住友CFN多功能合成模块18F-FDG的制备及质量控制

李 运 ，邱国玉 ，代 伟 ，安建平

（1.兰州市食品药品检验所，甘肃 兰州 730050；2.甘肃省妇幼保健院，甘肃 兰州 730050；3.中国人民解放军联勤保障部队第904医院PET-CT中心，甘肃 兰州 730050）

目前，18F-脱氧葡萄糖（18F-FDG）是临床PET显像应用最为广泛的正电子药物，主要应用于多种肿瘤、心血管及神经系统疾病的研究与诊断。利用SUMITOMO HM-12S回旋加速器和CFN-FDG合成模块，制备出高纯度、安全、可靠及符合临床显像要求的18F-FDG静脉注射液。国内与CFN合成FDG相关的文献尚未见报道，本文总结多年来CFN多功能合成模块制备18F-FDG过程中所遇到的问题，初步探讨了提高合成效率和避免合成失败的影响因素。

1 材料和方法

1.1 实验材料

1.1.1 仪器设备

医用回旋加速器（CYPRIS HM-12S，日本住友重机械工程株式会社）、FDG合成模块面板（CFN多功能合成模块，日本住友重机械工程株式会社）、TLC （Bioscan公司）、HPLC （LabAlliance出品）、FA1004N型电子天平 （上海菁海仪器有限公司）、CRC-25R型放射性核素活度计（美国CAPINTEC）、pHB-3便携式pH计（上海三信仪表厂）。

1.1.2 主要试剂

18O-H2O：丰度97%（美国剑桥同位素公司）；三氟甘露糖、K2.2.2（ABX公司）；色谱级无水乙腈（美国SIGMA公司）；碳酸钾、氢氧化钠（纯度99.995%，SIGMA ALDRICH）；无菌注射用水（四川科伦药业股份有限公司）；QMA、IC-H、PS-2、AlumiaN 柱（Waters公司）；硅胶板（Whatman 公司）；0.22μm 液体滤膜、0.2μm 气体滤膜（Millipore公司）。

2 18F-FDG的合成

2.1 CFN多功能合成模块FDG合成面板的安装、清洗

利用住友CFN多功能合成模块，通过更换不同的、与之相匹配的合成面板，可以完成11C、18F、13N等正电子药物的制备。按操作规程，正确安装FDG合成面板，完成Cyrinder的上下移动情况、管路气密性及流量自检。然后，进行自动化清洗和干燥。

2.2 18F-FDG的合成

2.2.1 QMA柱的活化

用滴洗法[1]，分别将 75%乙醇 10mL、1MK2CO3溶液10mL、无菌注射用水20mL、空气20mL通过QMA柱，将其活化为碳酸盐形式。

2.2.218F-的制备

采用SUMITOMO HM-12S型医用回旋加速器通过18O(p,n)18F核反应，向靶中填装3.8mL18OH2O，用12MeV、50μA的质子束流连续轰靶30min，经气动方式将18F-从靶内传至CFN-FDG合成面板的靶水回收中间瓶中。

2.2.318F-的捕获、洗脱

将靶水回收中间瓶中的18F-通过已活化的阴离子交换柱QMA，18F-被交换柱俘获，残余的富氧水被收集于水回收瓶中，记录RI1放化活度探头的读数，确定俘获的18F-的活度。用含有7mgK2CO3、22mgK2.2.2、0.2mL水及 0.7mL无水乙腈的 0.9mL洗脱液将18F-从QMA柱淋洗至反应管中，并记录RI2探头活度，对18F-洗脱情况进行监测。

2.2.4 干燥除水

通过第一次加热除去乙腈和水的共沸物。然后，向反应管中加入1mL无水乙腈、加热，进行第二次除水，为下一步亲核反应的发生做好准备。

2.2.5 亲核取代反应（亦称氟化过程）[2]

将18mg三氟甘露糖溶解于1.3mL的无水乙腈溶解加至反应瓶，100℃、加热3min，生产乙酰化的18F-FDG-OAc4。将反应管中N2管插入溶剂液面以下，通入100CCM的N240s，开启真空并程序性加热，除去乙腈。

2.2.6 碱水解[3]

加入0.3mol·L-1NaOH 3mL至反应管中，在80℃下水解210s后，得到18F-FDG和少量杂质的混合组分。

2.2.718F-FDG的纯化

水解完成后，得到的18F-FDG溶液按下列顺序进行纯化：先通过IC-H柱吸附反应体系中的K2.2.2并平衡体系的pH值，再通过PS-2除去部分水解不完全的乙酰化物和非极性副产品，最后通过Alumia N柱，去除最后残余的18F-，用6mL灭菌注射用水淋洗反应瓶和纯化柱，将18F-FDG通过0.22μm的无菌液体滤膜至20mL无菌真空瓶中。

3 18F-FDG的质量控制

3.1 外观鉴别

透过无色铅玻璃观察，18F-FDG注射液为澄清、无色、无颗粒、无絮状物的水溶液[4]。

3.2 核素鉴别

把已经制备的18F-FDG注射液放置活度计测定12min内不同时间点的活度值，反推其半衰期，结果应在105.5～115.0min之间。

3.3 pH值

用精密pH试纸测定18F-FDG注射液的pH值，pH应在4.5～7.5之间。

3.4 放射化学纯度

采用薄层层析(TLC)法，以乙腈-水的混合溶剂(85:15)为展开剂，18F-FDG通过TLC系统的放射化学纯度大于95%。

3.5 化学纯度

3.5.1 用HPLC法[5]测定18F-FDG注射液的化学纯度，以糖柱为分离柱，乙腈-水(85:15)为流动相，流速1.0mL·min-1，测得化学纯度为 99%。

3.5.2 采用GC法[6]对有机溶剂的残留进行分析，乙腈、乙醇的含量分别应小于0.04%和0.5%。

3.5.3 采用GC法[7-8]对K2.2.2残留进行分析，产物中K2.2.2含量不能高于0.2mg·mL-1。

3.6 急性毒性实验

随机取健康合格的昆明种小鼠20只（雌、雄各半），分别尾静脉注射18F-FDG注射液0.2mL，观察24h，仔细观察，并作详细记录。

3.7 细菌内毒素检查[9]

取18F-FDG注射液0.2mL稀释10倍后进行细菌内毒素检查，反应时间分别为20min和60min。

3.8 无菌检查[9]

取0.2mL经衰变10个半衰期后的18F-FDG注射液分别接种于7.5mL硫乙醇酸盐流体培养基和真菌培养基中，按规定进行观察，不得发现菌落生长。

4 结果

4.1 18F-FDG注射液的合成

用50μA的质子束流连续轰击18O-H2O30min，按上述合成工艺制备的18F-FDG注射液活度平均为650±20mCi，经时间衰变校正后，其平均放化产率为62±4%。

4.2 18F-FDG注射液的质量控制

18F-FDG注射液为无色、澄清溶液。用半对数法计算的半衰期为108min；HPLC系统测定的化学纯度大于99%；TIC法测定的放射化学纯度大于95%。急性毒性实验表明，无任何不良反应或死亡发生。无菌、细菌内毒素的检测，均符合药典规定。用精密pH试纸测定pH为5.5。

5 讨论

1）日本住友CFN多功能模块，可以进行多种正电子药物的标记，亦可进行新型示踪剂的合成研究，根据研究工作需要可自行开发适合新型药物合成的软件及合成工艺优化，故可称为科研型合成模块。我们利用用CFN-FDG模块制备18F-FDG数百次以上，易于操作，合成效率达66%、产量稳定，产品质量可靠。

2）CFN-FDG合成模块，原始工艺合成共需35min。通过进行多次合成实验，缩短试剂加入时间，优化合成工艺参数，使得整个合成时间缩短6min，同时提高了合成效率。亲核反应是FDG合成中最关键的过程，由于水中氢键的亲核性远远强于18F-，因此应尽可能除去反应体系中痕量的水，否则氟化效率极低甚至导致合成失败。结合实际工作，避免体系中残余水的方法为：首先，每次合成结束务必对反应体系进行清洗、干燥，除去聚四氟管路及反应管中残余的溶剂。其次，前体三氟甘露糖应密封保存于干燥器冷藏于冰箱中；合成前，用干燥的药匙取前体适量置于已彻底干燥的锥底瓶中，迅速吸取无水乙腈1.3mL，溶解前体，密封；吸取试剂用的针头等耗材使用一次性无菌包装。最后，通过进行冷实验，优化合成参数，确保经两次共沸除水，正好使氟化反应体系处于干燥无水状态。

3）18F-FDG的合成可采用在酸性或碱性环境下水解乙酰化18F-FDG-OAc4制得。本文合成工艺为碱水解，条件温和，时间短，副产物少。日常工作中，会遇到由于试剂吸取针被胶塞碎渣堵塞等原因，致NaOH不能或部分加入反应器，使合成失败或合成效率极低。可以将纯化柱经6个半衰期后，测定PS-2柱活度，将测得值推算至合成结束时的活度，发现大量未水解的乙酰化物被PS-2柱吸附，以确定合成失败的原因。

4）若所得产品颜色发黄，TLC显示硅胶板原点与Rf值0.55左右活度相当，呈现“骆驼峰”，初步可以判断为氟化反应不完全或纯化时残余18F-未能被Alumia N柱吸附。更换新的Alumia N柱，将18F-FDG注射液进行再次纯化，经TLC确认，放化纯大于95%即可。

5）CFN-FDG合成模块进行25次以上合成后，有时会出现Cyrinder向下移动，不顺畅，致使聚四氟管不能插入反应管底部，以至于在DU2干燥过程中，N2不能通入液面以下，保持反应管内液体处于运动状态，使乙腈被蒸除的速度减慢，甚至导致有机溶剂残余超标。合成模块使用10次左右，应将Cyrinder拆下，用无水乙腈进行清洗。但是清洗过程应避免尖锐物体接触Cyrinder杆，使其边缘不光滑或有划痕出现，影响反应体系的气密性。

6）CFN-FDG合成模块使用过程中，气密性自检失败原因排除方法：首先正确安装FDG合成面板，对管路联接接头等进行确认。初次安装完成，自检，若有“Reactor Leak”的提示，可以重新进行一次测漏。其次，检查反应器法兰是否安装正确，法兰不能拧的太紧，否则会导致反应管上口碎裂，自检时提示“Reactor Leak”。第三，检查靶水回收中间瓶上安装的各种针头是否有松动，若有，重新更换新的中间瓶进行安装。第四，检查与真空泵相联的管路是否有漏。第五，检查联接QMA的快速接头是否完整。另外，可以根据Leak提示信息，可以将相关管路进行“短接”，逐次逐级排查泄漏的部位。良好的气密性为合成合格的18F-FDG提供保障。

7）为了实现18F-FDG注射液无菌、细菌内毒素检测的合格，必须使用一次性无菌耗材，及时更换管路，实行合成全过程的控制，避免产品被污染。定期将所得产品经放置衰变10个半衰期后送检验科检验，确保合格产品用于临床。

8）建立完善的操作流程和科学的质量控制标准是制备合格18F-FDG注射液的有力保障。目前，在药典附录XI XG正电子类放射性药品质量控制的指导原则中对记录了18F-FDG质量控制的原则和细则。SFDA于2004年7月公布了《正电子类放射性药品质量控制指导原则》，各正电子药物研究中心应结合自身条件，依据以上质量控制原则及参照26USP[10]，制定出适宜的18F-FDG注射液质控标准，可完全保证合格药物的生产，运用于临床PET-CT检查，为临床疾病的诊断提供大量的科学依据，取得令人满意的结果。