发生器来源的氯化镓[68Ga]溶液杂质研究

吴福海,陈孟毅,王晓明,王春林,孙明月,邱珊珊,周佳骏,秦祥宇,沈浪涛,*

(1.原子高科股份有限公司,北京 102413;2.国家原子能机构核技术(放射性药物工程转化)研发中心,北京 102413;3.中核集团放射性药物工程技术研究中心,北京 102413)

镓[68Ga]是一种正电子(β+)发射体,其半衰期约为68 min,以89%的正电子分支比衰变为稳定的锌[68Zn][1]。2016年6月至今已有多种镓[68Ga]药物经美国FDA或欧洲EMA批准上市,如用于神经内分泌肿瘤PET显像诊断的68Ga-DOTATATE、68Ga-DOTATOC[2]以及用于前列腺肿瘤PET显像诊断的68Ga-PSMA-11[3],但国内目前尚无批准上市的镓[68Ga]药物,仅有部分医院开展了相关研究[4]。随着镓[68Ga]药物的研发和应用,对满足质量标准的镓[68Ga]核素的需求也将日益增加。

镓[68Ga]可通过68Ge/68Ga发生器淋洗获得,也可由加速器通过68Zn(p,n)68Ga核反应制备得到,目前主要获得途径是68Ge/68Ga发生器。68Ge/68Ga发生器商品化程度高,加之其尺寸小,具有自屏蔽功能,使用方便,是目前氯化镓[68Ga]溶液的主要来源,淋洗出的镓[68Ga]以氯化镓[68Ga]溶液的形式存在,溶液中存在一定浓度的盐酸。商品化的几种68Ge/68Ga发生器由于分离材料和工艺路线的差异,淋洗出的氯化镓[68Ga]溶液中的盐酸浓度不同,一般在0.01～0.6 mol/L之间,淋洗体积一般为1～7 mL[5-8]。尽管氯化镓[68Ga]溶液的来源及规格有多种,但作为关键原料,其质量应满足一定要求。若氯化镓[68Ga]溶液中存在的杂质不加以控制,既可能影响镓[68Ga]的标记率,也可能引入到标记后的放射性药物中后,导致诊断影像结果失真[9-11]。申请上市的镓[68Ga]药物,必须使用GMP级68Ge/68Ga发生器。目前为止,国际上已批准了3个GMP级68Ge/68Ga发生器,分别是Eckert &Ziegler公司、IRE Elit公司和ITG公司产品。我国尚无GMP级68Ge/68Ga发生器上市。因此,有必要研究建立源自药用的68Ge/68Ga发生器的氯化镓[68Ga]溶液杂质检测的分析方法及相应的质量标准,确保其质量可控,以保障我国未来镓[68Ga]上市药物的安全性和有效性。

氯化镓[68Ga]溶液的杂质分为放射化学杂质、元素杂质及放射性核素杂质。氯化镓[68Ga]溶液的放射化学杂质可能有以非离子形式存在的镓[68Ga],如镓[68Ga]胶体等;元素杂质来源于发生器本身或淋洗操作的环境,可能会有多种;放射性核素杂质可能有其母体核素锗[68Ge]等[12]。《中国药典》(2020年版)[13]未收录氯化镓[68Ga]溶液。《欧洲药典》(EP10.0)[14]收录了用于放射性标记的氯化镓[68Ga]溶液,给出了其质量标准和相应的分析方法。采用EP10.0收录的放射性薄层色谱法检测样品,发现色谱峰峰型差,Rf值和放射化学纯度难以稳定地满足质量标准。由于68Ge/68Ga发生器淋洗出的氯化镓[68Ga]溶液体积小,而EP10.0收录的原子吸收光谱法分析进样量大,且每次只能检测1种元素,结合ICH《Q3D(R1):元素杂质指导原则》[15],根据注射剂的元素限度值(PDE),需控制的风险较大的元素杂质不止铁、锌两种。因此,有必要选用更合适的元素杂质检测方法。

本文拟对来自68Ge/68Ga发生器的氯化镓[68Ga]溶液杂质进行研究,建立其放射化学杂质、元素杂质及放射性核素杂质的检测方法,基于ICH及EANM等分析方法验证指导原则[16,17]对建立的方法进行验证,为我国建立发生器来源的氯化镓[68Ga]溶液质量标准奠定基础。

1 实验方法

1.1 主要试剂与仪器

氯化镓[68Ga]溶液由比利时IRE Elit68Ge/68Ga发生器淋洗得到。该发生器的生产日期为2020年10月,有效期为1年或淋洗450次,初始活度为50 mCi,单次淋洗出的氯化镓[68Ga]溶液为1.1 mL。本工作于2020年12月—2021年5月使用时发生器仍在有效期内,单次淋洗出的活度约为20～35 mCi。

二乙烯三胺五乙酸(DTPA,分析纯)、乙腈(色谱纯)、三氟乙酸(TFA,分析纯),国药集团化学试剂有限公司;iTLC-SG玻璃纤维硅胶板,安捷伦科技有限公司;多元素混合标准溶液(10 μg/mL,含Ag、Al、As、Ba、Be、Ca、Cd、Co、Cr、Cs、Cu、Fe、Ga、K、Li、Mg、Mn、Na、Ni、Pb、Rb、Se、Sr、Tl、U、V、Zn)、Hg标准溶液(10 μg/mL),安捷伦科技有限公司;Sb标准溶液(100 μg/mL),中国计量科学研究院。使用前用2%硝酸溶液将上述标准溶液混合稀释至0、5、10、20、50 ng/mL。混合内标溶液(浓度10 μg/mL,含Bi、Ge、In、Sc、Tb、Y、6Li),安捷伦科技有限公司,使用前用2%硝酸溶液将其稀释至1 μg/mL。

AR2000放射性薄层色谱仪(Radio-TLC),Bioscan公司;7800电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS),安捷伦科技有限公司;DSPEC高纯锗(HPGe)γ谱仪,ORTEC公司;CRC-55tW活度计,Capintec公司;XSE205DU电子天平、S210酸度计,梅特勒托利多公司。

1.2 放射化学纯度检测

氯化镓[68Ga]溶液放射化学纯度检测中的关键影响因素有:固定相种类、流动相种类、样品溶液状态等。有效分离主成分和放射化学杂质是方法研究的重点。在方法建立时需了解样品的化学性质,如样品在不同酸度下的价态变化、络合或沉淀等行为,在流动相的作用下,通过合理控制其在固定相上的吸附与分配,实现各组分间的分离[18-19]。具体方法如下:1) 以iTLC-SG为固定相,分别以甲醇-1 mol/L乙酸铵(甲醇和乙酸铵体积比分别为1∶1、3∶1、4∶1)、4%TFA水溶液、0.1 mol/L柠檬酸钠溶液(pH=5.0)为流动相,采用68Ga-DTPA作系统适用性溶液,采用薄层色谱法检测氯化镓[68Ga]溶液、系统适用性溶液空白及系统适用性溶液的放射化学纯度,考察流动相对检测结果的影响;2) 以iTLC-SG为固定相,以甲醇-1 mol/L乙酸铵(体积比为1∶1)为流动相,用盐酸调节乙酸铵的pH值分别至1.35、2.35、2.82、3.00、3.70、4.99、7.49,采用68Ga-DTPA作系统适用性溶液,采用相同方法检测氯化镓[68Ga]溶液、系统适用性溶液空白及系统适用性溶液的放射化学纯度,考察流动相pH值对检测结果的影响;3) 以iTLC-SG为固定相,分别以甲醇-1 mol/L乙酸铵(体积比为1∶1)和4%TFA水溶液为流动相,分别采用68Ga-DTPA和柠檬酸镓[68Ga]溶液作系统适用性溶液,采用相同方法检测氯化镓[68Ga]溶液、68Ga-DTPA系统适用性溶液空白、68Ga-DTPA和柠檬酸镓[68Ga]溶液的放射化学纯度,考察系统适用性溶液对检测结果的影响。

方法优化并确定后,对方法的系统适用性与分离度、线性、定量限、精密度、耐用性进行验证。取适量氯化镓[68Ga]溶液,对样品平行检测6次,记录Rf值、放射化学纯度、分离度,考察系统适用性与分离度;取0.74×107～7.4×107Bq/mL的氯化镓[68Ga]溶液,考察其计数率(min-1)与放射性浓度的线性关系;取适量氯化镓[68Ga]溶液,将样品逐级稀释后进行检测,每个样品重复检测6次,考察定量限;取适量氯化镓[68Ga]溶液,通过6次重复性实验和6次中间精密度实验考察样品的精密度;取适量氯化镓[68Ga]溶液,通过对点样量、流动相pH值、固定相批次等条件进行微小调整后,进行6次重复性检测,考察方法的耐用性。

1.3 元素杂质检测

淋洗出的氯化镓[68Ga]溶液放置48 h至无放射性后,取适量用2%硝酸溶液稀释50倍后直接进样进行元素杂质检测。操作参数如下:ICP-MS射频功率1 500 W,等离子气流速15.0 L/min、辅助气流速0 L/min、载气流速1.2 L/min,采样深度8.0 mm、采样锥孔径1.0 mm、截取锥孔径0.4mm,雾化室温度2 ℃,蠕动泵转速0.12 r/s。采集模式为“He”模式,分析室真空(动态)为1×10-5～2×10-5Torr。检测参数如下:检测方式为跳峰式,数据采集重复次数为3,每峰采样点为3,采样时间为100 s,试液提升速率为1.0 mL/min。采用内标法依次检测仪器空白(2%硝酸溶液)、多元素系列标准溶液、样品空白和供试品,供试品平行检测3次,计算3次检测平均值。根据稀释倍数计算原始样品中各待测元素的含量。

方法的专属性考察:取空白溶液、多元素系列标准溶液、供试品溶液以及加标供试品溶液分别进样检测,观察以上样品是否干扰待测元素的检测。方法的线性考察:配制不同浓度的多元素系列标准溶液后进样分析,考察各待测元素浓度与信号响应值的线性关系。

方法的检测限与定量限考察:将多元素系列标准溶液逐级稀释后检测,考察各待测元素的检测限与定量限,其中检测限溶液平行检测13次,定量限溶液平行检测6次。

方法的精密度考察:取供试品溶液,重复检测6次,考察重复性;取供试品溶液,换不同操作人员在不同时间重复检测6次,考察中间精密度。对于供试品中含量低于定量限的元素,以标准溶液进行评估。

方法的准确度考察:取供试品溶液,加入含供试品溶液元素浓度80%、100%、120%的标准溶液,每个加标浓度下平行制备3份,检测加标样品的浓度,计算各元素的回收率。方法的耐用性考察:取供试品溶液,改变雾化气流速和试液提升速率后各进行6次重复性检测,考察各元素组内信号响应值和组间响应值的相对标准偏差(RSD)。

1.4 放射性核纯度检测

参考《高纯锗γ能谱分析通用方法》(GB/T 11713—2015)[20],进行氯化镓[68Ga]溶液放射性核纯度检测。具体方法为:取氯化镓[68Ga]溶液适量,校正衰变时间后进行全谱测量分析,检测γ杂质活度;将氯化镓[68Ga]溶液样品放置24 h后,再次进行全谱测量分析,检测锗[68Ge]和其他γ杂质活度。

方法的专属性考察:在氯化镓[68Ga]溶液中加入约3.7×104Bq的钡 [133Ba]和钴[60Co]杂质核素后,采用上述方法检测其初始放射性核纯度,考察方法的专属性。方法的线性考察:取不同体积放射性浓度约3.7×106Bq/mL的氯化镓[68Ga]溶液,考察取样体积和测试活度的线性关系。

方法的检测限考察:用高纯锗γ谱仪检测空白样品(纯化水)的γ谱,按照式(1)计算镓[68Ga]活度检测限,计数区域为峰位3倍半高宽。

(1)

其中:t为测量时间;Nb为本底峰位计数;α为特征γ射线的分支比;ε为探测效率。

方法的准确度考察:取约7.4×104Bq的氯化镓[68Ga]溶液先用高纯锗γ谱仪检测活度,然后将其送至国防科技工业一级计量站标定样品活度,比较检测结果的差异。

方法的精密度考察:取约7.4×104Bq氯化镓[68Ga]溶液,检测其样品初始时和放置24 h后的放射性核纯度,各重复6次,考察方法的精密度。

方法的耐用性考察:取约3.7×104Bq氯化镓[68Ga]溶液,检测放射性核纯度,更换不同尺寸的测试支架重复检测,比较检测结果。

1.5 氯化镓[68Ga]溶液杂质检测

采用验证后的各检测方法,检测氯化镓[68Ga]溶液的放射化学纯度、元素杂质、放射性核纯度,并分析其杂质情况。

2 结果与讨论

2.1 放射化学纯度检测

1) 流动相选择

流动相对检测结果的影响列于表1。由表1可见:采用甲醇-1 mol/L乙酸铵为流动相时,系统适用性溶液峰型差,不满足要求,后续可通过改变流动相pH值进一步优化;采用4%TFA溶液和0.1 mol/L柠檬酸钠溶液为流动相时,供试品和系统适用性溶液峰型尚可,但二者Rf值一致,不满足系统适用性要求。

表1 流动相对检测结果的影响Table 1 Influence of mobile phase on detection result

2) 流动相pH值

流动相pH值对检测结果的影响列于表2。由表2可见,乙酸铵pH值过低时,供试品出现双峰或峰型较差,不满足要求,乙酸铵pH≥2.82时,供试品峰型较好,但pH≥3.7时,系统适用性溶液峰型变差。因此较佳的条件为乙酸铵pH值约为3.0。

表2 乙酸铵酸度对检测结果的影响Table 2 Influence of ammonium acetate on detection result

3) 系统适用性溶液

系统适用性溶液检测结果列于表3。由表3可见,采用甲醇-1 mol/L乙酸铵(体积比1∶1)为流动相,系统适用性溶液为柠檬酸镓[68Ga]时,供试品和系统适用性溶液的Rf值满足分离度要求,但柠檬酸镓[68Ga]和68Ga-DTPA峰型差,不符合要求。采用4%TFA溶液为流动相时,两种系统适用性溶液Rf值均与供试品一致,均不符合要求。

表3 系统适用性溶液对检测结果的影响Table 3 Influence of system suitability solution on detection result

4) 放射化学纯度检测方法确定

通过以上优化确定氯化镓[68Ga]溶液放射化学纯度检测的方法如下:以iTLC-SG为固定相、甲醇-1 mol/L乙酸铵为流动相,二者体积比为1∶1,其中乙酸铵用盐酸将pH值调至2.8,氯化镓[68Ga]溶液体系为含10.3 g/L的盐酸溶液。系统适用性溶液采用68Ga-DTPA。

5) 放射化学纯度检测方法验证

放射化学纯度检测方法的验证结果列于表4。由表4可见:系统适用性和分离度符合要求;氯化镓[68Ga]溶液放射化学纯度检测定量限为3.7×105Bq/mL;计数率与放射性浓度呈良好的线性关系;精密度、耐用性良好。验证结果均满足中国药典及ICH指导原则对分析方法验证的要求。

表4 放射化学纯度检测方法验证结果Table 4 Verification result of radiochemical purity detection method

2.2 元素杂质检测方法验证

元素杂质检测方法验证结果列于表5。由表5可见:本方法专属性良好;在线性范围内各元素线性相关系数R均大于0.99;精密度实验中,供试品和标准溶液的重复性及中间精密度检测结果均满足组内RSD不大于15%、组间RSD不大于32%的要求;准确度检测中各元素平均回收率在88.5%～103.4%之间;耐用性试验中,检测结果的RSD符合可接受标准。验证的各项结果均在可接受范围内,证明该方法适用于氯化镓[68Ga]溶液元素杂质的检测。

表5 元素杂质检测方法验证结果Table 5 Verification results of elemental impurity detection method

2.3 放射性核纯度检测方法验证

放射性核纯度检测方法验证结果列于表6。由表6可见,在有少量核素干扰时不影响检测结果,方法专属性良好;取样体积与检测活度之间有良好的线性关系;68Ga的检测限满足可接受标准;重复性检测结果表明,方法精密度良好;样品检测活度与标定活度的相对偏差为4.6%,准确度满足可接受标准;采用不同支架不影响检测结果,方法有一定的耐用性,验证各项结果均在可接受范围内。

表6 放射性核纯度检测方法验证结果Table 6 Verification results of radionuclide purity detection method

2.4 氯化镓[68Ga]溶液杂质检测

采用上文所建立的方法对3批氯化镓[68Ga]溶液的杂质进行检测,结果列于表7,某批次样品的放射化学纯度检测色谱图示于图1,某批次样品的放射性核纯度初检γ谱图示于图2。由图1可见,样品的色谱呈高斯分布,无明显的前沿和拖尾;3批样品中,锂、钒、钴、砷、镉、汞等6种元素未检出,其余元素中铁含量≤459.3 ng/mL、镍含量≤51.2 ng/mL、铜含量≤13.9 ng/mL、锌含量≤200.8 ng/mL、锑含量≤6.2 ng/mL、铅含量≤491.7 ng/mL,其中铅含量较高可能是由于操作环境中的铅辐射屏蔽材料所致,各元素均不超PDE限值的30%。图2中可见805.8、1 077.3、1 261.1、1 883.2 keV等镓[68Ga]的特征峰;3批样品放射性核纯度初检均未检出杂质核素,24 h后检出含量低于0.001%的杂质核素。其中各杂质含量均符合EP10.0的质量标准[14],证明建立的方法可用于氯化镓[68Ga]溶液杂质检测,适用于氯化镓[68Ga]溶液的质量控制。

图1 氯化镓[68Ga]溶液放射化学纯度检测色谱图Fig.1 Chromatogram of gallium [68Ga] chloride solution for radiochemical purity detection

图2 氯化镓[68Ga]溶液γ谱Fig.2 γ spectrum of gallium [68Ga] chloride solution

表7 氯化镓[68Ga]溶液杂质检测结果Table 7 Impurity detection result of gallium [68Ga] chloride solution

与文献[21]相比,本文所用放射性薄层色谱法在EP10.0 标准方法的基础上进行了优化,样品检测结果均符合EP10.0标准的要求,说明该方法较为成熟。元素杂质检测除可采用ICP-MS法外,还可采用电感耦合等离子体光谱(ICP-AES)法,两种方法均有可同时检测多种元素、进样量少的优点,文献[21]和本文所检测样品中铁、锌含量也均低于EP10.0的限度要求。放射性核纯度检测主要采用高纯锗γ能谱法,由68Ge/68Ga发生器(IRE)得到的氯化镓[68Ga]溶液的放射性核纯度和锗漏穿均符合EP10.0质量标准。

3 结论

1) 研究建立了检测发生器来源的氯化镓[68Ga]溶液杂质的分析方法。放射化学纯度检测以EP10.0收录的方法为基础,通过对供试品溶液体系、流动相、固定相等条件的优化,开发了放射性薄层色谱(Radio-TLC)法;采用ICP-MS法检测样品中铁、锌及其他10种限度值较低、毒性较大的杂质元素(包括第1类:砷、镉、汞、铅;2A类:钴、镍、钒及第3类中限度值较低的锂、铜、锑);采用EP10.0推荐的γ能谱法检测其放射性核纯度。

2) 所建立的放射性薄层色谱法操作简单,结果可靠;ICP-MS法进样量少,可同时测定12种元素杂质;高纯锗γ能谱法方法成熟,稳定性好。结合样品和分析方法的特点,对开发的方法进行了验证,确保了各分析方法的科学性、合理性。

3) 开发出的方法用于发生器来源的氯化镓[68Ga]溶液杂质的检测,各杂质含量均符合EP10.0的质量标准,后续可基于检测结果建立企业质量标准。