李 琳,孫 華,黃飛杰,李敏聰,張錦明

(1.昆明醫(yī)學(xué)院第三附屬醫(yī)院,云南省腫瘤醫(yī)院 PET/CT中心,云南昆明 650018;2.解放軍總醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科,北京 100853)

11C-碘代甲烷(11C-CH3I)是正電子藥物甲基化過(guò)程中不可缺少的前體,可用于合成11C-膽堿 (11C-Choline)[1-2]、11C-雷氯必利 (11C-Raclopride)[3]、11C-甲基-N-2β-甲基酯-3β-(4-碘-苯基)托 烷 (11C-β-CFT)[4]、11C- 蛋 氨 酸 (11C-ME T)[5]、11C-甲基哌啶螺環(huán)酮 (11C-NMSP)[6]等正電子藥物。但其半衰期短(T1/2=20 min),合成條件苛刻,產(chǎn)率較低,因此研究高效快速合成11C-CH3I的方法尤為必要。本工作擬針對(duì)液相法合成11C-CH3I中存在的11C-CH3I合成效率較低等問(wèn)題,利用 PET-CS-Ⅱ-IT-I11C-CH3I合成模塊,對(duì)11C-CH3I合成條件進(jìn)行優(yōu)化探討,以期為11C-正電子藥物合成提供一條高效快速的途徑。

1 主要實(shí)驗(yàn)材料

1.1 主要儀器

Sumitomo HM-10加速器:日本住友重機(jī)械工業(yè)株式會(huì)社;PET-CS-Ⅱ-IT-I11C-CH3I合成模塊:北京派特生物技術(shù)有限公司;CRC-15R活度計(jì)、Radio-TLC(放射性薄層掃描儀):美國(guó)Bioscan公司;分析型 HPLC:Alltech公司產(chǎn)品,配有UV201型紫外檢測(cè)器、RI200型示差檢測(cè)器、606 泵、626 泵、Sep-Pak C18柱;內(nèi)徑 6 mm ×12 cm反應(yīng)管:北京派特生物技術(shù)有限公司。

1.2 主要試劑

57%氫碘酸 (HI):美國(guó) Acros公司;1.0 mol/L氫化鋰鋁/四氫呋喃溶液(LiAl H4/THF):分析純,德國(guó)ABX公司;五氧化二磷:分析純,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑公司;氫氧化鈉:分析純,天津市化學(xué)試劑三廠;二甲基亞砜(DMSO):分析純,天津化學(xué)試劑公司;無(wú)水乙醇:色譜純,美國(guó)M ERCK公司。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 11 C-CH3 I的自動(dòng)化合成[7]

Sumitomo HM-10加速器質(zhì)子轟擊氮氧混合氣,利用14N(p,α)11C核反應(yīng)靶內(nèi)產(chǎn)生11CO2,能量10 MeV、束流30μA,轟擊時(shí)間30 min。靶內(nèi)生產(chǎn)的11CO2經(jīng)釋放進(jìn)入合成箱,11CO2進(jìn)入冷卻不銹鋼環(huán)(LOOP環(huán)),LOOP環(huán)浸泡在液氮中,11CO2變成干冰被捕獲于LOOP環(huán)內(nèi),然后移走液氮,LOOP環(huán)升至室溫,用40 mL/min的氮?dú)鈱?1CO2載入裝有0.2 mL 1.0 mol/L Li-Al H4/THF的反應(yīng)管中。保持40 mL/min氮?dú)鈿饬?加熱反應(yīng)管除去 THF生成復(fù)合鹽,之后冷卻反應(yīng)管,加入一定量57%的 HI,復(fù)合鹽水解生成11C-CH3OH,HI與之在同一反應(yīng)管內(nèi)立即反應(yīng)生成11C-CH3I,加熱反應(yīng)管,11C-CH3I氮?dú)廨d帶經(jīng)內(nèi)裝五氧化二磷及少量氫氧化鈉的吸附柱,再通入裝有2 mL DMSO的小瓶吸收即得。

2.2 11 C-CH3 I自動(dòng)化合成條件的優(yōu)化

2.2.1 加速器靶內(nèi)釋放11CO2速度和LOOP環(huán)釋放11CO2時(shí)間

加速器靶內(nèi)釋放11CO2的速度直接影響11CO2的捕獲,從而影響合成效率。實(shí)驗(yàn)中將11CO2廢氣管路接至活度計(jì),由活度計(jì)示數(shù)計(jì)算加速器傳輸11CO2時(shí)產(chǎn)生的廢氣量。通過(guò)自動(dòng)釋放和手動(dòng)控制釋放兩種方式,觀察釋放方式對(duì)LOOP環(huán)捕獲11CO2的影響。

11CO2從LOOP環(huán)中有效釋放至反應(yīng)管是反應(yīng)順利進(jìn)行的重要因素。將LOOP環(huán)釋放管線的廢氣置于活度計(jì)內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。以研究LOOP環(huán)釋放11CO2的時(shí)間對(duì)進(jìn)入反應(yīng)管內(nèi)放射性活度的影響。

2.2.2 化學(xué)試劑量及反應(yīng)時(shí)間

為了確定在現(xiàn)有條件下化學(xué)試劑的最佳用量,改變 1.0 mol/L LiAl H4/THF和 57%HI用量;改變除 THF時(shí)間及反應(yīng)管冷卻時(shí)間,按照2.1的步驟合成11C-CH3I,計(jì)算合成效率。

2.3 11 C-CH3 I合成效率的計(jì)算

2.3.1 加速器釋放11CO2的活度測(cè)定

將裝有一定濃度NaOH吸收液的小瓶置于活度計(jì)內(nèi),直接釋放加速器靶內(nèi)的11CO2至小瓶。此時(shí)活度計(jì)的示數(shù)即為加速器釋放的11CO2活度。保持加速器能量10 MeV、束流30μA,轟擊時(shí)間30 min。重復(fù)測(cè)定5次,取平均值。

2.3.211C-CH3I活度測(cè)定

利用 DMSO 吸收11C-CH3I。11C-CH3I模塊產(chǎn)品出口處接內(nèi)裝2 mL DMSO的小瓶,并置于活度計(jì)內(nèi),活度計(jì)讀數(shù)即為11C-CH3I產(chǎn)品活度。

由以下公式計(jì)算合成效率:

2.4 11 C-CH3 I放化純度分析

采用分析型 HPLC,以90%乙醇溶液為流動(dòng)相,流速為1 mL/min,測(cè)定11C-CH3I的放化純度。

3 結(jié)果與討論

3.1 加速器靶內(nèi)釋放11 CO2速度和LOOP環(huán)釋放11 CO2時(shí)間

3.1.1 加速器靶內(nèi)釋放11CO2速度對(duì)LOOP環(huán)捕獲的影響

加速器在靶內(nèi)直接生成氣態(tài)的11CO2,從靶內(nèi)傳到合成模塊上有兩種方式。一是自動(dòng)傳輸,即:靶內(nèi)的高壓氣體先靠靶壓將放射性傳到合成模塊上,再用高壓氮?dú)鈱⑹Ｓ鄽怏w沖到合成模塊上。二是手動(dòng)釋放,即:手動(dòng)點(diǎn)擊靶閥,使靶內(nèi)氣體依靠自身壓力傳到LOOP環(huán)上,始終控制廢氣量為 37～74 MBq,待靶內(nèi)壓力降到本底(0.1 MPa)以下,隨即合成。本研究采用內(nèi)徑為0.159 cm鋼管(LOOP環(huán))捕獲11CO2。兩種方式各進(jìn)行5次傳靶實(shí)驗(yàn)。先采用自動(dòng)傳輸。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),先傳到模塊LOOP環(huán)中的干冰被后面的高壓氮?dú)鉀_出 LOOP環(huán)進(jìn)入廢氣,使LOOP環(huán)內(nèi)放射性下降約40%,改用手動(dòng)釋放,將廢氣量控制在約55.5 MBq。結(jié)果顯示,管線內(nèi)殘留的放射性僅占5%。由此可見(jiàn)通過(guò)手動(dòng)釋放,LOOP環(huán)捕獲的11CO2提高了35%,有助于提高整體合成效率。

3.1.2 LOOP環(huán)釋放11CO2時(shí)間

移走液氮,同時(shí)將模塊內(nèi)管線由捕獲切換至釋放。LOOP環(huán)被室溫加熱,同時(shí)使用氮?dú)鉀_過(guò)LOOP環(huán),11CO2釋放進(jìn)入反應(yīng)管與試劑反應(yīng)。觀察釋放時(shí)間對(duì)反應(yīng)管內(nèi)放射性活度的影響。釋放到反應(yīng)管中的11CO2總放射性活度的測(cè)定:將裝有1.0 mol/L LiAl H4/THF的反應(yīng)管置于活度計(jì)中,保持加速器能量 10 MeV、束流30μA,轟擊時(shí)間30 min。待加速器傳靶結(jié)束后,釋放LOOP環(huán)中的11CO2至反應(yīng)管。此時(shí)活度計(jì)的讀數(shù)即為釋放至反應(yīng)管中的放射性活度。

實(shí)驗(yàn)表明,LOOP環(huán)釋放11CO2時(shí)間控制在120～140 s為宜,因此釋放時(shí)間分別設(shè)定為120、125、130、135和 140 s。每一釋放時(shí)間重復(fù)5次實(shí)驗(yàn),取平均值,結(jié)果列于表1。從表 1可知,11CO2的有效釋放是反應(yīng)順利進(jìn)行的重要因素。釋放時(shí)間短,11CO2釋放不完全,參加反應(yīng)的11CO2量少,放射性活度較低;釋放時(shí)間過(guò)長(zhǎng),由于11CO2衰變快,放射性損失過(guò)多。因此,在實(shí)驗(yàn)中,將11CO2釋放時(shí)間控制為135 s為宜。

表1 11 CO2釋放時(shí)間對(duì)反應(yīng)管內(nèi)放射性活度的影響

3.2 化學(xué)試劑量及反應(yīng)時(shí)間

3.2.1 1.0 mol/L LiAl H4/THF用量和除THF時(shí)間

11CO2釋放進(jìn)入反應(yīng)管與LiAl H4反應(yīng),Li-Al H4/THF試劑用量對(duì)合成效率的影響列于表2。合成條件:LOOP環(huán)釋放11CO2時(shí)間135 s,57%HI用量0.3 mL,加熱除 THF時(shí)間170 s,冷卻反應(yīng)管時(shí)間65 s。由表2可以看出。反應(yīng)管內(nèi)1.0 mol/L LiAl H4/THF用量與合成效率相關(guān);當(dāng)體積<0.1 mL時(shí),通入的氮?dú)鈱⑸倭恳讚]發(fā)的 THF在通入11CO2時(shí)蒸發(fā),在11CO2釋放后期,廢氣中的放射性增加很大,表明此時(shí)THF已揮發(fā)。當(dāng)體積>0.4 mL時(shí),THF不能有效去除。因此,1.0 mol/L LiAl H4/THF用量以0.2 mL為宜。

表2 1.0 mol/L LiAl H4/THF用量對(duì)合成效率的影響

THF殘留是影響親核反應(yīng)的重要因素之一,THF為堿性,其殘留在影響鹽水解的同時(shí)還影響 HI與甲醇的反應(yīng),使合成效率大大降低,甚至為零,所以應(yīng)將 THF去除。在固定 THF用量的情況下,可以適當(dāng)延長(zhǎng)加熱時(shí)間。實(shí)驗(yàn)中將除 THF的廢氣管路接至活度計(jì),則除 THF時(shí)間與活度計(jì)所示廢氣量增減相關(guān)。將合成條件固定為:LOOP環(huán)釋放11CO2時(shí)間135 s,57%HI用量0.3 mL,1.0 mol/L LiAl H4/THF用量0.2 mL,冷卻反應(yīng)管時(shí)間65 s,除 THF時(shí)間與放射性廢氣量的關(guān)系列于表3。分析表3可知,廢氣量增加過(guò)低或不增加,表明 THF仍有殘留,反應(yīng)無(wú)法順利進(jìn)行;廢氣量增加過(guò)快,則表明THF已除過(guò),并且生成了更多的11C-甲醇,從而使放射性損失,合成效率降低。實(shí)驗(yàn)中固定1.0 mol/L LiAl H4/THF用量為0.2 mL,通過(guò)控制廢氣量改變合成模塊除 THF的時(shí)間參數(shù),當(dāng)加熱除 THF的時(shí)間為170 s時(shí),廢氣量有適量增加,表明此時(shí) THF剛好除盡。因此,將除THF時(shí)間控制為170 s為宜。

表3 除THF時(shí)間與放射性廢氣量的關(guān)系

3.2.2 57%HI用量

在反應(yīng)體系中分別加入不同體積的57%HI,固定其他條件:LOOP環(huán)釋放11CO2時(shí)間135 s,1.0 mol/L LiAl H4/THF用量0.2 mL,加熱除 THF時(shí)間170 s,冷卻反應(yīng)管時(shí)間65 s。在此條件下的合成效率列于表4。HI有強(qiáng)氧化作用,能將反應(yīng)中的11C-甲醇轉(zhuǎn)化為11C-CH3I,因此其用量尤為重要,HI用量太少不利于反應(yīng)進(jìn)行,使合成效率降低,HI用量太多又會(huì)導(dǎo)致11C-CH3I難以蒸出,并且會(huì)對(duì)設(shè)備造成腐蝕。由表4可知,57%HI的用量以0.5 mL為宜,此時(shí)合成效率最高,為84.1%。

表4 不同57%HI用量對(duì)合成效率的影響

3.2.3 冷卻反應(yīng)管時(shí)間

通過(guò)改變合成模塊冷卻反應(yīng)管的時(shí)間參數(shù),固定其他合成條件為:LOOP環(huán)釋放11CO2時(shí)間135 s,1.0 mol/L LiAl H4/THF用量0.2 mL,57%HI用量0.5 mL,加熱除 THF時(shí)間170 s,合成11C-CH3I,測(cè)定合成效率,結(jié)果列于表5。表5結(jié)果表明,冷卻反應(yīng)管時(shí)間過(guò)短,反應(yīng)管溫度高,壓力過(guò)大,57%HI很難順利加入,甚至可能被夾管器卡死;冷卻時(shí)間過(guò)長(zhǎng),57%HI參加反應(yīng)延遲,生成的11C-甲醇逸出,導(dǎo)致參加反應(yīng)的11C-甲醇減少,放射性損失,合成效率下降。因此,反應(yīng)管的冷卻時(shí)間應(yīng)控制為75 s為宜,此時(shí)合成效率最高,達(dá)83.9%。

表5 不同冷卻反應(yīng)管時(shí)間對(duì)合成效率的影響

3.3 11 C-CH3 I的放化純度

采用 HPLC對(duì)合成產(chǎn)品11C-CH3I進(jìn)行分析,結(jié)果示于圖 1。由圖 1可知,11C-CH3I的TR=4.0 min。由 Alltech公司 All Chrom Plus軟件計(jì)算得出,11C-CH3I的放化純度>99%。

圖1 11 C-CH3 I的 HPLC分析

4 結(jié) 論

利用優(yōu)化后的條件,經(jīng)過(guò)10批次實(shí)驗(yàn),11CCH3I的合成效率為85%±2.3%,放化純度大于99%。研究結(jié)果表明,優(yōu)化后的工藝更適合現(xiàn)有條件下的合成,有效提高了11C-CH3I的合成效率,基本上滿足了PET/CT中心11C正電子放射性藥物的供應(yīng)。

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