11C標(biāo)記雷氯必利合成效率的影響因素

李海峰，陳志軍，張曉軍，李云鋼，張錦明

(1.江西省腫瘤醫(yī)院 核醫(yī)學(xué)科，江西 南昌　330029；2.中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院 核醫(yī)學(xué)科，北京　100853)

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11C標(biāo)記雷氯必利合成效率的影響因素

李海峰1，陳志軍1，張曉軍2，李云鋼2，張錦明2

(1.江西省腫瘤醫(yī)院 核醫(yī)學(xué)科，江西 南昌330029；2.中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院 核醫(yī)學(xué)科，北京100853)

摘要：本文以(11)C-Triflate-CH3為甲基化試劑，使用國(guó)產(chǎn)模塊 PET-CM-3H-IT-I合成(11)C標(biāo)記化合物雷氯必利((11)C-Raclopride)，研究其合成過(guò)程中的堿量、溶劑、反應(yīng)溫度、前體量及產(chǎn)品淋洗條件對(duì)合成效率的影響，優(yōu)化(11)C-Raclopride的合成條件。優(yōu)化后的合成條件為：以0.2 mL丙酮為溶劑，前體濃度1.5～3.0 g/L，反應(yīng)溫度為室溫(25 ℃)，堿量0.30～1.25 eq，(11)C-Raclopride的合成效率(64.82±4.74)% (n=46，以(11)C-Triflate-CH3計(jì)校正效率)，產(chǎn)品的放化純度大于97%，比活度為(423.61±13.43) GBq/g，從收集(11)C-CO2至得到(11)C-Raclopride終產(chǎn)品的總合成時(shí)間為23 min，產(chǎn)量(6.9±0.87) GBq(n=46)。通過(guò)優(yōu)化合成工藝，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定性和重復(fù)性良好的全自動(dòng)化合成(11)C-Raclopride，且產(chǎn)品滿足臨床使用需要。

關(guān)鍵詞：(11)C-雷氯必利；合成效率；PET/CT

11C-Raclopride是多巴胺D2特異PET顯像劑，與D2受體親和力高、選擇性好。國(guó)內(nèi)外將11C-Raclopride用于帕金森氏病(PD)的鑒別診斷[1-2]，缺血缺氧腦損傷和干細(xì)胞移植的監(jiān)測(cè)[3-4]以及精神分裂癥病因、發(fā)病機(jī)制及療效等方面的研究[5-6]，可見(jiàn)11C-Raclopride已成為神經(jīng)系統(tǒng)疾病診斷與鑒別診斷及研究的重要工具。

通常采用11CH3I或11C-CH3-Triflate與去甲基前體發(fā)生甲基化反應(yīng)得到11C-Raclopride，合成效率不盡相同，活性較高的11C-Triflate-CH3可以減少前體用量，提升合成效率[7-9]。本研究擬采用國(guó)產(chǎn)碳-11多功能合成模塊，經(jīng)優(yōu)化合成、純化及淋洗等條件，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、重復(fù)性好的自動(dòng)合成方法，并使產(chǎn)品滿足PET/CT的需求。

1儀器與試劑

1.1儀器

自動(dòng)化碳-11多功能合成模塊PET-CM-3H-IT-I：內(nèi)置半制備HPLC系統(tǒng)，派特(北京)科技有限公司；分析型HPLC儀：美國(guó)Waters公司；Endosafe-PTS細(xì)菌內(nèi)毒素快速檢測(cè)儀：美國(guó) Charles River公司；CRC-15R活度計(jì)：美國(guó) Capintec公司；分析天平：AB104G型號(hào)，Switzerland Mettler Toledo公司；Sep-PakC-18：美國(guó)Waters公司。

1.2試劑

去甲基Raclopride、Raclopride標(biāo)準(zhǔn)品：德國(guó)ABX公司；無(wú)水乙醇、氫氧化鈉、甲酸銨、乙酸：AR級(jí)，國(guó)藥集團(tuán)；1 mol/L的四氫鋰鋁四氫呋喃溶液、57%氫碘酸：美國(guó)Sigma Aldrich公司；二甲基亞砜(DMSO)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)：AR級(jí)，J&K百靈威公司；乙腈、丙酮：HPLC級(jí)，美國(guó)TEDIA公司；滅菌注射用水：石家莊四藥有限公司；0.9%生理鹽水：青島華仁藥業(yè)公司。

2實(shí)驗(yàn)方法

2.111C-CH3-Triflate的合成

參考文獻(xiàn)[9]，采用液相法合成(11)C-CH3I，并在線轉(zhuǎn)化成(11)C-CH3-Triflate。用HM-20加速器經(jīng)(14)N(P,α)(11)C核反應(yīng)在靶內(nèi)產(chǎn)生(11)CO2，將(11)CO2傳送到自動(dòng)化碳-11多功能合成模塊，與0.15 mL l mo1/L的四氫鋰鋁四氫呋喃溶液反應(yīng)， 隨后加熱除去THF，再加入0.3 mL 57% 的氫碘酸，生成的(11)C-CH3I再通過(guò)Triflate轉(zhuǎn)化爐轉(zhuǎn)換成活性更高的(11)C-CH3-Triflate，通入反應(yīng)管。

2.211C-Raclopride的合成與純化

將11C-CH3-Triflate通入含去甲基Raclopride前體的溶劑中，溶劑含適量NaOH溶液，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)半制備HPLC分離，分離柱為反相Grace C-18柱(10 mm×250 mm)，流動(dòng)相為V(乙腈)∶V( AcOH)∶V(0.06 mol/L甲酸銨溶液)=40∶0.5∶59.5，流速6 mL/min，收集產(chǎn)品峰，將產(chǎn)品轉(zhuǎn)移到Sep-PakC-18柱上，經(jīng)固相萃取得到11C-Raclopride[10]。

2.3影響11C-Raclopride合成因素

2.3.1溶劑對(duì)合成效率的影響反應(yīng)保持11C-Raclopride前體量0.5 mg，3.5 μL 0.2 mol/L NaOH溶液，反應(yīng)溫度為室溫，反應(yīng)時(shí)間1 min不變，選擇丙酮、乙腈、丙酮和乙腈混合溶劑(1∶1)、DMSO及DMF不同溶劑各0.2 mL作為甲基化溶劑，比較不同溶劑的合成效率。

2.3.2堿用量對(duì)合成效率的影響0.2 mL丙酮溶解0.5 mg前體，分別加入不同堿當(dāng)量的NaOH，室溫下反應(yīng)1 min，比較反應(yīng)結(jié)果，不同堿用量對(duì)合成效率的影響。

2.3.3溫度對(duì)合成效率的影響使用0.5 mg11C-Raclopride，3.5 μL 0.2 mol/L NaOH溶液，反應(yīng)時(shí)間1 min不變，改變不同的反應(yīng)溫度，比較不同溫度時(shí)的合成效率。

2.3.4前體用量對(duì)合成效率的影響不同前體量(0.3～1.1 mg)溶于0.2 mL丙酮中，堿當(dāng)量固定為0.7 eq，分別與在線產(chǎn)生的11C-CH3-Triflate在室溫下反應(yīng)，比較不同前體量對(duì)合成效率的影響。

2.3.5Sep-PakC-18柱洗脫方法的影響粗產(chǎn)品富集至Sep-PakC-18柱，用8 mL水清洗C-18柱的無(wú)機(jī)雜質(zhì)，研究富集在C-18柱上產(chǎn)品的淋洗條件，以最大程度減少產(chǎn)品在C-18柱上的殘留。

2.4產(chǎn)品的質(zhì)量控制

目測(cè)產(chǎn)品的顏色和澄明度，精密pH試紙測(cè)定產(chǎn)品pH，使用Endosafe-PTS細(xì)菌內(nèi)毒素快速檢測(cè)儀檢測(cè)終產(chǎn)品的熱原，按中國(guó)藥典2015年版的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行細(xì)菌內(nèi)毒素檢測(cè)。利用HPLC測(cè)量產(chǎn)品化學(xué)純度、放化純度和比活度；分析柱為反相Nova-ParkC-18柱(3.9 mm×150 mm)，流動(dòng)相為V(乙腈)∶V(AcOH)∶V(0.06 mol/L甲酸銨溶液)=40∶0.5∶59.5，流速為1 mL/min。

3結(jié)果與討論

3.111C-Raclopride合成因素分析

3.1.1溶劑對(duì)合成效率的影響

11C-Raclopride在丙酮、乙腈、丙酮與乙腈(體積比為1∶1)、DMSO及DMF不同溶劑中的合成效率列于表1。由表1可知，在乙腈、DMSO、DMF等溶劑中的反應(yīng)效率均低于丙酮溶劑，可見(jiàn)丙酮溶劑更適合11C-Raclopride的合成，Shao等[11]以Loop環(huán)法合成11C-Raclopride，甲基化溶劑為2-丁酮，合成效率較高但需要特殊前體。將2-丁酮作為甲基化溶劑，但收率僅為43.1%；為了減少產(chǎn)品中有機(jī)溶劑的殘留，本研究還利用乙醇為反應(yīng)溶劑，收率僅為4.5%，與Shao等[12]所描述的結(jié)果相近，低效率的方法不能滿足臨床使用需求。

合成反應(yīng)中，11C-Raclopride前體與11C-CH3-Triflate發(fā)生的是SN2反應(yīng)，受溶劑影響較大，溶劑極性越大，越有利于SN1反應(yīng)，而對(duì)SN2反應(yīng)不利。SN2反應(yīng)過(guò)程中，由原來(lái)電荷比較集中的親核試劑變成電荷比較分散的過(guò)渡態(tài)，溶劑極性的增加使電荷集中的親核試劑溶劑化，降低反應(yīng)效率。在這幾類反應(yīng)溶劑中，丙酮溶劑的極性最小，因而選用丙酮作為反應(yīng)溶劑。

表1　溶劑對(duì)11C-Raclopride合成效率的影響(n=3)

3.1.2堿用量對(duì)合成效率的影響

11C-Raclopride在不同堿量下的合成效率見(jiàn)表2(n=3)，半制備HPLC放射性圖譜示于圖1。NaOH的用量相對(duì)于前體用量小0.2 eq(eq為化學(xué)當(dāng)量)，合成效率約為33%，主峰為11C-CH3-Triflate(圖1a)；堿當(dāng)量為0.33～2.0 eq時(shí)，合成收率在56%～74%，在此范圍內(nèi)增大NaOH堿當(dāng)量，合成效率變化不大，但放射性峰1漸漸變小，而峰2的面積逐漸變大；堿當(dāng)量大于2.0 eq，隨堿量增加，合成效率逐漸下降；堿當(dāng)量為8.3 eq，合成收率僅為31%(圖1c)；堿當(dāng)量增至16.7 eq，所得產(chǎn)品收率為18%，主要為副產(chǎn)品，約占73%。

表2　堿當(dāng)量對(duì)11C-Raclopride合成效率的影響(n=3)

a——0.1 eq； b——0.6 eq；c——8.3 eq圖1　半制備HPLC放射性圖譜a——0.1 eq；b——0.6 eq；c——8.3 eqFig.1　The radioactivity trace of 11C-Raclopride from Semi-HPLC

NaOH與11C-Raclopride前體發(fā)生反應(yīng)生成中間體酚鈉，再與活性較高的11C-CH3-Triflate發(fā)生SN2取代反應(yīng)，而前體有三個(gè)可以發(fā)生取代的位置，苯環(huán)上兩個(gè)酚羥基(-OH)，支鏈上有一個(gè)氮?dú)滏I(-NH)，前體可發(fā)生反應(yīng)的位置較多，如果堿當(dāng)量過(guò)大，即pH較大，則會(huì)增加副產(chǎn)品的生成。為了提高11C-CH3-Triflate利用率，同時(shí)控制甲基化位置，本文對(duì)NaOH的堿當(dāng)量進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)表明，堿量增加使甲基化更容易發(fā)生，堿量在0.33～2.0 eq，合成效率比較穩(wěn)定，而堿量大于2.0 eq時(shí)，副反應(yīng)比例也逐漸增加。

3.1.3溫度對(duì)合成效率的影響

將0.5 mg 前體溶于0.2 mL丙酮溶液中，加入3 μL NaOH溶液(0.2 mol/L)，分別在0 ℃、室溫(25 ℃)、50 ℃和80 ℃下與11C-CH3-Triflate反應(yīng)。反應(yīng)完畢，加入4 mL流動(dòng)相終止反應(yīng)，用半制備型HPLC分離，結(jié)果示于圖2。

a——0 ℃；b——25 ℃；c——50 ℃；d——80 ℃圖2　溫度對(duì)合成效率的影響 a——0 ℃；b——25 ℃；c——50 ℃；d——80 ℃Fig.2　Effect of temperature on the synthesis efficiency

圖2中tR=7～9.2 min為產(chǎn)品，tR=2～3.4 min為未反應(yīng)的Triflate，不同溫度下最終反應(yīng)收率分別為：(36.12±1.53)%，(68.65±2.14)%，(67.61±0.78)%，(58.62±0.83)%(n=3,EOB)。0 ℃與室溫下的合成效率差別較大，50 ℃合成效率與室溫合成效率差別不大；而溫度為80 ℃的合成效率有所下降，這可能是丙酮溶劑在較高溫度時(shí)揮發(fā)較多甚至蒸干，影響合成效率。合成過(guò)程中盡量避免過(guò)溫現(xiàn)象，為保證足夠的體積一般是室溫條件下將前體溶于0.2 mL丙酮。

3.1.4前體用量對(duì)合成效率的影響

將0.2～1.1 mg11C-Raclopride前體藥分別溶于0.2 mL丙酮中，堿量為0.7 eq，分別與11C-CH3-Triflate反應(yīng)，不同前體量下的合成效率見(jiàn)圖3。由圖3可知，前體量為0.3～1.1 mg時(shí)合成效率均超過(guò)57%，降低前體量到0.2 mg時(shí)合成效率低于50%，1 mg11C-Raclopride前體量生產(chǎn)的產(chǎn)品，合成效率約62.6%。如果前體量較大(≥1 mg)，產(chǎn)品的合成效率并沒(méi)有太大的提高，并造成半制備HPLC分離效率降低，得到的產(chǎn)品化學(xué)純度較低，浪費(fèi)前體。

圖3　前體用量對(duì)合成效率的影響Fig.3　Effect of the precursor on the synthesis efficiency

前體量為1 mg的產(chǎn)品HPLC圖譜示于圖4。由圖4可知，高效液相色譜檢測(cè)產(chǎn)品化學(xué)純度約84.2%(tR=6.0 min為產(chǎn)品峰)。本研究的反應(yīng)為SN2反應(yīng)，其合成效率與前體濃度呈正相關(guān)，提高前體濃度可提升合成效率；但前體量過(guò)大時(shí)產(chǎn)物難以分離。為了保證合成效率，控制產(chǎn)品中前體含量，同時(shí)降低合成成本，故認(rèn)為使用0.3～0.6 mg的11C-Raclopride前體為宜。

圖4　前體量1 mg的產(chǎn)品HPLC圖譜Fig.4　HPLC of the precursor (1 mg)

3.1.5Sep-PakC-18柱洗脫方法的影響

將含有HPLC流動(dòng)相的粗產(chǎn)品經(jīng)50 mL水稀釋后轉(zhuǎn)移到Sep-PakC-18柱上，用8 mL水清洗Sep-PakC-18柱，再用1.2 mL乙醇將產(chǎn)品從C-18柱上洗脫，加注射用水稀釋，過(guò)無(wú)菌濾膜。發(fā)現(xiàn)C-18柱上殘留約40%的產(chǎn)品不易洗脫，對(duì)C-18柱進(jìn)行正常處理，同一批次的C-18柱對(duì)11C-PIB、11C-MET等的吸附及洗脫均正?？梢?jiàn)，C-18柱對(duì)產(chǎn)品11C-Raclopride的吸附性太強(qiáng)，以致難以完全洗脫。利用乙醇、丙酮、乙腈、2-丁酮、DMSO和DMF等溶劑淋洗C-18柱上殘留的產(chǎn)品，均只能洗脫極少量的產(chǎn)品(僅作為實(shí)驗(yàn)，不用于臨床研究)。而在乙醇淋洗產(chǎn)品前，先以10 mL生理鹽水處理C-18柱，能有效減少產(chǎn)品在C-18柱上的殘留，其殘留量降低至5%～10%。

對(duì)于此現(xiàn)象推測(cè)原因如下：Sep-PakC-18柱是以硅膠基質(zhì)為主要吸附劑進(jìn)行固相吸附和富集產(chǎn)品。硅膠表面主要是以硅氧烷鍵(-Si-O-Si-)形式存在，硅氧烷鍵在吸附、富集產(chǎn)品時(shí)起到了關(guān)鍵作用；同時(shí)硅膠表面還存在著少量未完全反應(yīng)的硅醇鍵(-Si-OH)，-Si-OH具有較強(qiáng)的反應(yīng)活性，可以將產(chǎn)品非特異性吸附，吸附后難以淋洗，預(yù)先以離子類的緩沖液對(duì)C-18進(jìn)行潤(rùn)濕處理，可以避免此類現(xiàn)象；已經(jīng)與-Si-OH鍵吸附的產(chǎn)品可以使用離子性更強(qiáng)的溶劑脫附；考慮到合成的產(chǎn)品用于臨床研究，生理鹽水則是較為合適的選擇。

3.2自動(dòng)化合成及質(zhì)量控制

優(yōu)化的11C-Raclopride自動(dòng)化合成條件如下：在自動(dòng)合成器的反應(yīng)瓶中將含有0.3 mg的11C-Raclopride前體溶于0.2 mL丙酮中，加入3.5 μL 0.2 mol/L NaOH，通入在線轉(zhuǎn)化的11C-CH3-Triflate，待放射性不再提高停止通氣，室溫靜置反應(yīng)1 min。用4 mL流動(dòng)相將反應(yīng)液帶入半制備HPLC進(jìn)行分離，其流動(dòng)相為V(乙腈)∶V( AcOH)∶V(0.06 mol/L甲酸銨溶液)=40∶0.5∶59.5，流速6 mL/min，收集6.8～9.0 min的產(chǎn)品。將經(jīng)稀釋后的溶液轉(zhuǎn)移到Sep-PakC-18柱上，用10 mL生理鹽水處理Sep-PakC-18柱，最后用1.2 mL乙醇將產(chǎn)品從C-18柱上洗脫，并加生理鹽水稀釋，過(guò)無(wú)菌濾膜。最終產(chǎn)品的化學(xué)純度均大于95%，放化純度大于97%。11C-CO2傳至Loop環(huán)后，開(kāi)啟合成器的自動(dòng)程序，從11C-CO2到11C-CH3-Triflate、甲基化反應(yīng)、純化至最后得到產(chǎn)品，總計(jì)用時(shí)23 min。最終產(chǎn)品的質(zhì)量控制結(jié)果均符合靜脈注射要求，其結(jié)果列于表3。

表3　11C-Raclopride的質(zhì)控結(jié)果(n=5)

4小結(jié)

本研究?jī)?yōu)化了11C-Raclopride的合成條件，通過(guò)對(duì)不同的反應(yīng)溶劑進(jìn)行比較，選用極性較小的丙酮溶液為反應(yīng)溶劑。研究堿量的使用范圍，堿當(dāng)量在0.33～1.25 eq時(shí)合成效率比較穩(wěn)定，可控制在59%～74%，同時(shí)減少了副產(chǎn)物的生成。討論不同的反應(yīng)溫度對(duì)合成效率的影響，室溫與50 ℃反應(yīng)的合成收率差別不大，本實(shí)驗(yàn)采用室溫作為反應(yīng)溫度。確定較為合適的前體用量為0.3～0.6 mg，降低了合成成本，并保證了產(chǎn)品的化學(xué)純度。改善文獻(xiàn)[9] C-18柱產(chǎn)品殘留的問(wèn)題，并提出可能的作用機(jī)制，使合成效率穩(wěn)定提高至(64.82±4.74)% (n=46，11C-CH3-Triflate校正效率)。通過(guò)優(yōu)化合成的11C-Raclopride質(zhì)量控制結(jié)果均符合靜脈注射藥物的要求。

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Optimization for the Synthesis Efficiency of the11C-Raclopride

LI Hai-feng1, CHEN Zhi-jun1, ZHANG Xiao-jun2, LI Yun-gang2, ZHANG Jin-ming2

(1.DepartmentofNuclearMedicine,JiangXiCancerHospital,nanchang330029,China；2.DepartmentofNuclearMedicine,ThePLAGeneralHospital,Beijing100853,China)

Abstract:The synthesis conditions of the (11)C-Raclopride with domestic PET-CM-3H-IT-I synthesis module and (11)C-Triflate-CH3I as methylation agent were studied, which included the alkali equivalent, solvents, temperature, the amount of precursor and elution conditions for the product. The optimum condition was 1.5-3.0 g/L of precursor in acetone (0.2 mL), alkali equivalent (0.30-1.25 eq) and at room temperature (25 ℃) for synthesis of (11)C-Raclopride. It could be got with radiochemical yield of (64.82±4.74)% (n=46, EOB of (11)C-Triflate-CH3). The radiochemical purity was over 97% and the specific activity was at (423.61±13.43) GBq/g. It took 23 minutes from (11)C-CO2to (11)C-Raclopride, and the production radioactivity was (6.9±0.87) GBq (n=46). The synthetic process was reliable and reproducible, and the product synthesized by this process was suitable for clinical use.

Key words：(11)C-Raclopride; synthesis efficiency; PET/CT

doi：10.7538/tws.2016.29.01.0012

中圖分類號(hào)：TL92+3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1000-7512(2016)01-0012-07

作者簡(jiǎn)介：李海峰(1981—)，男，南昌人，主要從事放射性藥物的合成與標(biāo)記通信作者：張錦明(1965—)，博士，E-mail: zhangjm301@163.com

基金項(xiàng)目：軍隊(duì)醫(yī)療機(jī)構(gòu)制劑標(biāo)準(zhǔn)提高項(xiàng)目(14ZJZ2101)

收稿日期：2015-10-21;修回日期：2015-12-03