張曉軍，李云剛，劉 健，張錦明，田嘉禾

(中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院 核醫(yī)學(xué)科，北京 100853)

18F-FDG是目前臨床應(yīng)用最廣泛的正電子顯像劑，其在腫瘤診斷、分期和療效評(píng)價(jià)方面有重要作用，但其存在局限性，如：在腦膠質(zhì)瘤的應(yīng)用中，低級(jí)別膠質(zhì)瘤與正常大腦白質(zhì)對(duì)18F-FDG的攝取程度無(wú)顯著差異，導(dǎo)致18F-FDG PET顯像對(duì)低級(jí)別膠質(zhì)瘤檢出率偏低；18F-FDG為非特異性示蹤劑，除惡性腫瘤外，良性病變?nèi)缪装Y等也可出現(xiàn)高攝取，造成鑒別診斷的困難；同時(shí)由于正常大腦皮質(zhì)高攝取18F-FDG，很難描繪腦腫瘤的邊界及腫瘤浸潤(rùn)范圍[1]。11C-MET(L-[S-甲基-11C]蛋氨酸)是應(yīng)用較多的腫瘤氨基酸代謝正電子顯像劑，反映氨基酸的運(yùn)轉(zhuǎn)、吸收和惡性腫瘤細(xì)胞的代謝活性等，在腦膠質(zhì)瘤的良惡性鑒別、分期、界定腫瘤浸潤(rùn)范圍及療效評(píng)價(jià)等方面有重要的臨床價(jià)值[2-4]。11C-MET主要有液相合成法[5]和固相合成法[6]，液相合成法是11CH3I直接與L-高胱氨酸硫內(nèi)酯在丙酮中反應(yīng)，并經(jīng)HPLC分離純化，該法制備時(shí)間長(zhǎng)，放化產(chǎn)率較低，但11C-MET放化純度高；固相合成法是將溶解于NaOH和乙醇混合液中的L-高胱氨酸硫內(nèi)酯置于Sep Pak Plus C18小柱，11CH3I通過(guò)該柱進(jìn)行烷基化，該法操作簡(jiǎn)便，但11C-MET產(chǎn)品放化純度較低，存在大量放射性雜質(zhì)。本研究利用國(guó)產(chǎn)碳多功能模塊，采用固相合成法，通過(guò)改變合成條件，利用HPLC分析放射性雜質(zhì)的成分，探討不同合成條件對(duì)11C-MET合成的影響。

1 實(shí)驗(yàn)材料

HM-20 回旋加速器：日本住友重機(jī)械株式會(huì)社； PET-CM-3H-IT-Ⅰ碳多功能合成模塊：派特(北京)科技公司；分析型HPLC系統(tǒng)，配Bioscan Flow Count放射性檢測(cè)器和2487紫外探測(cè)器，Sep-Pak C18分析柱：美國(guó)Waters公司；1mol/L的氫化鋰鋁四氫呋喃溶液：美國(guó)Sigma公司；57%HI(AR)：比利時(shí)Acros公司；L-高胱氨酸硫內(nèi)酯(AR)：美國(guó)RBI公司；無(wú)水乙醇(USP級(jí))：美國(guó)Milennium公司；NaOH(AR)：北京化學(xué)試劑公司；NaH2PO4·2H2O(AR)，H3PO4： 北京化工廠。

11C-MET淋洗液pH3.0,3 mmol/L NaH2PO4溶液；HPLC流動(dòng)相pH2.5，10 mmol/L NaH2PO4溶液；不同濃度NaOH溶液均為新鮮配制。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 11CH3I的合成

利用14N(p,α)11C核反應(yīng)，在回旋加速器中生產(chǎn)11CO2(靶氣體為含0.51% O2的氮氧混合氣體)，用N2作為載氣將11CO2傳到碳多功能合成模塊中浸潤(rùn)于液氮的LOOP環(huán)內(nèi)，傳輸完畢后，緩慢下降液氮罐，利用空氣加熱LOOP環(huán)，并開(kāi)啟氮?dú)?，?1CO2傳至反應(yīng)管中與LiAlH4反應(yīng)生成11CH3I，加熱并通入N2除去四氫呋喃。加入57% HI，11CH3I水解為11CH3OH并與HI反應(yīng)生成11CHI3，加熱并通入N2將11CH3I蒸出。

2.2 11C-MET的合成

稱量2～3 mg L-高胱氨酸硫內(nèi)酯前體，加入0.2 mL新鮮配制的0.5 mol/L NaOH和無(wú)水乙醇溶液(V∶V=1∶1)中，溶解后裝于C18柱，合成系統(tǒng)圖示于圖1。淋洗瓶裝5 mL pH3.0 3 mmol/L NaH2PO4溶液，產(chǎn)品收集瓶前接C18純化柱和無(wú)菌濾膜，所有準(zhǔn)備工作在11CO2傳輸前完成。如2.1節(jié)所述，11CH3I從反應(yīng)管蒸出，經(jīng)管線直接通過(guò)裝有前體的C18柱，常溫下11CH3I與前體在C18柱上反應(yīng)生成11C-MET，廢氣排入氣囊。待C18處放射性探頭的計(jì)數(shù)不再升高時(shí)，切換閥門(mén)，用3 mmol/L NaH2PO4溶液淋洗反應(yīng)柱并通過(guò)C18純化柱和無(wú)菌濾膜，將11C-MET溶液收集于無(wú)菌瓶中。

圖1 11C-MET自動(dòng)化合成系統(tǒng)圖Fig.1 Radiosynthesis of 11C-MET

2.3 11C-MET的分析

用分析型HPLC系統(tǒng)分析11C-MET溶液，將11C-MET與標(biāo)準(zhǔn)品12C-MET共進(jìn)樣，紫外吸收峰設(shè)定為206 nm，流動(dòng)相為pH2.5，10 mmol/L NaH2PO4溶液，流速為1 mL/min。

2.4 11CH3I和11CH3OH的合成及分析

(1) 在C18柱上僅裝載0.1mL無(wú)水乙醇，其余同合成11C-MET，如2.1節(jié)所述，將11CH3I從反應(yīng)管蒸出，直接吸附于C18柱上，最后用淋洗液將其淋洗下，分析條件同11C-MET。

(2)11CO2可與反應(yīng)管中LiAlH4反應(yīng)生成復(fù)合鹽，加熱并通入N2除去四氫呋喃，將57%HI更換為H2O，加入反應(yīng)管中復(fù)合鹽水解為11CH3OH，由于甲醇沸點(diǎn)僅為64.7 ℃，加熱將其蒸出，直接通入去離子水中吸附。分析條件同11C-MET。

2.5 11C-MET合成條件改變和分析

11CH3I合成如2.1節(jié)所述，前體L-高胱氨酸硫內(nèi)酯用量為2～3 mg。

(1) NaOH濃度的影響。分別用0.1 mL 2 mol/L 和5 mol/L NaOH溶解前體，乙醇用量不變，則裝載于C18柱上的NaOH濃度分別為1 mol/L和2.5 mol/L。其余合成條件如2.2節(jié)所述，啟動(dòng)合成程序，并對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行HPLC分析，測(cè)量11C-MET及雜質(zhì)的含量。

(2) 溶劑的影響。先用0.1 mL 1 mol/L NaOH溶解2～3 mg前體L-高胱氨酸硫內(nèi)酯，然后加入0.1 mL丙酮，混勻后裝載于C18柱，其余合成條件如2.2節(jié)所述，啟動(dòng)合成程序，并對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行HPLC分析。

3 結(jié)果與討論

3.1 11CH3I的合成

11CH3I是制備11C標(biāo)記化合物最常用的甲基化試劑，生產(chǎn)方法有兩種，還原自由基碘代法和還原碘化法，還原自由基碘代法合成效率較低，反應(yīng)需高溫，對(duì)系統(tǒng)氣密性要求高，得到的11CH3I比活度較高；還原碘化法因引入了載體而導(dǎo)致11CH3I比活度較低，但操作簡(jiǎn)便，易于制備，合成效率高。

國(guó)產(chǎn)碳多功能模塊采取11CO2經(jīng)LiAlH4-HI還原碘化法制備11CH3I，可以自動(dòng)化制備大部分11C標(biāo)記化合物。本研究利用碳多功能模塊合成11CH3I，準(zhǔn)備過(guò)程簡(jiǎn)單，合成效率高，11CO2至11CH3I的校正后轉(zhuǎn)化產(chǎn)率達(dá)(70±5)%(EOB)。

3.2 11C-MET的合成

早期常用的合成11C-MET方法是11CH3I與L-高胱氨酸硫內(nèi)酯的直接反應(yīng)，用-20℃的丙酮溶劑捕獲11CH3I，70 ℃與前體反應(yīng)，產(chǎn)品經(jīng)HPLC分離純化，合成時(shí)間約為60 min，合成效率約為10%。 經(jīng)蒸發(fā)純化法[7]、Al2O3/KF固相反應(yīng)法[8]和C-18柱自動(dòng)化合成法[6]等的改進(jìn)，固相合成法已被普遍采用。

11C-MET固相合成法是在常溫下，NaOH將前體L-高胱氨酸硫內(nèi)酯水解開(kāi)環(huán)，生成的巰基為親核反應(yīng)位置，無(wú)水乙醇吸附11CH3I，提供親核反應(yīng)的溶劑，收集瓶前的C18純化柱可吸附未反應(yīng)的11CH3I和脂溶性雜質(zhì)。本研究中，11C-MET的放化純度較低，僅為(92.2±1.5)%(n=5)，而11C-MET溶液的放化純度與合成的條件密切相關(guān)。

3.3 11C-MET的分析

11C-MET溶液經(jīng)HPLC分析，得到的放射性峰示于圖2，11C-MET的保留時(shí)間為6.5 min，此外有兩個(gè)放射性雜質(zhì)，保留時(shí)間分別為15.1 min和19.2 min，該產(chǎn)品的放化純度為93.0%。同時(shí)進(jìn)樣的標(biāo)準(zhǔn)品12C-MET的紫外峰為6.2 min，與產(chǎn)品的放射性峰保留時(shí)間一致(二者時(shí)間差為管線長(zhǎng)度所致)。

圖2 11C-MET HPLC分析放射性圖譜Fig.2 11C-MET quality control of radio-chemical purity with HPLC

3.4 11CH3I和11CH3OH的合成及分析

11CH3I和11CH3OH HPLC分析條件與11C-MET分析條件相同，11CH3I放射性分析圖譜示于圖3a，直接用乙醇吸附11CH3I，淋洗后進(jìn)行分析，11CH3I的保留時(shí)間為19.5 min，所得的11CH3I溶液中無(wú)其余雜質(zhì)；11CH3OH示于圖3b，將2.1節(jié)自動(dòng)化合成程序中的HI用H2O替代，反應(yīng)生成11CH3OH，保留時(shí)間為2.7 min，為溶劑峰保留時(shí)間?？梢?jiàn)11C-MET產(chǎn)品保留時(shí)間為19.2 min的雜質(zhì)為11CH3I，產(chǎn)品中無(wú)11CH3OH，保留時(shí)間為15.1 min的雜質(zhì)可能為前體水解后羧基與11CH3I反應(yīng)生成11C-4-巰基丁氨酸甲酯。

3.5 11C-MET合成條件

3.5.1NaOH濃度的影響

不同NaOH濃度對(duì)產(chǎn)品及雜質(zhì)含量的影響列于表1。由表1結(jié)果可見(jiàn)，提高NaOH濃度有利于前體L-高胱氨酸硫內(nèi)酯水解開(kāi)環(huán)，從而利于甲基化反應(yīng)。但隨著NaOH濃度上升，雜質(zhì)11C-4-巰基丁氨酸甲酯的含量同樣呈上升趨勢(shì)，在NaOH濃度為0.5 mol/L和1 mol/L時(shí)，其含量差異沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但采用2.5 mol/L的NaOH溶解前體時(shí)，產(chǎn)品中11C -4-巰基丁氨酸甲酯的含量升高到(7.2±1.2)%，11C-MET放化純度降至(92.1±1.1)%，可見(jiàn)反應(yīng)中堿濃度過(guò)量將促進(jìn)氨基酸成酯反應(yīng)并降低產(chǎn)品放化純。因此，使用濃度為1 mol/L的NaOH能使產(chǎn)品放化純度大于95%，而未反應(yīng)的11CH3I和雜質(zhì)11C-4-巰基丁氨酸甲酯的含量均較低。

圖3 11CH3I和11CH3OH 的HPLC分析放射性圖譜Fig.3 radiochemical spectrum of 11CH3I and 11CH3OH with HPLC

產(chǎn)品及雜質(zhì)不同NaOH濃度時(shí)的物質(zhì)含量0.5 mol/L1 mol/L2.5 mol/L11C-MET(92.2±1.5)%(95.7±0.7)%(92.1±1.1)%11C-4-巰基丁氨酸甲酯(3.1±1.4)%(2.2±1.3)%(7.2±1.2)%11CH3I(4.7±1.2)%(2.1±1.0)%(0.5±0.4)%

此外，將前體L-高胱氨酸硫內(nèi)酯稱量于西林瓶后，NaOH和乙醇的加入順序以及放置時(shí)間同樣對(duì)前體的開(kāi)環(huán)水解有影響。L-高胱氨酸硫內(nèi)酯微溶于乙醇，當(dāng)加入NaOH和乙醇的混合溶液時(shí)，由于二者等體積混溶，相當(dāng)于NaOH的濃度降低一半，前體溶解速度較慢，水解效率也較差。先加入0.1 mL乙醇，前體幾乎不溶解，再加入0.1 mL NaOH后，前體才逐漸溶解，水解效率較差。先加入NaOH，前體立即溶解，放置5～10 min后再加入乙醇并混勻，可提高前體水解時(shí)NaOH的濃度。

3.5.2前體溶劑的影響

用0.1 mL丙酮替代0.1 mL乙醇溶解前體L-高胱氨酸硫內(nèi)酯，11CH3I傳入到C18柱，被丙酮吸附，繼而與水解前體的巰基發(fā)生親核反應(yīng)。根據(jù)模塊C18柱處放置的放射性探頭計(jì)數(shù)可知，隨著11CH3I從反應(yīng)管被N2載帶至C18柱被丙酮吸附，放射性計(jì)數(shù)持續(xù)上升，隨著11CH3I的傳輸，放射性計(jì)數(shù)不再增加而進(jìn)入平臺(tái)期，隨后放射性計(jì)數(shù)呈快速下降趨勢(shì)。由于丙酮極易揮發(fā)，在11CH3I進(jìn)入C18柱的同時(shí)，丙酮也從柱子上揮發(fā)，當(dāng)11CH3I進(jìn)入與丙酮的揮發(fā)導(dǎo)致放射性增減達(dá)到平衡時(shí)，放射性計(jì)數(shù)進(jìn)入平臺(tái)期，隨著丙酮的揮發(fā)，C18柱中尚未與前體反應(yīng)的11CH3I也隨著下降，持續(xù)的氮?dú)饬骺蓪18柱上的丙酮吹干，產(chǎn)品中檢測(cè)不到丙酮的存在，也降低了11C-MET中11CH3I雜質(zhì)的含量，但隨丙酮揮發(fā)造成的放射性損失將導(dǎo)致產(chǎn)品產(chǎn)率下降近80%，因此采用丙酮溶解前體雖能提高產(chǎn)品放化純，但嚴(yán)重降低了產(chǎn)率。而乙醇溶解前體時(shí)C18放射性計(jì)數(shù)上升之后的平臺(tái)期較長(zhǎng)，未出現(xiàn)計(jì)數(shù)急速下降的現(xiàn)象，放射性損失少，使用5 mL淋洗液洗脫產(chǎn)品后，產(chǎn)品中乙醇含量約為1%。綜合考慮，使用乙醇溶解前體優(yōu)于丙酮。

4 小結(jié)

本研究利用國(guó)產(chǎn)碳多功能模塊，采用固相法合成了11C-MET，用HPLC進(jìn)行產(chǎn)品放化純度分析，結(jié)果表明，先用0.1 mL 2 mol/L NaOH溶解前體，再加入0.1 mL無(wú)水乙醇，混勻后裝載于C18柱，可提高11C-MET合成產(chǎn)率和放化純度。

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