張帆 于璟 大連醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科 (大連 116027)

國(guó)產(chǎn)氟-18多功能模塊及合成正電子放射性藥物概述

張帆 于璟 大連醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科 (大連 116027)

正電子放射性藥品大多采用自動(dòng)化模塊合成以適應(yīng)臨床需要，這種全自動(dòng)化模塊的生產(chǎn)模式有其自身優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也帶來了很大的挑戰(zhàn)。本文介紹了國(guó)產(chǎn)PET-MF-2V-IT-I型氟-18多功能模塊的特點(diǎn)，并運(yùn)用該模塊進(jìn)行單反應(yīng)管合成、雙反應(yīng)管合成、點(diǎn)擊化學(xué)合成、聯(lián)合11C碘代甲烷模塊合成多種放射性藥物，以滿足臨床及科研的需求。

正電子發(fā)射斷層顯像 放射化學(xué) 自動(dòng)化放射性藥物合成 氟-18

1.概述

氟-18是放射性核素，其衰變產(chǎn)生的正電子與周圍電子湮滅發(fā)射511KeV的γ光子，因此對(duì)氟-18的化學(xué)反應(yīng)不能像普通化學(xué)反應(yīng)用手操作，而應(yīng)在鉛屏蔽下進(jìn)行，采用機(jī)械手或計(jì)算機(jī)控制；同時(shí)，氟-18的半衰期為110min，要求氟-18標(biāo)記的反應(yīng)快速進(jìn)行。氟-18標(biāo)記的化合物大多為藥品，臨床需求量大，需要經(jīng)常重復(fù)操作，因此氟-18核素的標(biāo)記大多采用多功能模塊完成。多功能模塊即采用正電子核素氟-18標(biāo)記，在預(yù)安裝試劑后，控制單步或多步化學(xué)反應(yīng)在預(yù)定程序下自動(dòng)對(duì)試劑進(jìn)行轉(zhuǎn)移、反應(yīng)管加熱、純化等過程，最終得到合格的正電子藥物的設(shè)備。正電子放射性藥物模塊最早是美國(guó)UCLA開發(fā)的計(jì)算機(jī)控制的化學(xué)過程單元（CPCU），后逐步開發(fā)針對(duì)不同核素、不同藥物的模塊。我國(guó)的正電子藥物模塊一直依賴進(jìn)口，由美國(guó)通用公司和德國(guó)西門子公司生產(chǎn)。直到2003年由我國(guó)成功研制了氟-18-FDG模塊，2006年研制了氟-18多功能模塊。于2007年正式推到巿場(chǎng)，該模塊配有一套固相萃取、兩套獨(dú)立反應(yīng)管、三套加熱系統(tǒng)。與目前國(guó)外的模塊相比，其配置齊全，可進(jìn)行多步化學(xué)反應(yīng)，可合成的藥物品種多，目前共有21家醫(yī)院及科研單位在使用，下文結(jié)合已發(fā)表的論文介紹本模塊功能。

圖1. 氟-18多功能合成模塊

圖2. 氟-18多功能模塊操作控制界面

國(guó)產(chǎn)氟-18多功能模塊的型號(hào)為PET-MF-2VIT-I，模塊有兩個(gè)獨(dú)立反應(yīng)管，三個(gè)獨(dú)立的加熱系統(tǒng)，允許兩個(gè)不同的親核反應(yīng)分開進(jìn)行，采用計(jì)算機(jī)控制，能自動(dòng)合成多種常規(guī)的氟化合物及復(fù)雜化合物。化合物合成所需溫度和時(shí)間可以方便的在電腦上設(shè)置。

PET-MF-2V-IT-I型氟-18多功能合成模塊整合了多種可供任意組合的氟化合物合成模式，如采用單管法可以合成常規(guī)的18F標(biāo)記的藥物，如18F-FDG、18F-乙酸鹽、18F-FMIS°等，用柱色譜法而無需HPLC可以合成如18F-FLT、18F-乙基膽堿、18F-FET等。采用HPLC純化法可合成18F-FES、18F-FDDNP等。還可以采用雙管法單獨(dú)制備第二標(biāo)記前體，如常用的18F-溴乙基、18F-溴甲烷、18F-4-氟苯甲醛、18F-4-氟苯甲醇、18F-4-氟苯甲酸、18F-4-氟溴苯等。以便進(jìn)一步合成更復(fù)雜的化合物，也可以按照合成步驟自行編寫合成程序。

2.基本功能

2.1 單反應(yīng)管合成

（1）一步親核反應(yīng)

單管合成功能，是國(guó)產(chǎn)氟-18多功能模塊的基本功能，它可以完成一步合成反應(yīng)和二步合成反應(yīng)。目前采用單管合成一步親核反應(yīng)的藥物有：多巴胺受體顯像劑18F-Fallypride[1]、早老癡呆診斷劑18F-W372[2]和心肌灌注顯像劑18F-TPT[3]等。

18F-Fallypride合成過程中，親核反應(yīng)完畢后用水稀釋，將粗品經(jīng)Sep Pak C18柱純化，無需HPLC分離。方法快捷簡(jiǎn)單，且可減少對(duì)標(biāo)記人員的輻照傷害，便于臨床推廣使用。18F-W372合成過程中，親核反應(yīng)結(jié)束后需將產(chǎn)品混合物經(jīng)過Al2°3柱純化，再經(jīng)HPLC分離后收集產(chǎn)品。由于氟-18標(biāo)記在吡啶環(huán)上，最終產(chǎn)品需用含有少量維生素C的注射用水稀釋，以減少產(chǎn)物分解。在18F-TPT合成過程中，采用固相交換法，無需相轉(zhuǎn)移催化劑，即模塊上QMA柱進(jìn)口端接頭直接與1號(hào)瓶進(jìn)液端連接（不接QMA柱），使攜帶18F-的H218°直接轉(zhuǎn)移到反應(yīng)管。反應(yīng)前需要在模塊的反應(yīng)管中預(yù)先加入少量氨水，18F-TPT親核反應(yīng)過程中需要的反應(yīng)溫度為250°C，反應(yīng)完畢后需要通過HPLC進(jìn)行純化得到最終產(chǎn)物，不矯正合成效率為2.5%。

（2）一步親核，然后水解反應(yīng)

國(guó)產(chǎn)氟-18多功能模塊也可以實(shí)現(xiàn)“親核+水解”反應(yīng)，即一步親核反應(yīng)結(jié)束后，再進(jìn)行水解。可采用此方法進(jìn)行合成的藥物有：腫瘤細(xì)胞增殖顯像劑18F-FLT[4]、腫瘤細(xì)胞乏氧顯像劑18F-FAZA[5]、腫瘤受體顯像劑18F-FES[6]、心肌脂肪酸代謝顯像劑18F-FTHA[7]和常規(guī)的18F-FDG。18F-FLT、18F-FES、18F-FTHA的反應(yīng)過程都是親核反應(yīng)結(jié)束后，冷卻反應(yīng)管，然后直接向反應(yīng)管內(nèi)加入酸或堿進(jìn)行水解，再啟動(dòng)HPLC純化，最后得到產(chǎn)品。而18F-FAZA和18F-FDG是一步親核反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)固相萃取柱純化后轉(zhuǎn)移到第二個(gè)反應(yīng)管中進(jìn)行水解或在萃取柱上直接水解，此過程中間體經(jīng)過一次提純?cè)偎?，可提高合成的重?fù)性和產(chǎn)品純度。其中18F-FLT、18F-FES需要加入HCl進(jìn)行水解，而18F-FAZA、18F-FTHA、18F-FDG需用加入Na°H進(jìn)行水解。

（3）二步親核反應(yīng)

有些反應(yīng)在單反應(yīng)管合成過程中首先需要用18F-對(duì)中間體進(jìn)行標(biāo)記，然后再與前體進(jìn)行親核反應(yīng)，即在第一步反應(yīng)結(jié)束后，直接在管內(nèi)加入前體進(jìn)行第二步親核反應(yīng)。國(guó)產(chǎn)氟-18多功能模塊即可進(jìn)行單反應(yīng)管二步親核反應(yīng)。例如，炎癥和腫瘤鑒別顯像劑18F-FET的合成，首先18F-與Ts°CH2CH2°Ts的乙腈溶液在反應(yīng)管內(nèi)加熱反應(yīng)，生成1-氟-2-對(duì)甲苯磺?；彝椋?8FCH2CH2°Ts），再加入前體N-B°C-L-色氨酸乙酯的無水DMS°/ Na°H（pH=9）溶液反應(yīng)，最后經(jīng)HCl水解，Na°H中和得到最終產(chǎn)物。另外可用單管進(jìn)行二步親核反應(yīng)完成的藥物還有18F-FECH。

2.2 雙反應(yīng)管合成

除以上單反應(yīng)管功能外，本模塊具有其他多功能模塊不具有的功能，即聯(lián)合兩個(gè)反應(yīng)管，甚至第三反應(yīng)管的功能。設(shè)計(jì)的雙管氟-18多功能模塊由氟離子捕獲、第一反應(yīng)管、第二反應(yīng)管、高效液相色譜（HPLC）純化和固相萃取五個(gè)部分組成，反應(yīng)管透明，采用兩個(gè)反應(yīng)管進(jìn)行不同反應(yīng)，以制備復(fù)雜化合物。本研究模塊與其他氟-18多功能模塊區(qū)別：除多一個(gè)反應(yīng)管外，更關(guān)鍵的是本模塊反應(yīng)管的可視化，采用透明反應(yīng)管，在熱室外可觀察到反應(yīng)管內(nèi)顏色的變化，通過溶液顏色的變化可以判斷反應(yīng)進(jìn)程和合成成功與否。目前可用雙反應(yīng)管合成的藥物有：腫瘤新生血管顯像劑18F-RGD[8]、細(xì)胞凋亡顯像劑18F-FEDPA[9]、蛋白的聯(lián)接劑18F-SFB[10]、腫瘤顯像劑18F-FECH[11]。

其中18F-FECH的制備方法目前根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道有三種。一是雙管法制備，該方法的優(yōu)點(diǎn)是將二步反應(yīng)分別放在兩反應(yīng)瓶?jī)?nèi)進(jìn)行，經(jīng)硅膠純化即可。該制備方法可在雙管FDG模塊上進(jìn)行；二是采用改良的單管系統(tǒng)合成18F-FECH，將第一步親核和第二步取代合并在一個(gè)反應(yīng)管內(nèi)進(jìn)行，用乙醇將產(chǎn)品轉(zhuǎn)移到Silica柱上。但在單管多功能模塊上采用該方法有困難，需對(duì)模塊進(jìn)行改造，增加控制單元，以實(shí)現(xiàn)廢液和產(chǎn)品的分開；三是單管多功能模塊，在同一反應(yīng)管內(nèi)進(jìn)行兩步反應(yīng)，再經(jīng)HPLC純化，該方法費(fèi)時(shí)、費(fèi)力。而國(guó)產(chǎn)多功能模塊可將兩步反應(yīng)分開，將第一步的中間體經(jīng)Silica柱吸附氟離子和K2.2.2，可降低產(chǎn)品中的雜質(zhì)含量。該模塊除制備氟乙基外，還可在第一反應(yīng)管制備如氟溴甲烷、1-氟-2-溴乙烷等其他前標(biāo)記前體，經(jīng)Sep Pak柱純化后進(jìn)入第二反應(yīng)管，以合成氟烷基化的化合物，該特點(diǎn)是單管多功能模塊所不具備的。

另外，18F-FDG是目前PET檢查使用最多的放射性藥物，一般合成18F-FDG采用專用模塊，氟-18多功能模塊常作為專用模塊的補(bǔ)充。氟-18多功能模塊合成18F-FDG一般采用液相堿水解，以避免使用注射器，使設(shè)備更容易控制，但液相水解最大的缺點(diǎn)是產(chǎn)品中可能含有乙腈，而且K2.2.2含量也較大。國(guó)產(chǎn)氟-18多功能模塊的特點(diǎn)是采用和專用模塊一樣的固相水解方法，用氣動(dòng)方式將堿加到Sep Pak C18柱上，達(dá)到了與專用模塊相同的化學(xué)純度，因此可作為專用FDG模塊的補(bǔ)充。

總之，在普通單管多功能模塊的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)反應(yīng)管，而且使反應(yīng)管透明可視。達(dá)到了合成復(fù)雜放射性氟化合物，并通過顏色變化觀察放射性合成過程的目的。該模塊不僅滿足臨床常規(guī)放射性藥物合成的需要，還滿足合成復(fù)雜化合物科研的要求。

3.獨(dú)有技術(shù)功能

國(guó)產(chǎn)氟-18多功能模塊不但可以實(shí)現(xiàn)雙管之間液體轉(zhuǎn)移，而且可以實(shí)現(xiàn)放射性氣體的轉(zhuǎn)移，將第一反應(yīng)管生成的中間產(chǎn)物隨氮?dú)鈴姆磻?yīng)管蒸出，直接或經(jīng)Sep Pak柱上再純化到第二反應(yīng)管，以進(jìn)行下一步反應(yīng)。目前運(yùn)用此種方法進(jìn)行合成的藥物有腫瘤顯像劑18F-FCH[12]。在18F-FCH的合成過程中，首先18F-與二溴甲烷（CH2Br2）的乙腈溶液在反應(yīng)管中110°C下密閉反應(yīng)8min，冷卻反應(yīng)管，切換已經(jīng)改裝好的三通閥并開始加熱至80°C，將合成的18FCH2Br隨氮?dú)鈴姆磻?yīng)瓶中蒸出，經(jīng)過三個(gè)相連的Sep Pak Si°2柱后，在Sep Pak C18柱上與負(fù)載的前體N，N-二甲基乙醇胺發(fā)生甲基化反應(yīng)，最后經(jīng)過Sep Pak Plus CM柱分離，得到18F-FCH注射液。放化產(chǎn)率可達(dá)12%±2%（n=3，按18F-計(jì)算，未校正），放化純度大于95%。該方法可以延伸到所有氟甲基藥物的合成。

利用該技術(shù)，國(guó)產(chǎn)氟-18多功能模塊還可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)“點(diǎn)擊化學(xué)”合成多肽。所謂“點(diǎn)擊化學(xué)”，其核心是炔與疊氮反應(yīng)形成雜原子鏈接單元（C-X-C）的新合成方法，具有條件溫和、反應(yīng)速度較快、立體選擇性高等特點(diǎn)；在亞銅催化下，末端炔與疊氮化合物在常溫下發(fā)生反應(yīng)，生成穩(wěn)定化合物。采用此方法進(jìn)行合成的藥物有18F-Pen-peptide[13]。

運(yùn)用國(guó)產(chǎn)氟-18多功能模塊點(diǎn)擊化合成18F-Pen-peptide的過程中，首先在第一反應(yīng)管合成6-氟-18戊炔，將之蒸發(fā)到第二反應(yīng)管，與疊氮短肽前體在亞銅催化下發(fā)生點(diǎn)擊反應(yīng)，在室溫下生成18F-Pen-peptide，經(jīng)半制備HPLC純化，再經(jīng)固相萃取得到注射18F-Pen-peptide，6-氟-18戊炔與肽的反應(yīng)效率可以達(dá)到99%左右。全自動(dòng)點(diǎn)擊合成的關(guān)鍵是蒸出5-18F-氟戊炔，本模塊第二反應(yīng)管通入氮?dú)夂拖蛲廨斔鸵后w為同一管線，可完成除乙腈或蒸發(fā)5-18F-氟戊炔的操作，而普通多功能合成模塊雖然可以合成5-18F-氟戊炔，但不能將之蒸發(fā)到第二反應(yīng)管。

4.延伸功能

由于受場(chǎng)地和經(jīng)費(fèi)的限制，有些PET中心不可能配備所有的合成模塊，部分PET中心盡管有多種模塊，但仍無法合成某些放射性藥物。因此可以將國(guó)產(chǎn)11C碘代甲烷模塊和氟-18多功能模塊聯(lián)合使用，合成11C的正電子放射性藥物。

反應(yīng)過程中先由11C碘代甲烷模塊合成甲基化試劑11CH3-Triflate，再將11CH3-Triflate通入到含有前體的氟-18多功能模塊的第二反應(yīng)管中，根據(jù)合成不同的藥物，在反應(yīng)管中加入不同的前體、溶劑和輔料，并根據(jù)需要加熱，反應(yīng)完畢后將反應(yīng)液體轉(zhuǎn)移到中轉(zhuǎn)瓶，并用流動(dòng)相稀釋反應(yīng)液后用半制備HPLC純化，收集產(chǎn)品，之后再經(jīng)固相萃取制備可供注射的11C放射性藥物。通過此結(jié)合方法，可自動(dòng)化合成的藥物有：外周苯二氮卓受體顯像劑11C-PK11195、Aβ斑塊顯像劑11C-PIB、多巴胺D2受體顯像劑11C-Racl°pride和5-羥色胺轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白顯像劑11C-DASB[14]。兩種模塊組合的方式，充分挖掘了模塊的價(jià)值，可為臨床提供更好的服務(wù)。

5.結(jié)語

隨著PET/CT的臨床廣泛應(yīng)用，需要更多高質(zhì)量、特異性的正電子放射性藥物以滿足臨床的不同需求。目前幾乎所有的正電子放射藥物都是由模塊自動(dòng)化合成，采用專用模塊或多功能模塊可以合成種類繁多的放射性藥物。運(yùn)用國(guó)產(chǎn)氟-18多功能模塊可進(jìn)行單反應(yīng)管合成、雙反應(yīng)管合成、點(diǎn)擊化學(xué)合成、聯(lián)合11C碘代甲烷模塊等方法合成多種放射性藥物，并且能夠運(yùn)用自行編寫的程序進(jìn)行藥物合成，在臨床藥物生產(chǎn)和新藥研發(fā)方面都展現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

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Review of Domestic F-18 Multifunctional Module and Synthesis Positron Radiopharmaceuticals

ZHANG Fan YU Jing Department of Nuclear Medicine, The Second Hospital of Dalian Medical University (Dalian 116027)

The feld of radiochemistry is moving towards exclusive use of automated synthesis modules for production of most clinical radiopharmaceutical doses. Such a move comes with many advantages, but also presents radiochemists with many challenges. This review introduces the characteristic of the PET-MF-2V-IT-I synthesis module, and use it to automate synthetize a series of radiopharmaceutical with the method of single tube synthesis, double tube synthesis, click chemistry synthesis and combined with11C-CH3I synthesis module, in order to meet the requirements of clinical and scientifc research .

positron emission tomography, radiochemistry, automated radiopharmaceutical synthesis, fuorine-18

1006-6586(2016)11-0031-05

R817.9

A

2016-03-04

張帆，技師。