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PET 薬剤の製造の基礎-アミロイド薬剤等を作るために必要な知識-
東京都健康長寿医療センター研究所豊原 潤
施設認証の対象となる PET 薬剤
[18F]FDG [11C]Methionine [18F]NaF [13N]Ammonia [11C]PiB [18F]Florbetapir ([18F]AV-45) [18F]Flutemetamol ([18F]GE067)
[18F] 標識薬剤合成に必要な基礎知識
florbetapir（18F） フルテメタモル（18F）
添付文書 添付文書
19F濃度(比放射能) ≤5.0μg/mL ≤2.00μg/mL*
化学的異物 個々 ≤0.25μg/mL 合計 ≤0.50μg/mL
フルテメタモルと類縁体 ≤6.00 μg/mL
放射化学的純度放射化学的異物
≥90% 個々の異物 ≤5%
≥93.0% 最大の異物 ≤3.0%
エタノール 8-12% 3.5-10.0%
残留溶媒 DMSO≤5000ppm MeCN410ppm
MeOH≤3000 μg/mL MeCN≤410 μg/mL
[18F]標識Aβイメージング剤品質規格：抜粋
*GEH121015含む
比放射能�
理論比放射能：63,000 GBq/μmol 実測値：[18F]FES (TMIG) = 100 GBq/μmol（理論値の≤1/500） 比放射能の低下：投与薬物量の増大を生じ、有効性と安全性に影響する 比放射能の低下：放射化学的収率の低下�
比放射能の低下：非放射性副生成物の生成�
SpecifcActivity =Radioactivity(Bq)
Mass(moles)
Molecules of 18F
Molecules of 18F + 19F
[18F]Aβイメージング剤では不純物も含めた19F体の規格値が定められ、毎回検定することになっている。
比放射能の低下
ターゲット水：19F = 1-4 nmol/0.5 mL 照射後：19F = 6-24 nmol/0.5 mL CsCO3 添加：19F = 28 nmol/0.5mL (18F:19F = 1:80) Product：37-222GBq/μmol (18F:19F = 1:240-1700)
Lasne MC et al. Chemistry of β+-emitting compounds based on fluorine-18. In: Topics in Current Chemistry, 2002; Vol.222.
比放射能に影響を与える要因
照射時間、電流値、照射量 ターゲット由来：19F以外に陽イオンや陰イオンの混入も標識合成に影響を与える
Solin O et al. Appl Radiat Isot 1988; 39:1065-1071
Dose vs. S.A.
0 10 20 30 400
50
100
150
S.A.
Dose (mC)
Solin O et al. 1988 Table 1. をもとに作図
19Fの混入源
材料：テフロンチューブ等の放射線分解に由来 試薬、QMA等に由来
Barridge MS et al. J Label Cmpd Radiopharm 2009; 52:543-548 Lu S et al. Curr Radiopharm 2009; 2:49-55
テフロンチューブなし：925-1887 GBq/μmol テフロンチューブあり：22 GBq/μmol
試薬からの混入 K2CO3 = ～10nmol of 19F K222 = ～30 nmole of 19F Precursor = negligible
QMAからの混入 QMA vs. no cartridge = 185 vs. 26 GBq/μmol
[18F]標識反応の流れ：典型例�
ON
O
OON
O
O
K+
[18F]F– in H2[18O]O
N [18F]F–
ON
O
OON
O
O
K+ [18F]F–
MeCN / H2O
MeCN / H2O
ON
O
OON
O
O
K+
Protected-precursor
[18F]Labelled Protected compound
[18F]F– MeCN
• [18F]Fluoride trapping onanion exchange resin
• [18F]Fluoride released withphase transfer catalyst
• Azeotropic distillation toform “naked” [18F]Fluoride
• Addition of precursor andradiolabelling reaction
相関移動触媒�
Highly hydrated fluoride Little reactive
Soluble in organic solvents “naked”, reactive nucleophile fluoride
Alternative reagents for [18F]fluoride activation Cs2CO3 [18F]CsF TBAOH [18F]TBAF
ON
O
OON
O
O
K+ F–F–
OH
H O HH
OHH
O
HH
OH
HO
H
H
K2CO3, K222
塩基の役割
H18Fの生成を防ぐ：18Fの蒸発、放射能の減少 相関移動触媒ー18Fコンプレックス：カウンターイオン 相関移動触媒の分解�
プレカーサーの加水分解�
塩基触媒による副反応�
Base� pKb�
K2CO3 3.8 KHCO3 7.6
K+oxalate 10 H2O 14
More Basic
モル比：Kryptofix>base, ex. K222:K2CO3 = 2:1
脱離基
SO
OOF3C
SO
OOO2N
SO
OOH3C
SO
OOH3C
Leaving group Krel
Triflate (Tf) 1.4 x 108
Nosylate (Ns) 4.4 x 105
Tosylate (Ts) 3.7 x 104
Mesylate (Ms) 3.0 x 104
I- Br-
CF3CO2-
Cl-F-
p-nitrobenzene CH3CO2
-
91 14 2.1 1
9 x 10-6
5.5 x 10-6
1.4 x 10-6
Reac
tivity
求核置換反応
Transition state Inversion of Stereochemistry
OAcOAcO OAc
OAc OTfO
AcOAcO
18FOAc
OAc
Precursor Product
LG
R1 R2
R3
18F- LG
R2
R3
18FR2
R3
18F
R1R1
- LG-
求核置換反応における副反応
E2 elimination mechanism 相関移動触媒：塩基：プレカーサーの割合の最適化 塩基の選択・量の最適化 反応温度の最適化：高温で副生成物増大�
反応性の高い脱離基：脱離の副反応が生じやすい（特に高温）�
LGR3
R2H
R1
R4
18F- or other base
R3
R2R1
R4
Florbetapir (18F) の合成
N
NBoc O
OTs
3 N
NBoc O
18F
3
[K/Kryptofix]+18F-
N
HNO
18F
3N
HNO
OH
3
HCl
AV-105 N-Boc-[18F]AV-45
AV-136 [18F]AV-45
分取HPLCによる精製が必要 放射線分解に注意が必要 Yao C-H et al. Appl Radiat Isot 2010; 68:2293-2297
Liu Y et al. Nucl Med Biol 2010; 37:917-925
アスコルビン酸添加：放射線分解抑制
Fawdry RM. Appl Radiat Isot 2007; 65:1193-1201
0 mg/mL 1 mg/mL
2 mg/mL 3 mg/mL
5 mg/mL
10 mg/mL
フルテメタモル (18F) の合成
水溶性に変換された不純物 固相抽出により除去 ric H et al. WO 2011/044406 A2
N
SOON
HO
NO2
TBA18F
N
SOON
HO
NO2
N
SOON
HO
18F
+
NaOMe
AH111907
HCl N
SHONH
18F
[18F]Flutemetamol
N
SHONH
NO2
AH111832
N
SHONH
O
GEH121015
+
N
SR
HO
N
HN
R =
NH
HN O
NH
N OHO
NH
NO
N
HN
O
[18F] 標識薬剤分析の基礎メーカーが指定した合成法に定められた [18F] 標識薬剤
HPLC：グラジエント溶出法�
HPLC基礎講座 第3回HPLCの原理とシステム構成(3)日立ハイテクサイエンス http://www.hitachi-hightech.com/hhs/products/tech/ana/lc/basic/lc_course3.html/
低圧グラジエントと高圧グラジエント
化合物の同定と定量 Waters http://www.waters.com/waters/ja_JP/Identifying-and-Quantitating-Compounds/nav.htm?locale=ja_JP&cid=10049064 LC Technical Note 146 GL Science Inc. http://www.gls.co.jp/technique/lc_technical_note/146.pdf
分析法バリデーション例：[18F]Flutemetamol 製造施設に求められる
HPLC 分析法バリデーション 直線性：放射能検出器 検出限界：放射能検出器 定量限界：HPLC-UV 特異性：HPLC-UV (システム適合性試験) 直線性：HPLC-UV 併行精度：HPLC-UV
併行精度：Repeatability例：Flutemetamol (1.5 μg/mL) を３回分析
rea of flutemetamol peak Injection 1 272657 Injection 2 286460 Injection 3 281630 Average (n 3) 280249 SD (n = 3) (repeatability) 7004 %RSD (n = 3) (repeatability) Acceptance criteria: NMT 5.0%
2.5%
RSD =SD
Average×100
特異性：Specificity
例：システム適合性試験で使用する Flutemetamol
(5 μg/mL) + AH111832 (2 μg/mL) を用いて分析Blank sample (pass/fails)* pass Retention time of flutemetamol 10.398 Retention time of AH111832 10.899 Rs between flutemetamol and AH111832Acceptance criteria: resolution factor ≥1.5
2.2
*non, or just insignificant peaks, between void and 15 min
Rs = 2•tR2 − tR1W1 +W2
(USP) tR2: retention time of AH111832 tR1: retention time of flutemetamol W1: peak width of AH111832 W2: peak width of flutemetamol
直線性：Linearity
例：Reporting limit (≤ 0.3% of total peak area) からEOSの放射能濃度 (ca. 150 MBq/mL) まで
Exact. (MBq/mL)
Relative (%)
Area Hight S/N
71.04 100.00% 7049115 777864 2278.6 34.91 49.14% 3332460 368250 1078.72 17.15 24.14% 1703669 191144 559.92 8.44 11.88% 869931 100768 295.18 4.16 5.85% 431436 48388 141.74 2.05 2.88% 223086 25253 73.97 1.01 1.42% 107906 12292 36.01 0.50 0.70% 53777 6553 19.2 0.24 0.34% 32274 3966 11.62 0.12 0.17% 15670 2369 6.94 0.06 0.08% 11713 1414 4.14 0.03 0.04% 4267 748 2.19 0.01 0.02% 4897 674 1.98
Correlation coefficient, r�Acceptance criteria, r>0.99� r=0.9997 Linear range (in MBq/mL)�Report lower/upper concentration� 0.03/71.04 MBq/mL
0.E+00�
1.E+06�
2.E+06�
3.E+06�
4.E+06�
5.E+06�
6.E+06�
7.E+06�
8.E+06�
0.00 � 10.00 � 20.00 � 30.00 � 40.00 � 50.00 � 60.00 � 70.00 � 80.00 �
Are
a
Radioactivity (MBq/mL)
Y = 98464X + 6681.4
r = 0.9997
US-2000, 30k 20 μL injection
検出限界の求め方 視覚的評価 シグナル対ノイズ (3～2:1) 標準偏差と検量線の傾きに基づく方法
σの求め方① ブランク試料を測定し、バックグラウンドの標準偏差を得る② 検出限界付近の濃度の検量線から、回帰直線の残差の標準偏差 または回帰直線から推定した濃度ゼロにおける標準偏差を用いる
検出限界：Detection Limit
σ: 標準偏差 S: 検量線の傾き
DL =3.3σS
計算例：直線性のデータ 0.03～0.24MBq/mLを使用 残差のσ=1720, S=126203, DL=0.045 MBq/mL 濃度ゼロのσ=1811, S=126203, DL=0.047 MBq/mL
検出限界の求め方 視覚的評価 シグナル対ノイズ (10:1) 標準偏差と検量線の傾きに基づく方法
σの求め方① ブランク試料を測定し、バックグラウンドの標準偏差を得る② 検出限界付近の濃度の検量線から、回帰直線の残差の標準偏差 または回帰直線から推定した濃度ゼロにおける標準偏差を用いる
定量限界：Quantitation Limit
σ: 標準偏差 S: 検量線の傾き
DL =10σS
計算例：直線性のデータ 0.03～0.24MBq/mLを使用 残差のσ=1720, S=126203, QL=0.136 MBq/mL 濃度ゼロのσ=1811, S=126203, DL=0.143 MBq/mL
システム適合性試験分析システム全体が、分析法バリデーションで定められた要求範囲内であることを確認する ピークの溶出順 分離度 S/N比 シンメトリー係数 理論段数 保持時間再現性 面積再現性 検量線直線性
システム適合性試験自動計算例：LabSolution 島津製作所
GC 充填カラムとキャピラリーカラムカラムの種類 パックドカラム キャピラリーカラム 固定相 例：15% TSG-1 例：6%シアノプロピルフェニル- 94%ジメチルポリシロキサン 担体 例：SHINCARBON A ー 固定相膜厚 ー 1.8 μm 理論段数 2,000～100,000 7,500～300,000 カラムサイズ 3.2 mm × 3.1 m 0.32 mm × 30 m 試料負荷容量 10～20 μg 0.05～3.0 μg カラム材質 ガラス フューズドシリカ 注入法 直接法 スプリット法
GL http://www.gls.co.jp/technique/technique_data/basics_of_gc/p1_3.html
キャピラリーカラムの方が分離効率が高い [18F]Flutemetamol の分析ではキャピラリーカラムの使用が推奨されている スプリット法に対応した試料注入部・オートサンプラーが必要
Reading List� G. Stöckiln and V.W. Pike (Eds): Radiopharmaceuticals for PositronEmission Tomography. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht 1993 M.J. Welch and C.S. Redvanly (Eds): Handbook of Radiopharmaceuticals. Wiley & Sons, Chichester 2003 H.J. Wester: Pharmaceutical Radiochemistry (I). Scitomics, Früstenfeldbruck 2010 P.J.H. Scott and B.G. Hockley (Eds): Radiochemical Syntheses. Wiley & Sons, New Jersey 2011 G.B. Saha: Fundamentals of Nuclear Pharmacy. 6th Ed. Springer, New York 2010 T. Theobald (Eds): Sampson’s Textbook of Radiopharmacy. 4th Ed. Pharmaceutical Pr, London 2010 PCW (Eds): TEBIKI (Japanese) 5th Ed. 2015
