11C-乙酸盐自动化合成改进工艺及PET/CT显像

甘满权，唐小兰，唐刚华，王红亮，胡孔珍

(1.广州医学院第一附属医院 PET/CT中心，广州 510230;2.华南农业大学 理学院，广州 510642; 3.中山大学附属第一医院 核医学科， 广州 510515)

11C-乙酸盐(11C-AC)是用于测定心脑氧化代谢、多种肿瘤 (如泌尿道肿瘤、头颈部癌、肝细胞癌等)类脂代谢的正电子发射断层(PET)显像剂，具有较高的灵敏度，优于2-18F-2-脱氧-D-葡萄糖(18F-FDG)[1-3]。国外已报道了多种11C-乙酸盐的自动化合成方法[4-12]，国内也有文献[13]报道，主要有Loop环固相反应法和液相反应法，前体主要为溴化甲基镁和氯化甲基镁，改进处主要集中在11C-AC纯化方法。纯化方法有：1) 液-液提取法[14]。该法麻烦耗时，得到的11C-AC放化产率较低，合成时间较长，不便于实现全自动化生产。2) HPLC纯化法[15]。该法得到的11C-AC放化产率较高(校正产率约72%)，放化纯度也高(>99%)，但11C半衰期短，HPLC纯化耗时，合成时间较长，也不便于实现全自动化生产。(3)蒸馏法[5-6]。除去中间体11C-乙酰溴(或氯)化镁加合物中溶剂四氢呋喃后，加入酸并加热将11C-AC从溶液中蒸出。该法放化产率较低，合成时间较长，最终产品中可能含有机杂质11C-丙酮和11C-叔丁醇。(4) 固相小柱纯化法[4, 7-13, 16]。该法放化纯度、化学纯度和放化产率均较高，是目前合成乙酸盐最常用的方法。但是，该法可能生成AgCl或AgBr沉淀而造成管路堵塞和11C-AC合成失败，且终产品中需要加酸除11CO2并用碱中和，给11C-AC自动化生产带来不便。最近报道的液相反应结合中性氧化铝小柱纯化法[16]，可弥补Loop环固相反应结合固相小柱纯化法的不足，但中性氧化铝小柱捕集11C-AC有限，也会损失部分11C-AC。本工作采用改进的Loop环合成11C-Ac，结合固相小柱水解纯化法，在国产碳-11胆碱/蛋氨酸合成模块中进行11C-AC的自动化合成，并建立简单放射性HPLC测定11C-AC放化纯度，为11C-AC自动化合成提供简便、快速、实用的合成工艺。

1 实验材料

碳-11胆碱/蛋氨酸自动化合成模块：派特北京科技有限公司；LC-10AT HPLC分析系统：日本Shimadzu公司产品，配有LB 508 型放射性流量探测器，德国EG&G公司产品；质检HPLC分析条件：Xdp-C18柱(4.5 mm×150 mm，5 μm)，流动相为5%的乙腈溶液，流速为1 mL/min，紫外(UV)检测波长为214 nm，美国 Agilent公司；CS-9301 PC 薄层层析扫描仪：日本Shimadzu公司产品；γ计数仪：上海原子核研究所产品；CRC-15R型活度计：美国CAPINTEC公司产品；Sep-Pak C18小柱：美国Waters公司产品；掏空Sep-Pak Plus C18小柱和Sep-Pak Al2O3中性小柱：经消毒酒精和无菌水处理后，装载AG50w-X8树脂(H+型，Bio-Rad公司产品)或AG11A8离子滞留树脂，Bio-Rad公司产品，分别制作Sep-Pak Tscx小柱(600 mg)和Sep-Pak Tix小柱(1 200 mg)；硅胶60薄层层析铝板：德国Merck公司产品；1.0 mol/L溴化甲基镁：Across Organics公司产品；NaOH、冰乙酸：分析纯，广州化学试剂公司；其他试剂为国产分析纯。

2 实验方法

2.1 合成方法

11C-AC合成路线示于图1。采用柱水解法自动化合成11C-AC。以溴化甲基镁为前体，在Loop环中与11CO2反应生成中间体11C-乙酰溴化镁加合物。该步不经纯化过程，通N2除净四氢呋喃(THF)后，加水依次通过一体化小柱(Sep-Pak Plus C18小柱、Sep-Pak Tscx小柱和Sep-Pak Tix小柱)，中间体11C-乙酰溴(或氯)化镁在Sep-Pak Tscx小柱中发生进一步水解，并经一体化小柱分离纯化后，得11C-AC 注射液。

图111C-AC合成路线

图1Syntheticrouteof11C-AC

2.2 实验流程

采用碳-11胆碱/蛋氨酸模块合成11C-AC，其合成流程示于图2。在合成前，取浓度为0.87～1.5 mol/L的溴化甲基镁无水四氢呋喃溶液0.1 mL装于Loop环2中，Loop环2置于活度计内。由PETtrace回旋加速器通过14N(p, α)11C核反应生产11CO2，11CO2在液氮冷却下被捕集在置于冷阱的Loop环1中。在室温下，以10 mL/min N2作载气将11CO2载带至Loop环2中，并与环中的溴化甲基镁反应生成中间体乙酰溴化镁加合物，溶剂四氢呋喃在氮气载带下被传至废液瓶中。1号瓶中5 mL水在N2作用下(30 mL/min)经Loop环2将乙酰溴化镁载至一体化小柱，在柱上进一步发生水解反应。收集产品在无菌真空小瓶4中，继续通入30 mL/min N2流除去酸性条件下释放的11CO2。经碱溶液中和后过无菌滤膜得11C-AC注射液。

图2 碳-11胆碱/蛋氨酸模块合成11C-AC示意图Fig.2 Schematic diagram of 11C-AC synthesis using 11C-choline/methionine synthesizer

2.3 产品质量检验

用精密pH试纸测定注射液的pH，目测其颜色和澄清度。取即时制备的11C-AC注射液，用活度计测定不同时间点的活度，用半对数作图法估测半衰期和核纯度。用放射性HPLC系统及TLC法[5]测定11C-AC注射液的化学纯度和放化纯度。TLC硅胶铝板，样品加入1 mol/L NaOH后点样，展开剂为甲醇[11]。

按中华人民共和国药典2010年版所述方法对11C-AC注射液进行异常毒性检查、无菌检查及细菌内毒素检查。异常毒性检查：4组小鼠，每组10只，每只尾静脉给予0.5 mL衰变后的11C-AC注射液，观察48 h后小鼠生长情况。

2.4 正常和模型动物PET/CT显像

腹腔注射10%的水合氯醛麻醉SPF级实验兔(约3 kg)，经耳缘静脉注射0.6 mL的11C-AC (18.5 MBq)，固定于扫描床上。于注射20 min后行PET/CT全身显像，经衰减校正和迭代重建后，获得横断面、矢状面、冠状面断层图像及最大密度投影(maximum intensity projection，MIP)图像。

将S180纤维肉瘤细胞株复苏后，培养3～4代，制成癌细胞悬浮液，调整浓度为1×107个/mL，取0.1 mL注射到小鼠右肩皮下。接种后第10天，小鼠右背部可见明显的肿块，瘤直径大于1 cm入选为肿瘤模型。所有动物饲养于中山大学实验动物中心实验室动物房，恒温恒湿条件，定时给食。S180型纤维肉瘤模型小鼠经水合氯醛麻醉后，由尾静脉注射生理盐水稀释的11C-AC 约1.85～3.7 MBq (0.2 mL)，20 min后固定于小鼠架上，行全身PET/CT扫描。经衰减校正和迭代重建后，获得横断面、矢状面、冠状面断层图像及MIP图像。

3 结果与讨论

3.1 11C-AC自动化合成

采用碳-11胆碱/蛋氨酸模块，以1 mol/L溴化甲基镁作前体，可自动化合成11C-AC，总过程耗时约8 min，总校正放化产率为(40.5±4.6)%(n=6)。废液中放射性约占24%，一体化小柱中放射性约占8%，还有约27%为未反应的11CO2(通氮气除去)和反应过程损失的放射性。用PETtrace加速器和质子束流25 μA轰击5 min，得 7.9 GBq的11CO2，可生产2.6 GBq的11C-AC注射液。

采用0.2 mL 0.9 mol/L溴化甲基镁替代0.1 mL 1.5mol/L溴化甲基镁，废液中放射性下降，粗产品中11CO2含量上升，标记率略降低。采用1 mol/L和1.5 mol/L溴化甲基镁作前体，可获得相同的放化产率。

本工作采用一体化小柱完成水解和纯化工作，与现有文献报道的小柱纯化法[4, 7-13，16]相比，本法很容易实现11C-AC的自动化合成，总合成时间较短。中间体11C-乙酰溴化镁加合物可在Sep-Pak Tscx强阳离子小柱中完成水解，从而可得较纯11C-AC注射液。

3.2 11C-AC质量检验

11C-AC注射液为无色或浅黄色溶液，pH约为7.0，比活度≥4.6×1011Bq/g。用时间衰变法测定11C半衰期约为20 min，放射性核纯度大于99%。

采用HPLC法测量11C-AC注射液的放化纯度，主峰(图3A)与标准品乙酸的紫外吸收峰(图3B)保留时间一致，11C-AC放化纯度大于95%。用放射性TLC法测定，11CO2在原点，11C-AC的Rf=0.8，11C-AC放化纯度大于98%。

图3 HPLC测定纯化后11C-AC图谱Fig.3 HPLC chromatogram of purified 11C-AC. Figure A is radioactivity chromatogram and Figure B is UV chromatogram

此外，经放射性HPLC法测定，11C-AC 注射液在2 h内放化纯度没有明显变化，均大于95%。异常毒性检查：尾静脉给予11C-AC注射液0.5 mL后，观察48 h后，发现小鼠生长正常，无死亡及不良反应现象发生，解剖后观察，未见任何器官损伤。无菌检查和细菌内毒素检查均为阴性。

3.3 动物PET/CT显像

给予11C-AC后20 min，对正常实验兔进行全身PET/CT显像，显像结果示于图4。由图4可知，肺和肝脏有较高放射性分布，其他组织放射性摄取较低。

a—冠状CT断层图；b—冠状PET断层图；c—冠状PET/CT融合图；d—冠状MIP图。图4 正常兔全身11C-AC PET/CT显像图像a—coronal CT image；b—coronal PET image；c—coronal PET/CT fused image；d—coronal MIP imageFig.4 Whole-body 11C-AC PET/CT images of normal rabbit

另给予11C-AC后20 min，对荷S180纤维肉瘤小鼠行全身PET/CT显像，获得显像图示于图5。放射性主要分布于上腹部；给药后20 min，肿瘤组织有较低放射性摄取(肿瘤与健侧肌肉放射性摄取比约为1.5)，其原因可能是S180纤维肉瘤对11C-乙酸盐的摄取不够敏感。给药后30 min，肿瘤组织放射性摄取略有增加(肿瘤与健侧肌肉放射性摄取比约为2.2)。

a—CT断层图；b—PET/CT横断层融合图；c—冠状PET/CT融合图；d—冠状MIP图。图5 荷S180纤维肉瘤小鼠全身PET/CT显像图像。a—Transverse CT images; b—Transverse PET/CT fused images;c—coronal PET/CT fused images; d— coronal MIP images.Fig.5 Whole body PET/CT images of S180 fibrosarcoma-bearing mice

4 小结

本工作建立了简单、快速自动化合成11C-乙酸盐(11C-AC)的工艺流程，总合成时间约8 min，校正放化产率为(40.5±4.6)%，放化纯度大于95%，经质量控制检验后符合放射性药物质量要求，并经正常动物和模型动物PET/CT显像验证。实验结果表明，自动化生产的11C-AC是安全、有效的，有望进一步用于人体PET/CT研究。

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