99mTc标记新型硼酸结构快速心肌灌注显像药物的制备及初步显像评价

2022-10-24张利霞张宗耀张海龙赵祚全

同位素 2022年5期

张利霞，张宗耀，张海龙，韩凯，赵祚全，方纬

(北京协和医学院，中国医学科学院阜外医院核医学科，北京 100037)

冠心病是严重威胁人类健康的常见心血管疾病之一。在我国，其发病率和死亡率均呈持续上升趋势。冠心病由冠状动脉粥样硬化病变导致冠状动脉管腔逐渐狭窄，使血流量降低，引起心肌缺血甚至心肌梗塞。因此，早期及时诊断对于改善冠心病患者的预后有重要意义。心肌灌注显像(myocardial perfusion imaging, MPI)是一种无创性评价心肌血流的影像学技术，其临床价值已被广泛接受，成为目前冠心病诊断、治疗决策、疗效评价以及预后判断最重要的影像学方法之一[1-3]。理想的MPI药物必须具备心肌首次摄取率高、心肌内滞留相对稳定、靶组织与非靶组织摄取比值高、与局部血流量在0～5 mL·min-1·g-1范围内具有良好的线性关系等特点[4-6]。但目前临床应用的心肌灌注显像药物99mTc-甲氧基异丁基异腈(methoxyisobutylisonitrile,99mTc-MIBI)和99mTc-Tetrofosmin，心肌摄取与心肌血流量仅在相对有限的范围内呈线性相关，在高血流量范围(>2 mL·min-1·g-1，如：潘生丁、腺苷等药物负荷状态下)会低估实际的血流量，而在低血流量范围(<0.2 mL·min-1·g-1)会高估实际的血流量，这使得99mTc-MIBI与99mTc-Tetrofosmin在心肌血流定量方面具有明显的局限性[7-8]。

99mTc-Teboroxime(99mTc-TEBO)是一种二肟硼酸类衍生物，呈电中性、亲脂性，被美国食品药品监督管理局(Food and Drug Administration, FDA)批准用于临床MPI。与目前临床常用的99mTc-MIBI相比，99mTc-TEBO的心肌首次摄取率高达94%，这使得99mTc-TEBO的心肌摄取与实际心肌血流量呈现极好的直线相关性，即使心肌血流量>2 mL·min-1·g-1，心肌摄取与实际血流量仍然显著相关，明显优于99mTc-Tetrofosmin和99mTc-MIBI，甚至超过了13N-NH3[9]。但由于99mTc-TEBO心肌清除过快，心肌滞留时间过短，难以提供足够的采集时间，限制了其临床应用[10-11]。

本研究针对99mTc-TEBO主要结构中的“硼酸帽”进行化学修饰，优化“硼酸帽”结构，改善此类显像药物的生物学性能和代谢特征，在保持心肌快速、高度摄取的同时，进一步延长心肌滞留时间，从而满足临床采集的需要。通过筛选得到一系列新型锝标记硼酸衍生物：99mTc-2SPboroxime(99mTc-2SP)、99mTc-4LPAboroxime(99mTc-4LPA)和99mTc-2MDMboroxime(99mTc-2MDM)，通过动物实验探讨上述新型硼酸衍生物的生物学特性及单光子发射计算机断层显像(single photon emission computed tomography, SPECT)效果，并与99mTc-TEBO进行对比。拟对临床定性评估心肌血流灌注情况以及定量评估负荷状态下的心肌血流量提供参考。

1 实验材料

1.1 实验材料

环己二酮二肟(CDOH2)、硼酸、SnCl2·2H2O、柠檬酸、二乙三胺五乙酸(diethylene triamine pentoacetic acid, DTPA)、γ-环糊精、2-甲磺酰基吡啶-5-硼酸(2SP)、4-硼-L苯基丙氨酸(4LPA)、1,3-二(甲氧基甲基)-2,4-二氧代-1,2,3,4-四氢嘧啶-5-硼酸(2MDM)、甲基硼酸(Te)：Sigma-Aldrich公司；Na99mTcO4：原子高科股份有限公司。

1.2 实验仪器

高效液相色谱(HPLC)：1525型, 配置2998型全波长UV检测器，美国Waters公司；放射性检测器：Raytest GabiStar；放射性活度计：CRC-25型，CAPINTEC公司；反向C18分析柱(SUNFIRE C18)：5 μm，4.6 mm×150 mm，美国Waters公司；Discovery NM 530c 型CZT SPECT仪：通用电气医疗，美国；Discovery 640型SPECT/CT：通用电气医疗，美国。

1.3 实验动物

健康巴马小型猪4只，体质量25～35 kg，6～8月龄，均为无特殊病原体级，购自中国科学院动物研究所，许可证号：SCXK(京)2018-0005，饲养环境和实验环境均为普通级。

2 实验方法

2.1 显像剂制备

2.2 SPECT心肌显像

取4只健康小型猪，显像前禁食禁水12 h，常规麻醉后取仰卧位，监测心电。由耳缘静脉置管预注射37 MBq(体积为3 mL)显像剂进行心脏定位，随后“弹丸”式分别注射370 MBq(体积为4 mL)99mTc-TEBO、99mTc-2SP、99mTc-4LPA、99mTc-2MDM，同时动态采集SPECT，采用列表模式，连续采集15 min。矩阵32×32，能峰140 keV，窗宽±6%。SPECT图像采集完成后，保持相同体位进行胸部CT扫描用于衰减校正。以专用图像处理软件MyoFlowQ进行动态SPECT图像的物理校正和重建处理，获得心肌与心血池的时间-放射性活度曲线以及心肌断层图像。

3 结果与讨论

3.1 显像剂的制备

99mTc-TEBO、99mTc-2SP、99mTc-4LPA和99mTc-2MDM的制备路线及结构式示于图1。制备时间均为30 min，均为无色澄明液体，HPLC检测(图2)显示上述示踪剂的放化纯度均>95%，无需进一步纯化，可直接用于动物体内进行生物评价。

图1 99mTc-TEBO、99mTc-2SP、99mTc-4LPA、99mTc-2MDM的制备路线和化学结构式

图2 99mTc-TEBO、99mTc-2SP、99mTc-4LPA、99mTc-2MDM的HPLC谱图

3.2 SPECT 心肌显像

健康小型猪注射99mTc-TEBO、99mTc-2SP、99mTc-4LPA和99mTc-2MDM四种显像剂后0～15 min内的SPECT图像示于图3。其中，99mTc-TEBO注射后0～5 min，左室心肌清晰显影，但随后99mTc-TEBO快速洗脱，心肌放射性迅速降低。与之相比，99mTc-2SP注射后15 min内，左室心肌均清晰显影，放射性分布较为均匀，表明99mTc-2SP不仅注射后早期心肌摄取高，而且心肌滞留时间较99mTc-TEBO明显延长。而另外两种显像剂99mTc-4LPA和99mTc-2MDM，在注射后15 min内则显影不理想，99mTc-2MDM注射后进入心肌过程缓慢，注射后10 min，心肌摄取才略高于心血池；99mTc-4LPA注射后主要浓聚于心血池, 心肌没有明显的摄取。

图3 健康小型猪注射99mTc-TEBO、99mTc-2SP、99mTc-2MDM、99mTc-4LPA后0～15 min动态心肌SPECT图(左心室短轴)

上述四种显像剂生物学特性的差异可能与其细胞结合特性有关，有研究表明，99mTc-TEBO可能通过肟与细胞膜表面的亲水端基团形成氢键，从而与心肌细胞膜结合[14-20]。99mTc-2SP化学结构中除了包含肟结构部分之外，2-甲基磺酰基能与脂质层中的磷酸基团形成强氢键，使其与细胞膜的结合力更强，心肌滞留时间更长，与已发表的示踪剂99mTc-3SP结构相比[3]，甲基磺酰基取代位置不同，可见相同取代基团不同取代位置影响该类示踪剂生物性能，随着取代基位置的不同，99mTc-2SP的初始摄取低于99mTc-3SP，后者在心肌的滞留也优于99mTc-2SP。与99mTc-2SP 相比，99mTc-2MDM和99mTc-4LPA的心肌摄取不理想，可能与“硼酸帽”中2MDM和4LPA的结构有关。2MDM和4LPA脂溶性较低，可降低肝脏摄取，两者结构中都包含强亲水性基团，2MDM与2SP类似，都属于面状结构，但是前者的相对分子质量更大，结构更复杂，使得99mTc-2MDM的空间位阻明显高于99mTc-2SP，这可能是导致99mTc-2MDM在心肌组织摄取低的原因。而4LPA属于带手性基团的线状结构，空间结构较前两者更为复杂，另外4LPA中含有强的亲水性基团，导致99mTc-4LPA亲水性太强，因而心肌摄取很少。从研究结果推断：99mTc-TEBO和99mTc-2SP都属于结构相对简单的示踪剂，这类示踪剂只有保证较小的空间位阻结构以及含有一定的脂溶性才能被心肌摄取，这可能就是导致99mTc-2MDM心肌摄取低而99mTc-4LPA心肌基本无摄取的原因。

3.3 时间-放射性活度曲线

健康小型猪注射99mTc-TEBO、99mTc-2SP、99mTc-4LPA和99mTc-2MDM四种显像剂后10 min内的心肌和心血池时间-活度曲线、校正后的心肌真实摄取曲线示于图4。图4结果显示，99mTc-TEBO注射后从心血池快速进入心肌部位，在第2 min时达到峰值，随后从心肌快速洗脱，在10 min时心肌约洗脱至峰值的75%，与心血池放射性浓度比值为1.63。99mTc-2SP注射后亦从心血池快速进入心肌部位，约在第4 min时达到峰值，随后心肌洗脱较缓慢，在第10 min时心肌摄取仍可保持峰值的95%，与心血池放射性浓度比值为3.75，明显高于99mTc-TEBO。99mTc-2MDM注射后的心肌摄取缓慢，在20 s时可见心血池对心肌的放射性溢出(spillover)，未见心肌摄取峰值，随后从心肌缓慢洗脱，在第10 min时心肌放射性摄取值为心血池的2.51倍。99mTc-4LPA注射后心肌无摄取，所测得的心肌放射性浓度完全来自心血池的放射性溢出，导致心肌的时间-放射性活度曲线与心血池的时间-放射性活度曲线基本重合，但心肌的真实摄取值接近于0。