CN1036866C - 用于标记蛋白和肽的电解池及方法 - Google Patents

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Abstract

一种用来标记蛋白、肽和其它有机分子的电解池，使用一个阴极半池和一个阳极半池，将一多孔工作电极放于一个半池内，将一相反电极放于另一个半池内。两个半池被一隔离器分开。一个参考电极位于含有工作电极的半池内，并放在工作电极和相反电极之间的电流通路外面，用来对工作电极的电位进行精确的控制，使得达到最大标记速度及同时对蛋白、肽或其它有机分子的氧化破坏最小。用非放射性标记物质浸透工作电极以及工作电极表面积与含工作电极半池的容积之比在0.001到10cm-1之间，使得由于吸附在工作电极上而引起的放射性标记剂的活性损失为最小。

Description

用于标记蛋白和肽的电解池及方法
本发明涉及使用电解池实现标记蛋白、肽和其它有机物分子的一种电解池及一种方法。更具体地、本发明涉及使用电解池实现放射性标记蛋白、肽和其它有机物分子的电解池和方法。
目前公知的用卤素或其它标记物标记蛋白、肽及其它有机分子的技术有若干缺点，例如，化学标记方法经常难于按比例扩大，并且趋于破坏被标记的蛋白、肽。此外，因为这些相同的化学标记方法可得到的产量低，且未实现标记的物质必须与已达到标记的物质分开，然而这一纯化学步骤不仅使化学标记过程效率降低，而且在放射性标记情况下会使操作者暴露于有害物质。目前的放射性标记蛋白的方法中有一种固态碘化作用，使用氧化技术来从钠的碘化物中产生亲电子的碘类(I+)。
现在的使用卤族或其它标记物标记蛋白、肽和其它有机分子例如锝、铼的电化学技术具有其它的缺点。例如，电化学标记方法经常使用铂或金作为电解池的阳极和阴极。使用目前的电化学技术，生物物质可以被碘化，一微克具有高达80％的放射性碘渗入。为了得到短的反应时间，许多工人使用相对高的阳极表面积对电解容积的比率。这种比率通常使用一种铂坩埚达到，它作为反应容器和阳极。不过铂坩埚由于若干原因对于商业应用是不适宜的。例如，铂坩埚不实用，因为其几何结构阻碍其维持阳极表面电位均匀，尤其是在低电导率的溶液中。此外，它们的几何结构使其表面积/电解容积之比不易改变。这是由于这样的原因：对于任何形状来说，面积不象容积那样快的增加。而且，这些坩埚使用相对大量的铂或金。每次使用之后必须被丢掉或者需经受对产生液化放射性废料的麻烦的清洗程序。
现在的电化学技术也具有类似于化学技术的缺点。例如在放射性标记的单克隆抗体(MAbs)的商业生产方面，电解池的阳极、阴极、隔板及其它部件可能被放射性标记剂污染，放射性废物处理的成本使得必需更加注意同位素的使用效率及当效率低于100％时注意处理何时终止。
为了克服电解池和标记蛋白、肽，尤其是放射性标记的这些困难，可以使用本发明。用来标记蛋白、肽和其它有机分子的电解池包括：(1) (a)被一分隔器分开的阴极半池和阳极半池；
(b)在所述阴极半池和所述阳极半池中的一个半池内的一个工作电极；
(c)在所述阴极半池和所述阳极半池中的另一个半池内的相反电极；
(d)位于所述含有所述工作电极的半池中以及工作电极和相反电极之间的电流通路外面的参考电极；或者
(a)具有围绕一个开孔的环形圈的第一阴极半池和具有围绕一个开孔的环形圈的第二阳极半池，其中所述第一环形圈和第二环形圈的环面彼此相对；
(b)与第一环状圈相邻的第一密封垫；
(c)与所述第一密封垫相邻的隔离器；
(d)一个与所述隔离器相邻的多孔的工作电极，  其中所述工作电极置于所述阴极半池和阳极半池中的一个半池内；
(e)一个可操作连接所述工作电极的电连接装置，用来把所述工作电极连接到电源上；
(f)与所述第二个环状圈相邻的第二个密封垫；
(g)一个用来把第一环形圈对第二环形圈以这样方式夹紧的装置：使得所述的第一密封垫，隔离器，所述多孔工作电极以及其间的第二密封垫夹在其中间；
(h)一个在所述阴极半池和阳极半池中的另一半池内的相反电极；以及
(i)一个位于所述包含工作电极的半池内以及所述多孔工作电极和所述相反电极之间的电流通路外面的参考电极；或
(a)被一隔离器分开的一个阴极半池和一个阳极半池；
(b)在所述阴极半池和阳极半池中的一个半池内的一个工作电极；
(c)在所述阴极半池和阳极半池中的另一半池内的相反电极；
(d)具有与所述阴极半池和阳极半池中的一个半池相邻的固定棒和所述阴极半池和阳极半池中的另一半池相邻的运动棒的夹紧装置；以及
(e)把所述固定棒和运动棒连在一起从而对所述池施加夹紧压力并把所述隔离器保持在所述阴极半池和阳极半池之间的装置。
本发明用来标记蛋白、肽和其它有机物分子的方法包括：
(a)提供一个被隔离器隔开的具有阴极半池和阳极半池的电解池；在所述的阴极半池和阳极半池中的一个半池内提供一多孔工作电极；在所述阴极半池和阳极半池中另一个半池内提供一相反电极；在含有所述工作电极的半池内以及所述多孔工作电极和所述相反电极之间的电流通路外面提供一参考电极；
(b)把要被标记的材料插入含有工作电极的半池内；
(c)使要被标记的物质与标记剂接触；以及
(d)使电流通过所述电解池。
本发明提供一种电化学池，及用于改进标记蛋白、肽和其它有机物分子的方法，尤其使用卤素或例如锝、铼等其它标记物单克隆抗体。注意此处的″标记物″包括放射性的或者非放射性的。电解池使用含有阴极液的阴极半池和含有阳极液的阳极半池，它们被一隔离器隔开，隔离器帮助阻止在允许离子电流动时阳极液和阴极液的严重混合。标记蛋白、肽和其它有机物分子可以发生在任一个半池内工作电极处。当标记物被氧化成为一种标记剂时，放置在阳极半池内的多孔阳极作为工作电极，而放置在阴极半池内的阴极作为非工作电极或相反电极。当标记物被还原成为一种标记剂时，位于阴极半池的多孔阴极作为工作电极，而位于阳极半池内的阳极作为非工作电极。在工作电极和非工作电极之间的电流通路外面放置的参考电极对工作电极电位进行精确控制，从而允许达到最大的标记率而对蛋白、肽或其它有机物分子的氧化破坏最小。
这种电解池具有许多优点，可以使标记产品的产量高，容易使处理按比例扩大，以及在放射性标记情况下减少液体放射性废弃物的量。
图1：本发明的阴极池示意图；
图2：一个玻璃半池的侧视图；
图3：玻璃半池的正视图；
图4：橡胶密封垫的正视图；
图5：隔离器的正视图；
图6：多孔电极的正视图；
图7：金属环触头的正视图；
图8：夹持器的平面图；
图9：图8所示夹持器的侧示图；
图10：夹持器和散热器装配的平面图；及
图11：图10中夹持器、散热器装配的侧视图。
在优选实施例中，电解池10包括两个相同的玻璃半池，即第一玻璃阴极半池12和第二玻璃阳极半池14(图1，2，3)。第一玻璃半池12具有一带有磨过玻璃面的环状圈16，所述圈16限定一个开口17(未示出)，一个开口顶部18和一个反应室19；而第二玻璃半池14具有一带有磨过玻璃面的环状圈20，所述圈20限定了一开孔21，开口顶部22和一个反应室23。第一橡胶密封垫24(图1及图4)，隔离器26(图1，图5)，多孔阳极28(图1，图6)，金属环形触头30(图1，图7)以及第二橡胶密封垫32被挤压在圈16和圈20之间。各种部件的相对尺寸在图2至图11中示出。正如可观察到的那样，橡胶垫24和32的内径确定了阳极28的反应区域。
一个含有银/氯化银参考电极36的温度计插座36被可卸取地装在玻璃半池14内(图1)。在另一边的玻璃半池12内，装有铂或金箔或不锈钢阴极40。图1表明玻璃半池14内有一磁性搅拌棒38而玻璃半池12内也有足够的尺寸能容纳一个类似的磁搅拌棒。室19和23的设计能使各自玻璃半池12和14的底部与磁搅拌板紧密放置，从而使磁搅拌棒提供更可靠的搅拌。
虽然半池12和半池14可以用不同方法保持在一起，施加在半池两端而非夹于圈16及20上的夹持器42提供更均匀的压力，而不需任何密封或粘附材料(图8，9)。图8和9所示的夹持器42包括一固定棒44和一可动棒46，其中可动棒46可由一对螺杆50上的松紧螺母48控制。固定棒44和可动棒46的形状与半池12和14的后侧面形状相匹配。为了得到均匀压力分布和好的接触，各个棒和半池的各个背侧面两者最好是扁平的。夹持器42也可以是可作为散热器和一金属块52的综合部件(图10，图11)。图10和11表示的金属块52包括一可动棒46和一作为并替代固定杆42的端面54。金属块52也有一底面56及一竖直壁58(端面54是它的一部分)，包围着电解池10并作为10的支撑。金属块52的温度可用若干方式保持，包括将其放人恒温箱内或使一种液体经52内的通道循环。
虽然上述的池10由玻璃构成，它也可以由普遍使用的任何材料构成，包括各种塑料，例如聚丙烯，聚碳酸酯，特氟隆及有机玻璃，或这些材料的任意组合。总的要求是构成材料与处理化学物质在使用条件下是相容的，即保持其结构完整并不在产品中加入不需要的物质。
放射性的和非放射性的卤族可被用来标记蛋白、肽及其它有机分子尤其是单克隆(monoclonal)抗体。本发明打算使用的其它标记物是锝和铼。这些标记物也可是放射性的或非放射性的。
在上述池10内，多孔阳极28作为工作电极。该多孔阳极28内从包括金、铂和含铂90％含铑10％的混合物的一组金属中选取的金属构成。对于碘化，认为金是较好的阳极金属，被卤化的蛋白，肽或其它有机物分子对氧化非常敏感。一般而言，任何导电材料或半导电材料均可作为阳极。合适的材料包括不同形式的碳、铅、铅的二氧化物、贵金属(周期表中的VIII族和IB族)以及其氧化物(如铂的氧化物)，贵金属及其氧化物镀上一层阀金属例如钛镀层。根据其有效地实现所需转换的能力及抗腐蚀性来选取阳极金属。对于卤化和放射性卤化而言，贵金属是有利的，这是由于其惰性及其有效地将卤化物氧化为活性卤化剂的能力。不过，由于形成碘酸盐，贵金属的氧化物对碘化或放射性碘化是不合适的。
当多孔阴极作为工作电极时，任何导电或半导电材料都可普遍地用作阴极40。合适材料的例子包括不同形式的碳、不锈钢、贵金属(周期表中的VIII族和IB族)及其氧化物(例如铂的氧化物)以及过渡金属如铜和镍。
尽管金属接触环30不是池10的重要部件，但它确保维持与工作电极的电接触。当非常昂贵的铂或金的很薄的片在工作电极中用作阳极或阴极时，金属接触环30尤其有用。在铂或金薄片不能用接线夹接到电源上去的情况下，金属接触环30可作为接触点。
不论多孔阴极或多孔阳极作工作电极，重要的是工作电极的边缘要被密封垫24和32盖住，从而使边缘处的物质转移最少。边缘处的增大的物质转移使得难于保持工作电极上的电位均匀，这可引起标记剂的问题。例如，如果电位不够高，则不会有活性的标记剂从碘化物中形成，但如果电位太高，碘化物就被氧化成碘酸盐，它不是一种活性的标记物，当工作电极的边缘被罩住时，参考电极的位置就不重要了，只要把它放在电流通路的外面即可，因为电流不会到达工作电极的边缘。不过当工作电极边缘未被罩住时，在电流通路外面定位参考电极较困难。
隔离器26帮助阻止阳极液和阴极液严重混合，而允许阳极和阴极间离子电流流过。一般而言，隔离器26应当是电绝缘的，可用多种材料作成，其中包括但不限于熔结玻璃，熔结的玻璃粉末，多孔或泡沫塑料例如泰氟隆，石棉隔板，多孔陶瓷材料，离子交换膜及超滤膜。在本发明的一个实施例中，隔离器26是萘酚(NafionTM)117阳离子交换膜。由于使用了阳离子膜，隔离器26确保放射性卤化物留在本发明的阳极区域内。
本发明也打算使用阴离子交换膜作为分离器26。在这种实施例中，放射性卤化物被加到阴极液中，响应浓度梯度，卤化物跨过阴离子膜隔离器26扩散。然后卤化物碰到多孔金属层28，如果金属层28对参考电极36处于一合适电位VS，则卤化物被氧化成活性卤化剂并且当多孔阳极28是足够多孔时就与蛋白质起反应。目前可得的用于这一实施例的阴离子交换膜有瑞普(Raipore)阴离子交换膜1030，4030和5030(pall，RAI公司)。
在阴极液中放入放射生卤化物的优点是：从放射性标记的蛋白中分离未反应的放射性物质的问题减少了。借助使多孔阳极28直接靠近隔离器26，这一结果会进一步增强。用这种布置，当放射性碘化物进入阳极半池14时，就与多孔阳极28处的蛋白反应，当基本上没有必须从放射性标记的蛋白中分离出的放射性碘化物留在阳极半池14中时，该半池被关闭。把放射性卤化物放入阴极液中的缺点是：许多放射性卤化物留在隔离器26内。不过这在商业应用中可能不算一个缺点，那里重复的或连续的使用可以使得隔离器26不涉及初始饱和。
在阴极液或阳极液中可使用任何维持电解液，通常使用可维持电解液的例子包括氯化钠，磷酸盐缓冲剂，四烷基铵盐及碱金属乙酸盐。池10也可在工作电极区域内不用任何维持电解液，如果由于工艺原因需要这样做的话。
不论是否使用维持电解液，在含有工作电极的半池中必须使用某种形式的搅拌，以保证试剂充分混合并与工作电极充分接触。在上述的池10中，搅拌棒38提供混合。其它提供混合的方法包括在半池内通入气体。当标记剂放在一个半池内，被标记的物质放在另一半池内时，在两半池内的搅拌确是有利的。
在本发明的用于蛋白的卤化的一个实施例中，那里阳极半池14含有工作电极，使用了不同形式的阳极电极28及阳极28和参考电极36的优越布置。为了更经济地使用贵重的稀有金属阳极，增加经济性和清洗过程的灵活性，并为了更精确地控制阳极电位因而提高卤化反应的效率，多孔阳极28的材料薄片按图1所示方式使用。在电流通路外面参考电极36的布置也给予阳极电位的精确控制，这便使得达到最大卤化率而对蛋白的氧化破坏最小。不过在电流通路外面布置参考电极36使得工作电极必需为多孔的。参考电极36可以是任何通常用于控制或测量工作电极电位的各种电极。
本发明的电解池10的其它优点在于：尤其是把多孔阳极28直接靠近隔离器时，电解池10容易构造，并且甚至在使用十分低的电导率的溶剂时仍具有有效的操作能力。例如某些可以溶解碘化物或碘化物源如苯基碘化物而不能溶解其它电解质，因此不具有导电性。如果存在盐或水而发生不希望的反应时，这种情况可能存在。在这种情况下，即阳极液的电导率低时，阳极28可直接靠近隔离器26，使得电流可流过，并且蛋白，肽或有机物分子的碘化物能够一直产生。因为被卤化的物质在阳极半池14内，在阴极半池12内可使用一种导电的溶剂。这种结构示于图1中。  那里阳极溶剂导电率对于避免溶剂和被卤化物质间的不想要的化学反应不是一种因素，不过在阳极半池14内可以使用一种导电溶剂，阳极28可以任意放置。一种将阳极28放于直接靠近隔离器26的有效的可利用的措施是在隔离器26上化学地淀积阳极物质。下面例16说明了实现这种淀积的一种方法。
使用贵金属作为本发明的阳极材料的一个缺点是它们吸收碘化物和其它卤化物的能力高。例如，已经证实，所用阳极上放射性碘化物的吸收使其氧化产生活性碘化物是将同位素应用在电化学标记抗体中几乎全部无效性的原因，如果合适地采用被控的电位或被控制的电流的话，已经熟知，阳极相对于电解液容量的尺寸决定了电位控制电解所需的时间，因而阳极做得较小时会引起不合理长的电解时间。因此对阳极吸收的活动性的损失问题必须用某种其它方式减到最小。
这一问题可借助于控制工作电极表面积对半池容积的比(A/V)使其减至最小。现在已发现，如果A/V比太小，则需要长的电解时间；但如果太大，则产生放射性卤化物对于吸附的过量损失。这种关系尤其指放射性卤化，其它的电化学转换成放射性标记反应的形式可能遇到或不遇到这种困难。关于放射性卤化蛋白的A/V比的一般范围为0.001到5000cm-1，较好的范围是0.05到10cm-1。几何面积根据电极的基本物理测量来计算。实际决定电解所需时间及吸附卤化剂能力的是实际的表面积。实际表面积随微观的粗糙度而改变，这由电极的形状(例如多孔的对照光滑的)，电极的历史以及其它因素决定。实际面积可大于或小于几何面积。
在本发明的一个优选实施例中借助于在标记过程中用非放射性卤素剂使本发明的电解池的阳极28饱和，然后减少放射性卤素和吸附的非放射性卤族的交换使这一问题减至最小。提出了两种用非放射性卤素来饱和阳极28的方法：在插入电解池10前用非放射性卤素浸泡阳极28；使阳极28放在非放射性卤素的溶液中经受电解。
在操作方面，池10可借助于控制工作电极的电位，池电流或整个池的电压(即跨在阳极和阴极上的电位)来运行。施加的电流可以是直流或交流，或者所加电压可以是恒定的或按任意给定的波形变化的，依处理过程的需要而定。当电位被控制时，电流通路外面参考电极的放置使得控制更精确。对这种控制提出的理由是：这种几何结构减小了IR压降(池电流乘以溶液电阻之积)对于参考与工作电极之间电压的影响。当池电流或电压被控制时，这一几何结构提供了工作电极电位的更精确测量。在含水的介质中碘化与放射性碘化的情况下，已经发现对于某些底物为了达到高的可再生产量阳极的精确电位控制是重要的。
本发明将借助讨论下面的例子，使之进一步阐明，这些例子完全是示范性的。
例1-13：单克隆抗体的碘化
表A总结了1-13例用I-125对单克隆抗体进行电解放射性的结果。实验使用本发明的电解池10进行，以便确定改变放射性标记的卤素量以及阳极用卤素进行预处理后对标记的蛋白、肽及其它有机物分子的产量的影响。因为这些实际中使用的I-125的量相对于阳极28的吸附能力是如此之小，以致使用溶液状态载体碘化物(非放射性碘化物)来得到结果。一种非放射性标记剂，尤其是非放射性卤素是一种满足美国核管理委员会标准的标记剂。
注解：
1、阳极是金的电成型网，1000行/英寸；
2、阳极是金的电成型网，670行/英寸；
3、阳极是铂网上的铂氧化物；
4、阳极预处理，在放射性碘化池外部开路状态下在碘化物溶液中浸泡：
5、阳极预处理：在放射性碘化池中使用40或50微摩尔碘化物在650毫伏下电解；
6、阳极预处理：在放射性碘化池中使用1mM碘化物在650mV下电；
7、阳极预处理：在放射性池外部开路条件下暴露于1mM碘化物；
8、阳极预处理：在放射性池外部使用1mM碘化物在650mV下电解；
9、聚集的HPLC迹象；
10、免疫反应性—78.4％；
11、在I-125已被吸附在阳极上之后加入载体碘化物；
12、9mgMAb；
13、6mgMAb。
表A
  序号   ICi   nmole载体    Ea(mV)     PH   时间(分)   阳极b％    MAbb％  未反应b的％     注解c
   1   200    100   600    7.0   45     7.5    77.2    15.3   1，49
   2   202     0   600    7.0   325     95.0     0    5.0   1，4， 9
   3   232    100   600    7.0   192     18.4    81.6     0   1，4，9，11
   4   231     0   600    7.0    32     26.8    62.2    11.0   1，5
5 115 0 650 7.0 194 50.3 41.6 8.0 1，5
   6   8710     0   650    7.0   121     30.8    61.1     8.2   1，5，10，12
   7   332    3.5   650    7.0   220     23.5    73.8     2.8   1，5
   8   272     0   650    8.0   90     32.4    58.4     9.3   1，5
   9   306     0   650    7.0   180     13.7    82.9     3.4   1，6，13
  序号   ICi  nmole载体   Ea(mV)  PH  时间(分)  阳极b％   MAbb％     未反应b的％   注解c
  10   240     0  650  7.3  106   72.9   8.4     18.7   1，7
  11   397     0  650  7.3  240   57.9   24.0     18.1   2，8
  12   287     7  650  7.3  90   18.5   72.9      8.6   2，8
  13   310     0  600  7.0  30    45    0     95.5     3
a＝E是电解电位，毫伏，Ag/AgCl
b＝阳极％ MAb％和未反应的％分别是在指出的电解时间结束时初
始I-125结合到阳极的、结合到抗体的和剩余在溶液中百分
比
c＝注解栏见前页
在池10装配之前，隔离器26即一种阳离子交换膜，在2M的硝酸中加热到接近沸点2小时，以便除去杂质。然后隔膜26借助于浸泡在磷酸盐缓冲盐水(PBS)中被转变成盐的形式。隔膜26阻止抗体从阳极液通过到阴极液中。隔膜26也保证放射性碘化物留在阳极区域内。
池10装有用表A说明中所述的一种方法预先处理过的阳极28。阴极室12和阳极室14内充有PBS。如果要使用载体碘化物，首先将其加入阳极液中。接着加人刚融解的MAb，最后加入放射性化学元素I-125。在短时的搅拌之后，全部阳极液用一个10mL的吸管取出，并用CapintecTMCRC7放射性同位素校准仪计数。阳极液被放回池中，再次搅拌并在可受控电位下进行电解。恒电位仪为CVIB型的循环伏安图示仪，由生物分析系统有限公司(BAS-West Lafayatte，IN)生产。使用一数字电压表监视电流。
电解被周期地中断，以便对阳极液计数并分离50μL的试样供HPLC分析。试样用200μL的洗脱剂(含叠氮化钠的400mMPBS)稀释，并被喷在一种凝胶渗透柱上。UV(280nm)和放射检测器连续提供未结合的和结合的I-125的相对量。
随着电解的结果，有时阳极28被从池10中取出并计数。当这样做时，这一测量被用来直接获得吸附在阳极28上的初始I-125的百分数(阳极28是伴随电解过程被证实仅有的有显著放射性的池元件)。阳极液总在被计数，因而如果阳极没有被计数，可用电解液的初始量与最终量的差作为吸附在阳极上的量。由于用吸管定量地移取阳极液的困难，假定在剩余溶液中存在任何未被计入的放射性，把丢失的量加到阳极液的量中。
表A中的头三个实验是用Au阳极进行的，该阳极被浸泡在发生放射性碘化的池外的碘化物中。这种处理可能不产生吸附I的饱和覆盖层，留下不用与先前吸附的碘进行交换的I-125可以吸附的开放部位。假定不用载体碘化物时，I-125几乎全部被阳极吸附。使用大量的载体碘化物(100nM碘化物对33.3nMMAb)产生很好的碘化物产量，不过表现出MAb的明显聚集迹象。本领域人员都知道聚集对生产是有害的，因为它改变了生物分布和药理学活性。3号试验以和2号类似的方式开始，证实I-125被阳极吸附之后，载体碘化物被加到指示的水平，并继续电解，从而产生所示的产量。
在下一组试验(4-9号)中，阳极在发生放射性碘化的池中用氧化的碘化物(没有MAb)预先处理，接着池被广泛清洗(表A的注解5，6)。用这种预处理，可以看出为了得到好的产量，不需要载体碘化物。不过单个试验表明，借助清洗由预处理中完全除去全部碘化物与/或碘是困难的，因此这些试验毕竟可能具有未确定水准的载体。任何情况下，没有MAb的聚集迹象。
在表A的下一组试验(10，11，12号)中，阳极在池外被处理(备注7，8)，因此确实可以精确知道载体的水准。不加载体时，标记物质的产量是低的，大部分活性终止在阳极上，加入适量的载体可以根本上改善产量而没有任何MAb聚集迹象。从这些结果可见至少把载体加入到这样一个水准，使得总的碘化物与MAb的摩尔比接近0.2而不破坏抗体。
例1-13说明，那里所用的I-125的量较之阳极28的吸附能力是很小的，阳极预处理的方法和载体碘化物的水准在决定标记MAb是一个非常重要的因素。当非放射性碘化物的阳极预处理方法是借助电解而不是被浸泡时，用极少或不用载体，标记MAb的产量达到70-80％的范围。
例14：不用液态载体的单克隆抗体的碘化
例14说明当使用生产规模活性水准的I-125时，不用液态载体可以获得类似的或较好的产量。
本发明的池用于一种用I-125对肿瘤特异性Mab放射性碘化的改进方法。这种物质例如为了外科切除、对于检查小的肿瘤或用其它方法不能检查的肿瘤是有用的。
池的结构提供5mL的阳极废液容量和2.9cm2的阳极几何表面积(一侧)。用来隔离阳极室和阴极室的隔膜是一种强的阳离子交换膜NafionTM117。阳极材料是电成型的金网，每英寸670行，被1mM的非放射性碘化物的电解预处理，以便使碘吸附部件饱和。试验中所用的阳极已在两个前面的试验中使用过，没有重复碘化物电解，而是试验之间用1MNaOH浸泡，接着用磷酸盐缓冲盐水(PBS)仔细清洗。
放射性碘化使用下列步骤：含有60mg抗体的2mL的PBS，1mL的I-125溶液(105mCi)和充足PH7的PBS形成总容积为5ml，被加到阳极室内。阴极室充有PBS。当电解在+0.650V(对于银/氯化银参考电极)
下开始电解时，阳极液被磁性搅拌。90分钟之后电解被停止并除去阳极液。阳极液和池被计数以便确定放射性碘化物对于阳极吸附的损失。电解以后，在阳极液中存在96.4mCi而在池中剩下8.6mCi。
含三氯醋酸的沉淀表明5.0％的阳极液放射性没有共价地与抗体结合。这一结果与总阳极液的量一起表明，基于初始的I-125的放射性碘化物产品的总产量是87％。阳极液的HPLC分析表明，大于97％的放射性标记的抗体呈单体形式，82.7％的放射性标记抗体是免疫反应性的。
除了可以实现MAb的放射性卤化之外，本发明的电解池及其使用方法还能够实现其它蛋白，肽和有机物分子的放射性卤化。
下面的具体例子只说明本发明的几个实施例但并不构成对本发明范围的限制。
例16：酪氨酸碘化之前金阳极在阴离子交换膜上的化学淀积：
金被化学淀积在RaiporeTM4030阴离子交换膜上，过程如下：
使用具有本身的隔膜作为隔离器的两室反应器：一边放人0.02MAuCl3(PH1)的溶液，另一边放人0.1M的肼溶液(PH13)。45分钟之后，金属化的隔膜从反应器移出，用去离子水洗净，在70％甲醇30％水的碘溶液(1mM)中浸泡10分钟。然后把金属化的隔膜用70％甲醇洗若干次并在PH为0.9的缓冲剂中浸泡，换几次缓冲剂，用这一金属化膜作为阳极和隔离器的电解在同一池中进行，并遵循例15的步骤。在88％的碘化物转变的条件下，基于初始的碘化物(只取阳极液作为试样)的3-碘-L-酪氨酸的产量为40％。
例17：酪氨酸碘化前在阴极液中加入碘化物
当用放射性碘标记一种化合物时，在某些情况下希望减少留在伴随电解的生产溶液中未反应的放射性碘化物而不依靠于过长的电解时间。这一概念将以下述方式借助本发明用非放射性碘化物说明：池装上例16所述的金属化隔膜，电解按例15进行，只是碘化物被加到阴极液中并且阳极液、阴极液都进行磁搅拌。根据加到阴极液中的初始碘化物，3-碘-L-酪氨酸的产量为45％，并且在阳极液中碘化物的浓度事实上为零。
例18：在PH值7.0的条件下酪氨酸的碘化
使用和例15相同的池、阳极、隔膜及步骤，只是阳极液和阴极液的PH值为7.0，在85％的碘化物转变的条件下，根据初始碘化物3-碘-L-酪氨酸的产量为58％。
例19：酪氨酸碘化前在超滤膜上蒸气沉积金阳极
在厚度为150埃的金被蒸气淀积在聚砜超滤膜上(分子重量截止值为100,000)，用与例18相同的步骤使用这种金属化的隔膜组件对L-酪氨酸碘化。在45％碘化物转变的条件下，根据初始碘化物(在实验误差内100％的碘化选择性)，3-碘-L-酪氨酸的产量为54％。
例20：非类固醇雌激素的碘化
池被用来实现下列碘化锡反应：
Figure C9210456000271
3-正丁基锡它莫西芬                          碘 它莫西芬
它莫西芬是一种非类固醇雌激素类似物，对雌激素受体有亲和力并具有快速抗雌激素活性。放射性标记的碘衍生物可能用作对受体的γ射线发射追踪物。为了说明本发明的应用，本例中使用非放射反应碘化物制备碘它 莫西芬。
池装有Pt/Rh纱网阳极(10％Rh，80目)，Pt纱网阴极和NafionTM117阳离子交换膜隔离器，阴极液是PH值为7.0的水缓冲液。阳极液由接近5mL的含0.086克3-正丁基锡它莫西芬(0.00013摩尔)和0.042克NaI(0.00028摩尔)的甲醇构成。在对阳极液进行磁搅拌下对Ag/AgCl(3MKCl)用+500mV进行电解近2.5小时。这时阳极液的薄层包层分析(硅胶、三氯甲烷中5％甲醇洗脱剂)表明3-正丁基锡它莫西芬的完全转换。把阳极液从池中移出，用30mL的二乙醚稀释，用10mL 10mL的10％偏亚硫酸氢钠和1MNaOH的两个10mL份额冲洗。有机相被分离，在在无水硫酸镁上干燥并过滤。在柔和的干氮气流下溶剂被蒸发，剩下0.051克(0.00010摩尔)的无色油。这种产品的1H及13CNMR光谱与所想得到的化合物碘它莫西芬一致。
例21：17-α-(三丁基锡)-乙烯基雌二醇的碘化
17-α-碘乙烯基-雌二醇的放射性标记的衍生物也用作γ发射药物，它与雌激素受体部位选择性地结合。本例说明利用本发明的池通过17-α-(三丁基锡)-乙烯基-雌二醇的17-α-碘乙烯基雌二醇的合成。17-α-(三丁基锡)-乙烯基雌二醇17-α-碘乙烯基雌二醇
池装有一金质电成型网阳极(几何面积为3.9cm2)，304不锈钢纱网阴极(40目)和NafionTM117阳离子交换膜隔离器。阴极液由PH值7.0的缓冲液组成。阳极液包括5mL的含10％水的甲醇，其中加入0.060克的17-α-(三丁基锡)乙烯基二醇(0.00010摩尔)和0.031克的NaI(0.00010摩尔)。在+600mV(对Ag/AgCl，3MKCl)及磁搅拌下进行电解，直到薄层色层分析(硅胶、己烷中20％乙酸乙酯洗脱剂)表明17-α(三丁基锡)乙烯基雌二醇完全转换。阳极液用20mL的三氯甲烷释释并用含水的10％的偏亚硫酸氢钠1％氟化钾提取一次。水相用10mL的新鲜三氯甲烷提取一次。三氯钾烷提取物被合并及由无水硫酸镁干燥并过滤。溶剂在干氮气流下被蒸发，剩下0.056克的白色固定。这种物质在溶剂中被溶解，并用12克40微米硅胶和25％的乙酸乙酯/己烷洗脱剂借助快速层析提纯。均相的部分被合并，蒸发溶剂得到0.030克(0.000071摩尔)的白色固体。1H和13CNMR光谱、快速原子轰击质谱以及化学离子化质谱均和所需的产品17-α-碘乙烯基雌二醇的结构一致。
例22：醋酸纤维烯醇二乙酸酯的溴化
16-α-[77Br]溴雌二醇可以用于使含雌激素受体的人的胸部肿瘤显象。本例用来说明由醋酸纤维合成这种化合物的非放射性类似物，其中电解池用于一种中间物醋酸纤维烯醇二乙酸酯的溴化。
Figure C9210456000291
15mL的醋酸异丙酯、2.0g的醋酸纤维(0.0074摩尔)和0.6mL的催化剂溶液(0.1mL浓缩的硫酸放在5mL的醋酸异丙酯中)被回流加热2.5小时。然后把接近4mL的溶液蒸馏1.5小时以上。含有0.5mL的催化剂溶液的10mL的醋酸异丙酯被加入，将混合物慢慢蒸馏以便除去近乎一半的体积。剩余的混合物在冰浴中冷却，用50mL的无水二乙醚稀释，用100mL饱和的含水碳酸氢钠洗涤。有机相在无水硫酸镁上干燥，过滤并蒸发至干。剩余物溶解在1L的20％的醋酸乙酯己烷溶液中，并通过一个80-200目的中性氧化铝的短柱(直径2cm，长5cm)。然后将溶液在降低的压力下蒸发到大约50mL的体积并放置一边使其晶体化，得到1.56克的白色晶体(熔化范围149-150℃，文献为149-150℃)。1H和13CNMR光谱与所需的烯醇二乙酸酯(醋酸纤维-3-醋酸酯-17-烯醇醋酸酯)的相一致。
电解池装有一个Pt/Rh纱网阳极(80目，几何面积为3.9cm2)、一个304不锈钢阴极(40目)和NafionTM117阳离子交换膜隔离器。用包括10mL四氢呋喃、7mL的二乙醚和33mL的缓冲液(2.81克醋酸钾在50mL的85％醋酸溶液、15％的水中)的电解液作阳极液和阴极液。阳极液是5mL的含0.039克醋酸纤维-3-醋酸酯-17-烯醇醋酸酯(0.00011摩尔)和0.013克溴化钠(0.00013摩尔)的电解液。在+1200mV(Ag/AgCl，3MKCl)阳极液磁搅拌下进行电解，直到薄层色谱分析(硅胶，己烷中20％醋酸乙酯洗脱剂)表明醋酸纤维-3-醋酸酯-17-烯醇醋酸酯完全转换为止。阳极液加于25mL的水中，用10mL一份的二乙醚提取混合物三次。合并醚提取物，在无水硫酸镁上干燥并过滤。在干氮气流下把溶剂除去，剩下0.032克(0.000082摩尔)的白色固体。产品的1H和13CNMR光谱和16-α-溴化醋酸纤维-3-醋酸酯的一致。
0.064克16-α-溴化醋酸纤维-3-醋酸酯(0.00016摩尔)被溶解在5mL的四氢呋喃(THF)内，并在异丙醇/干冰浴内的氮气下被冷却到-78℃。THF中2mL的1.0M氢化锂铝被缓慢地加入，同时进行快速磁搅拌。搅拌10分钟后，借助于在THF(预冷到-78℃)内加入4mL的1∶1醋酸乙酯使混合物骤冷。混合物被搅拌5分钟，然后用一冰浴代替异丙醇/干冰。10mL冷却过的3M含水HCl被慢慢加入以完成骤冷。10个多mL的3MHCl被加入并使混合物上升到室温。用每份10mL的二乙醚把混合物提取三次。醚提取物被合并，在无水硫酸镁上干燥并被过滤。溶剂在干氮气流下蒸发，从而产生0.075克的浅绿色剩余物。这种剩余物的薄层色谱分析(硅胶，在已烷中25％醋酸乙酯洗脱剂)表明至少5种成份。混合物经快速色谱分析(15克40目硅胶，在己烷中25％醋酸乙酯洗脱剂)。合并均相部分，接着蒸发溶剂，产生0.024克白色固体(主要成分Rf＝0.31)。这种产品的1H和13CNMR光谱与16-α-溴化雌二醇的相一致。碳-13NMR的数据表示，在位置17处的立体化学性为α(alpha)。
例23：单克隆抗体B72.3的放射性碘化
电解池装有金质电成型纱网阳极(670行/英寸，借助于浸泡在1mM非放射性碘中预处理过)，304不锈钢网阴极以及NafionTM117阳离子交换膜隔离器。阴极电解液室内加入3mL的PH7PBS。含有15mg抗体的3mLPH8.1PBS、1.44mCi的I-125和22毫微摩尔(nmole)的载体碘化物(总的碘化物相当于40mCiI-125)被加入到阳极液室中。随着磁搅拌，在+800mV(Ag/AgCl，3MCI-)下进行电解。在30分钟时取出的一种中间试样表明：碘化产量为71.8％。90分钟后，9.5％的初始I-125被吸附到阳极上，而4.5％留在溶液中并且不与抗体结合，产生的碘化物产量为86.0％。
例24：单克隆抗体B7213的放射性碘化
重复例23实现的放射性碘化，除去阳极电位被设定为+850mV同时使用同一参考电极之外。在30分钟时的试样表明碘化物产量仅为31.8％。
例15至24说明了本发明的电解池的附加用途。例15和18说明了3PH值对L-酪氨酸的碘化的影响。另一方面，例16和17比较了在阳极液中加入碘化物和在阴极液中加入碘化物，在每一试验中使用有阴离子交换膜的电解池。在阴极液中加入碘化物的优点是：在产品溶液中未反应的碘最少。例16，17和19也是这样的例子，那里隔离器作为阳极物质的沉淀的固态载体，从而使阳极28靠近隔离器26。最后，例20、21、22、23和24说明其它有机分子的卤化。
在上述例子中，为了方便起见选择环境温度，较高或较低的温度都可使用。主要关心的是要被标记的物质的稳定性、PH值、缓冲成份的性质和浓度也可在宽广范围内改变，主要考虑的还是被标记物质的稳定性。工作电极的电位、工作电极面积对工作池容积的比以及参考电极的存在是达到最大标记量而对蛋白氧化破坏最小的手段。
上面详细的说明只是为了更清楚地理解，而不是必须的限制，对本领域的技术人员，在本发明的构思内显然可作出许多改型。

Claims (48)

1.一种用于标记蛋白、肽和其它有机分子的电解池，包括：
(a)被一隔离器隔开的一个阴极半池和一个阳极半池；
(b)在所述阴极半池和所述阳极半池中的一半池内的工作电极；
(c)在所述阴极半池和所述阳极半池中的另一半池内的相反电极；以及
(d)位于所述工作电极的半池内在所述工作电极与所述相反电极之间的电流通路外面的一个参考电极。
2.根据权利要求1所述的电解池，其特征在于所述工作电极由从金、铂及90％铂/10％铑的混合物中选取的金属构成。
3.根据权利要求1所述的电解池，其特征在于所述相反电极由从不锈钢和铂中选取的金属构成。
4.根据权利要求1所述的电解池，其特征在于工作电极的材料被沉积在所述隔离器上。
5.根据权利要求1、2或4所述的电解池，其特征在于所述的工作电极是一种多孔电极。
6.根据权利要求1、2或4所述的电解池，其特征在于所述的工作电极是一种多孔电极并直接靠近所述隔离器。
7.根据权利要求1、2或4所述的电解池，其特征在于所述工作电极为一多孔电极，直接靠近所述隔离器并被非放射性标记剂预处理。
8.根据权利要求1或4所述的电解池，其特征在于所述隔离器是一种阴离子交换膜或一个阳离子交换膜。
9.根据权利要求1或4所述的电解池，其特征在于所述隔离器是一种阴离子交换膜或一种阳离子交换膜，所述的工作电极是一种多孔电极。
10.根据权利要求1所述的电解池，其特征在于所述工作电极用非放射性卤剂进行过预处理。
11.一种用于标记蛋白、肽和其它有机分子的电解池，包括：
(a)具有围着一个开口的环状圈的第一阴极半池和具有围着一个开口的环状圈的第二阳极半池，其中所述第一环状圈和所述第二环状圈的面彼此相对；
(b)与所述第一环状圈相邻的第一密封垫；
(c)与所述第一密封垫相邻的一个隔离器；
(d)与所述隔离器相邻的一个多孔工作电极，其中所述工作电极位于所述的阴极半池和所述阳极半池中的一个半池内；
(e)一个运行上与工作电极相连的电接触装置，用于把工作电极连接到电源上；
(f)一个与所述第二环状圈相邻的第二密封垫；
(g)一个把所述第一环状圈夹紧在所述第二环状圈上的夹紧装置，其夹紧方式使得把所述第一密封垫、所述隔离器、所述多孔工作电极和所述第二密封垫夹在两圈之间；
(h)一个在所述阴极半极和所述阳极半池中的另一半池内的相反电极；及
(i)一个位于含有所述工作电极的半池内、在所述多孔工作电极和所述相反电极之间电流通路外面的参考电极。
12.根据权利要求11所述的电解池，其特征在于所述多孔工作电极由从金、铂和90％铂/10％铑的混合物中选取的金属制成。
13.根据权利要求11所述的电解池，其特征在于所述相反电极由从不锈钢和铂中选出的一种金属构成。
14.根据权利要求11所述的电解池，其特征在于所述多孔工作电极用非放射性卤剂预先处理过。
15.根据权利要求11所述的电解池，其特征在于所述的电接触装置是一个金属接触器。
16.根据权利要求11所述的电解池，其特征在于工作电极的材料被沉积在所述隔离器上。
17.根据权利要求11所述的电解池，其特征在于所述多孔工作电极位于直接靠近所述隔离器处。
18.根据权利要求17所述的电解池，其特征在于所述多孔工作电极由非放射性卤剂预处理过。
19.根据权利要求11，16或18所述的电解池，其特征在于所述的隔离器是一种阴离子交换膜或一种阳离子交换膜。
20.根据权利要求11，16或18所述的电解池，其特征在于所述的隔离器是一种阴离子交换膜或一种阳离子交换膜，所述多孔工作电极位于直接靠近所述隔离器处。
21.一种电解池，包括：
(a)具有圈着一个开口的环状圈的第一阴极半池和具有围着一个开口的环状圈的第二阳极半池，其中所述第一环状圈和所述第二环状圈的面彼此相对；
(b)与所述第一阴极半池相邻的一个隔离器；
(c)在所述阴极半池和所述阳极半池中的一个半池内的一个工作电极；
(d)在所述阴极半池和所述阳极半池另一个半池内的一个相反电极；
(e)一个具有和所述阴极半池及所述阳极半池中的一个半池相邻的固定杆和与所述阴极半池及所述阳极半池中的另一个半池相邻的可动杆的夹紧装置；
(f)将所述固定杆及可动杆连接在一起，从而对所述第二环状圈施加夹持压力的装置，其夹紧方式使得把所述隔离器和所述工作电极夹在其间。
22.根据权利要求21所述的电解池，其特征在于所述的固定杆是一散热器。
23.根据权利要求22所述的电解池，其特征在于所述的散热器由一基底和一包围所述池的竖壁构成。
24.根据权利要求21或23所述的电解池，其特征在于所述的固定杆和可动杆的形状与所述池的背面形状一致。
25.根据权利要求21或23所述的电解池，其特征在于所述的固定杆和可动杆的形状与所述池的背面形状一致，并且所述固定杆和可动杆以及池的背面是扁平的。
26.根据权利要求21或25所述的电解池，其特征在于进一步包括一个位于含有所述工作电极的半池内的参考电极。
27.根据权利要求26所述的电解池，其特征在于所述工作电极由从金、铂和90％铂/10％铑的混合物中所选的金属制成。
28.根据权利要求26所述的电解池，其特征在于所述的相反电极由从不锈钢和铂中选取的金属制成。
29.根据权利要求26所述的电解池，其特征在于所述的工作电极由非放射性卤剂预处理过。
30.根据权利要求21或26所述的电解池，其特征在于所述的隔离器是一种阴离子交换膜或一种阳离子交换膜。
31.根据权利要求21，26，27或30所述的电解池，其特征在于所述的工作电极是一种多孔电极。
32.根据权利要求30或31所述的电解池，其特征在于所述的工作电极位于直接靠近所述隔离器处。
33.根据权利要求30或32所述的电解池，其中所述工作电极由非放射性标记剂预处理过。
34.根据权利要求32所述的电解池，其中所述工作电极的表面积与所述阳极半池的容积之比为0.001至5000cm-1。
35.根据权利要求34所述的电解池，其中所述工作电极的表面积与所述阳极半池的容积比是0.05至10cm-1。
36.一种标记蛋白、肽及其它有机分子的方法，包括：
(a)设置一个如权利要求11所述的电解池；
(b)将要被标记的物质插入所述含工作电极的半池中；
(c)使要被标记的物质与一种标记剂接触；及
(d)对所述电解池通以电流。
37.根据权利要求36所述的方法，其特征在于包括将所述多孔的工作电极定位于直接靠近所述隔离器处。
38.根据权利要求36的所述的方法，其特征在于包括设置一种阴离子交换膜或阳离子交换膜作为所述的隔离器。
39.根据权利要求38所述的方法，其特征在于所述膜是阴离子交换膜，所述接触步骤包括把所述标记剂加入所述含相反电极的半池内并使其通过所述阴离子交换膜迁移到所述多孔工作电极以便与要被标记的物质发生反应。
40.根据权利要求37所述的方法，其特征在于所述设置一多孔工作电极的步骤包括将工作电极材料沉积在所述隔离器上。
41.根据权利要求38所述的方法，其特征在于包括用从金、铂及90％铂/10％铑的混合物中选取的金属制造所述的多孔工作电极。
42.根据权利要求38或41所述的方法，其特征在于包括用从不锈钢和铂中选取的一种金属制造所述的相反电极。
43.根据权利要求38所述的方法，其特征在于通过电流的步骤包括用所述参考电极控制所述工作电极的电位的步骤。
44.根据权利要求43所述的方法，其特征在于所述接触步骤包括将所述标记剂加入到所述含工作电极的半池中的步骤。
45.根据权利要求43所述的方法，其特征在于所述接触步骤包括将所述标记剂加到所述含相反电极的半池中并使其通过所述的隔离器迁移到所述多孔工作电极处，以便与所述被标记物质进行反应的步骤。
46.根据权利要求37所述的方法，其特征在于所述标记剂是一种放射性标记剂。
47.根据权利要求46所述的方法，其特征在于所述放射性标记剂是一种放射性卤化物。
48.根据权利要求47所述的方法，其特征在于所述放射性卤化物是I-125。
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