心肌灌注显像剂18F-BMS747158-02的自动化合成与心肌缺血模型显像

何玉林，刘子钰，王文瑞，贾凯丽，王相成，王雪梅

(内蒙古医科大学附属医院 核医学科 内蒙古自治区分子影像重点实验室，呼和浩特 010050)

放射性核素心肌灌注显像(myocardial perfusion imaging, MPI)是冠状动脉粥样硬化性心脏病(简称冠心病)心肌缺血早期诊断、危险度分层和预后评估的重要无创性影像诊断技术之一，对冠心病的危险分层和治疗决策具有重要的临床意义[1-2]。目前临床上常用单光子发射计算机断层显像(SPECT)评估心肌缺血状态，其常用的显像剂99mTc-MIBI是心肌灌注显像的金标准。但99mTc-MIBI SPECT心肌灌注显像也存在血流流速变快时，其首次心肌摄取量降低，显像可能低估因运动或血管扩张引起的流速变快和由狭窄引起的血流流速降低[3]。此外，SPECT显像的空间分辨率不如PET显像，随着诊疗技术的进步，发展正电子核素心肌灌注显像剂是必然趋势。

目前临床上使用的PET心肌灌注显像剂有82Rb(T1/2=76 s)、13N-NH3·H2O(T1/2=9.96 min)和H215O(T1/2=2.1 min)。82Rb由82Sr/82Rb发生器获得，13N-NH3·H2O和H215O由加速器生产[4]。它们都有半衰期较短(T1/2<10 min)，应用成本较高的缺点，在临床应用中均不能成为理想的正电子灌注显像剂。

18F是正电子显像应用最多的放射性核素，半衰期相对较长(109.8 min)，与82Rb和13N相比，18F正电子射程最短(三者的电子射程分别为2.6、0.7和0.2 mm)，所获图像空间分辨率最好[5]。因此，核素18F标记的新型灌注类显像剂成为研究热点，此类显像剂分为两大类，其一为以18F-TPP、18F-FBnTP、18F-FERhB等[6-8]为代表的亲脂性阳离子类显像剂，该类显像剂主要通过跨膜被动扩散进入心肌细胞内[9]，心肌细胞摄取率相对较低、摄取特异性较差，显像效果不理想。其二为以心肌细胞线粒体复合物-Ⅰ(MC-Ⅰ)为结合靶点显像的MC-Ⅰ抑制剂类显像剂，主要包括18F-FPnOP、18F-FDHR、18F-RP1003/04/05、18F-BMS747158-02等[10-14]。该类显像中以18F-BMS747158-02最为突出，具备心肌摄取快、血流灌注相关性好、滞留时间长、放射性摄取均匀、体内生物分布较理想的特点。

18F-BMS747158-02是一种氟标记的哒螨灵衍生物，其结合位点为线粒体膜域附近的PSST亚基[12]。可通过被动扩散进入细胞，并利用跨膜电位富集于心肌细胞的线粒体中，从而达到特异性评价心肌血流的目的。

本研究中自行合成了18F-BMS747158-02和13N-NH3·H2O，并对缺血模型猪进行了PET/CT显像，结果发现18F-BMS747158-02的心肌摄取率高，心肌清除速度慢，随着时间的推移靶/非靶比值稳定，图像的分辨率高，能定量分析血流，具有较佳的临床应用前景。

1 实验材料

1.1 仪器

Biograph mCT Flow型PET/CT机：德国西门子公司；HM-20型回旋加速器：日本住友重工业株式会社；Tracerlab FX-FN合成器：美国通用电气公司；高效液相色谱仪：日本岛津公司；Bioscan Flow Count：美国Bioscan公司；活度计：美国Capintec公司。

1.2 试剂

18O-H2O：江苏华益科技有限公司；甲苯4-磺酸2-[4-(1-叔丁基-5-氯-6-氧代-1,6-二氢-哒嗪-4-乙氧基甲基)-苄氧基]-乙基酯、2-叔丁基-4-氯-5-[4-(2-氟乙氧基甲基)苄氧基]-3(2H)-哒嗪酮：合成前体和标准品，北京先通国际医药科技股份有限公司；Sep-Pak QMA柱、Sep-Pak C18柱：美国Waters公司；氨基聚醚：K2.2.2，超高纯，德国ABX公司；乙腈、K2CO3：超高纯，美国Sigma公司；无水乙腈、无水乙醇：优级纯，国药集团化学试剂公司；注射用水：石家庄四药有限公司。

1.3 实验动物

实验用巴马小型猪8只，10月龄，体质量约30 kg，雌雄不限，由中国科学院动物研究所提供，许可证编号:SCXK(京)2018-0005，饲养和实验环境均为普通级。本实验动物处置流程获得内蒙古医科大学附属医院伦理委员会审核批准。

2 实验方法

2.1 18F-BMS747158-02和13N-NH3·H2O的合成

由回旋加速器经18O(p，n)18F核反应制备的18F-，传输到Tracerlab FX-FN的18F-收集瓶后负压转移到QMA柱上，经K2CO3/K2.2.2混合溶液(3 mg K2CO3+15 mg K2.2.2溶于0.3 mL H2O+1.2 mL乙腈)洗脱到反应管，加热干燥(过程为65 ℃加热65 s、120 ℃加热90 s)，同时抽真空；之后降温到60 ℃加入前体溶液(3 mg前体溶于1.0 mL乙腈)110 ℃ 2 atm反应20 min后降温到60 ℃，加入2.5 mL 40%的乙腈溶液混匀，再降温到40 ℃，注入半制备型高效液相色谱仪进行纯化(制备柱：NM VP 250 mm×16 mm、流动相：CH3CN∶H2O=40∶60，流速：在18F-和杂质峰结束前为6 mL/min，结束后8 mL/min)，收集16～18 min的放射性组分，与50 mL注射用水混合；将此溶液以氦气压过C18柱，产品18F-BMS747158-02捕获在C18柱上；之后以15 mL注射用水淋洗C18柱去除乙腈，以1 mL乙醇从C18柱洗脱18F-BMS747158-02到产品收集瓶，与预先加入产品瓶的1 mL PEG400和8 mL生理盐水混匀。

2.2 18F-BMS747158-02的质量控制

用带有放射性检测器的分析型高效液相色谱仪(HPLC)进行产品的鉴别和化学纯度、放化纯度、体外稳定性测定。细菌内毒素和无菌检测由我院检验科完成。18F-BMS747158-02的鉴别采用标准品(19F-BMS747158-02)与产品(18F-BMS747158-02)共同进样方法；以精密pH试纸测定pH值；以室温放置1、2、3、6 h后分别测定其放化纯度以确定体外稳定性。HPLC分析条件：分析柱为Shim-peck VP-ODS 250 mm×4.6 mm柱、紫外检测波长254 nm、流动相CH3CN∶H2O=40∶60、流速：1 mL/min、放射性检测器为Bioscan Flow Count。

2.3 巴马小型猪显像

实验前动物禁食12 h，禁饮4 h，急性心肌缺血模型猪(球囊封堵术法造模[15])在造模后24 h，按其体质量静脉注射丙泊酚(1 mg/kg)进行麻醉，先行CT扫描(管电压120 kV，管电流170 mA，准直24 mm×1.2 mm，旋转时间0.5 s，螺距0.8，层厚3.125 mm)用于定位和衰减校正。定位扫描结束后于每只耳缘静脉注射185 MBq18F-BMS747158-02或370 MBq13N-NH3·H2O，进行心脏局部扫描，采集时间10 min。心脏图像重建采用有序子集最大期望值迭代法，4次迭代，8个子集，放大倍数为1.0，矩阵128×128，矩阵大小2.0 mm×2.0 mm，层厚3.125 mm。

3 结果与讨论

3.1 18F-BMS747158-02的合成

在Tracerlab FX-FN自动化合成器上完成了18F-BMS747158-02的自动化合成，总合成时间约为60 min，其中前35 min为反应过程、后25 min为半制备型高效液相色谱仪分离和固相萃取过程。收集16～18 min的放射性组分后加水稀释，再经C18柱固相萃取获得产品18F-BMS747158-02，未经衰减校正的放化产率为(15.3±2.1)%(n=5)(图1)。在产品收集瓶中加入PEG 400有效提高了18F-BMS747158-02的水溶性，使产品经0.22 μm滤膜时不吸附在滤膜上。

3.2 18F-BMS747158-02的质量控制

产品18F-BMS747158-02为无色透明、pH值6～7的含乙醇10%的生理盐水溶液，比活度约110 GBq/μmol，HPLC分析测定结果显示其放化纯度>99%(图2)。细菌内毒素含量<5 Eu/mL，无菌检测检测结果为阴性。室温放置1、2、3、6 h后的放化纯度均>95%，证明其辐射自分解量极微，室温环境中稳定。图2为18F-BMS747158-02的分析性HPLC鉴别结果，可见18F-BMS747158-02的放射性探测峰与标准品19F-BMS747158-02的紫外吸收峰相对应(由于紫外探测器和γ探测器之间有间隙，所以紫外峰比γ峰早0.5 min)。

图1 18F-BMS747158-02的半制备型高效液相色谱仪分离纯化图(上图为放射性探测，下图为紫外吸收)Fig.1 Semi-preparative high performance liquid chromatography purification of 18F-BMS747158-02

图2 18F-BMS747158-02的分析型高效液相色谱仪鉴别图Fig.2 Analytical high performance liquid chromatography identification of 18F-BMS747158-02

3.3 巴马小型猪显像

正常小型猪显像可见放射性除心尖部略稀疏外，余各室壁节段均匀，放射性分布无明显差异。两者在急性心肌缺血模型显像中(图3)，18F-BMS747158-02和13N-NH3·H2O均显示出相同的灌注缺损区(红色箭头所指区域)，尽管13N-NH3·H2O注射剂量大于18F-BMS747158-02(370 MBq与185 MBq)，但后者空间分辨率更高，本底干扰更少。文献报道[16]，13N-NH3·H2O主要存在心肌放射性摄取欠均匀、侧壁较其他心肌节段摄取约少10%；正常人13N-NH3·H2O的肺摄取量少，但左室功能降低和慢性肺疾病的患者摄取量明显增加，影响成像质量及有时低估实际心肌灌注量等缺点。

图3 急性心肌缺血模型猪PET/CT显像(A：18F-BMS747158-02，B：13N-NH3·H2O)Fig.3 PET/CT imaging of an acute myocardial ischemia model (A：18F-BMS747158-02，B：13N-NH3·H2O)

4 小结

线粒体为心脏提供大量动力，占心肌细胞内体积的20%～30%。MC-Ⅰ位于线粒体内膜，是线粒体内膜电子传递链的第一个结构保守的复合物，其在细胞产能方面起着重要作用。线粒体内膜中的电子传递链由MC-Ⅰ、MC-Ⅱ、MC-Ⅲ、MC-Ⅳ、MC-Ⅴ等复合体组成。MC-Ⅰ是电子传递链的开端，也是电子传递链中最复杂的复合体，它可将糖酵解、三羧酸循环、脂肪酸氧化得到的电子引入到电子传递链中，最终产生ATP。这一特性使其成为研究靶点[17-18]。

本研究发现18F-BMS747158-02具有理想PET心肌灌注显像剂的重要特性，即心肌摄取率高、清除慢，图像别分辨率高，随着时间的推移靶/非靶比值稳定，并能定量分析血流，具有较佳的临床应用前景。但是18F-BMS747158-02的合成产率偏低、合成时间偏长是其发展的制约因素。

PET心肌灌注显像在临床上发挥越来越重要的作用，随着PET仪器在国内的迅速推广，今后可能会逐步发展为冠心病诊断技术的首选。