黨永紅，蔡 炯，李 欣，王 玲，李 方

中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科，北京100730

2-18F-氟丙酸在荷乳腺癌小鼠模型中的顯像性能和體內(nèi)分布

黨永紅，蔡 炯，李 欣，王 玲，李 方

中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科，北京100730

目的 研究一種新的正電子顯像劑2-18F-氟丙酸在乳腺癌小鼠模型中的顯像性能和體內(nèi)分布情況。方法 于4只乳腺癌小鼠尾靜脈注射7．4～11．1 MBq的2-18F-氟丙酸，分別在注射藥物后60、120 min用小動(dòng)物正電子發(fā)射斷層顯像進(jìn)行動(dòng)物顯像。采用Inveon Research軟件將乳腺癌病灶的單位體積放射性(Bq/ml)轉(zhuǎn)化為每克組織注射劑量百分率(%ID/g)，分析4只乳腺癌小鼠體內(nèi)2-18F-氟丙酸的分布情況，并用同樣的動(dòng)物模型與18F-FDG進(jìn)行對(duì)照。結(jié)果 注射2-18F-氟丙酸后60、120 min，放射性主要濃聚于小鼠的膀胱、腸道和肝臟。右側(cè)腋下乳腺癌病灶攝取明顯，在注射顯像劑后60、120 min的生物分布分別為(13．74±1．97)%ID/g和(14．84±1．06)%ID/g，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0．454);肌肉、背部的棕色脂肪對(duì)放射性攝取不明顯。注射18F-FDG后60 min，小鼠乳腺癌病灶的生物分布是(10．27±2．34)%ID/g，背部棕色脂肪有明顯的放射性濃聚。結(jié)論 正電子顯像劑2-18F-氟丙酸能夠清晰顯示乳腺癌，有可能應(yīng)用于臨床乳腺癌的全身無創(chuàng)性檢測(cè)。

2-18F-氟丙酸;乳腺癌小鼠模型;小動(dòng)物正電子發(fā)射斷層顯像;顯像

Acta Acad Med Sin，2015，37(3):320-324

2-18F-氟-2-脫氧-D-葡萄糖(2-［18F］fluoro-2-deoxy-D-glucose，18F-FDG)是正電子發(fā)射斷層顯像(positron emission tomography，PET)中最廣泛使用的示蹤劑，因腫瘤細(xì)胞對(duì)葡萄糖的利用量大，在腫瘤顯像中具有很高的靈敏度［1］。腫瘤細(xì)胞的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白表達(dá)和己糖激酶活性增加可導(dǎo)致對(duì)18F-FDG的高攝?。?］。然而，對(duì)于前列腺癌、肝細(xì)胞癌和乳腺癌，18F-FDG的靈敏度會(huì)出現(xiàn)降低［1，3-5］，而11C-乙酸可能比18F-FDG在這些腫瘤的檢測(cè)靈敏度上具有優(yōu)勢(shì)［3，5-7］。雖然這種差異出現(xiàn)的機(jī)制不清，但推測(cè)可能與腫瘤的低氧消耗和脂質(zhì)合成增加有關(guān)［7-8］。11C-乙酸的缺陷在于放射性核素的半衰期短(t1/2=20 min)，難以在沒有醫(yī)用回旋加速器的醫(yī)院推廣使用。18F-氟乙酸雖然比11C-乙酸的同位素半衰期長，但是體內(nèi)脫氟造成顯像背景高［9］。相比之下，2-18F-氟丙酸在體內(nèi)不會(huì)脫氟，有可能檢測(cè)到直徑小于0．6 cm的腫瘤，檢測(cè)靈敏度有望優(yōu)于18F-FDG。但迄今為止，2-18F-氟丙酸只用于前列腺癌的研究［10］，并未應(yīng)用于乳腺癌檢測(cè)。本研究觀察了2-18F-氟丙酸在乳腺癌小鼠模型中的顯像性能和體內(nèi)分布情況，以期為今后的臨床應(yīng)用提供參考。

材料和方法

材料 BALB/c裸鼠5只，體重18～20 g，購自北京華阜康生物技術(shù)有限公司。2-溴丙酸乙酯(純度＞97%)、無水K2CO3(純度99．995%)購自美國Aldrich公司，無水乙腈(99．9%，extra dry)購自比利時(shí)Acros公司，K222(純度98%)購自德國ABX公司，色譜乙腈購自瑞士Fisher公司，其余試劑均為國產(chǎn)分析純。QMA(Sep-pak Light)購自美國Waters公司，色譜柱Symemetry 300TMC18(4．6 mm×250 mm，5 μ)購自美國Waters公司，色譜柱Alltima C18(250 mm×10．0 mm，10 μ)購自美國Grace公司，除菌過濾器(Millex-GS 0．22 μm)購自美國Millipore公司，20%胎牛血清、雙抗(青霉素100 U/ml，硫酸鏈霉素100 μg/ml)磷酸緩沖液(phosphorate buffer solution，PBS)及MBAMB-361乳腺癌細(xì)胞由中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所細(xì)胞中心提供。RDS111型回旋加速器購自美國CTI公司，PET-MF-2V-IT-I型18F正電子藥物合成模塊購自北京派特科技有限公司，高效液相色譜儀配515型泵、486型高效液相色譜紫外檢測(cè)器購自美國Waters公司，高效液相色譜放射性檢測(cè)器購自美國Bio-Scan公司，microPET購自德國西門子公司，CRC-15R型放射性活度計(jì)購自美國CAPINTEC公司。

2-18F-氟丙酸合成 由RDS111型回旋加速器生產(chǎn)的18F-被QMA柱捕獲后，由K222/乙腈和K2CO3/水的混合溶液洗脫至1號(hào)反應(yīng)管中，加熱除去溶劑，再加入2 ml無水乙腈共沸除水，冷卻后加入2-溴代丙酸乙酯的無水乙腈溶液，于90℃反應(yīng)5 min。加入2 ml注射用水稀釋后，進(jìn)入HPLC進(jìn)行分離(色譜柱為Alltima C18，10 μ，10．0 mm×250 mm，流動(dòng)相為乙腈/ 水=40/60，流速為4 ml/min，檢測(cè)波長為210 nm)，收集370～420 s的組分。將此組分轉(zhuǎn)移至2號(hào)反應(yīng)管，加入0．5 ml 2 mol/L NaOH溶液于100℃加熱反應(yīng)5 min，減壓蒸除溶劑，冷卻后加入0．5 ml 2 mol/L HCl中和，過0．22 μm除菌濾膜轉(zhuǎn)移至收集瓶，即得產(chǎn)品。目測(cè)其澄清度，用精密pH試紙測(cè)定其pH值。通過HPLC(色譜柱:Waters Symemetry 300TMC18，5 μ，4．6 mm×250 mm，流動(dòng)相20 mmol/L NaH2PO4溶液，流速1．0 ml/min)測(cè)定2-18F-氟丙酸的放射化學(xué)純度。

乳腺癌小鼠模型建立 用添加20%胎牛血清和雙抗(青霉素100 U/ml，硫酸鏈霉素100 μg/ml)的L15培養(yǎng)基37℃、5%CO2培養(yǎng)MBA-MB-361乳腺癌細(xì)胞。待細(xì)胞達(dá)到90%融合后用胰蛋白酶/EDTA消化分離成單細(xì)胞懸液，于BALB/c裸鼠皮下注射。MBAMB-361乳腺癌細(xì)胞注射量為5×105(懸于100 μl PBS)，右側(cè)腋下接種。1個(gè)月后腫瘤直徑達(dá)到0．3 cm即可用于實(shí)驗(yàn)。

乳腺癌小鼠體內(nèi)2-18F-氟丙酸顯像 于4只乳腺癌小鼠尾靜脈注射7．4～11．1 MBq 2-18F-氟丙酸，注射前后測(cè)量注射器放射性，精確計(jì)算注射活度。分別在注射藥物后60、120 min于2%異氟烷麻醉下(加2．0 L/min氧氣)用西門子Inveron專用microPET進(jìn)行動(dòng)物顯像。能量窗口設(shè)定為350～650 keV，符合時(shí)間設(shè)定為3．432 ns，采集時(shí)間設(shè)定為5 min。第2天于相同4只乳腺癌小鼠尾靜脈注射7．4～11．1 MBq18F-FDG，注射后60 min進(jìn)行動(dòng)物顯像，采集條件同2-18F-氟丙酸。

乳腺癌小鼠體內(nèi)2-18F-氟丙酸生物分布測(cè)定 采用Inveron Research軟件分析4只乳腺癌小鼠體內(nèi)2-18F-氟丙酸的分布情況，假設(shè)腫瘤密度為1，將注射藥物后60、120 min乳腺癌病灶單位體積放射性(Bq/ml)轉(zhuǎn)化為每克組織注射劑量百分率(%ID/g)。同時(shí)計(jì)算腫瘤、心臟、肝臟、肺、腎、大腦、盲腸、膀胱、肌肉和胸椎骨骼的%ID/g。采用同樣方法分析注射18F-FDG后60 min乳腺癌病灶、腫瘤、心臟、肝臟、肺、腎、大腦、盲腸、膀胱、肌肉和骨骼的%ID/g。

統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用EXCEL 2007統(tǒng)計(jì)軟件，注射藥物后60、120 min荷瘤裸鼠各臟器和組織(乳腺癌腫瘤、心臟、肝臟、肺、腎、大腦、盲腸、膀胱、肌肉和胸椎骨骼)生物分布時(shí)間點(diǎn)差異的比較采用Student t檢驗(yàn)，P＜0．05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié)果

2-18F-氟丙酸的合成 合成過程需時(shí)約40 min。產(chǎn)品澄清無顆粒，pH值為6．8。產(chǎn)品的放化純度＞99%，放化收率30%(未經(jīng)時(shí)間校正)。HPLC色譜圖中保留時(shí)間為3．1 min(圖1)。

乳腺癌小鼠體內(nèi)顯像 注射2-18F-氟丙酸后60～120 min，放射性主要濃聚于膀胱;右側(cè)腋下乳腺癌攝取明顯，并隨時(shí)間推移略有增加;心臟攝取略有降低;肝臟、盲腸等腸道有明顯攝取;肌肉、背部棕色脂肪攝取不明顯。注射18F-FDG 60 min后主要分布于膀胱、棕色脂肪、心臟、乳腺癌病灶和肌肉(圖2)。

圖1 2-18F-氟丙酸的HPLC放化純度色譜圖Fig 1 Radiochemical purity chromatogram of 2-［18F］fluoropropionic acid with HPLC

圖2 乳腺癌小鼠體內(nèi)顯像Fig 2 In vivo imaging of MBA-MB-361 breast cancer xenografed mice

乳腺癌小鼠體內(nèi)生物分布 注射后60、120 min，2-18F-氟丙酸在乳腺癌病灶的生物分布分別為(13．74± 1．97)和(14．84±1．06)%ID/g，有上升趨勢(shì)，但差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0．454);在肺、心臟、大腦、肝臟生物分布均有下降趨勢(shì)，但差異也均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均＞0．05)(表1)。注射后60 min，2-18F-氟丙酸在乳腺癌病灶對(duì)肺、心臟、腦、盲腸、膀胱、肝、腎、肌肉和骨骼的每克組織注射劑量百分率比值分別為1．355、0．934、0．928、0．612、0．292、0．937、1．346、1．791和0．928。注射18F-FDG后60 min，乳腺癌病灶對(duì)肌肉每克組織注射劑量百分率比值為1．178(表2)。

討論

丙酸鈉、丙酸鉀、丙酸鈣被廣泛用做食品添加劑。藥物代謝研究表明，根據(jù)物種的不同，丙酸可以作為合成脂肪酸、氨基酸、糖原的前體［11-13］。研究顯示，氟丙酸沒有急性毒性，安全可靠［10，14］。2009年，Pillarsetty等［10］研究發(fā)現(xiàn)，在前列腺癌小鼠模型中，2-18F-氟丙酸能濃聚在腫瘤部位，具有較高的腫瘤-背景比值，而且比11C-乙酸具有更高的%ID/g，表明其可以作為潛在的腫瘤顯像劑進(jìn)行深入研究。

表1 注射60和120min后2-18F-氟丙酸在乳腺癌小鼠體內(nèi)分布的比較(n=4，±s，%ID/g)Table 1 Comparison of in vivo biodistribution of 2-［18F］fluoropropionic acid in breast cancer xenografted micebetween 60min and 120min(n=4，±s，%ID/g)

表1 注射60和120min后2-18F-氟丙酸在乳腺癌小鼠體內(nèi)分布的比較(n=4，±s，%ID/g)Table 1 Comparison of in vivo biodistribution of 2-［18F］fluoropropionic acid in breast cancer xenografted micebetween 60min and 120min(n=4，±s，%ID/g)

時(shí)間Time 腫瘤Cancer 肺Lung 心臟Heart 腦Brain 盲腸Caecum 60 min 13．74±1．97 10．14±0．84 14．71±1．00 14．80±0．98 22．44±7．27 120 min 14．84±1．06 9．76±0．37 14．04±0．83 14．02±1．09 23．04±6．33 P 0．454 0．528 0．425 0．409 0．920時(shí)間Time 膀胱Urinary bladder 肝Liver 腎Kidney 肌肉Muscle 骨骼Bone 60 min 47．12±9．35 14．67±0．76 10．21±0．62 7．67±0．70 14．80±0．98 120 min 36．22±10．91 14．75±0．87 10．45±0．62 8．27±0．48 13．57±0．86 P 0．261 0．914 0．665 0．298 0．177

表2 18F-FDG在乳腺癌小鼠體內(nèi)的分布(n=4)Table 2 In vivo biodistribution of18F-FDG in breast cancer xenografted mice(n=4)

乳腺癌的診斷有磁共振成像、X線、超聲和18FFDG-PET等檢測(cè)方法，其中18F-FDG-PET診斷乳腺癌的靈敏度較低［4，15-16］，需要尋找新的示蹤劑。本研究在建立乳腺癌小鼠模型、化學(xué)合成2-18F-氟丙酸的基礎(chǔ)上，利用MicroPET對(duì)荷乳腺癌小鼠進(jìn)行了2-18F-氟丙酸的顯像和動(dòng)物體內(nèi)分布研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)注射2-18F-氟丙酸后60到120 min，0．3 cm直徑乳腺癌病灶可見放射性濃聚。乳腺癌對(duì)2-18F-氟丙酸攝取的機(jī)制尚不清楚，推測(cè)可能和乳腺癌組織脂肪酸合成酶的活性較高有關(guān)［17］。乳腺癌小鼠2-18F-氟丙酸顯像結(jié)果顯示，腦、心臟、肝臟和腎臟放射性濃聚較低，與文獻(xiàn)報(bào)道一致［10］，提示2-18F-氟丙酸對(duì)這些部位腫瘤的檢測(cè)可能優(yōu)于18F-FDG。此外本研究顯示，2-18F-氟丙酸在乳腺癌小鼠體內(nèi)主要通過泌尿系統(tǒng)清除，并且沒有出現(xiàn)明顯的脫氟現(xiàn)象;盲腸等腸道的放射性攝取相對(duì)較高，正常小鼠體內(nèi)分布也觀察到同樣的現(xiàn)象，推測(cè)可能與腸道微生物的活動(dòng)、短鏈脂肪酸的吸收利用有關(guān)［18］，也提示2-18F-氟丙酸可以在一定程度上反映短鏈脂肪酸丙酸的生理代謝和分布情況。荷瘤鼠體內(nèi)2-18F-氟丙酸分布結(jié)果顯示，在注射后60和120 min，乳腺癌病灶的放射性濃聚有增加趨勢(shì)，%ID/g分別為13．74±1．97和14．84±1．06，但統(tǒng)計(jì)學(xué)意義不顯著，而肺、心臟、大腦、肝臟有下降趨勢(shì)，統(tǒng)計(jì)學(xué)意義也不顯著，說明該顯像劑注射60 min后在腫瘤及各臟器中的代謝趨于平緩，對(duì)延遲顯像不具有意義。對(duì)比2-18F-氟丙酸和18F-FDG在注射后60 min的動(dòng)物體內(nèi)分布結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，前者的腫瘤-本底(肌肉)比值(1．791)明顯高于后者(1．178)，提示2-18F-氟丙酸對(duì)乳腺癌的診斷可能比18F-FDG靈敏度高。

18F-FDG是PET顯像中最廣泛使用的示蹤劑，但臨床上對(duì)于腫瘤檢測(cè)容易受到棕色脂肪、肌肉攝取等干擾，增加假陽性診斷，在本研究動(dòng)物模型上也可觀察到這種干擾。在同樣實(shí)驗(yàn)條件下，棕色脂肪對(duì)2-18F-氟丙酸的攝取低，不足以干擾乳腺癌顯像，提示2-18F-氟丙酸PET顯像在乳腺癌的診斷上可能具有優(yōu)勢(shì)，具有潛在應(yīng)用前景。但是，由于2-18F-氟丙酸在腸道的攝取高，不利于腸道腫瘤檢測(cè)與診斷。綜上，正電子顯像劑2-18F-氟丙酸能夠清晰顯示乳腺癌，有可能應(yīng)用于臨床乳腺癌的全身無創(chuàng)性檢測(cè)。

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Imaging Potential and Biodistribution in vivo of 2-［18F］Fluoropropionic Acid in Breast Cancer-bearing Mice

DANG Yong-hong，CAI Jiong，LI Xin，WANG Ling，LI Fang

Department of Nuclear Medicine，PUMC Hospital，CAMS and PUMC，Beijing 100730，China

Objective To investigate the imaging potential and biodistribution in vivo of a novel positron imaging agent，2-［18F］fluoropropionic，in breast cancer-bearing mice．Methods 2-［18F］fluoropropionic acid(7．4-11．1 MBq)was injected into the breast cancer-bearing mice via tail vein，followed by micro positron emission tomography at 60min and 120min．The radioactivity per volume(Bq/ml)in organs was transferred to percentage injected dose per gram(%ID/g)by Inveon Research software and the biodistribution of 2-［18F］fluoropropionic acid in organs was deduce．The same operations were done with18F-FDG．Results 2-［18F］fluoropropionic acid was mainly distributed in the urinary bladder，intestine，and liver between 60 min to 120 min．The breast cancer at right flank was visualized clearly，and the radioactivity uptake was(13．74± 1．97)%ID/g and(14．84±1．06)%ID/g，respectively，at these two time points(P=0．454)．The radioactivity uptakes in muscle and brown tissue were relatively low．The radioactivity uptake of18F-FDG was(10．27± 2．34)%ID/g at the breast cancer 60 min after injection，and radioactivity uptake of the brown fat on the back was obvious．Conclusions Positron imaging agent 2-［18F］fluoropropionic acid can be used to image breastcancer．It may be applied in the noninvasive imaging of breast cancer in clinical settings．

2-［18F］fluoropropionic acid;breast cancer-bearing mice;micro positron emission tomography;imaging

CAI Jiong Tel:010-69155510，E-mail:jiongcai@sina．com

R445．5

A

1000-503X(2015)03-0320-05

10．3881/j．issn．1000-503X．2015．03．014

2015-04-07)

蔡 炯 電話:010-69155510，電子郵件:jiongcai@sina．com

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