2-18F-氟代丙酸的自动化合成及其Micro PET肺癌小鼠显像*

党永红 蔡 炯 王 玲 李 欣 吕京桥 李 方

2-18F-氟代丙酸的自动化合成及其Micro PET肺癌小鼠显像*

党永红①蔡 炯①王 玲①李 欣①吕京桥①李 方①

目的：利用国产PET-MF-2V-IT-I型氟多功能合成模块建立2-18F-氟代丙酸(2-18F-FPA)稳定合成方法，并评价其在肿瘤显像中的价值。方法：前体2-溴代丙酸乙酯与18F-发生氟代反应，中间体2-18F-FPA乙酯采用高压液相色谱法(HPLC)分离，收集保留时间在6.3～7.3 min的组分，将组分与NaOH溶液于100 ℃加热水解10 min，加入HCl调至中性，经过0.22 μm除菌滤膜后得终产品。目测澄清度，测定pH值、放射化学纯度和稳定性后行C57BL/ Micro PETJ荷瘤小鼠显像。结果：自动合成过程约40 min，放化收率(35±2)%(未经时间校正)，产品放化纯度＞98%。产品澄清无颗粒，pH值为6.0，在室温放置6 h稳定，小鼠肿瘤显像清晰。结论：利用国产PET-MF-2V-IT-I型氟多功能合成模块合成肿瘤显像剂2-18F-FPA，操作简便，合成时间短，收率及放射化学纯度高，稳定性好，在肿瘤显像中值得进一步的研究。

2-18F-氟代丙酸；肿瘤显像剂；自动化合成

[First-author’s address] Department of Nuclear Medicine, Peking Union Medical College Hospital, Chinese Academic of Medical Sciences, Beijing 100730, China.

肿瘤是目前严重威胁人类生命健康的重大疾病，PET可以活体、三维及动态地观察肿瘤的发生、发展和转移过程，给患者提供了早期诊断与治疗的机会，成为当前医学研究的热点[1-3]。然而，目前临床常用的显像剂18F-氟代脱氧葡萄糖(18F-fluorodeoxyglucose，18F-FDG)是葡萄糖类似物，其显像结果存在假阴性和假阳性。为弥补18F-FDG显像的不足，一些新型肿瘤显像剂在临床上使用，其中包括反映肿瘤脂肪酸代谢异常的短链脂肪酸类似物11C-乙酸盐，其在诊断肝、肾肿瘤等方面显示出明显优势[6-7]。但11C的半衰期短(20 min)的缺点限制了其的应用，利用半衰期相对较长(110 min)的正电子核素18F标记的氟乙酸虽然克服11C半衰期短的缺点，但肿瘤诊断能力明显下降[8]。Pillarsetty等[9]报道了另一种短链脂肪酸类似物2-18F-丙酸(2-18F-fluoropropoinic acid，2-18F-FPA)在前列腺癌中具有良好的应用前景，国内尚未见报道。因此，本研究拟在国产氟多功能模块上建立一种简单的自动化合成方法，并以肺癌小鼠为模型进行小PET(Micro PET)研究，验证其在临床推广使用的可行性。

1 材料与方法

1.1 仪器设备

RDS111型回旋加速器(美国CTI公司)；PETMF-2V-IT-I型18F正电子药物合成模块(北京派特科技有限公司)；高效液相色谱仪，配515型泵(美国Waters公司)；486型高效液相色谱紫外检测器(美国Waters公司)；高效液相色谱放射性检测器(美国Bio-Scan公司)；Mini-Scan和flow counter(美国Bio-Scan公司)；Micro PET(德国西门子公司)；CRC-15R型放射性活度计(美国CAPINTEC公司)。

1.2 试剂与材料

2-溴丙酸乙酯，纯度＞97%；无水K2CO3，纯度为99.995%(美国Aldrich公司)；99.9%无水乙腈，extra dry(比利时Acros公司)；K222，纯度为98%(德国ABX公司)；HPLC乙腈(色谱纯)，(瑞士Fisher公司)；其余试剂均为国产分析纯。离子交换柱QMA Sep-pak Light(美国Waters公司)；色谱柱，Symemetry300TMC18，5 μ，4.6 mm×250 mm，Waters；Alltima C18，10 μ，250 mm×10.0 mm，Grace；除菌过滤器，Millex-GS 0.22 μm(美国Millipore公司)。

1.3 实验动物

C57BL/6J小鼠，体质量为20～24 g，来源于北京华阜康生物技术有限公司。瘤株，路易斯肺癌(lewis lung cancer，LLC)，来源于中国医学科学院基础医学研究所细胞中心。

1.4 实验方法

1.4.1 合成模块

PET-MF-2V-IT-I型氟-18多功能合成模块，根据2-18F-FPA的合成路线与处理方式编写合成控制程序。其结构如图1所示。

图1 18F-多功能模块气路及液路示意图

1.4.2 2-18F-FPA的自动化合成

2-18F-FPA的自动化合成路线，18F-与2-溴丙酸乙酯反应生成中间体2-18F-氟丙酸乙酯，中间体经由HPLC分离纯化后，经NaOH水解再用HCl中和得到2-18F-FPA(如图2所示)。

图2 2-18F-FPA自动化合成路线示图

2-18F-FPA具体反应过程如下。

(1)1号瓶中的1.5 ml STOCK溶液(K222，13 mg/mL，K2CO33 mg/ml)将富集在离子交换柱QMA上的18F-淋洗至1号反应管(RV1)中，于116 ℃加热蒸干溶液。

(2)将2号瓶中的2 ml无水乙腈加入到RV1中，于116 ℃加热，蒸干溶液后冷却。

(3)加入3号瓶中的液体(3 mg的2-溴丙酸乙酯溶于1.0 ml无水乙腈)至RV1中，于90 ℃加热反应5 min。

(4)冷却RV1后加入4号瓶中的3 ml水，然后转移至中转瓶中。

(5)打开G0开关，将中转瓶中的液体转移至LOOP环，采用高压液相色谱法(high pressure liquid chromatography，HPLC)制备，色谱柱Alltima C18 10 μ，250 mm×10.0 mm，Grace，流动相乙腈∶水= 40∶60(体积比)，流速为4 ml/min进行分离纯化。收集保留时间6.3～7.3 min的组分至11号瓶中。

(6)将11号瓶中收集的组分加入反应管2(RV2)中，再加入12号瓶中的0.5 ml 1 mol/l的NaOH溶液，于115 ℃加热10 min后，加入13号瓶中的0.5 ml 1 mol/l HCl进行中和。

(7)将RV2中的液体经过0.22 μm除菌过滤器转移至30 ml无菌产品瓶中，得到无色澄明的2-18F-FPA注射液。

1.4.3 产品的质量控制

(1)目测产品的颜色及澄明度，用精密pH试纸测定pH值。

(2)检测产品的放射化学纯度。采用HPLC分析，色谱条件：色谱柱Symemetry300TMC18，5 μ，4.6 mm×250 mm，Waters，流动相20 mmol/l NaH2PO4溶液，流速0.5 ml/min，紫外检测波长210 nm。

(3)室温下测定3个半衰期内(t1/2=108 min)的放射化学纯度，检测其稳定性。

1.4.4 MicroPET荷瘤鼠显像

(1)荷瘤鼠模型的建立。在C57BL/J小鼠右上肢接种1×106LLCr细胞，生长15 d待肿瘤直径1～2 cm备用。

(2)荷瘤鼠显像。取C57BL/J荷瘤小鼠尾静脉注射7.4-11.1 MBq的2-18F-FPA，注射前后测量注射器放射性，精确计算注射活度。在注射药物后40 min在2%异氟烷麻醉下(加2 L/min氧气)用西门子Inoven专用小动物PET进行动物显像。能量窗口设定为350～650 keV，符合时间设定为3.432 ns，采集时间设定为5 min。

2 结果

2.1 2-18F-FPA的自动化合成

整个自动化合成过程需时约40 min，产品的放化收率为(35±2)%(未经时间校正)。产品的比活度为60 GBq/μmol。

2.2 2-18F-FPA的质量控制

(1)产品为无色澄明溶液，精密pH试纸测定pH值为6.0。

(2)产品的放射化学纯度＞98%，色谱图如图3所示。

图3 2-18F-FPA注射液radio-HPLC谱图

色谱柱Symemetry300TMC18，5 μ，4.6 mm×250 mm，Waters流动相20 mmol/l NaH2PO4溶液，流速0.5 ml/min，保留时间6.2 min。

(3)产品放置3个半衰期后，放化纯度仍＞95%。色谱图如图4所示。

图4 2-18F-FPA注射液放置3个半衰期后的radio-HPLC谱图

色谱柱Symemetry300TMC18，5 μ，4.6 mm×250 mm，Waters流动相20 mmol/l NaH2PO4溶液，流速0.5 ml/min，保留时间6.3 min。

2.3 荷瘤鼠显像

荷瘤鼠Micro PET图像显示，注射2-18F-FPA 40 min后，肿瘤明显摄取放射性，显像清晰，肠道及膀胱亦有较多的放射性浓聚。其显像结果如图5所示。

图5 C57BL/J荷瘤小鼠显像示图

3 讨论

2-18F-FPA最初被用作18F－标记短肽的放射性衍生试剂，其生物分布和显像尚未见报道[10]。Pillarsetty等[9]研究发现，在前列腺癌小鼠模型中，2-18F-FPA能浓聚在肿瘤部位，具有较高的肿瘤－背景比值，而且比11C-乙酸盐具有更高的%ID/g，表明其可以做为潜在的肿瘤显像剂进行深入研究。此外，丙酸的钠、钾和钙盐被广泛用作食品添加剂，安全性能可靠，药物代谢研究表明，根据物种的不同，丙酸是合成脂肪酸、氨基酸及糖原的前体[11-13]。

2-18F-FPA主要通过氟代和水解两步反应合成。文献均采用了HPLC分离氟代中间体，再进行水解的方法[9-10,14]。也有文献采用了Sep-Pak柱分离纯化的方法[15]。在报道的3种方法中，第1种方法是在氟代和水解反应完成后将反应溶液直接用水稀释，然后依次经过SCX柱和Sep-Pak Alumina-N柱纯化最终产品；第2种方法同样是在上述两步反应完成后，蒸干溶剂再用水稀释，然后依次经过Sep-Pak Alumina-N柱和SCX柱达到纯化目的；第3种方法是将反应中间体用Oasis HLB柱纯化，然后将NaOH溶液直接加到柱上进行在柱水解。只有第3种方法明显缩短了合成时间，由45 min减少到36 min，同时提高了放化收率，从(44±3)%(经时间衰减校正)增加到(46±7)%(未经时间衰减校正)，另外两种方法在合成时间和放化收率上均无明显改进。因2-溴丙酸甲酯与2-18F-氟丙酸甲酯的极性相差不大，用柱分离很难将二者分离开，导致最终的产品中会存在副产物2-溴丙酸。HPLC是最直接有效的分离手段。用HPLC制备分离氟代反应中间体，不仅可以很好地除去反应中的催化剂K222，也能完全除掉未反应的前体2-溴丙酸乙酯，使得产物中无2-溴丙酸的存在，在显像实验中，可以避免2-溴丙酸可能引起的竞争抑制的影响。因此本研究采用和文献[9]相似的合成方法。

国产PET-MF-2V-IT-I型氟多功能模块在我国已推广使用很多年，可以根据放化合成路线设计自动化过程。本研究在此模块上实现了2-18F-FPA的自动化合成，整个合成过程40 min，放化纯度和产率分别＞98%和(35±2)%(未经时间衰减校正)。文献[9]报道的合成时间为45 min，放化纯度和产率分别为≥98%和(44±3)%(经时间衰减校正)。虽然模块的管路较多较长，导致较多放射性损失，但用模块自动化合成仍能达到与文献[9]相持平的放化纯度与收率，同时缩短了时间，表明自动化模块合成方法高效可行，同时还可以极大减少工作人员在合成过程中接受的放射性照射剂量，也有助于实现符合GMP标准的PET显像剂的大量生产。

荷瘤鼠显像结果显示，脑、心脏、肝脏及肾脏放射性浓聚较低，与文献[9]报道一致，提示2-18F-FPA对这些部位肿瘤的检测可能优于18F-FDG；肿瘤摄取明显；肠道内有大量的放射性摄取，推测和该部位微生物丰富、粗纤维分解及短链脂肪酸吸收利用有关。

4 结语

利用PET-MF-2V-IT-I型国产18F多功能合成模块可以高效、安全自动化合成2-18F-FPA，产品的放射化学收率高，稳定性高。Lewis肺癌小鼠显像结果表明，2-18F-FPA其肿瘤显像清晰，是一种很有应用前景的肿瘤显像剂，值得进一步深入研究。

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The automated synthesis of 2-18F-fluoropropoinic acid and micro PET imaging in mice of lung cancer

DANG Yong-hong, CAI Jiong, WANG Ling, et al

China Medical Equipment,2015,12(6):46-50.

Objective: To establish a stable automated synthetic technology of 2-18F-fluoropropoinic acid (2-18F-FPA) using PET-MF-2V-IT-I multifunction synthesizer. To evaluate its value in tumor imaging. Methods: The precursor, ethyl 2-bromopropoinitatewas fluorinated with18F .The intermediate, ethyl 2-[18F] fluoropropoinitate was separated by HPLC. The components which retention time was from 6.3 to 7.3 min were collected. The components were heated with NaOH solution at 100℃ for 10 min to hydrolyze, then neutralized with HCl solution. The product was obtained after the solution passed through the 0.22 m sterile filter. The clarity was tested visually, the pH value was tested with precise pH paper, and its radiochemical purity and stability were also measured. The microPET imagings were performed on C57BL/J mice with lung cancer. Results: The whole synthesis procedure was about 40 min. The radiochemical yield was about 35% ±2%(decay uncorrected). The radiochemical purity of 2-18F-FPA was ＞98%.The product solution was clear and no particles. The pH value was 6.0.The product solution was stable in room temperature 6 h later.The imaging of tumor was clearly. Conclusion: Tumor imaging agent 2-18F-FPA can be synthesized on PET-MF-2V-IT-I multifunction synthesizer simply and rapidly. The synthetic yield, radiochemical purity and stability at room temperature can meet the clinical requirements and worth further studies.

2-18F-fluoropropoinate; Tumor imaging agent; Automated synthesis

党永红,女,(1973- ),博士，助理研究员。中国医学科学院北京协和医院核医学科，研究方向：正电子药物及分子影像研究。

1672-8270(2015)06-0046-05

R817.4

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.06.015

2015-03-02

国家自然科学基金(30670741)“AAV介导的淀粉样肽单链抗体基因治疗AD的研究”；国家自然科学基金(30500573)“阿尔茨海默病Beta淀粉样肽单链抗体和全人抗体的研究”

①中国医学科学院北京协和医院核医学科 北京 100730