李洪玉,梁積新,向?qū)W琴,鄧新榮,鄭德強,羅洪義,陳 陽,劉海春,魯 佳,羅志福

(1.中國原子能科學(xué)研究院 同位素研究所,北京 102413;2.中國核工業(yè)北京401醫(yī)院,北京 102413)

骨轉(zhuǎn)移是惡性腫瘤十分常見的并發(fā)癥,頑固性的骨痛是骨轉(zhuǎn)移癌在臨床上的共同癥狀,嚴(yán)重影響腫瘤患者的生活質(zhì)量和預(yù)后。利用具有骨靶向性的放射性藥物緩解骨轉(zhuǎn)移癌疼痛,是近年來治療核醫(yī)學(xué)發(fā)展最快的領(lǐng)域之一[1]。

EDTMP(乙二胺四甲撐膦酸)可與多種放射性核素形成穩(wěn)定的親骨性配合物[2]。目前,臨床上用于緩解骨痛應(yīng)用成熟并行之有效的放射性藥物主要是153Sm-EDTMP[3]和89SrCl2。盡管它們在臨床上已取得很好的效果,但其應(yīng)用仍存在一些不利因素。153Sm的主要缺點是其半衰期較短(47 h),在生產(chǎn)和供應(yīng)時,為彌補衰變帶來的損失,要操作大量的放射性,而且往往需對患者進行重復(fù)給藥;而89Sr的反應(yīng)截面很低,生產(chǎn)量很小,價格較為昂貴。

177Lu是近年來非常受關(guān)注的一個治療用放射性核素[4],其物理半衰期為6.7 d,較長的半衰期為其生產(chǎn)、產(chǎn)品的質(zhì)控和遠(yuǎn)程供貨提供了方便;發(fā)射能量為176(12.2%)、384(9.1%)和497(78.6%)keV的β粒子,其粒子能量、組織射程、交叉殺傷效應(yīng)比90Y和188Re低,與目前應(yīng)用最廣泛的治療用核素131I相當(dāng);177Lu還可發(fā)射能量為 113(6.4%)、208(11.0%)keV 的 γ射線,可以利用這一特點進行顯像;177Lu的另一個重要優(yōu)點是它可通過176Lu(n,γ)177Lu核反應(yīng)在反應(yīng)堆運行過程中生產(chǎn),并且176Lu具有較高的熱中子截面(σth=2 090 b),因此,反應(yīng)堆制備177Lu具有產(chǎn)率高、比活度高的優(yōu)點。已有研究[5-6]表明,177Lu-EDTMP是放射性核素治療的有效形式,可用于緩解骨轉(zhuǎn)移癌引起的骨痛,本研究小組對此也已進行了一些前期研究工作[7],研究了177Lu對EDTMP和DOTMP的標(biāo)記及標(biāo)記物在小鼠體內(nèi)的生物分布,結(jié)果表明兩者都具有良好的骨靶向性。

實現(xiàn)放射性藥物的藥盒法制備可以很大程度上簡化標(biāo)記過程,有利于藥物的批量穩(wěn)定化生產(chǎn)。國外早已開展EDTMP的藥盒化研究[8];近年來,國際原子能機構(gòu)(IAEA)的CRP項目開展了177Lu-EDTMP的研究,也主要采用藥盒化的制備方法[9]。陶氏化學(xué)公司在其研制的153Sm-EDTMP產(chǎn)品中加入了鈣[10]用于防止過量的EDTMP進入血液后絡(luò)合血液中的鈣和其他二價、三價金屬離子。

為進一步研究177Lu-EDTMP的性能并使其盡快藥盒法,本工作擬對加入一定量鈣的EDTMP藥盒的配方進行優(yōu)化,采用藥盒法制備177Lu-EDTMP,并觀察標(biāo)記物在大鼠體內(nèi)的生物分布及顯像,探討177Lu-EDTMP作為骨痛治療藥物的體內(nèi)分布特性。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與材料

Genesis2000凍干機:美國V irTis公司產(chǎn)品;Mini-Scan放射性薄層掃描儀:美國BioScan公司產(chǎn)品;BS124S電子天平:德國Sartorius公司產(chǎn)品;N2-522 E.CAM 雙探頭 SPECT:德國西門子公司產(chǎn)品;FH 463A自動定標(biāo)器,FT-603型閃爍探頭:北京核儀器廠產(chǎn)品;CRC15R放射性活度計,美國Capintec公司產(chǎn)品。

天然豐度的Lu2O3:光譜純(純度99.99%),美國A lfa Aesar公司產(chǎn)品;EDTMP:美國A lfa Aesar公司產(chǎn)品;Whatman 3MM層析紙:英國Whatman公司產(chǎn)品;其他試劑均為國產(chǎn)分析純試劑,實驗用水均為二次去離子水。

1.2 實驗動物

SD大鼠:雄性,30只,體重 200±20 g,清潔級,中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院實驗動物研究所提供。

2 實驗方法

2.1 177Lu的制備

以天然豐度的光譜純Lu2O3(純度99.99%)為靶材料,在反應(yīng)堆內(nèi)輻照。其發(fā)生的核反應(yīng)為176Lu(n,γ)177Lu。

稱取適量 Lu2O3置于干凈的石英瓶(φ 5mm×20 mm)中,外包鋁箔,置于鋁制外照射筒內(nèi),用氬弧焊密封焊接,沸水浴檢漏,合格后入堆照射。堆照條件:反應(yīng)堆中子注量率為(2～4)×1013/(cm2·s-1),均在同一位置進行輻照,輻照時間約10 d。

輻照后得到177Lu2 O3樣品,測量其放射性活度。將177Lu2O3樣品倒入25m L圓底燒瓶,加入2.0 m L 6.0 mol/L HCl和1.0 m L 30%H 2O2混合液溶解,然后緩慢加熱蒸干,冷卻后得到的固體殘留物用1.0 m L 0.2 mol/L HC l溶液溶解,得到177LuCl3溶液,將溶液轉(zhuǎn)移至10m L真空瓶中,再次測量樣品的放射性活度,并計算回收率。

2.2 EDTMP藥盒的凍干實驗

根據(jù)前期工作[7]和相關(guān)報道[9-10],構(gòu)成EDTMP凍干藥盒的關(guān)鍵元素為pH和Ca2+與EDTMP的摩爾比(n(Ca2+)∶n(EDTMP))。pH為影響標(biāo)記的主要因素,反應(yīng)溶液pH在7.5～8.5時標(biāo)記率較高;此外,IAEA的研究工作主要圍繞Ca2+與EDTMP摩爾比為1.32的藥盒進行[9],而陶氏化學(xué)公司153Sm-EDTMP產(chǎn)品中Ca2+與EDTMP的摩爾比則為 0.93[10]。因此,選擇了3種不同的Ca2+與EDTMP摩爾比 ,分別為 0.93 、1.00 、1.32;而對每種 Ca2+與EDTMP摩爾比又設(shè)計了3種pH,分別為7.5、8.0、8.5。共進行了9種配方EDTMP藥盒的凍干,以期從中尋找到更有利于制備及標(biāo)記的藥盒配方。這9種配方列于表1。

表1 EDTMP凍干藥盒的9種配方

藥盒的具體制備過程以配方8為例描述如下:向 Ca(OH)2(57.0mg,0.77mmol)和 EDTMP(336mg,0.77 mmol)中加入6 m L注射用水,振蕩使其溶解,用 1 mol/L NaOH 溶液調(diào)pH至8.6,補加注射用水至總體積為10m L,經(jīng)0.2μm濾膜過濾,以 1 m L/瓶的量分裝入10m L抗生素瓶中;將樣品瓶送入凍干機中,低溫冷凍干燥約25 h,再經(jīng)二級干燥15 h,待真空度小于0.665 Pa時,壓蓋并出機。

2.3 177Lu對藥盒的標(biāo)記

2.1節(jié)制備的177LuC l3溶液為酸性,為避免對反應(yīng)溶液的pH造成較大影響,標(biāo)記前用1m ol/L NaOH調(diào)節(jié)177LuCl3溶液的pH為3～4。將177LuCl3溶液以一定比例加入到EDTMP凍干藥盒中,反應(yīng)體積不超過2m L,室溫反應(yīng)1 h。

用紙層析法測定標(biāo)記率。以新華1號或Whatman 3MM 紙為支持體,以 V(甲醇)∶V(水)∶V(氨水)=50∶50∶2為展開體系。平行測量2次。

2.4 177Lu-EDTMP在正常大鼠體內(nèi)的生物分布

取EDTMP凍干藥盒一支(配方 8:內(nèi)含EDTMP 33.6 mg,Ca(OH)2 5.7 mg,pH 8.6),用0.4 m L水溶解,加入0.6 m L177LuCl3溶液(82.14 MBq),室溫下反應(yīng)1 h。制備的177Lu-EDTMP用水稀釋成放射性濃度為9.25GBq/L的溶液,用于大鼠生物分布實驗。

每只SD大鼠尾靜脈注射 0.2 m L(約1.85 MBq)177Lu-EDTMP,并于注射后1、3 h,1、2、4、6、11 d處死,取不同臟器稱重并測量放射性計數(shù),計算各臟器的放射性攝取率(%ID·g-1)。

2.5 正常大鼠顯像實驗

SD大鼠每只尾靜脈注射 0.2 m L(約11.1 MBq)177Lu-EDTMP,分別在注射后1 h、13 d進行顯像,顯像前10 min,腹腔注射0.8m L 10%水合氯醛溶液對大鼠進行麻醉。

顯像時,177Lu能窗采用113 keV,顯像數(shù)據(jù)在計算機系統(tǒng)128×128矩陣中進行記錄與分析。放大1倍,每只采集計數(shù)50 000。

3 結(jié)果與討論

3.1 177Lu及EDTMP凍干藥盒的制備

反應(yīng)堆輻照產(chǎn)率:每毫克Lu可得到3.36～5.89 GBq177Lu。177Lu2O3樣品化學(xué)處理的回收率約為60%?；厥章瘦^低的原因主要是輻照的靶件質(zhì)量較小,一般為2～5 mg,且會附著在石英瓶上而不易被溶解在溶液中。

在藥盒制備過程中發(fā)現(xiàn),隨著Ca(OH)2投入量的增加,其完全溶解的難度相應(yīng)增加,溶液配制期間需要不間斷攪拌。

經(jīng)約40 h凍干后,所得凍干品外觀良好,為白色片狀,所有配方制成的凍干品用0.5 m L水復(fù)溶,都能得到澄清的溶液。

3.2 177Lu對藥盒的標(biāo)記

177Lu對藥盒的標(biāo)記結(jié)果列于表2。用紙色譜法分析標(biāo)記液,177Lu-EDTMP的R f為0.7～1.0;游離177Lu3+的 Rf為0.0～0.1。所有配方的藥盒在反應(yīng)體積為0.7～1.5 m L、反應(yīng)時間為1 h的條件下,標(biāo)記后放化純度均＞95%。所有標(biāo)記樣品在室溫下放置一周(相當(dāng)于177Lu的一個半衰期)后,放化純度未見明顯下降,均＞95%。

由表2可以看出,反應(yīng)溶液的pH＞8(藥盒pH為 8.5)時可得到更高的放化純度;n(177Lu)∶n(EDTMP)增加,放化純度略有下降;而n(177Lu)∶n(EDTMP)減小,反應(yīng)達到平衡的時間相應(yīng)延長,n(177Lu)∶n(EDTMP)=1∶200時,反應(yīng)時間為1 h時,放化純度才可＞95%。

表2 EDTMP藥盒的標(biāo)記實驗結(jié)果

等條件下,n(177Lu)∶n(EDTMP)=1.32配方的放化純度略低于其為0.93和1.00時的放化純度;而且在藥盒制備過程中,n(177Lu)∶n(EDTMP)=1.32的配方,其完全溶解較為困難;因此,選擇 n(177Lu)∶n(EDTMP)=1的配方,在發(fā)揮Ca對過量EDTMP的補償作用的同時,還可得到較高的放化純度。pH為8.5的配方(相應(yīng)反應(yīng)溶液的pH為8.0～8.5)可得到更高的放化純度。綜合考慮幾種因素,選擇配方8的藥盒(n(177Lu)∶n(EDTMP)=1.00,pH為8.5)作為最優(yōu)配方。

3.3 生物分布及顯像

177Lu-EDTMP在正常大鼠體內(nèi)的生物分布列于表3。由表3數(shù)據(jù)可以看出,177Lu-EDTMP表現(xiàn)出良好的生物分布特性,在注藥1 h后骨的放射性攝取率＞3%ID/g,而且在注藥11 d后仍保持在2%以上,說明其骨攝取顯著并且在骨中的滯留時間長;注藥1 h至2 d后,腎的放射性攝取率一直維持在0.2%ID/g左右,相對其他器官的攝取處于較高水平,說明藥物主要經(jīng)腎清除;注藥3 h后,血液及肌肉中的攝取率已接近本底水平,骨與血和骨與肌肉的放射性攝取比(T/NT)均大于200,而且在其它主要器官中無顯著攝取,說明其在血液及其它器官和軟組織中的清除較快。

注射177Lu-EDTMP 1 h和 13 d(相當(dāng)于177Lu的兩個半衰期)后,正常大鼠的顯像結(jié)果示于圖1。由圖1可以看出,注藥后1 h膀胱有明顯的放射性濃集,說明其主要經(jīng)泌尿系統(tǒng)排泄;在其他主要器官及軟組織中均未見明顯濃集,說明其在體內(nèi)的清除速度較快;在骨骼尤其是關(guān)節(jié)處的攝取非常顯著,注藥后13 d,全身骨骼仍清晰可見,而身體其它組織及器官中都已看不到放射性攝取,體現(xiàn)出177Lu-EDTMP作為骨痛治療藥物良好的體內(nèi)分布及藥代動力學(xué)性質(zhì)。

表3 177Lu-EDTMP在正常大鼠體內(nèi)的生物分布(±s)

表3 177Lu-EDTMP在正常大鼠體內(nèi)的生物分布(±s)

注:1)n=3;2)n=4

器官注射后不同時間的放射性攝取率/(%ID·g-1)1 h1)3 h1)1 d2)心0.041±0.005 0.013±0.001 0.007±0.001肝0.302±0.051 0.029±0.002 0.037±0.002脾0.610±0.121 0.048±0.006 0.028±0.001肺0.061±0.007 0.024±0.007 0.026±0.005腎0.278±0.051 0.169±0.009 0.186±0.037胃0.047±0.008 0.035±0.007 0.066±0.024小腸 0.033±0.002 0.017±0.007 0.012±0.002肌肉 0.054±0.002 0.014±0.002 0.004±0.001股骨 3.119±0.120 3.178±0.587 3.531±0.263頭蓋骨 3.801±0.483 3.789±0.275 2.231±0.340血0.026±0.007 0.009±0.008 0.001±0.000器官注射后不同時間的放射性攝取率/(%ID·g-1)2 d1) 4 d1) 6 d2) 11 d1)心0.005±0.002 0.007±0.001 0.005±0.001 0.004±0.001肝0.038±0.001 0.030±0.005 0.019±0.001 0.019±0.005脾0.034±0.002 0.045±0.013 0.033±0.012 0.040±0.022肺0.026±0.005 0.009±0.002 0.006±0.002 0.006±0.003腎0.207±0.050 0.080±0.019 0.056±0.011 0.023±0.002胃0.269±0.119 0.013±0.002 0.014±0.004 0.009±0.003小腸 0.016±0.009 0.014±0.002 0.010±0.002 0.011±0.003肌肉 0.003±0.001 0.006±0.001 0.002±0.001 0.003±0.001股骨 3.505±0.106 3.719±0.247 3.860±0.159 2.975±0.031頭蓋骨 2.167±0.143 2.377±0.306 2.007±0.360 2.027±0.165血0.001±0.001 0.002±0.001 0.001±0.000 0.003±0.001

圖1 177Lu-EDTMP的顯像結(jié)果

目前,對177Lu-EDTMP和臨床藥物153Sm-EDTMP的對比研究進行的還較少,因采用動物種類、實驗條件等的不同,導(dǎo)致有些研究結(jié)果不具有可比性。在下一步工作中,將對177Lu-EDTMP和153Sm-EDTMP在正常動物體內(nèi)和骨轉(zhuǎn)移癌模型動物體內(nèi)的行為進行相應(yīng)的對比研究。

4 結(jié) 論

反應(yīng)堆堆照天然豐度靶材 Lu2O3制備的177Lu可用于制備177Lu-EDTMP,并得到了滿意的結(jié)果。自制的 EDTMP藥盒成形良好,用于177Lu標(biāo)記,過程簡單,標(biāo)記率高,并且標(biāo)記樣品的穩(wěn)定性好。大鼠體內(nèi)分布及顯像結(jié)果表明,通過藥盒法制備的177Lu-EDTMP主要通過泌尿系統(tǒng)排泄,體內(nèi)清除速度較快,在動物的主要器官及軟組織中未見明顯濃集,在骨中的攝取高并且滯留性強。因此,177Lu-EDTMP的藥盒法制備是一種切實可行的方法,有利于實現(xiàn)該藥物的批量化穩(wěn)定生產(chǎn),制得的177Lu-EDTMP具有作為骨痛治療藥物的良好體內(nèi)分布性質(zhì)。

致謝:感謝李貴群、張姝榮、胡連生和李春杰等同志給予本工作的支持與幫助。

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