18F-NaF注射液的制备及新西兰兔骨折显像

郭飞虎，邸丽娟，吴建爽，成伟华，徐晓敏，杜建冬，黄宪男，冯婷婷，姜 华，李明光，李艳涛，王成龙，梁 巍，刘涉洋，王成志，张春丽，樊红强,*，王荣福,3,*

(1.原子高科股份有限公司，北京 102413；2.北京大学第一医院 核医学科，北京 100034； 3.北京大学国际医院 核医学科，北京 102206)

18F-NaF是最早应用于骨显像的放射性药物。Blau等[1]于1962年首次报道了18F-NaF在临床骨显像中的应用，1972年18F-NaF被美国食品药品监督管理局批准上市[2]。由于99Tcm的理化性能更适用于常规γ相机成像，在20世纪70年代18F-NaF基本被99Tcm-MDP等二膦酸盐类化合物取代[3]。近年来由于钼锝发生器原料99Mo核素的全球紧缺，导致99Tcm标记药物的临床应用受到一定的影响[4]。而随着医用回旋加速器、PET或PET/CT设备数量在全世界的逐渐增加，18F-NaF作为骨显像剂重新引起了研究人员的重视[5]。18F-NaF在体内的摄取机制为：通过静脉注入体内后，18F-与羟基磷灰石晶体Ca10(PO4)6(OH)2中的羟基发生离子交换，生成氟代磷灰石Ca10(PO4)6F2，化学吸附于骨组织，并优先沉积在骨转换率高和重塑活跃的骨组织，骨摄取18F-依赖于局部血流量和成骨活性[6]。

骨折是指骨与骨小梁连续性发生中断，骨骼的完整性遭到破坏的一种体征。骨折按形成原因分为创伤性和病理性两类[7]。因创伤或肿瘤骨转移造成的隐匿性骨折和愈合情况的准确诊断对制定合适的治疗方案具有非常重要的意义。骨折的常用诊断手段有X射线摄片和CT[8]，此外核磁共振[8]、超声[9]和核医学骨扫描[10]也有用于骨折诊断的报道。与常规诊断方法相比，核医学显像具有能更早期发现更微小病变的优势。目前99Tcm-MDP骨扫描是常用的核医学显像手段，但18F-NaF PET/CT显像能在一次扫描中同时获得病灶的解剖信息和代谢信息，提供多元、直观的诊断信息，是一种优于99Tcm-MDP骨扫描的骨显像技术，能更灵敏、准确地评价骨病变，从而改变部分患者的治疗方案[11]。虽然SPECT/CT通过SPECT和CT的融合，可有效提高诊断的准确度，且成本较低，但与99Tcm-MDP SPECT/CT相比，18F-NaF PET/CT能更准确地评估更微小的隐匿性骨病变[12]；且18F-NaF PET/CT显像患者等待时间和扫描时间更短，而99Tcm-MDP SPECT/CT扫描时间长，导致患者流通量低，目前临床并不常用。因此，有研究报道99Tcm-MDP可能会被18F-NaF取代，用于评估骨病变[13]。

为考查18F-NaF PET显像用于骨折诊断的诊断效果，本文拟制备18F-NaF注射液，对其进行质量控制和稳定性研究，然后建立新西兰兔骨折模型，模型建立约2周后进行18F-NaF PET显像和99Tcm-MDP SPECT显像的自身对照试验，并对显像效果进行比较，考察18F-NaF PET用于骨折诊断的优越性。

1 方法

1.1 主要材料与仪器

Whatman No.1色层纸，美国Whatman公司；QMA柱、CM柱，美国Waters公司；甲醇、醋酸钠、戊巴比妥钠，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；H218O，江苏华益科技有限公司；0.9%NaCl注射液、灭菌注射液用水，石家庄四药有限公司；99Tcm-MDP，质控指标同《中国药典》2015版，原子高科股份有限公司。

新西兰兔，6只，6～8周龄，雌雄各半，体重(3.34±0.22) kg，北京芳元缘养殖场。在普通级别环境下饲养(温度20～25 ℃、相对湿度40%～70%、12 h照明、12 h黑暗)，伦理证书编号为J201745。

ES-30KHTS电子天平，长沙湘平科技发展有限公司；CRC-25R活度计，美国CAPINTEC INC公司；AR-2000放射性薄层扫描仪，美国BIOSCAN公司；高纯锗多道γ谱仪，美国ORTEC公司；GEMINI GXL PET/CT，Philips公司；Discovery NM/CT 670 SPECT/CT，美国GE公司；医学影像工作站，Medex公司。

1.2 18F-NaF注射液的制备

18F-NaF注射液的制备工艺分为2种。其中最常用的是以H218O为靶材，经18O(p,n)18F核反应得到18F-，然后将18F-吸附在阴离子交换柱QMA上，用水淋洗除去残留的H218O和可能存在的杂质后，再用0.9%的NaCl注射液将18F-从QMA柱上洗脱，最后将淋洗液用0.22 μm的除菌滤膜过滤得到18F-NaF注射液[14]；另一种是在以上工艺过程中，18F-在通过QMA柱前先通过阳离子交换柱CM，用CM柱吸附18F-生产过程中产生的金属阳离子杂质，尤其是靶膜活化后的长半衰期放射性金属阳离子杂质[15-16]。

1.3 18F-NaF注射液的质量控制

对本品常规通用检测项目，如性状、pH值、放射性核纯度、半衰期、无菌、细菌内毒素的分析采用《中国药典》2015年版四部通则收载的通用方法。金属杂质采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)进行分析。放化纯度的分析方法为：在用2%的醋酸钠溶液处理过的色层纸一端2 cm处点样，晾干，将纸条放入盛有50%甲醇的层析缸中展开，晾干后在放射性薄层扫描仪上测量放射性计数，并通过分析软件计算18F-NaF的放化纯度。

1.4 18F-NaF注射液的稳定性

取一定量18F-NaF注射液于30 ℃下放置10 h，分别于0、4、8、10 h取样进行性状、pH值和放化纯度检验，在0 h和10 h取样进行细菌内毒素和无菌检验。另取一定量18F-NaF注射液在40 ℃下放置8 h，分别于0、4、8 h取样进行性状、pH值和放化纯度检验。另在0 h和8 h取样进行细菌内毒素和无菌检验，考察18F-NaF注射液在30 ℃和40 ℃下的稳定性。

1.5 新西兰兔骨折模型的建立

取6只新西兰兔，静脉注射50 mg/kg 戊巴比妥钠麻醉后剪去左后肢毛、消毒，手术切开皮肤，分离皮下组织，暴露胫骨。用骨钳造成新西兰兔胫骨中段不完全性骨折，骨折处长度约1 cm。术毕清创并缝合伤口。手术后3 d内肌肉注射青霉素钠盐防止感染。骨折后的新西兰兔饲养条件如下：温度20～25 ℃、相对湿度40%～70%、12 h照明、12 h黑暗、干法饲养、标准饲养笼内每笼1只。其中1只新西兰兔术后由于凝血异常死亡，成功建立骨折模型的新西兰兔5只，饲养2周后进行18F-NaF PET显像和99Tcm-MDP SPECT显像。

1.6 18F-NaF注射液新西兰兔骨折模型显像

本研究采用自身对照实验设计。取3只骨折模型兔，分别将0.3～1.0 mL约77 MBq18F-NaF注射液经耳缘静脉注入体内，分别于30 min，1、2、3 h进行PET显像；48 h后再经耳缘静脉注射0.3～1.0 mL约77 MBq99Tcm-MDP，再在相同的时间点进行SPECT显像。另外2只先进行99Tcm-MDP SPECT显像，48 h后再行18F-NaF PET显像。显像前至少30 min打开PET/CT或SPECT/CT设备预热，PET的扫描条件为40 s/床位、18 cm/床位，每只采集7～8个床位；SPECT的显像条件为140 keV、窗宽20%、采集速度15 cm/min、放大倍数1.0，矩阵256×1 024。显像前腹腔注射25%的乌拉坦溶液4 mL/kg麻醉兔子，麻醉后固定于铺有尿垫的木板上。两次显像之间放开兔子让其自由活动，再次显像时如已清醒则补充麻醉剂。2次显像均完成后，过量麻醉处死兔子。对影像进行质量分析与定量处理，采用目测法评价影像质量，再勾画骨折部位和对侧正常骨骼部位的感兴趣区，获取单位像素的标准摄取值SUVmean(PET影像)或放射性计数(SPECT影像)，分别计算骨折部位与对侧正常骨骼部位的SUVmean比或放射性计数比(T/NT)。使用SPSS16.0软件进行统计分析，用方差分析比较18F-NaF PET影像和99Tcm-MDP SPECT影像的T/NT。

2 结果与讨论

2.1 18F-NaF注射液的制备

对2种工艺制备的18F-NaF的放化产率、放化纯度、放射性核纯度、金属杂质等进行分析可知，2种方法制备的18F-NaF的放化产率和检测结果均无明显差别：放化产率均大于95%；放化纯度均大于95%；γ能谱中除0.511 MeV和1.022 MeV18F核素的峰外均无其他峰出现，且24 h后再进行核纯度检测，均未检测到长半衰期放射性杂质；Li、V、Cr等金属杂质含量远小于限度要求。这是因为CM柱的作用为吸附靶腔中产生的金属阳离子杂质，而在不使用CM柱的工艺中，靶腔中产生的金属阳离子杂质不会吸附在QMA柱上，而是通过QMA柱进入废液，且少量的残留经过水洗后也进入了废液，因此不影响最终产品的质量。

最终根据工艺就简的原则选择在工艺中不使用CM柱，用该工艺在11 MeV加速器上束流积分值大于30 μA·h时，18F-NaF注射液的产量大于37 GBq。多批次产品的工艺验证和质量检验结果表明，该方法工艺稳定，可生产出质量符合要求的18F-NaF注射液。

2.2 18F-NaF注射液的质量控制

18F-NaF注射液的检验结果列于表1。由表1可知，所有检验项均符合限度要求。产品性状均为无色澄明液体，pH=4.5～8.0，放化纯度均大于95%，半衰期均在105～115 min之间，γ能谱中除0.511 MeV和1.022 MeV外无其他峰出现，放射性浓度范围为0.37～7.4 GBq/mL，放射性浓度测量值为标示值的90.0%～110.0%，细菌内毒素检验结果为含细菌内毒素量小于15 EU/mL，无菌检验符合要求。

表1 18F-NaF注射液的检验结果Table 1 Test result of 18F-NaF injection

2.3 18F-NaF注射液的稳定性

稳定性研究结果显示，18F-NaF注射液在30 ℃下放置0、4、8、10 h的性状，pH值和放化纯度检验结果均没有明显变化，0 h和10 h的细菌内毒素和无菌检验结果均为合格。在40 ℃下放置0、4、8 h的性状，pH值和放化纯度检验结果也没有明显变化，0 h和8 h的细菌内毒素和无菌检验结果均为合格。表明18F-NaF注射液在30 ℃下放置10 h和40 ℃下放置8 h各项质控指标均符合要求，产品稳定性良好。

2.4 骨折显像结果

18F-NaF PET和99Tcm-MDP SPECT显像结果如图1所示。虽然在30 min～3 h各时相的影像评分均为甲级，甲级影像率均为100%，两者均可见全身骨骼，影像清晰，骨折部位呈明显放射性浓聚，其放射性摄取明显高于对侧。

箭头所指为骨折部位图1 新西兰兔骨折模型的18F-NaF PET和99Tcm-MDP SPECT显像Fig.1 18F-NaF PET and 99Tcm-MDP SPECT image of New Zealand rabbit fracture model

但18F-NaF PET显像30 min时即有清晰的显像效果，骨折部位显示更为清晰，而99Tcm-MDP SPECT显像30 min和1 h时软组织本底较高，在一定程度上会影响隐匿性微小骨折的诊断效果，且双肾摄取明显，2 h后软组织背景才明显下降。这是由于18F-NaF与血浆蛋白基本没有结合，能以双指数方式从血浆中快速清除[16]，因此，18F-NaF PET用于骨折诊断时给药后30 min即可显像，可有效减少给药后的等待时间。而99Tcm-MDP注射后约30%与血浆蛋白结合[17]，需在给药后2 h进行SPECT显像，才能取得较好的显像效果。

18F-NaF PET和99Tcm-MDP SPECT显像的T/NT列于表2。由表2可知：18F-NaF PET显像的T/NT高于99Tcm-MDP显像的T/NT。方差分析结果显示，F=12.60、P<0.01，说明18F-NaF PET显像和99Tcm-MDP SPECT显像的T/NT的差异具有统计学显著性意义。这进一步从定量分析的角度表明18F-NaF PET对骨折的显像性能优于99Tcm-MDP SPECT显像。

表2 18F-NaF PET和99Tcm-MDP SPECT显像的T/NTTable 2 T/NT of 18F-NaF PET and 99Tcm-MDP SPECT

3 结论

制备了18F-NaF注射液，其产量大于37 GBq，放化纯度大于95%，其他各项检验结果均符合质控要求。所制备的18F-NaF注射液在40 ℃下放置8 h和30 ℃下放置10 h，各项检验结果均无明显变化，稳定性良好。用于骨折显像时，18F-NaF给药后30 min即可进行PET显像，且骨折部位显示更为清晰，T/NT明显高于99Tcm-MDP SPECT，而99Tcm-MDP需在给药2 h后才能进行SPECT显像，表明18F-NaF PET对骨折的显像性能优于99Tcm-MDP SPECT。本研究为18F-NaF PET用于骨折诊断的临床应用提供了实验依据。