国产FDG模块半自动合成18F-氟乙基胆碱

周　明，张晓军，刘　健，李云钢，张锦明

(1.中南大学湘雅医院 PET中心，湖南 长沙　410008；

2.中国人民解放军总医院 核医学科，北京　100853)



国产FDG模块半自动合成18F-氟乙基胆碱

周明1，张晓军2，刘健2，李云钢2，张锦明2

(1.中南大学湘雅医院 PET中心，湖南 长沙410008；

2.中国人民解放军总医院 核医学科，北京100853)

摘要：(18)F-氟乙基胆碱((18)F-FECH)是(18)F-FDG的重要补充，在脑瘤转移和前列腺癌及转移的诊断方面有重要的应用价值。利用国产单次PET-FDG-TI-I CPCU型FDG合成模块，未改变硬件，通过更改试剂与耗材，半自动合成(18)F-FECH，并在产品收集瓶前增加C18纯化柱，减少K(2.2.2)杂质的含量。合成时间约30 min，放化产率42.0% (未时间校正，n=5)，放置6 h后放化纯度>99.0%，体外稳定性良好；合成时间和产率与国内外模块结果相近。结果表明，在国产单次PET-FDG-TI-I CPCU型FDG模块上可半自动合成(18)F-FECH，合成效率及放化纯度较高。

关键词：(18)F-氟乙基胆碱((18)F-FECH)；PET；显像剂

胆碱是合成细胞膜组成成分卵磷脂的起始原料，在肿瘤细胞中能特异性的高聚集和代谢，用同位素标记的胆碱衍生物作为PET显像剂在多种恶性疾病的诊断中有广泛应用，如肺癌、食管癌、结肠癌、膀胱癌等[1-2]。特别在脑肿瘤和前列腺肿瘤研究方面，由于传统显像剂FDG摄取高、灵敏度低以致易出现假阳性诊断[3-4]，同位素标记的胆碱衍生物已成为这两类肿瘤的诊断显像剂[5]。11C-胆碱是第一个基于胆碱的肿瘤显像剂，虽然其对脑肿瘤和前列腺肿瘤表现出良好的诊断效果，但是半衰期20 min，不仅限制了每天患者的检查数量，而且也限制了该药物的异地配送使用。因此，较长半衰期(109 min)的18F标记的胆碱类显像剂成为替代11C-胆碱的较好选择。目前，18F标记的胆碱类显像剂主要有18F-氟甲基胆碱(18F-FCH)和18F-氟乙基胆碱(18F-FECH)等[6-7]，其中18F-FCH标记困难，产率和放化纯度不高、且不稳定[8]，而18F-FECH产率和纯度较高，稳定性较好[9]，成为取代11C-胆碱用于脑肿瘤和前列腺肿瘤PET显像的首选药物。

已报道的用于生产18F-FECH的合成方法和合成模块较多，如部分国产派特(北京)的PET-MF-2V-IT-I型F多功能模块[9-10]、美国GE公司的Tracelab FXFN多功能模块[11]和德国Simens的Explora FDG4合成模块[12]均以1，2-乙二醇二对甲苯磺酸酯和N，N-二甲基乙醇胺为原料，只是反应条件(包括温度、时间、反应物用量比例等)和纯化方式不同，最终产率也不同，一般放化产率在30%～37%之间；德国Raytest的Rayrest SynChrom型模块以及德国 Scintomics的 HotboxIII型模块以2-溴乙基-4-硝基苯磺酸酯为起始原料，将第一步反应产物中间体[18F]-2-溴-1-氟乙基固相纯化后再与N，N-二甲基乙醇胺反应[13]，放化产率在28%～42%之间。如果为了生产18F-FECH而去购买价格昂贵的进口模块成本压力大，即使是购买相对便宜的国产氟多功能模块，还需配套相关热室等防护设备，同样性价比不高。鉴于此，本工作拟采用国产PET-FDG-TI-I单功能正电子药物合成仪为基础，不更改硬件，仅更换部分配件与合成原料生产18F-FECH，为无多功能合成器的机构进行18F-FECH临床应用和研究提供参考。

1主要仪器和材料

1.1试剂和材料

N，N-二甲基乙醇胺(纯度≥99.5%)、1，2-乙二醇二对甲苯磺酸酯(纯度> 97%)、无水K2CO3(纯度>99.995%)：美国Aldrich 公司产品；无水乙腈(纯度99.9%)和K2.2.2(纯度98%)：中国百灵威公司产品；HPLC乙腈(色谱纯)：德国LiChrosolv公司产品；其余试剂均为国产分析纯；C18(Sep Pak Plus)、QMA(Sep pak Light)、CM柱(Sep Pak Plus)、IC-PakTMCation 色谱柱(3.9 mm×150 mm)：美国Waters公司产品； 60F254薄层层析硅胶板：德国Merck公司产品；Millex GS 0.22 μm除菌过滤器：美国Millipore公司产品。

1.2仪器

HM-20型回旋加速器：日本住友重机械株式会社产品；PET-FDG-TI-I CPCU型正电子药物合成模块：派特(北京)科技公司产品；高效液相色谱仪：配Biocan Flow Count放射性检测器和515泵，2487紫外检测器，美国Waters公司产品；Bioscan system 2000型薄层色谱扫描仪：美国Bioscan公司产品 。

2实验方法

2.118F-FECH的半自动合成

利用PET-FDG-TI-I CPCU型正电子药物合成模块单管法半自动合成18F-FECH，在单向阀与V10之间接一个SEP-PAK C18纯化柱，将原来水解的NaOH注射器更改为5 mL 生理盐水，原来用于淋洗产品的10 mL注射用水更改为10 mL 50%乙醇。

改装后PET-FDG-TI-I型模块合成如图1所示。18F-FECH的半自动合成方法的合成原料与路线同参考文献[9]相比，在产品淋洗出之前，增加了一个C18柱。18F-FECH合成路线如图2所示，通过1，2-乙二醇二对甲苯磺酸酯与18F-进行亲核反应生成中间体18F-氟乙基对甲苯磺酸，再与N，N-二甲基乙醇胺反应得到产品化合物18F-FECH，最后反应体系通过CM柱和C18柱的分离纯化得到可供注射的终产品溶液。操作步骤如下。

图1　改装后PET-FDG-TI-I型模块合成示意图Fig.1　Schematic diagram of modified PET-FDG-TI-I synthesizer

图2　18F-FECH的合成路线Fig.2　Synthesis route of 18F-FECH

1) 通过住友加速器利用18O(p，n)18F核反应生产18F-。

2)用N2将18F-从加速器靶内传出并用QMA柱捕获，随后使用1号瓶中的1 mL K2.2.2/K2CO3溶液将18F-洗脱至反应管中，加热蒸干溶剂后加入2号瓶中的2 mL乙腈再次干燥。

3) 将3号瓶中溶于1 mL乙腈的20 mg 1，2-乙二醇二对甲苯磺酸酯加入反应管中，85 ℃下反应5 min得中间体18F-氟乙基对甲苯磺酸，随后升温至115 ℃蒸除溶剂至剩余约0.1 mL。

4) 将4号瓶中溶有0.2 mL N，N-二甲基乙醇胺的0.4 mL乙腈溶液加入到反应管中，115 ℃蒸除溶剂至剩余约0.3 mL后85 ℃加热反应10 min，生成产品化合物18F-FECH。

5) 将5号瓶中的5 mL去离子水加入到反应管中并负压转移，经C18纯化柱和CM柱后产品被CM柱吸附。随后用6号瓶中的50%乙醇溶液进一步清洗CM柱，最后用5 mL 0.9%的NaCl溶液将18F-FECH从CM柱上洗脱下来，洗脱液经第二个C18柱和0.22 μm除菌滤膜进入产品收集瓶中得无色澄清的18F-FECH注射液。

2.2质量控制

1) 用精密pH试纸测定18F-FECH注射液的pH，并目测产品的颜色和澄清度[9]。

2) 高效液相色谱法(IC-PakTMCation，3.9 mm×150.0 mm，10.0 μm)和薄层层析法(Bioscan system 2000)检测18F-FECH注射液的体外稳定性和放化纯度，其中HPLC的条件中流动相为5 mol/L HCl溶液，流速为1.0 mL/min，检测器为放射检测器。TLC展开剂为5%的醋酸溶液。

3) 室温下测定产品三个半衰期(6 h)内的放化纯度，观察产品的稳定性。

4) 根据参考文献[15]，采用碘铂酸盐试剂硅胶板显色法检测产品中K2.2.2的含量。制备0.010、0.025、0.050 g/L K2.2.2的标准溶液作为对照，分别制备未用C18柱纯化和用C18柱纯化的18F-FECH，对其中K2.2.2杂质进行半定量检测。

5) 参照中国药典2010年版对产品注射液进行无菌和细菌内毒素检查。

3结果与讨论

3.118F-FECH的半自动合成

18F-FECH的合成方法较多，不同的合成模块合成前体也不完全一样[11,13]，改造后半自动合成全过程时间约为30 min，最终产品放化纯度为99.0%、放化产率为42.0%。该方法将合成时间从常规的50 min左右缩短至30 min左右，放化产率与其他合成方法相似[9-14]。通过固相萃取分离纯化代替HPLC分离纯化，不仅节省了时间，而且减少了上柱和HPLC纯化柱的吸附损失；改装后的模块简化合成线路，可减少产品在管线和反应管中的损失。但由于PET-FDG-TI-I为开放体系，反应管直接与大气相通，管内压力为大气压，合成18F-FECH时亲核和烷基化若用100 ℃加热反应，乙腈溶剂将在5 min内蒸干，不利于反应的进行。因此本工作亲核和烷基化均采用85 ℃反应。氟多功能模块采取密闭体系反应，加热至100 ℃时，由于反应管密闭，反应管内处于高压状态，乙腈温度可达100 ℃，有利于反应进行。该反应路径利用C-18柱除去前体1，2-乙二醇二对甲苯磺酸酯、中间体18F-氟乙基对甲苯磺酸和与K2.2.2络合的K离子，对合成效率有关键的作用，CM柱为弱阳离子交换柱，可吸附产品18F-FECH，利用10 mL 50%的乙醇水溶液清洗CM柱，将未反应前体N，N-二甲基乙醇胺及氟离子等其他杂质除去，此外在产品接收瓶前增加C18纯化柱能够降低产品中K2.2.2杂质的含量。

3.218F-FECH注射液的质量控制

1) 产品注射液无色澄清，pH约为7.0。

2) 对产品溶液进行薄层色谱法(TLC)检测，分析产品和游离的F-的保留时间，结果如图3所示。产品18F-FECH的Rf约为0.3，未见游离F-的放射性峰(原点)，放化纯度大于99.0%。

图3　18F-FECH注射液的TLC谱图(Rf=0.3)Fig.3　TLC chromatogram of 18F-FECH

图4　18F-FECH注射液的HPLC放射性谱图Fig.4　HPLC chromatogram of 18F-FECH

3) 为了进一步分析产品溶液的放化纯度和稳定性，继续对其进行HPLC分析，结果如图4所示。18F-FECH放射性峰保留时间约为12.5 min，放化纯度大于99.0%。6 h后再次进样检测，放化纯度仍大于99.0%，表明产品体外稳定性较好。

4) 通过与0.010、0.025、0.050 g/L K2.2.2标准溶液在氯铂酸盐硅胶板上显色的蓝斑颜色深度对比，未采用C18柱纯化的产品中K2.2.2的含量高于0.050 g/L，而利用产品收集瓶前C18柱纯化过的产品中K2.2.2的含量介于0.010 g/L与0.025 g/L之间。可见，由于该合成路线采用10 mL 50%乙醇水溶液清洗CM柱，清洗液体的量太少，导致生理盐水直接淋洗的产品K2.2.2含量超标，而增加C18吸附K2.2.2后，产品K2.2.2含量下降并低于0.025 g/L。因此，产品收集前利用C18柱对产品进行再纯化可以得到化学纯度更高的产品，并且可将5号试剂瓶更换为30 mL西林瓶，加入30 mL 50%乙醇水溶液对CM柱进行清洗，以降低产品K2.2.2杂质的含量。

5) 无菌和细菌内毒素检查结果为18F-FECH注射液72 h细菌培养结果呈阴性，细菌内毒素含量小于规定的每毫升15 EU，符合中国药典标准要求。

18F-FECH注射液的质控结果表明，利用PET-FDG-TI-I CPCU型FDG单次合成模块通过半自动方法合成的18F-FECH符合临床注射质量要求。

4结论

本工作基于对PET-FDG-TI-I CPCU型FDG单次合成模块的合理改装，采用单管法反应，半自动合成了肿瘤显像剂18F-FECH，增加的C18纯化柱有效降低了产品K2.2.2杂质的含量。总合成时间约30 min，产品放化产率约为42.0%(未时间校正，n=5)，放化纯度大于99.0%，其余各项指标也均符合国家标准。本工作丰富了PET-FDG-TI-I CPCU型合成模块的功能，使其能够生产18F-FDG以外的放射性药物。

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The Semi-automatic Synthesis of18F-fluoroethyl-choline by Domestic FDG Synthesizer

ZHOU Ming1, ZHANG Xiao-jun2, LIU Jian2,LI Yun-gang2, ZHANG Jin-ming2

(1.PETCenter,DepartmentofNuclearMedicine,XiangYaHospital,CentralSouthUniversity,Changsha410008,China;2.DepartmentofNuclearMedicine,thePLAGeneralHospital,Beijing100853,China)

Abstract:As an important complementary imaging agent for (18)F-FDG, (18)F-fluoroethyl-choline ((18)F-FECH) has been demonstrated to be promising in brain and prostate cancer imaging. By using domestic PET-FDG-TI-I CPCU synthesizer, (18)F-FECH was synthesized by different reagents and consumable supplies. The C18 column was added before the product collection bottle to remove K(2.2.2 ). The (18)F-FECH was synthesized by PET-FDG-IT-I synthesizer efficiently about 30 minutes by radiochemical yield of 42.0% (no decay corrected, n=5), and the radiochemical purity was still more than 99.0% after 6 hours. The results showed the domestic PET-FDG-IT-I synthesizer could semi-automatically synthesize injectable (18)F-FECH in high efficiency and radiochemical purity.

Key words：(18)F-fluoroethyl-choline ((18)F-FECH); PET; imaging agent

doi：10.7538/tws.2016.29.01.0019

中图分类号：TL92+3

文献标志码：A

文章编号：1000-7512(2016)01-0019-06

作者简介：周明(1986—)，男，湖北省荆州人， PET化学师

收稿日期：2014-10-27;修回日期：2015-06-25