2. 中山大学附属第一医院, 广东 广州 510080
2. First Affiliated Hospital, Sun Yat-Sen University, Guangzhou 510080, China
氨基酸类正电子药物是用人工短半衰期放射性核素 (主要是11C和18F) 进行标记后得到的示踪剂。肿瘤细胞对其转运的过分表达表现为肿瘤细胞的 摄取增高, 而炎症组织对其几乎不摄取, 因而可以区分恶性组织与良性病变, 弥补18F-FDG在临床上的不足[1,2]。同时, 大多数氨基酸类正电子药物在正常脑组织中表现为低摄取, 临床上也被应用于脑肿瘤显像, 特别是在脑胶质瘤大小的界定、检测肿瘤的复发、区分肿瘤复发和放射性损伤等方面显示出一定的优势[3,4]。
当前研究较多的氨基酸类正电子药物有11C-或18F- 蛋氨酸 (11C- or 18F-MET)[5]、18F-多巴 (18F-DOPA)[6]和18F-酪氨酸 (18F-FET)[7], 但均存在一些合成时间过长、产率低等不足。5-羟色氨酸 (5-OH-Trp) 和酪氨酸、氟多巴一样, 均属于芳香性的氨基酸, Li等[8]及He等[9]分别使用18F对其羟基进行了氟乙基化标记和氟丙基化标记, 发现5-(2-18F-氟乙氧基)-色氨酸 (18F-FETP) 和5-(3-18F-氟丙氧基)-色氨酸 (18F-FPTP) 在区分肿瘤和炎症上均显示了较高的灵敏性。Stefanie等[10]通过进一步的体外细胞摄取实验, 发现18F-FETP在乳腺癌细胞和肺癌细胞中的摄取率均比18F-DOPA和18F-FET要高, 显示出良好的特异性。本研究以5- O H-Trp为前体, 通过在其羟基上进行11C-甲基化得到新型的正电子化合物5-11CMTP, 5-11CMTP的合成见合成路线1, 通过动物体内实验和动物肿瘤模型显像进行评价。
结果与讨论 1 结果 1.1 5-11CMTP的合成及5-CMTP的色谱分析本研究通过两步法合成了11C-CMTP, 实验过程中发现, 第一步的还原反应对反应条件的要求极其苛刻, 要求无水干燥, 否则将导致产率严重下降或实验失败。而且, 由于空气中存在普通的二氧化碳, 在添加试剂的过程中最好在氮气的保护下进行, 一方面可以提高最终药物的比活度; 另一方面也可以隔绝空气中的水蒸汽, 提高产率。5-11CMTP的整个合成时间约为30 min, 总合成效率为 (14.6 ± 7.2) % (未校正), 放射化学纯度超过95%。其标准品5-CMTP的HPLC的UV色谱图和5-11CMTP放射性检测图见图 1, 从图中可以看到, 标准品5-CMTP的Rt = 12.6 min, 5-11CMTP的放射性峰Rt = 12.8 min。HPLC的色谱条件为: 流速1.0 mL·min-1; 分析柱为C-18柱; 流动相A为0.1% TFA的水溶液, 流动相B为0.1% 乙腈溶液, 梯度洗脱, 流动相A∶B的比例 (v/v) 为0~8 min, 98∶2; 8~20 min, 90∶10; 20~25 min, 80∶20。标准品5-CMTP的Na盐的MS质谱图见图 2, 从图 2中可以看到标准品的碎片离子峰ESI-MS: m/z 257 [M+H]+。
5-11CMTP的动物体内生物学分布结果见图 3, 从图中可以看出, 不同时间段胰腺的摄取量均最高, 在30 min达到峰值 (22.89 ± 4.57)% ID/g; 肾、肝和肠的摄取量随时间的增加逐渐增高, 表明5-11CMTP主要经过尿液的方式排出体外。另外, 也可以看出, 脑组织在所有的观察时间内摄取量均最低, 最高为30 min的 (2.33 ± 0.43)% ID/g, 而血则一直维持较高的水平。以上性质基本与18F-L- FPTP相似。
小鼠S180肿瘤模型结果见图 4。从图中可见小鼠右前腿 腋下皮下接种的S180肿瘤组织对5-11CMTP有明显的摄取。其肿瘤/肌肉的比值达到2.3, 预示5-11CMTP有望成为一种肿瘤显像示踪剂。
通过半自动甲基化的方法标记合成了5-11CMTP, 方法简单, 放射化学纯度高, 标记产率为 (14.6 ± 7.2)%。初步小鼠模型显像表明, 5-11CMTP易于被肿瘤组织摄取, 有望成为新的肿瘤PET显像剂。
实验部分仪器 RDS-111型加速器 (美国CTI); CRC-15R型活度计 (美国Capintec); HPLC液相色谱仪 (Waters 1525), UV检测器 (Waters 2489); 放射性检测仪 (Bio- scan); AQ-C18色谱柱 (Ultimate); API 4000 Qtrap串联质谱仪 (美国ABSCIEX公司); 11C-多功能模块 (北京派特生物有限公司)。
试药和动物 USP乙醇、氢化铝锂 (LiAlH4)、无水乙腈 (98%)、5-羟基色氨酸和57% 氢碘酸 (HI) 均为Aldrich产品; C-18柱、硅胶柱均为Waters产品。昆明种小鼠 (体重15~25 g)、S180纤维肉瘤细胞均来自中山大学实验动物中心。
1 5-CMTP的合成将5-OH-Trp (22.0 mg, 0.1 mmol) 溶于1.0 mL的DMSO中, 加入2.5 mol·L-1 NaOH溶液0.1 mL, 搅拌20 min后常温下加入过量的CH3I (42.6 mg, 0.3 mmol), 反应30 min经HPLC检测原料反应完成后加入0.2 mL 0.1 mol·L-1 HCl并加入5 mL水, 经C-18柱色谱纯化后进行MS分析。
2 5-11CMTP的合成由回旋加速器通过核反应14N(p,a)11C生产11CO2, 然后传送到碘甲烷合成模块中。11CO2通过Loop环 (液氮冷却至-160 ℃) 被捕集。移去液氮冷却环, 通入He气 (20 mL·min-1) 并释放11CO2, 经P2O5柱干燥后进入反应管。11CO2经LiAlH4还原法合成11CH3I。通入的11CO2与LiAlH4发生还原反应生成11CH3OH, 再与HI发生取代反应生成11CH3I。在动力气体He气的作用下, 11CH3I通过高温的Ag-triflate柱, 得到11CH3-trifl ate。实验前, 将2~3 mg前体5-OH-色氨酸溶于0.3 mL DMSO溶液中, 加入20 µL 2.5 mol·L-1的NaOH溶液, 装入反应管。11CH3-triflate通过N2携带进入反应管, 直到11CH3I蒸发完毕后将反应管加热到80 ℃, 继续吹气4 min后, 反应液加入5 mL水, 酸化后过C-18柱纯化, 得到5-11CMTP。
3 正常小鼠的体内生物分布注射5-11CMTP水溶液 (3.7 MBq·mL-1) 前, 小鼠禁食禁水, 16只小鼠分为4组, 每组4只, 每只通过尾静脉注入0.2 mL (约740 kBq) 的5-11CMTP后分别在5、15、30、60 min时处死, 取脑 、肺、心、肝、胰、胃、肠、肾、肌肉、骨和血称重, 计数, 数据经衰变校正后计算每克组织的放射性摄取剂量占注射剂量的百分比 (ID%/g; 平均值 ± 标准差)。
4 5-11CMTP小鼠肿瘤模型的PET显像昆明种小鼠2只, 在其右前腿腋窝处经皮下注 射约2千万个S180肿瘤细胞, 4~6天后当肿瘤生长成8~15 mm大时供实验使用。给药前禁食不禁水。每只小鼠通过尾静脉注射0.2 mL 5-11CMTP (约1.11 MBq), 给药后30 min进行全身PET扫描, 数据重建后得到PET小鼠模型图像。
[1] | He SZ, Wang SX, Wang P, et al. Radio-synthesis and application research advance of amino acid molecular tracers labeling with 18F and 11C for tumor imaging [J]. Nucl Tech (核技术), 2014, 37: 080302. |
[2] | Bourdier T, Shepherd R, Berghofer P, et al. Radiosynthesis and biological evaluation of L- and D-S-(3-[18F]fluoropropyl) homocysteine for tumor imaging using positron emission tomography [J]. J Med Chem, 2011, 54: 1860-1870. |
[3] | Jager PL, Vaalburg W, Pruim J, et al. Radiolabeled amino acids: basic aspects and clinical applications in oncology [J]. J Nucl Med, 2001, 42: 432-445. |
[4] | Huang CF, McConathy J. Radiolabeled amino acids for oncologic imaging [J]. J Nucl Med, 2013, 54: 1007-1010. |
[5] | Tang GH, Wang MF, Tang XL, et al. Synthesis and radio-pharmacology of S-(2-18F-fluoroethyl)-L-methionine for tumor imaging [J]. Acta Pharm Sin (药学学报), 2003, 38: 915-918. |
[6] | Fueger BJ, Czernin J, Cloughesy T, et al. Correlation of 6-18F-fluoro-L-dopa PET uptake with proliferation and tumor grade in newly diagnosed and recurrent gliomas [J]. J Nucl Med, 2010, 51: 1532-1538. |
[7] | Wester HJ, Herz M, Weber W, et al. Synthesis and radiopharmacology of O-(2-18F-fluoroethyl)-L-tyrosine for tumor imaging [J]. J Nucl Med, 1999, 40: 205-212. |
[8] | Li RF, Wu SC, Wang SC, et al. Synthesis and evaluation of L-5-(2-[18F] fluoro-ethoxy)tryptophan as a new PET tracer [J]. Appl Radiat Isot, 2010, 68: 303-308. |
[9] | He SZ, Tang GH, Hu KZ, et al. Radiosynthesis and biological evaluation of 5-(3-18F-fluoropropyloxy)-L-tryptophan for tumor PET imaging [J]. Nucl Med Biol, 2013, 40: 801-807. |
[10] | Stefanie DK, Mu LM, Adrienne M, et al. 5-(2-[18F]-fluoroethoxy)-L-tryptophan as a substrate of system L transport for tumor imaging by PET [J]. J Nucl Med, 2012, 53: 434-442. |