11C标记雷氯必利合成效率的影响因素

李海峰，陈志军，张晓军，李云钢，张锦明

(1.江西省肿瘤医院 核医学科，江西 南昌　330029；2.中国人民解放军总医院 核医学科，北京　100853)



11C标记雷氯必利合成效率的影响因素

李海峰1，陈志军1，张晓军2，李云钢2，张锦明2

(1.江西省肿瘤医院 核医学科，江西 南昌330029；2.中国人民解放军总医院 核医学科，北京100853)

摘要：本文以(11)C-Triflate-CH3为甲基化试剂，使用国产模块 PET-CM-3H-IT-I合成(11)C标记化合物雷氯必利((11)C-Raclopride)，研究其合成过程中的碱量、溶剂、反应温度、前体量及产品淋洗条件对合成效率的影响，优化(11)C-Raclopride的合成条件。优化后的合成条件为：以0.2 mL丙酮为溶剂，前体浓度1.5～3.0 g/L，反应温度为室温(25 ℃)，碱量0.30～1.25 eq，(11)C-Raclopride的合成效率(64.82±4.74)% (n=46，以(11)C-Triflate-CH3计校正效率)，产品的放化纯度大于97%，比活度为(423.61±13.43) GBq/g，从收集(11)C-CO2至得到(11)C-Raclopride终产品的总合成时间为23 min，产量(6.9±0.87) GBq(n=46)。通过优化合成工艺，实现了稳定性和重复性良好的全自动化合成(11)C-Raclopride，且产品满足临床使用需要。

关键词：(11)C-雷氯必利；合成效率；PET/CT

11C-Raclopride是多巴胺D2特异PET显像剂，与D2受体亲和力高、选择性好。国内外将11C-Raclopride用于帕金森氏病(PD)的鉴别诊断[1-2]，缺血缺氧脑损伤和干细胞移植的监测[3-4]以及精神分裂症病因、发病机制及疗效等方面的研究[5-6]，可见11C-Raclopride已成为神经系统疾病诊断与鉴别诊断及研究的重要工具。

通常采用11CH3I或11C-CH3-Triflate与去甲基前体发生甲基化反应得到11C-Raclopride，合成效率不尽相同，活性较高的11C-Triflate-CH3可以减少前体用量，提升合成效率[7-9]。本研究拟采用国产碳-11多功能合成模块，经优化合成、纯化及淋洗等条件，实现稳定、重复性好的自动合成方法，并使产品满足PET/CT的需求。

1仪器与试剂

1.1仪器

自动化碳-11多功能合成模块PET-CM-3H-IT-I：内置半制备HPLC系统，派特(北京)科技有限公司；分析型HPLC仪：美国Waters公司；Endosafe-PTS细菌内毒素快速检测仪：美国 Charles River公司；CRC-15R活度计：美国 Capintec公司；分析天平：AB104G型号，Switzerland Mettler Toledo公司；Sep-PakC-18：美国Waters公司。

1.2试剂

去甲基Raclopride、Raclopride标准品：德国ABX公司；无水乙醇、氢氧化钠、甲酸铵、乙酸：AR级，国药集团；1 mol/L的四氢锂铝四氢呋喃溶液、57%氢碘酸：美国Sigma Aldrich公司；二甲基亚砜(DMSO)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)：AR级，J&K百灵威公司；乙腈、丙酮：HPLC级，美国TEDIA公司；灭菌注射用水：石家庄四药有限公司；0.9%生理盐水：青岛华仁药业公司。

2实验方法

2.111C-CH3-Triflate的合成

参考文献[9]，采用液相法合成(11)C-CH3I，并在线转化成(11)C-CH3-Triflate。用HM-20加速器经(14)N(P,α)(11)C核反应在靶内产生(11)CO2，将(11)CO2传送到自动化碳-11多功能合成模块，与0.15 mL l mo1/L的四氢锂铝四氢呋喃溶液反应， 随后加热除去THF，再加入0.3 mL 57% 的氢碘酸，生成的(11)C-CH3I再通过Triflate转化炉转换成活性更高的(11)C-CH3-Triflate，通入反应管。

2.211C-Raclopride的合成与纯化

将11C-CH3-Triflate通入含去甲基Raclopride前体的溶剂中，溶剂含适量NaOH溶液，反应结束后经半制备HPLC分离，分离柱为反相Grace C-18柱(10 mm×250 mm)，流动相为V(乙腈)∶V( AcOH)∶V(0.06 mol/L甲酸铵溶液)=40∶0.5∶59.5，流速6 mL/min，收集产品峰，将产品转移到Sep-PakC-18柱上，经固相萃取得到11C-Raclopride[10]。

2.3影响11C-Raclopride合成因素

2.3.1溶剂对合成效率的影响反应保持11C-Raclopride前体量0.5 mg，3.5 μL 0.2 mol/L NaOH溶液，反应温度为室温，反应时间1 min不变，选择丙酮、乙腈、丙酮和乙腈混合溶剂(1∶1)、DMSO及DMF不同溶剂各0.2 mL作为甲基化溶剂，比较不同溶剂的合成效率。

2.3.2碱用量对合成效率的影响0.2 mL丙酮溶解0.5 mg前体，分别加入不同碱当量的NaOH，室温下反应1 min，比较反应结果，不同碱用量对合成效率的影响。

2.3.3温度对合成效率的影响使用0.5 mg11C-Raclopride，3.5 μL 0.2 mol/L NaOH溶液，反应时间1 min不变，改变不同的反应温度，比较不同温度时的合成效率。

2.3.4前体用量对合成效率的影响不同前体量(0.3～1.1 mg)溶于0.2 mL丙酮中，碱当量固定为0.7 eq，分别与在线产生的11C-CH3-Triflate在室温下反应，比较不同前体量对合成效率的影响。

2.3.5Sep-PakC-18柱洗脱方法的影响粗产品富集至Sep-PakC-18柱，用8 mL水清洗C-18柱的无机杂质，研究富集在C-18柱上产品的淋洗条件，以最大程度减少产品在C-18柱上的残留。

2.4产品的质量控制

目测产品的颜色和澄明度，精密pH试纸测定产品pH，使用Endosafe-PTS细菌内毒素快速检测仪检测终产品的热原，按中国药典2015年版的标准进行细菌内毒素检测。利用HPLC测量产品化学纯度、放化纯度和比活度；分析柱为反相Nova-ParkC-18柱(3.9 mm×150 mm)，流动相为V(乙腈)∶V(AcOH)∶V(0.06 mol/L甲酸铵溶液)=40∶0.5∶59.5，流速为1 mL/min。

3结果与讨论

3.111C-Raclopride合成因素分析

3.1.1溶剂对合成效率的影响

11C-Raclopride在丙酮、乙腈、丙酮与乙腈(体积比为1∶1)、DMSO及DMF不同溶剂中的合成效率列于表1。由表1可知，在乙腈、DMSO、DMF等溶剂中的反应效率均低于丙酮溶剂，可见丙酮溶剂更适合11C-Raclopride的合成，Shao等[11]以Loop环法合成11C-Raclopride，甲基化溶剂为2-丁酮，合成效率较高但需要特殊前体。将2-丁酮作为甲基化溶剂，但收率仅为43.1%；为了减少产品中有机溶剂的残留，本研究还利用乙醇为反应溶剂，收率仅为4.5%，与Shao等[12]所描述的结果相近，低效率的方法不能满足临床使用需求。

合成反应中，11C-Raclopride前体与11C-CH3-Triflate发生的是SN2反应，受溶剂影响较大，溶剂极性越大，越有利于SN1反应，而对SN2反应不利。SN2反应过程中，由原来电荷比较集中的亲核试剂变成电荷比较分散的过渡态，溶剂极性的增加使电荷集中的亲核试剂溶剂化，降低反应效率。在这几类反应溶剂中，丙酮溶剂的极性最小，因而选用丙酮作为反应溶剂。

表1　溶剂对11C-Raclopride合成效率的影响(n=3)

3.1.2碱用量对合成效率的影响

11C-Raclopride在不同碱量下的合成效率见表2(n=3)，半制备HPLC放射性图谱示于图1。NaOH的用量相对于前体用量小0.2 eq(eq为化学当量)，合成效率约为33%，主峰为11C-CH3-Triflate(图1a)；碱当量为0.33～2.0 eq时，合成收率在56%～74%，在此范围内增大NaOH碱当量，合成效率变化不大，但放射性峰1渐渐变小，而峰2的面积逐渐变大；碱当量大于2.0 eq，随碱量增加，合成效率逐渐下降；碱当量为8.3 eq，合成收率仅为31%(图1c)；碱当量增至16.7 eq，所得产品收率为18%，主要为副产品，约占73%。

表2　碱当量对11C-Raclopride合成效率的影响(n=3)

a——0.1 eq； b——0.6 eq；c——8.3 eq图1　半制备HPLC放射性图谱a——0.1 eq；b——0.6 eq；c——8.3 eqFig.1　The radioactivity trace of 11C-Raclopride from Semi-HPLC

NaOH与11C-Raclopride前体发生反应生成中间体酚钠，再与活性较高的11C-CH3-Triflate发生SN2取代反应，而前体有三个可以发生取代的位置，苯环上两个酚羟基(-OH)，支链上有一个氮氢键(-NH)，前体可发生反应的位置较多，如果碱当量过大，即pH较大，则会增加副产品的生成。为了提高11C-CH3-Triflate利用率，同时控制甲基化位置，本文对NaOH的碱当量进行了研究。实验表明，碱量增加使甲基化更容易发生，碱量在0.33～2.0 eq，合成效率比较稳定，而碱量大于2.0 eq时，副反应比例也逐渐增加。

3.1.3温度对合成效率的影响

将0.5 mg 前体溶于0.2 mL丙酮溶液中，加入3 μL NaOH溶液(0.2 mol/L)，分别在0 ℃、室温(25 ℃)、50 ℃和80 ℃下与11C-CH3-Triflate反应。反应完毕，加入4 mL流动相终止反应，用半制备型HPLC分离，结果示于图2。

a——0 ℃；b——25 ℃；c——50 ℃；d——80 ℃图2　温度对合成效率的影响 a——0 ℃；b——25 ℃；c——50 ℃；d——80 ℃Fig.2　Effect of temperature on the synthesis efficiency

图2中tR=7～9.2 min为产品，tR=2～3.4 min为未反应的Triflate，不同温度下最终反应收率分别为：(36.12±1.53)%，(68.65±2.14)%，(67.61±0.78)%，(58.62±0.83)%(n=3,EOB)。0 ℃与室温下的合成效率差别较大，50 ℃合成效率与室温合成效率差别不大；而温度为80 ℃的合成效率有所下降，这可能是丙酮溶剂在较高温度时挥发较多甚至蒸干，影响合成效率。合成过程中尽量避免过温现象，为保证足够的体积一般是室温条件下将前体溶于0.2 mL丙酮。

3.1.4前体用量对合成效率的影响

将0.2～1.1 mg11C-Raclopride前体药分别溶于0.2 mL丙酮中，碱量为0.7 eq，分别与11C-CH3-Triflate反应，不同前体量下的合成效率见图3。由图3可知，前体量为0.3～1.1 mg时合成效率均超过57%，降低前体量到0.2 mg时合成效率低于50%，1 mg11C-Raclopride前体量生产的产品，合成效率约62.6%。如果前体量较大(≥1 mg)，产品的合成效率并没有太大的提高，并造成半制备HPLC分离效率降低，得到的产品化学纯度较低，浪费前体。

图3　前体用量对合成效率的影响Fig.3　Effect of the precursor on the synthesis efficiency

前体量为1 mg的产品HPLC图谱示于图4。由图4可知，高效液相色谱检测产品化学纯度约84.2%(tR=6.0 min为产品峰)。本研究的反应为SN2反应，其合成效率与前体浓度呈正相关，提高前体浓度可提升合成效率；但前体量过大时产物难以分离。为了保证合成效率，控制产品中前体含量，同时降低合成成本，故认为使用0.3～0.6 mg的11C-Raclopride前体为宜。

图4　前体量1 mg的产品HPLC图谱Fig.4　HPLC of the precursor (1 mg)

3.1.5Sep-PakC-18柱洗脱方法的影响

将含有HPLC流动相的粗产品经50 mL水稀释后转移到Sep-PakC-18柱上，用8 mL水清洗Sep-PakC-18柱，再用1.2 mL乙醇将产品从C-18柱上洗脱，加注射用水稀释，过无菌滤膜。发现C-18柱上残留约40%的产品不易洗脱，对C-18柱进行正常处理，同一批次的C-18柱对11C-PIB、11C-MET等的吸附及洗脱均正常可见，C-18柱对产品11C-Raclopride的吸附性太强，以致难以完全洗脱。利用乙醇、丙酮、乙腈、2-丁酮、DMSO和DMF等溶剂淋洗C-18柱上残留的产品，均只能洗脱极少量的产品(仅作为实验，不用于临床研究)。而在乙醇淋洗产品前，先以10 mL生理盐水处理C-18柱，能有效减少产品在C-18柱上的残留，其残留量降低至5%～10%。

对于此现象推测原因如下：Sep-PakC-18柱是以硅胶基质为主要吸附剂进行固相吸附和富集产品。硅胶表面主要是以硅氧烷键(-Si-O-Si-)形式存在，硅氧烷键在吸附、富集产品时起到了关键作用；同时硅胶表面还存在着少量未完全反应的硅醇键(-Si-OH)，-Si-OH具有较强的反应活性，可以将产品非特异性吸附，吸附后难以淋洗，预先以离子类的缓冲液对C-18进行润湿处理，可以避免此类现象；已经与-Si-OH键吸附的产品可以使用离子性更强的溶剂脱附；考虑到合成的产品用于临床研究，生理盐水则是较为合适的选择。

3.2自动化合成及质量控制

优化的11C-Raclopride自动化合成条件如下：在自动合成器的反应瓶中将含有0.3 mg的11C-Raclopride前体溶于0.2 mL丙酮中，加入3.5 μL 0.2 mol/L NaOH，通入在线转化的11C-CH3-Triflate，待放射性不再提高停止通气，室温静置反应1 min。用4 mL流动相将反应液带入半制备HPLC进行分离，其流动相为V(乙腈)∶V( AcOH)∶V(0.06 mol/L甲酸铵溶液)=40∶0.5∶59.5，流速6 mL/min，收集6.8～9.0 min的产品。将经稀释后的溶液转移到Sep-PakC-18柱上，用10 mL生理盐水处理Sep-PakC-18柱，最后用1.2 mL乙醇将产品从C-18柱上洗脱，并加生理盐水稀释，过无菌滤膜。最终产品的化学纯度均大于95%，放化纯度大于97%。11C-CO2传至Loop环后，开启合成器的自动程序，从11C-CO2到11C-CH3-Triflate、甲基化反应、纯化至最后得到产品，总计用时23 min。最终产品的质量控制结果均符合静脉注射要求，其结果列于表3。

表3　11C-Raclopride的质控结果(n=5)

4小结

本研究优化了11C-Raclopride的合成条件，通过对不同的反应溶剂进行比较，选用极性较小的丙酮溶液为反应溶剂。研究碱量的使用范围，碱当量在0.33～1.25 eq时合成效率比较稳定，可控制在59%～74%，同时减少了副产物的生成。讨论不同的反应温度对合成效率的影响，室温与50 ℃反应的合成收率差别不大，本实验采用室温作为反应温度。确定较为合适的前体用量为0.3～0.6 mg，降低了合成成本，并保证了产品的化学纯度。改善文献[9] C-18柱产品残留的问题，并提出可能的作用机制，使合成效率稳定提高至(64.82±4.74)% (n=46，11C-CH3-Triflate校正效率)。通过优化合成的11C-Raclopride质量控制结果均符合静脉注射药物的要求。

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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

中图分类号：TL92+3

文献标志码：A

文章编号：1000-7512(2016)01-0012-07

作者简介：李海峰(1981—)，男，南昌人，主要从事放射性药物的合成与标记通信作者：张锦明(1965—)，博士，E-mail: zhangjm301@163.com

基金项目：军队医疗机构制剂标准提高项目(14ZJZ2101)

收稿日期：2015-10-21;修回日期：2015-12-03