автоматизированных модулях кассетного типа

Микрореакторные технологии – новый подход к автоматизации синтеза РФП для ПЭТ

Microfluidics from ADVION, USA

В течение 5 лет все еще не решена проблемы «стыковки» микросинтеза (микролитры) с большими объемами мишеней циклотрона (миллилитры) и очисткой методом ВЭЖХ; при высоких активностях возможен радиолиз

Низкая специфичность к опухолевым клеткам;

Высокий уровень физиологического накопления в сером веществе мозга;

Низкая контрастность изображения опухолей мозга;

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

Основные классы РФП на основе фтора-18 для ПЭТ диагностики опухолей (кроме FDG)

Аминокислоты (2-FTYR, FET, 6-FDOPA) – транспорт аминокислот;

Нуклеозиды (FLT, FNBG) – степень пролиферации клеток, мониторинг генной терапии;

Нитроимидазолы (FMISO, FAZA) - гипоксия;

Меченые белки (RGD), пептиды - апоптоз, ангиогенез

Синтез FLT, FMISO, FAZA, FET включает те же стадии, что и FDG, но очистка проводится трудоемким методом полупрепаративной ВЭЖХ (не в кассете). Синтез на модулях нуклеофильного фторирования (Nuclear Interface, Scintomics) требует высокой квалификации радиохимиков. Наиболее перспективными являются дорогостоящие системы модульного типа Eckert and Zigler

Алифатическое нуклеофильное замещение. 1. Производные

нитроимидазолов для визуализации гипоксических опухолей

Lim & Berridge 1993

FMISO: [18F]фторомизонидазол: основной гипоксический

радиотрейсер для ПЭТ

K[18F]F/K2CO3 - K222N

N

NO2

OTs

OTHPN

N

NO2

F18

OH1N HCl

Недостатки:

• Высокий уровень неспецифического связывания• Контрастные изображения могут быть получены через 2-3 часа после инъекции• Отношение клетка/кровь = 1.4 через 2 часа

Алифатическое нуклеофильное фторирование: синтез 3’-дезокси -3’-[18F]фтортимидина

3’-deoxy-3’-[18F]fluorotymidine

AF Shields et al Nature Medicine 1998

- фосфорилируется по 5’-OH-группе тимидин-киназой TK1

• из-за наличия фтора не инкорпорируется в ДНК

• высокий уровень накопления в профилерирующих клетках

O

18F

HO

N

NH

O

O

ODMTrO

N

N

O

O

ONs

1) fluorination

2) deprotection

DMBn

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)

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

Радиотрейсеры на основе меченых аминокислот в диагностике опухолей мозга

определение границ опухолидифференцирование опухоли и метастаз мониторинг терапиидифференцирование опухоли и очага воспаленияопределение 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.

ПЭТ с аминокислотами в исследованиях мозга (ИМЧ РАН, 2008 г.)

• L-11C-MET: 75%

• 18F-ФДГ: 24%

• 15O-H2O: 1%

L-11C-MET: >99% всех исследований опухолей

T1/2 = 20.4 min

ПЭТ камера: PC 2048-15B SCX (для мозга)

Общее число пациентов в 2008 г: 1080

S COOH

NH2

11CH3

Диагностика продолженного роста глиомы с 11С-метионином

(слайд предоставлен Т. Скворцовой, ИМЧ РАН, Ст.-Петербург)

ИН=2,0 ИН=1,6

МРТ ПЭТ-МЕТ

По МРТ – состояние после комбинированного лечения глиобластомы без признаков прогрессии опухоли

Высокое накопление МЕТ четко контурирует рост опухоли в глубокие структуры левого большого полушария

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

18F-фторированные производные тирозина как альтернатива 11С-метионину

NH2

COOH

F18OH

NH2

COOH

OF

18

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

Электрофильный синтез Нуклеофильный синтез

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

Требования к «идеальному» методу синтеза18F-фторированных аналогов аминокислот

• Нуклеофильный метод введения метки фтор-18• Прямое введение метки фтор-18• Доступность прекерсора • Минимальное число стадий синтеза• Минимальное время синтеза (60-80 мин)• Возможность автоматизации в современном модуле• Высокий радиохимический выход• Получение конкретной энантиомерной формы аминокислоты (энантиомерная чистота не менее 95%)

2-[18F]фтор-L-тирозин

~ 21% РХВ

Hess et al., Appl Rad Isot 2002

Электрофильный синтез 2-[18F]фтор-L-тирозина

NHBoc

COOEt

SnMe3

BocONH

2

F18

COOH

OH

1) [18F]F2

2) deprotection

Электрофильное фторирование на основе [18F]F2

Фторирование: теоретический выход 50%

Низкая мольная активность

Газовая мишень, добавление носителя для выделения радионуклида (0.4% F2)

18O(p,n)18F 20Ne(d,α)18F

• Низкая исходная активность

(Max 0.5 - 1 Ки за 2 часа облучения)

• Сложный протокол облучения

Нуклеофильный асимметрический синтез2-[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

Асимметрический синтез 2-[18F]фтор-L-тирозинас межфазным катализом S - НОБИНом

Krasikova et al., Nucl Med Biol 2004

• Время синтеза - 120 мин

• Радиохимический выход 25% (с поправкой на радиоактивный распад)

• Радиохимическая чистота >99%

• Энантиомерная чистота >96%

• Роботизированная технология (Anatech RB 86 laboratory robot)

Нуклеофильный синтез O-(2’-[18F]фторэтил)-L-тирозина методом 18F-алкилирования

Wester et al., JNM 1999Промежуточная очистка алкилирующего агента

методом ВЭЖХ

TsOOTs

TsOF

18[K+/2.2.2.] 18F-

AcN, 90oC

Tyrosine

(di-Na-salt)

DMSO, 90oC

NH2

COO-

OF

18

Прекерсоры для синтеза 18F-ФЭТ методом прямого нуклеофильного фторирования

Hamacher&Coenen Appl Radiat Isot

2002, 57, 853

NHOTsO

O

O

Ph

Ph

Ph

O

O

NH

O

OO

TsO

O

O

CH3

NHBocO

TsO

Wang H-E et al. Nucl Med Biol. 2005,32, 367

Wang M-V et al. Nucl Sci Tech 2006, 17, 148

Available from ABX

Асимметрический метод синтеза ФЭТ в ИМЧ РАН

• Krasikova et al. Bioorg Med Chem (2008) 16: 4994

Прекерсор, Ni(II) комплекс основания Шиффа (S) -[N-2-(N’-бензилпролил)амино] бензофенона (BPB) с алкилированным (S)-тирозином был предложен в ИНЭОС РАН, Москва, Ю.Н. Белоконь, В.И. Малеев и др.

OXO

H

O

O

Ni N

N

N

HO

Ph

NH2

COOH

OF

18

1) Bu4N+ 18F-

2) 0,5M HCl

or

K/K2.2.2.+ 18F-

X = Tos, Ms, Tf

Синтез прекерсора Ni-(S)-BPB-(S)-Tyr-OCH2CH2OTs

Synthesis was developed at the INEOS RAS, Moscow (Yu N Belokon, V Maleev)

Published in: Krasikova et al, Bioorg Med Chem 2008,16, 4994

OH

H

O

O

Ni N

N

N

HO

Ph

OOH

H

O

O

Ni N

OTsO

H

O

O

Ni N

KOH, Bu4N+ I-

benzeneClCH2CH2OH

CH2Cl2, Et3N

TsCl, 0oC RT

Ni(NO3)2x6H2O +

BPB + (S,R)-Tyr

MeOH, MeONa,

reflux 1h

Контроль за протеканием синтеза ФЭТ методом радиоТСХ

raytest Isotopenmeßgeräte GmbH

file: FET4031 method: F date: 01.01.97 time: 00:13:25

count time: 200 s smoothing constant: 1.0 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

1000.0

2000.0

3000.0

4000.0

F

Fcom

raytest Isotopenmeßgeräte GmbH

file: FET4032 method: F date: 01.01.97 time: 00:56:17

count time: 200 s smoothing constant: 1.5 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

Fcom

FE

T

raytest Isotopenmeßgeräte GmbH

file: FET4033 method: F date: 01.01.97 time: 01:09:01

count time: 200 s smoothing constant: 3.0 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

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

100.0

110.0

120.0

FE

T

18F-фторирование в ДМСО, 160oC

Реакционная смесь после гидролиза

18F-ФЭТ после очистки методом твердофазной

экстракции

18F-FET

Ethylacetate/CHCl3/CH3COOH : 4/1/1

N-butanol/CH3COOH/EtOH/H2O : 4/1/1.6/0.5

Анализ радиохимической и энантиомерной чистоты 18F-ФЭТ методом радиоВЭЖХ

FET after SPE purification (Nucleosil

LC18), registration by two detectors

det UV 254, 0.05 AUFS

Radioactivity det

FET standard dissolved in HPLC eluent, (Nucleosil

LC18), det UV 254, 0.05 AUFS

Freshly prepared

Stored 3 weeks in refrigerator

FET enantiomeric purity (Crownpak Daicel),

radioactivity det

R.N. Krasikova, O.S. Fedorova, O.F. Kuznetsova, M.A.Stepanova, H.J. Wester. Eur J Nucl Med Mol Imag.(2008) 35 (Suppl 2) S326

Nickel content: 0.001 ppm (approx. 0.01 µg Ni/10 mL solution; typical mean human plasma concentration 2-5 µg/L).

Автоматизация синтеза 18F-ФЭТ и очистка методомтвердофазной экстракции В ИМЧ РАН

hotBox1, Scintomics, Germany

Сравнение МРТ (А), ПЭТ с L-11C-метионином (В) и 18F-FET (С)

Слайд предоставлен проф. H.J. Wester, Munich, Germany

Синтез 4- [18F]фторглутаминовой кислоты методом

прямого нуклеофильного фторирования

Совместный проект ИМЧ РАН, ИНЭОС РАН (Москва), Bayer Shering Pharma, Berlin Перспективный РФП для

диагностики мелкоклеточного рака легкого

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

Рецепторные радиолиганды для исследований допаминергической системы

Hammoud D A et al. Radiology 2007; 245:21-42

ПЭТ трейсеры:

• 6-[18F]FDOPA (DA)

• [18F]FECNT (DAT)

• [11C]PE2I (DAT)

• [11C]raclopride (D2)

• [11C]SCH 23390 (D1)

ОФЭКТ трейсеры

123I-DaTSCAN (DAT)

Клиническое применение: диагностика болезни Паркинсона

ПЭТ изображения мозга с 11C-раклопридом до (слева) и после (справа) введения препарата арипипразол при дозе 30 мг/д, 14 дней

Hammoud D A et al. Radiology 2007;245:21-42

©2007 by Radiological Society of North America

Химия углерода-11

14N(p, α)11C11CО2

11CН4

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

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

Animal PET: высокая разрешающая способность (1 мм) использование генно-модифицированых мышей модели различных заболеваний на мелких животных

Рецепторные ПЭТ исследования в разработке новых лекарственных средств

Модель болезни Паркинсона, ПЭТ с 18F-FECNT

контроль MPTP 2x15 мг/кгMPTP 2x15 мг/кг

Nurr1 активатор 10 мг/кг

S. Ametamey,2005

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

Амилоидные

бляшки

Нейрофибрил-лярные клубки

1950 1980 2000 2020

Старые Молодые

Старение населения (прогноз по США)

Source: U.S. Census Bureau

Рост числа больных болезнью Альцгеймера

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

• Аналог тиофлавина

• Предложен в Университете Питтсбурга

• Клинические испытания – Уппсала ПЭТ центр и многие другие

• Патент фирмы «Амершам»

N

SNH11CH3

HO

Klunk et al, Ann Neurol 2004

Синтез [11C]PIB – рецепторного радиолиганда для визуализации бета-амилоидов у больных АЗ

[11C]PIB специфично связывается с амилоидным бета-протеином

ПЭТ с [11C]PIBпозволяет выявлять локализацию амилоидных бляшек и их плотность

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

Pathophysiology biomarker for AD[11C]NAPD binding to amyloid in the human brain

Alzheimer Patient Healthy Control

Horizonta

lS

agitta

l

Summation images showing uptake between 7 and 90 minutes, corrected to 300MBq injected

0

50

100

150

Slide from Prof. C.Halldin, KI Sweden: Nyberg et al., EJNMMI (2009)

Лучше чем 11C-PIB!

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 ОФЭКТЧисло ПЭТ трейсеров крайне невелико

Автоматизированный модуль для получения ацетата-11С

1-11С-ацетат получают реакцией 11СО2 с СH3MgСlc 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

Синтез 4-18F-фторбензилтриарилфенилфосфониего иона (18F-FBnTP)

Ravert HT, Madar I, Dannals RF. Radiosynthesis of 3-[18F]-fluoropropyl and 4-[18F]-fluorobenzyl triarylphosphonium ions. J Labelled Compds Radiopharm. 2004;47:469–475.

(CH3)3N CHO F

18CHO

F18

CHO F18

CH2OH

F18

CH2OH F

18CH

2Br

F18

CH2Br P

P

F18

18F-heat

+

+heat

3

3

+

NaBH4

Ph3PBr2

(1)

(2)

(3)

(4)

+

Радиотрейсеры для оценки работы симпатической нервной системы сердца: ОФЭКТ и ПЭТ

В ОФЭКТ более 30 лет эффективно применяется 123I-MIBG меченные углеродом-11 аналоги норэпинефрина практически не используются из-за малого периода полураспада углерода-11 Синтез 18F-аналогов норэпинефрина слишком сложный

Многостадийный нуклеофильный синтез (1R,2S)-4-[18F]фторметараминола с разделением изомеров хиральной ВЭЖХ

OH

F18

NH2

OH

4-[18F]FMR

(1R,2S)

Langer et al., Bioorg Med Chem 2001, 9, 677-694

ПЭТ: перспективы развития

ПЭТ диагностика опухолей будет включать спектр радиотрейсеров для оценки процессов метаболизма, транспорта аминокислот, степени пролиферации, уровня гипоксии, процессов ангиогенеза

Возрастет роль этих исследований в разработке новых технологий лечения рака, например, антиангиогенезной терапии;

Фармацевтические фирмы будут включать ПЭТ исследование как обязательное на стадии доклинических испытаний новых лекарств

Рецепторные ПЭТ исследования перейдут из академической сферы в клинику

Возможно будет разработана гибридная технология ПЭТ-МРТ Внедрение микро реакторных технологий позволит упростить синтез

основных РФП и расширить применение метода в центрах, где нет сильных радиохимических лабораторий

Увеличится спрос на генераторные радионуклиды

Федорова Ольга СталлитовнаГомзина Наталья АнатольевнаКузнецова Ольга ФедоровнаОрловская Виктория ВладимировнаКрасикова Раиса Николаевна

Лаборатория радиохимии ИМЧ РАН

Лаборатория радиохимии ИМЧ РАН