在线合成心肌灌注显像剂: 碳-11三苯甲基磷

孙慧萍 周卫华 张锦明 张晓军 刘 健 田嘉禾

1 (中国人民武装警察总医院 北京 100039)

2 (中国人民解放军总医院 北京 100853)

在线合成心肌灌注显像剂: 碳-11三苯甲基磷

孙慧萍1周卫华1张锦明2张晓军2刘 健2田嘉禾2

1 (中国人民武装警察总医院 北京 100039)

2 (中国人民解放军总医院 北京 100853)

99mTc-MIBI是常用的心肌灌注显像剂，肝摄取高，临床应用有一定的影响。11C-三苯甲基磷(11C-TPMP)为脂溶性正一价阳离子，用于心肌显像能得到更好的分辨率。以11CH3-Triflate为甲基化试剂，采用LOOP法在线合成了11C-TPMP，研究了11C-TPMP在正常小鼠的分布，正常大鼠行Micro PET显像，并与4位18F-苯基三苯基磷(18F-FTPP)比较。结果显示，LOOP法合成11C-TPMP效率大于90%(校正)，放化纯度大于98%。正常小鼠心肌有高的摄取，注射后5 min和60 min，心肌摄取分别为(71.9±19.9)%ID·g–1和(12.87±0.81)%ID·g–1，肝摄取低，注射后5 min和60 min心肝摄取比分别为11.57 和 3.2。正常大鼠micro PET显像显示，从20 min到60 min，心肌显像清晰，肝未显像。表明LOOP法可高效合成11C-TPMP，11C-TPMP是一个很有希望的心肌灌注显像剂。

心肌灌注显像，PET，11C-TPMP，LOOP法合成

脂溶性的阳离子能够通过被动扩散穿过细胞膜进入细胞，再利用跨膜电位富集于线粒体中从而在心肌摄取。99mTc-MIBI和99mTc-tetrofosmin是最常用的亲脂性阳离子，可迅速进入细胞和线粒体结合，用于心肌灌注显像及肿瘤显像剂[1,2]。但99mTc-MIBI在肺和肝内有较高的摄取，影响了部分临床的诊断。近年来报道了几种新型PET心肌灌注显像剂[3]，如4位-18F-苄基三苯基磷(18F-FBnTP)和4位-18F-苯基三苯基磷(18F-FTPP)等均为亲脂性阳离子化合物，但这些化合物的合成效率低。11C-Triphenylmethylphosphonium(11C-三苯甲基磷，11C-TPMP)是一个三苯磷的衍生物，文献[4,5]证实了11C-TPMP作为心肌和肿瘤显像剂的价值，但进一步的报道很少，原因之一是采用碘代甲烷作甲基化试剂标记三苯磷效率低[4]，产量不高，影响了进一步的研究。本研究采用高活性的Triflate-CH3作甲基化试剂，并用在线LOOP法高效合成了11C-TPMP，为临床研究奠定了基础。

1 材料与方法

1.1设备与试剂

HM-20回旋加速器(日本住友重机械株式会社)，PET 自动化碳-11多功能合成模块：内置液相碘代甲烷、Triflate在线转换、甲基化和HPLC纯化(配紫外和放射性检测器)及固相萃取[派特(北京)科技公司]；反应LOOP环，自制(φ2 mm的聚四氟乙烯管，长度为2 m，绕成φ50 mm的圆环，两端接接头)；分析HPLC仪，配Biocan Flow Count放射性检测器和2487紫外检测器(美国Waters公司)；eXPlore Vista小动物PET/CT成像系统(美国GE公司)。

Sep-Pak C-18、Sep-Pak CM柱(美国Waters公司)；1 mol/L的氢化锂铝四氢呋喃溶液(德国，ABX公司)；57%HI(AR，美国Acros公司)；乙醇(USP级，美国Milennium公司)；丙酮(AR，美国Sigma公司)；三苯基磷(AR，上海阿拉丁试剂有限公司)；甲基三苯基磷(AR，江苏常熟华益化工有限公司)。

1.211C-碘代甲烷的合成及在线转换11C-CH3-Triflate[6,7]

对文献[6]方法作部分改动，HM-20加速器质子轰击含0.5%氧的氮气，经14N(p,α)11C核反应产生11C，在靶内与氧气反应生成11CO2；将文献[6]中直接将11CO2传到自动化碳-11多功能合成模块反应管修改为：传到浸于液氮内的LOOP环(图1中V7和V8之间)；11CO2被转化成干冰。将Loop环脱离液氮后经空气加热，40 mL/min氮气将LOOP环内

11CO2输入到含0.2 mL 1 mol/L的氢化锂铝四氢呋喃溶液中，11CO2与氢化锂铝生成复合盐，通入氮气并加热除THF。加入0.2 mL 57%氢碘酸，复合盐水解并与氢碘酸反应生成碳-11碘代甲烷，加热并用氮气将之蒸出(图1中A部分，该部分为合成碘代甲烷)。蒸出的碳-11碘代甲烷气体通过不锈钢管(10 mm×70 mm，内装有0.4 g三氟甲基磺酰基银(Triflate-Ag)与0.65 g石墨的混合物)，预先加热到200ºC，在不锈钢管内碳-11碘代甲烷被转换成11C-CH3-Triflate (图1中的B部分)，被氮气载带进入LOOP环。

1.3 LOOP法全自动化合成11C-TPMP[4]

将10 mg的三苯磷溶于200 μL的乙腈中，加入10 μL 5 mol/L NaOH，将混和液装载于反应LOOP环中，LOOP环装于V21和V22之间。将上述合成的11C-CH3-Triflate气体通入反应LOOP环(图1E部分，该部分为在线反应)。11C-CH3-Triflate通过LOOP环，与环内的前体三苯基磷反应生成11C-TPMP。待放射性传输完毕，将V24内的10 mL乙醇加载到LOOP中，已生成的正一价11C-TPMP吸附在阳离子交换柱CM柱上，用V25中的10 mL纯水清洗CM柱，最后用6 mL生理盐水将产品从柱上洗脱(图1中E部分)。图2为合成11C-TPMP的线路图。

图1 全自动合成11C-TPMP的示意图Fig.1 The scheme of auto-synthesis for 11C-TPMP.

图2 合成11C-TPMP的线路图Fig.2 The scheme of synthesis of 11C-TPMP.

1.4放射化学纯度的测量

HPLC方法测量条件：Waters的HPLC，2487紫外分光光度计，检测波长：254 nm；515双泵，分析柱为反相Nova-Park C-18柱(3.9 mm×150 mm)，Bio-Scan的Flow-Count放射性检测器。流动相为25%的乙醇，流速为1 mL/min，未反应的11C-CH3-Triflate的Rt=2 min，11C-TPMP的Rt=5.2 min。

1.511C-TPMP在正常小鼠体内的分布

取(20±2) g的NH雄性小鼠(中国人民解放军总医院动物中心提供)20只，编号后计算机随机分成4组，尾静脉注射11C-TPMP 3.7 MBq/0.1 mL，于注射后 5、15、30、60 min分别处死小鼠，取血、心、肝等主要器官，称重并在井型计数器上计数，计算各器官的%ID·g–1。

1.611C-TPMP的Micro PET/CT显像

取正常的SD雄性大鼠(中国人民解放军军事医学科学院实验动物中心提供)，尾静脉注射11C-TPMP 37 MBq/0.2 mL，异氟烷麻醉后置于eXplore Vista Micro PET/CT上扫描。扫描时间分别为注射后20、30、45、60 min。间隔2天后，采18F标记的4-18F-苯基三苯基磷(18F-FTPP)，剂量同上，18F-FTPP注射后30 min 在Micro PET/CT显像静态扫描。

2 结果与讨论

2.1 LOOP法全自动化合成11C-TPMP

文献[4]采用碘代甲烷作甲基化试剂，与三苯基磷常温下反应，合成效率仅为9%–13% (从11C-CO2开始，校正效率)。本研究采用高活性的11CH3-Triflate, 在碱性条件下，以LOOP环方式反应，合成效率高达90%(从11CH3-Triflate计，校正效率；n＞5)，即使从11C-CO2开始计，合成效率也达到50%以上(校正效率)。原因有二个，一是采用高活性的11CH3-Triflate，可提高反应效率；另一方面采用合成11C-胆碱的方法，即LOOP法在线反应和阳离子柱CM柱纯化法，LOOP法在线反应使放射性气体增加了与前体接触的面积，提高了反应效率[8]，而阳离子柱纯化法缩短了合成11C-TPMP的时间，纯化和淋洗过程仅6 min。从11CO2开始到合成11C-TPMP结束，全过程仅16 min。HM-20加速器以40 μA质子轰击10 min，能合成8.9 GBq的11C-TPMP，比活度为50 GBq/μmoL，满足临床使用的需求。

2.2放射化学纯度的测量

11C-TPMP为正一价阳离子，因此，预实验中采用分析11C-胆碱的阳离子柱(Waters IC-Pak Cation MD，3.9 mm×150 mm)分析11C-TPMP的放化纯度，结果发现放射性全部吸附在C-18预柱上；去除C-18预柱后，5 mmol/L HCl的流动相仍不能将放射性从阳离子柱上淋洗下来。因此实验改用反相Nova-Park C-18柱，选择20%–35%的乙醇作流动相，最终确定25%乙醇作流动相，流速为1 mL/min，未反应的水溶性的11C-CH3-Triflate，其Rt=2 min，第二个放射性峰的Rt=5.2 min，经与标准品对照证实为11C-TPMP(图3)。图3的分析HPLC放射性结果表明，11C-TPMP的放射化学纯度大于98%。

图3 产品11C-TPMP的分析HPLC放射性和紫外曲线Fig.3 The analysis HPLC UV and radio-chromatogram of 11C-TPMP.

2.311C-TPMP在正常小鼠体内的分布

经尾静脉注射11C-TPMP后，血液清除很快，至5 min时仅为(0.31±0.03)%ID·g–1，但血液中一直保持该值，到60 min时仍为(0.33±0.06)%ID·g–1；正常小鼠心肌有高的摄取，注射后5 min和60 min，心肌摄取分别为(71.9±19.9)%ID·g–1和(12.87±0.81) %ID·g–1。肝摄取低，5 min仅为(6.22 ±0.85)%ID·g–1，注射后5 min和60 min心肝比分别为11.57 and 3.2。肾内放射性初时很高，但很快下降，可能该药是经泌尿系统排泄，11C-TPMP在正常小鼠体内的分布结果如图4所示。

2.411C-TPMP的Micro PET/CT显像

注射11C-TPMP后20、30、45、60 min分别行Micro PET显像，结果发现：心肌显像在三个时间段无明显区别，均可见正常心肌均匀摄取放射性；肝脏和肺未见显影(图5中的A冠状面)，考虑碳-11的半衰期和放射性药物在体内的清除，11C-TPMP最佳显像时间为注射药物后30 min。

图4 11C-TPMP在正常小鼠体内的生物学分布Fig.4 The biodistribution of 11C-TPMP in normal mice.

按文献[3]方法合成4-18F-苯基三苯基磷(18F-FTPP)，行Micro PET显像，对比11C-TPMP与18F-FTPP的区别。图5显示，两者心肌摄取无明显区别，心肌高摄取18F-FTPP(图5中的B)，肝内放射性不高。两者的化学结构相似，生物学性质也相似，Micro PET表明两者在正常鼠上的心肌摄取也相似。18F-FTPP的半衰期较碳-11长，18F-FTPP 适于商业化供应使用，但合成效率仅为2%–5%(校正)[3]。碳-11标记的放射性药物由于标记时仅为同位素的替代，体内的生物学性质与底物一致，更适于研究药物的分布及疾病的进程[9,10]，尽管碳-11半衰期短，但只要提高合成效率和合成产量，11CTPMP更适于有加速器的单位使用，需进一步研究11C-TMPM在心肌梗塞模型鼠上分布及临床上的应用价值。

图5 正常大鼠的Micro PET心肌灌注30 min的冠状(上)和矢状(下)显像 A: 11C-TPMP, B: 18F-FTPPFig.5 Micro PET myocardial perfusion imaging at 30 min with normal rats. A: 11C-TPMP, B: 18F-FTPP

3 结语

本研究以高活性的11C-CH3-Triflate作为甲基化试剂，采用LOOP法在线合成了心肌灌注显像剂—11C-TPMP。采用阳离子柱CM柱纯化，合成耗时为16 min，合成效率高达90%(校正效率，n＞5)，放化纯度大于98%，比活度为50 GBq/μmol；单次合成最终产品活度8.9 GBq。经Micro PET/CT显像证实，正常心肌摄取高，而肝摄取低，60 min心肝比达到3.2 ；同时与18F-FTPP无明显区别。本研究为临床提供了一种可大剂量合成11C-TPMP的方法，为进一步证实11C-TPMP临床价值奠定了基础。

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CLCR445.6, R817.4

In-LOOP synthesis of11C-Triphenylmethylphosphonium for myocardial perfusion imaging

SUN Huiping1ZHOU Weihua1ZHANG Jinmin2ZHANG Xiaojun2LIU Jian2TIAN Jiahe2
1 (General Hospital of Chinese Peoples Armed Police Forces,Beijing 100039,China)
2 (The PLA General Hospital,Beijing 100853,China)

Background:99mTc-MIBI was used as myocardial perfusion SPECT. However, the high accumulation of tracers in the liver and lung may hinder the detection of flow abnormalities in myocardium.Purpose:11C-Triphenylmethylphosphonium (11C-TPMP) was a lipophilic cation, has been investigated as a positron emission tomography (PET) agent for myocardial and tumor imaging to provide a better temporal and spatial resolution than SPECT.Methods:11C-TPMP was prepared by reacting [11C]methyl trifalte with In-LOOP method. Biodistribution studies in mouse were performed. And micro PET was performed with rat, and compared with 4-[18F]fluorophenyl triphenylphosphonium ion(18F-FTPP).Results:The results showed that the11C-TPMP labeling yield was over 90%, the radiochemical purity was over 98%. The biodistribution showed high accumulation of radioactivity in the heart (71.9±19.9)%ID·g–1at 5 min and (12.87±0.81)%ID·g–1at 60 min post injection. The heart/liver ratios were 11.57 and 3.2 at 5 min, 60 min respectively. Micro PET scans showed distinct accumulation of11C-TPMP in the myocardium from 20 min to 60 min. The liver had very lower accumulation of radioactivity.Conclusions:11C-TPMP was a promise PET perfusion agent for myocardial. It would be useful in clinical with In-LOOP synthesis.

Myocardial perfusion agents, PET,11C-TPMP, In-LOOP synthesis

R445.6, R817.4

10.11889/j.0253-3219.2013.hjs.36.020303

北京市自然科学基金(7122162)资助

孙慧萍，女，1967年出生，1993年毕业于第二军医大学，副主任药师，专业：临床药学

张锦明，zhangjm301@yahoo.com.cn

2012-11-22，

2012-12-19