氨基酸代谢PET-CT探针L-[S-11C-甲基]-蛋氨酸的全自动合成及质量控制

谢强，汪世存

(安徽省立医院PET-CT中心，安徽 合肥 230001)

常规的正电子发射断层显像/X射线断层扫描[1](positron emission tomography-computed tomography，PET-CT)泛指[18F]-FDG的PET-CT扫描。[18F]-FDG是临床最常见的肿瘤显像剂，在肿瘤分期、良恶性鉴别、寻找原发灶等方面在临床被广泛应用。 [18F]-FDG是葡萄糖代谢显像剂，可以反映细胞的能量代谢，鉴于与葡萄糖化学结构类似，在肿瘤细胞内异常浓聚。正因为如此，[18F]-FDG的PET-CT显像存在固有的缺陷，生理情况下脑组织需葡萄糖量比较大，[18F]-FDG又通过泌尿系统进行代谢，因此[18F]-FDG在脑组织、膀胱中的本底较高，限制了[18F]-FDG在中枢神经系统以及泌尿系统疾病中的应用。[11C]-MET是氨基酸代谢显像剂，能反映氨基酸的转运和代谢，在颅脑的本底较低，因此弥补了[18F]-FDG显像的不足[2]。本研究基于安徽省立医院PET-CT中心PET-CS-II-IT-I型碳-11碘代甲烷合成模块、PET-CS-I-IT-I型碳-11多功能合成模块组成的碳-11显象剂化学合成模块两步法，采用“二合一”合成工艺合成[11C]-MET注射剂，并用于临床中枢神经系统肿瘤患者的PET-CT检查，并初步探讨其质控方法。

1 材料与方法

1.1临床资料2009年2月至2011年5月安徽省立医院住院患者，36例，其中男26例，女10例；胶质瘤术前检查12例，胶质瘤术后、放疗后复查22例，脑转移瘤放疗后复查2例(良性病变16例，恶性病变20例)，年龄(40.42±14.56)岁，年龄范围为7～78岁，所有受研究对象均经过安徽省立医院伦理委员会审核通过并签署患者知情同意书进行全身PET-CT检查。

1.2仪器设备及合成试剂(1) 仪器设备。仪器设备医用回旋加速器型号：Eclipse RD，德国Siemens公司；化学合成模块型号：PET-CS-II-IT-I型碳-11碘代甲烷合成模块、PET-CS-I-IT-I型碳-11多功能合成模块， 北京派特生物科技公司；薄层色谱分析(TLC)系统，美国Bioscan公司；高效液相分析(HPLC)系统，美国安捷伦公司；放射性探测仪，美国Bio scan公司；活度计型号：CRC-25PET， 美国Capintec公司。(2) 试剂。合成试剂L-高胱氨酸硫内酯，德国ABX公司；57%氢碘酸，美国Sigma公司；氢化锂铝四氢呋喃溶液，德国ABX公司；五氧化二磷、固体氢氧化钠、无水乙醇均为国产试剂；C-18柱，美国Waters公司；无菌过滤器，美国Millipore公司；10 ml和30 ml无菌真空瓶，北京派特生物科技有限公司；灭菌注射用水，石家庄四药有限公司， 0.05 mol·L-1磷酸钠溶液、1 mol·L-1氢氧化钠溶液均为自己配置试剂。

1.3国产模块液相两步法合成[11C]-MET(1) [11C-]的生产。11 MeV回旋加速器通过14N(p， α)11C核反应， 40 μA束流连续轰击靶材料为：0.5%氧的氮30 min，常规得到1 000 mCi的[11C]-CO2，在靶体中等待传输。

(2) [11C-]的捕获。使用靶转换器将传输管路切换，使用氩气次序使用低气流、高气流将传输过来的[11C-]传输进完全浸泡在液氮中的不锈钢loop环中，[11C-]遇到极低气温的loop，立刻以干冰形态冻结在loop中，没有被捕获的[11C]被收集在废气收集装置中。

(3) [11C]-甲醇的生成。将液态氮气装置缓慢下降，浸泡在液氮中loop环受到环境温度的自然加温，[11C]-CO2从干冰状态通过长针头缓慢的释放进入装有0.1～0.2 mL氢化锂铝四氢呋喃溶液内密闭反应管之中，与氢化锂铝反应生成[11C]-甲醇。未反应的[11C]-CO2由碱性柱吸附。

(4) [11C]-碘代甲烷的生产。待[11C]-CO2与氢化锂铝反应完毕，打开装载有氢碘酸注射器的阀门，缓慢推入57%氢碘酸，同时加热反应管至120 ℃，[11C]-甲醇与氢碘酸反应立刻生成的[11C]-碘代甲烷，借助反应管的高温，通入高纯氮气后被蒸出并进入下一步反应。

(5) V-MET的挂柱。[11C]-碘代甲烷通过自制的除水小柱(五氧化二磷、固体氢氧化钠填充的小柱)后与通过装载有L-高胱氨酸硫内酯前体的C-18柱(预装方法：取适量等体积的无水乙醇和新鲜配制1 mol·L-1NaOH溶液混合；用1 mL注射器抽取混合溶液0.2 mL溶解3 mg前体；把溶有前体的0.2 mL混合溶液加载C-18柱里)，与柱上前体反应，生成的[11C]-MET挂在C-18柱上。

(6) [11C]-MET的洗脱/除菌。取0.05 mol·L-1磷酸钠淋洗挂有[11C]-MET的C-18柱，经过乙醇预处理的另一只C-18柱子，最后产品通过孔径为 0.22 μm的灭菌过滤器，洗脱出[11C]-MET进入最终产物瓶，[11C]-MET注射液全部制备完毕。(预处理C-18柱的准备：在产品出口端接上一只经5 mL乙醇活化处理过的C-18柱、无菌滤膜和最终产物瓶)

1.4[11C]-MET化学合成路线见图1。

图1 L-高胱氨酸硫内酯与碘代甲烷反应生成[11C]-MET

1.5[11C]-MET注射液质量控制(1) 形态外观：透过肉眼观察注射液是否澄清、无颗粒、无絮状物；(2) pH值测定：使用精密pH试纸(杭州特种纸业有限公司)测定；(3) 放射化学纯度测定：采用薄层色谱法用毛细玻璃管吸取少量产品在预先准备好的硅胶板上点样，使用展开剂为V(CH3OH) ∶V(CHCl3) ∶V(NH4OH)=8 ∶8 ∶4溶剂，将硅胶板放入盛有展开剂的展开试管中，注意观察展开剂展开产品快接近硅胶板末端的时候取出，用薄层色谱仪(型号：MINI-SCAN)检测[11C]-MET放射化学纯度； (4) 无菌和内毒素测定：合成批次的[11C]-MET注射液送检本院检验科。

1.6肿瘤患者PET-CT显像通过浅静脉，注射0.2 mCi～0.25 mCi·kg-1[11C]-MET，20 min后显像，三维采集重建图像。

2 结果

2.1[11C]-MET注射液的一般参数(1) [11C]-MET注射液外观呈现澄清、透明、无混浊沉淀；(2) [11C]-MET注射液的pH值为7～8之间，符合示踪剂注射用要求；(3) [11C]-MET放化纯度>98%，保留时间为0.697 min(图2)。

图2 [11C]-MET的薄层色谱图

2.2无菌内毒素测定结果无菌内毒素测定结果表明: [11C]-MET注射液无菌落生长，内毒素含量均小于15 EU·mL-1。

2.336例患者[11C]-METPET-CT检查结果12例胶质瘤术前检查者呈高代谢者9例，SUV(Standard Uptake Value ,标准化摄取值)最大值范围1.1～7.7(典型病例参见图3)，呈低代谢者3例；22例胶质瘤术后、放疗后复查者呈术区环形、团块状高代谢者17例，SUV最大值范围1.8～5.3，提示病灶仍有活性，考虑复发或转移，呈低代谢者5例，提示术后、放疗后病灶无活性；2例脑转移瘤放疗后复查患者1例术区呈低代谢改变，提示病灶无活性，1例呈环形高代谢，提示病灶仍有活性。

3 讨论

[18F]-FDG是葡萄糖类似物，在细胞内转化成[18F]-FDG -6-磷酸盐不能被细胞代谢掉，浓聚于细胞，因此[18F]-FDG作为一种PET-CT探针被广泛应用[4]。中枢神经系统生理性耗能，造成[18F]-FDG脑生理性摄取，脑部摄取的本底较高。鉴于[11C]-MET脑部本底摄取低作为中枢神经系统疾病的显像剂存在先天优势。采用国产模块全自动一体化“两步法”合成[11C]-蛋氨酸[3]。合成采用单管液相反应的方法，最大程度减少了放射性的转移，提高产物的合成效率；合成时间和温度可以根据需要随意设置；合成时间短，合成成本低，操作简单，合成出来的[11C]-碘代甲烷可直接进入下一步反应。合成反应的第一步先生成[11C]-碘代甲烷，[11C]-碘代甲烷进入碳-11多功能合成模块，通过监测和控制在线柱，启动碳-11多功能合成模块合成程序，[11C]-碘代甲烷标记到C-18柱子上面的L-高胱氨酸硫内酯，生成[11C]-蛋氨酸，对[11C]-蛋氨酸进行纯化，洗脱灭菌后得到[11C]-蛋氨酸注射液。本法的优势在于使用液相法合成碘代甲烷，避免了碘升华法超高温，高密封性带来的合成困难，有学者[4]使用美国通用的TRACERlab FX-C化学模块镍催化气相捕获反应方法合成碘代甲烷。本法采用氢化锂铝作为还原剂的液相反应方法，鉴于氢化锂铝活性高、还原性强不易控制，因此液相合成存在一定的局限。本法采用C-18上填充L-高胱氨酸硫内酯，碘代甲烷与前体在柱反应，无需高效液相色谱[5](HPLC)纯化，只不过是在Al2O3柱子上填充L-同型半胱氨酸硫醇酯即为L-高胱氨酸硫内酯。未校正合成效率为21.2%±7.9%，放射化学纯度为>99%。

注：男，43岁，静脉注射[11C]-MET 20 mCi。A示PET显示大脑左侧颞叶、基底节区团块状[11C]-MET代谢增高灶(箭头处)，SUV最大值2.8，B示同机CT示病灶伴有大片状高密度钙化，C示PET-CT融合图像提示患者脑部恶性病变，D示病理(HE染色×100)证实为高级别胶质瘤(WHO Ⅲ～Ⅳ级)

图3某患者PET-CT融合显像片

各种碳11和氟18标记的氨基酸显像剂的研发已经应用于PET之中[6]。大多数脑瘤患者氨基酸吸收的比例比正常的大脑要多很多。这些氨基酸包括天然氨基酸如L-[11C]-亮氨酸，L-[11C]-蛋氨酸，和L-[11C]-酪氨酸和非天然的氨基酸如[11C]-氨基异丁酸，[11C]-环戊胺-1-羧酸等，在肿瘤学成像中也有123I标记的氨基酸显像剂[7-10]。约20个氨基酸转运系统已确定。大部分的氨基酸是由通过能量非依赖氨基酸L型转运系统和Na+依赖转运系统A还有B系统进行转运氨基酸。肿瘤细胞氨基酸需求高于正常细胞，因此氨基酸代谢显像剂在肿瘤细胞内浓聚。肿瘤细胞被发现过度表达氨基酸转运系统。[11C]-蛋氨酸，[11C]-酪氨酸，[18F]-酪氨酸等已经广泛应用于检测肿瘤，它们被各种氨基酸转运蛋白转移到细胞中，并被参与蛋白质合成中。在蛋白质中加入的放射性氨基酸的比例通常比在细胞中吸收的总量要小。这些天然氨基酸图像是基于氨基酸运输和蛋白质结合的。[11C]已广泛应用于脑、头、颈、肺、乳腺癌及淋巴瘤的检测。它可以穿过血脑屏障。它主要被纳入蛋白质，但也被纳入脂质、RNA和DNA。[11C]与[18F]-FDG[11]相比，PET成像对放疗更敏感，对于监测癌症的治疗很有用。

[11C]-MET属于氨基酸类显像剂。在[11C]-MET参与蛋白质的合成或转化为S-腺苷蛋氨酸作为机体甲基的供体。[11C]-MET在胶质瘤中浓聚可能与肿瘤细胞蛋白质合成增加、血脑屏障破坏及血管密度增加有关。闫文明等[3]应用[11C]-MET-PET/CT诊断脑胶质瘤放疗后肿瘤复发和放射性坏死的灵敏度为92.0%，特异度为83.33%，准确性为94.29%，约登指数为0.753，在脑胶质瘤放疗后区分肿瘤复发和放射性脑坏死方面敏感性和准确性均较高，且较MRI更敏感和准确；与本研究实验结果吻合。[11C]-MET是在脑胶质瘤放疗指导方面应用最多的具有潜力的PET探针， 勾画肿瘤界限与范围、评价治疗效果要优于[18F]-FDG，但是在病理学分级[18F]-FDG存在一定的优势，如[18F]-FDG和[11C]-MET双探针显像，优势互补，可大幅度提高对中枢神经系统肿瘤的诊断准确性，和评估后续临床治疗。碳元素是人体组成元素， [11C]标记的正电子药物有巨大很好的生物学相容性，尤其是11C-MET的广泛应用[12-15]，由于半衰期仅有20 min左右，限制其应用，在一定范围内仍可以弥补[18F]-FDG临床应用的不足。