Al18F标记的PSMA靶向抑制剂及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及核医学领域,具体地说,涉及一种Al18F标记的PSMA 靶向抑制剂及其制备方法与应用。
背景技术
随着人口老龄化进程的加剧,前列腺癌的发病率已位列我国男性恶性肿瘤发病率的第六位,如何早期地对前列腺癌进行精确检测已成为临床上亟需解决的问题。核医学显像可以在分子和细胞水平无创、可视化、定性/定量监测并参与肿瘤发生、发展过程中的生理和病理过程,已成为临床上肿瘤检测的重要手段。正电子发射计算机断层显像(PositronEmission Tomography,PET)具有灵敏度和分辨率高的优点,在肿瘤的早期诊疗方面显现出明显的优势。随着PET/CT和 PET/MRI等融合影像技术的发展,核医学检查可以同时提供解剖学和功能学信息,对提高患者治愈率及生活质量具有重要的意义。
目前临床上使用最广泛的PET示踪剂为18F-FDG,但其是一种非特异性显像剂,在前列腺癌的诊断方面存在很多不足,因此亟需研发特异性示踪剂对前列腺癌进行显像,以最大限度发挥PET显像的优势。
PSMA(Prostate Specific Membrane Antigen,前列腺特异性膜抗原)作为特异性的靶点最初被7E-11所识别并定义,其在前列腺癌细胞中高度表达,在前列腺癌晚期PSMA呈高表达,在前列腺癌转移灶的细胞中也具有特异性的高度表达,且其表达程度与肿瘤分化程度、转移倾向及激素治疗敏感性等方面均显著性相关。因此靶向PSMA的特异性前列腺癌分子探针已成为研究的一大热点。目前北京肿瘤医院核医学科正在开展68Ga-DKFZ-PSMA-617的临床研究工作,已对超过 70例患者进行了68Ga-DKFZ-PSMA-617显像。研究表明其能有有效地对前列腺癌原发及转移病灶进行探测。
尽管68Ga标记的PSMA在临床试验中已经取得了一定的成果,但是仍存在改进的空间,这主要是考虑到68Ga这种核素需要通过68Ge/68Ga发生器制备,产量有限,单次制备的68Ga-DKFZ-PSMA-617 最多可供2名患者使用。18F通过医用加速器制备,我国医用加速器的装机数量远高于68Ge/68Ga发生器的数目;加速器单次可生产18F的量>4000mCi,18F的半衰期较长(109.7分钟),因此制备的量可供超过10名患者使用,甚至实现局部地区的配送;更重要的是18F空间分辨率较68Ga更高。以上因素都表明有必要发展一种更有利于临床推广应用的18F标记的PSMA靶向抑制剂用于前列腺癌显像。事实上,美国 FDA已批准18F-DCFBC用于复发性前列腺癌的临床Ⅱ期研究,18F-DCFPyL也已经进入临床Ⅰ期研究。
Al18F的标记方法是近年来发展起来的一种18F标记的新方法,具有很多优点,如标记时间更短,能从1-2小时缩短至30分钟以内;标记率更高;稳定性更好,不易出现脱氟现象。NODA是一种有效的为双功能螯合剂,其空腔大小适中,恰好能与Al18F螯合。本发明结合肿瘤分子探针的研究热点及18F标记的新进展,设计了含有NODA的前列腺膜抗原抑制剂NODA-PSMA,采用Al18F标记以探求其作为前列腺癌显像剂的潜力,具有非常重要的科学研究和应用开发价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于结合前列腺特异性膜抗原 (PSMA)的配体及其应用。
本发明的另一目的是提供一种新型的Al18F标记的PSMA靶向抑制剂及其制备方法与应用。
为了实现本发明目的,本发明首先提供一种用于结合前列腺特异性膜抗原的新型配体,所述配体是基于前列腺特异性膜抗原的膜外段区域设计的,结构为:Glu-Urea-Lys-Gla(Nal)-Tran,其中,Glu为谷氨酸,Urea为尿素,Lys为赖氨酸,Gla(Nal)为3-(2-萘基)-D-丙氨酸,Tran 为氨甲环酸。
本发明还提供一种用于结合前列腺特异性膜抗原的配体缀合物,其结构如下:Glu-Urea-Lys-Gla(Nal)-Tran-NODA。其中,NODA为双功能螯合剂,参见Radiofluorinationusing aluminum-fluoride(Al18F)[J], EJNMMI Research,2013,3:36。
本发明还提供一种靶向PSMA的肿瘤显像剂或治疗药物,其含有上述配体缀合物。
本发明还提供所述配体缀合物在制备靶向PSMA的肿瘤显像剂或治疗药物中的应用。
本发明还提供一种Al18F标记的PSMA靶向抑制剂,其为Al18F标记的Glu-Urea-Lys-Gla(Nal)-Tran-NODA。
本发明还提供所述Al18F标记的PSMA靶向抑制剂在制备PET/CT 分子诊断显像剂中的应用。
本发明Al18F标记的PSMA靶向抑制剂可以按照如下步骤制备得到:
S1、树脂的溶胀
向1g 2-氯三苯甲基氯树脂中加入15mL DMF,溶胀30分钟;
S2、反应产物C的制备
①将DMF和DCM按等体积混合,作为溶剂将3e.q. Fmoc-2-Nal-OH(N-Fmoc-3-(2-萘基)-D-丙氨酸)配制成15g/mL的溶液,加入到上述溶胀的树脂中,再加入10e.q.DIEA(N,N-二异丙基乙胺),N2保护条件下反应30分钟,甲醇密封30分钟,得到反应液A;
②将反应液A过滤,收集滤渣,向15g滤渣中加入1mL 20%的哌啶溶液,以脱去Fmoc保护基,分别吹泄反应管底部5分钟和15分钟得到反应产物B;
③监测上述反应,方法如下:取十几粒树脂,用乙醇洗3次后依次加入0.10mL 25%的茚三酮乙醇溶液,0.05mL20%的酚醛乙醇溶液和0.05mL吡啶,加热至105℃反应5分钟,变深蓝色为阳性反应;
④按照每克10ml的用量,将反应产物B依次用DCM(二氯甲烷)、 MeOH(甲醇)和DMF(N,N-二甲基甲酰胺)各洗涤两次;然后向反应产物B中加入3e.q.Fmoc-Tranexamic Acid(Fmoc保护的氨甲环酸) 的乙醇溶液,3e.q.HBTU(四甲基脲六氟磷酸盐)和2ml DIEA,加入DMF溶解后,按照每克15ml的量加入DCM,反应30分钟,按照③的方法监测反应,得到反应产物C;按照每克10ml的用量,将反应产物C依次用DCM、MeOH和DMF各洗涤两次;
S3、中间体1的制备①将反应产物C过滤,收集滤渣,向15g滤渣中加入1mL 20%的哌啶溶液,以脱去Fmoc保护基,分别吹泄反应管底部5分钟和15分钟,监测反应得到反应产物D;
按照每克10ml的用量,将反应产物D依次用DCM(二氯甲烷)、 MeOH(甲醇)和DMF(N,N-二甲基甲酰胺)各洗涤两次;然后向反应产物D中加入3e.q.NODA-bis(tbu)ester的乙醇溶液,3e.q.HBTU(四甲基脲六氟磷酸盐)和2ml DIEA,加入DMF溶解后,按照每克15ml 的量加入DCM,反应30分钟,监测反应,得到反应产物E;按照每克 10ml的用量,将反应产物E依次用DCM、MeOH和DMF各洗涤两次;
②反应结束后将反应产物E从树脂上解离,具体方法为:将负载有反应产物E的树脂溶于三氟乙醇和DCM按3:7体积比混合的溶液中,冰浴下反应120分钟,过滤,收集滤液,旋转蒸发除去溶剂得到中间体1;
S4、中间体2的制备
向50mL 1.2e.q.CDI(N,N′-羰基二咪唑)的THF溶液中滴加1e.q. H2N-Glu(PMB)-OPMB的THF溶液,温度控制在20℃以下,搅拌过夜,反应结束后旋转蒸发除去溶剂;收集残渣,向残渣中加入丙酮和水按 5:1体积比混合的溶液中,搅拌30分钟,过滤,干燥滤渣得到中间体2;
S5、中间体3的制备
向1e.q.中间体2的THF溶液中滴加1e.q.H2N-Lys(Boc)-OPMB的THF溶液,混合液在65℃下回流过夜,反应结束后除去溶剂,残渣用乙酸乙酯稀释并分别用水、10%柠檬酸溶液和饱和食盐水洗涤,无水硫酸钠干燥有机相30分钟后,过滤,浓缩得到中间体3;
S6、中间体4的制备
向中间体3的乙醇和乙酸乙酯溶液中加入2e.q.TsOH(对甲苯磺酸),温度控制在5℃以下,搅拌2小时;反应结束后加入乙酸乙酯稀释,分别用饱和NaHCO3溶液、10%柠檬酸溶液和饱和食盐水洗涤,无水硫酸钠干燥有机相30分钟,过滤,浓缩得到中间体4;
S7、Glu-Urea-Lys-Gla(Nal)-Tran-NODA的制备
向1.0e.q.中间体1、0.2e.q.DMAP(4-二甲氨基吡啶)和1.0e.q. 中间体4的DCM溶液中加入DCC(二环己基碳二亚胺)的DCM溶液,温度控制在5℃以下,混合液搅拌30分钟后,在室温条件下搅拌过夜,反应结束后,除去溶剂得到中间体5;将中间体5溶于TFA(三氟乙酸)、 EDT、TIS和水的混合液(TFA:EDT:TIS:H2O=95:2:2:1)中,搅拌2小时;N2吹干溶剂后用乙醚洗涤5次,干燥得到粗产物;粗产物用HPLC 纯化,纯化后冷冻干燥,即得Glu-Urea-Lys-Gla(Nal)-Tran-NODA。
粗产物用HPLC纯化,采用Kromasil 100-5C18柱,20mm×250mm, 10micron,UV=220nm,流速=15mL/min,流动相:A:H2O(0.1% TFA),B:乙腈(0.1%TFA),B 20%-34%(0-40min),tR=25.180min。纯化后冷冻干燥得到白色粉末。MS:[M+H]+(m/z=941.8)。
S8、Al18F标记的PSMA靶向抑制剂的制备(即Al18F标记的 Glu-Urea-Lys-Gla(Nal)-Tran-NODA)的制备
以0.1mM,pH4.0的醋酸缓冲液为溶剂,配制2mM AlCl3溶液;取 0.1mM,pH4.0的醋酸缓冲液0.1mL,AlCl3溶液6μL,加入50-120MBq 18F-(0.1mL)室温放置5分钟,再加入5μLGlu-Urea-Lys-Gla(Nal)-Tran-NODA溶液,110℃下反应10分钟,得到目标化合物,即Al18F标记的PSMA靶向抑制剂;其中, Glu-Urea-Lys-Gla(Nal)-Tran-NODA溶液的浓度为4mmol/mL,以0.1M, pH 4.0的NaAc缓冲液为溶剂;
S9、用Sep-pak C18Column Light分离纯化所述目标化合物,使目标化合物的放射性化学纯度大于99%。
步骤S9中,使用前Sep-pak C18Column Light需用无水乙醇和高纯水活化,并用生理盐水洗脱放射性杂质,最后用乙醇洗脱出目标化合物,即Al18F标记的Glu-Urea-Lys-Gla(Nal)-Tran-NODA (Al18F-NODA-PSMA)。
Al18F-NODA-PSMA的体外稳定性分析结果显示,其在0.9%NaCl 溶液中放置2小时后仍能保持良好的稳定性,Radio-HPLC检测其放化纯度保持在95%以上。在2%人血清白蛋白溶液中放置1小时后仍能保持良好的稳定性,Radio-HPLC检测其放化纯度保持在95%以上。
脂水分配系数实验结果显示logP=-2.87±0.01,表明 Al18F-NODA-PSMA是一种亲水性物质。
Al18F-NODA-PSMA在正常Kunming雌性小鼠体内的生物分布实验结果表明,其在肾脏中迅速富集并主要通过尿路排泄,在非靶组织和器官中摄取低且代谢快。
本发明提供的新型核素标记的前列腺特异性膜抗原靶向抑制剂,性质稳定,显像效果好,对PSMA有高的亲和力和功能活性,有利于早期前列腺癌的诊断与准确分期,经进一步临床前动物实验研究证实,其有望成为具有良好应用前景的前列腺癌显像剂。
附图说明
图1为本发明实施例2中Al18F-NODA-PSMA的HPLC图。
图2为本发明实施例3中Al18F-NODA-PSMA在生理盐水中室温放置2小时后的HPLC图。
图3为本发明实施例3中Al18F-NODA-PSMA在HAS溶液中37℃孵育1小时后的HPLC图。
图4为本发明实施例5中LNCaP模型鼠注射Al18F-NODA-PSMA后 90min的micro-PET显像图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。若未特别指明,实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段,所用原料均为市售商品。
实施例1 NODA-PSMA(即Glu-Urea-Lys-Gla(Nal)-Tran-NODA) 的制备
S1、树脂的溶胀
向1g 2-氯三苯甲基氯树脂中加入15mL DMF,溶胀30分钟。
S2、反应产物C的制备
①将DMF和DCM按等体积混合,作为溶剂将3e.q. Fmoc-2-Nal-OH(N-Fmoc-3-(2-萘基)-D-丙氨酸)配制成15g/mL的溶液,加入到上述溶胀的树脂中,再加入10e.q.DIEA(N,N-二异丙基乙胺),N2保护条件下反应30分钟,甲醇密封30分钟,得到反应液A;
②将反应液A过滤,收集滤渣,向15g滤渣中加入1mL 20%的哌啶溶液,以脱去Fmoc保护基,分别吹泄反应管底部5分钟和15分钟得到反应产物B;
③监测上述反应,方法如下:取十几粒树脂,用乙醇洗3次后依次加入0.10mL25%的茚三酮乙醇溶液,0.05mL20%的酚醛乙醇溶液和0.05mL吡啶,加热至105℃反应5分钟,变深蓝色为阳性反应;
④按照每克10ml的用量,将反应产物B依次用DCM(二氯甲烷)、 MeOH(甲醇)和DMF(N,N-二甲基甲酰胺)各洗涤两次;然后向反应产物B中加入3e.q.Fmoc-Tranexamic Acid(Fmoc保护的氨甲环酸) 的乙醇溶液,3e.q.HBTU(四甲基脲六氟磷酸盐)和2ml DIEA,加入DMF溶解后,按照每克15ml的量加入DCM,反应30分钟,按照③的方法监测反应,得到反应产物C;按照每克10ml的用量,将反应产物C依次用DCM、MeOH和DMF各洗涤两次。
S3、中间体1的制备
①将反应产物C过滤,收集滤渣,向15g滤渣中加入1mL 20%的哌啶溶液,以脱去Fmoc保护基,分别吹泄反应管5分钟和15分钟,监测反应得到反应产物D;
按照每克10ml的用量,将反应产物D依次用DCM(二氯甲烷)、 MeOH(甲醇)和DMF(N,N-二甲基甲酰胺)各洗涤两次;然后向反应产物D中加入3e.q.NODA-bis(tbu)ester的乙醇溶液,3e.q.HBTU(四甲基脲六氟磷酸盐)和2ml DIEA,加入DMF溶解后,按照每克15ml 的量加入DCM,反应30分钟,监测反应,得到反应产物E;按照每克 10ml的用量,将反应产物E依次用DCM、MeOH和DMF各洗涤两次;
②反应结束后将反应产物E从树脂上解离,具体方法为:将负载有反应产物E的树脂溶于三氟乙醇和DCM按3:7体积比混合的溶液中,冰浴下反应120分钟,过滤,收集滤液,旋转蒸发除去溶剂得到中间体1。
S4、中间体2的制备
向50mL 1.2e.q.CDI(N,N′-羰基二咪唑)的THF溶液中滴加1e.q. H2N-Glu(PMB)-OPMB的THF溶液,温度控制在20℃以下,搅拌过夜,反应结束后旋转蒸发除去溶剂;收集残渣,向残渣中加入丙酮和水按 5:1体积比混合的溶液中,搅拌30分钟,过滤,干燥滤渣得到中间体2。
S5、中间体3的制备
向1e.q.中间体2的THF溶液中滴加1e.q.H2N-Lys(Boc)-OPMB的 THF溶液,混合液在65℃下回流过夜,反应结束后除去溶剂,残渣用乙酸乙酯稀释并分别用水、10%柠檬酸溶液和饱和食盐水洗涤,无水硫酸钠干燥有机相30分钟后,过滤,浓缩得到中间体3。
S6、中间体4的制备
向中间体3的乙醇和乙酸乙酯溶液中加入2e.q.TsOH(对甲苯磺酸),温度控制在5℃以下,搅拌2小时;反应结束后加入乙酸乙酯稀释,分别用饱和NaHCO3溶液、10%柠檬酸溶液和饱和食盐水洗涤,无水硫酸钠干燥有机相30分钟,过滤,浓缩得到中间体4。
S7、Glu-Urea-Lys-Gla(Nal)-Tran-NODA的制备
向1.0e.q.中间体1、0.2e.q.DMAP(4-二甲氨基吡啶)和1.0e.q. 中间体4的DCM溶液中加入DCC(二环己基碳二亚胺)的DCM溶液,温度控制在5℃以下,混合液搅拌30分钟后,在室温条件下搅拌过夜,反应结束后,除去溶剂得到中间体5;将中间体5溶于TFA(三氟乙酸)、 EDT、TIS和水的混合液(TFA:EDT:TIS:H2O=95:2:2:1)中,搅拌2小时;N2吹干溶剂后用乙醚洗涤5次,干燥得到粗产物;粗产物用HPLC 纯化,纯化后冷冻干燥,即得Glu-Urea-Lys-Gla(Nal)-Tran-NODA。
粗产物用HPLC纯化,采用Kromasil 100-5C18柱,20mm×250mm, 10micron,UV=220nm,流速=15mL/min,流动相:A:H2O(0.1% TFA),B:乙腈(0.1%TFA),B:20%-34%(0-40min),tR=25.180min。纯化后冷冻干燥得到白色粉末。MS:[M+H]+(m/z=941.8)。
实施例2 Al18F标记的PSMA靶向抑制剂(即Al18F-NODA-PSMA) 的制备
以0.1mM,pH4.0的醋酸缓冲液为溶剂,配制2mM AlCl3溶液;取 0.1mM,pH4.0的醋酸缓冲液0.1mL,AlCl3溶液6μL,加入50-120MBq 18F-(0.1mL)室温放置5分钟,再加入5μLGlu-Urea-Lys-Gla(Nal)-Tran-NODA溶液,110℃下反应10分钟,得到目标化合物。用Sep-pak C18Column Light分离纯化所述目标化合物,使目标化合物的放射性化学纯度大于99%。使用前Sep-pak柱需用10mL 无水乙醇和10mL高纯水活化,并用3mL生理盐水洗脱出放射性杂质,然后再用0.5mL乙醇洗脱出目标化合物Al18F-NODA-PSMA,95℃条件下N2吹干待用。
用Radio-HPLC测定标记率及放射化学纯度。分析条件: YMC-Pack ODS-A column,1.0mL/min;0.1%TFA Water(A),0.1% TFA Acetontrile(B);0-10min(B):15%-60%。图1结果显示经Sep-Pak C18Light柱纯化后Al18F-NODA-PSMA放射化学纯度大于99%。
实施例3 Al18F-NODA-PSMA标记化合物的体外稳定性分析
取20μL(1.3MBq)分离样品Al18F-NODA-PSMA加入到1mL生理盐水中,室温孵育5分钟、30分钟、1小时和2小时后取出适量溶液进行Radio-HPLC检测。结果表明Al18F-NODA-PSMA在室温中放置2小时后仍具有较高的放射化学纯度,孵育2小时后的HPLC检测结果见图2。
取20μL(1.3MBq)分离样品Al18F-NODA-PSMA加入到1mL 2%的人血清白蛋白(HAS)溶液中,于37℃孵育5分钟、30分钟和1小时后取出适量溶液进行Radio-HPLC检测。结果表明, Al18F-NODA-PSMA在HSA中37℃条件下孵育1小时后仍具有较高的放射化学纯度,孵育1小时后的HPLC结果见图3。
实施例4 Al18F-NODA-PSMA在正常小鼠体内的生物分布实验
取12只正常的Kunming雌性小鼠,分别通过尾静脉注射0.2mL Al18F-NODA-PSMA(18.5MBq),分别于注射后50分钟、30分钟、60 分钟和120分钟后断颈处死,取其心、肝、肺、肾、脾、胃、肌肉、骨、血、大肠、小肠等有关组织和器官,擦净后称重,并用γ-Counter 测其放射性计数,每个时相3只小鼠。计算各组织的每克百分注射剂量(%ID/g),结果见表1。
表1 Al18F-NODA-PSMA在正常小鼠体内的生物分布(ID%/g,x±SD,n=3)
结果表明,Al18F-NODA-PSMA在血液中快速清除,迅速经肾脏通过尿路代谢出体内,在其他非靶器官如肝、肺、骨、肠等中的摄取较低且代谢快,具有良好的代谢性质。
实施例5 Al18F-NODA-PSMA在肿瘤小鼠体内的micro-PET显像实验
取右上肢腋下种植人PSMA高表达的LNCaP细胞的SCID裸鼠(十周龄),肿瘤直径约1.0cm,通过尾静脉注射0.2mL Al18F-NODA-PSMA标记化合物(约18.5MBq),于注射后90分钟进行 micro-PET显像。显像前将裸鼠在Summit AS-1-000-7小动物麻醉系统中用混有3%(体积分数)异氟烷的氧气麻醉,显像过程中维持含1% (体积分数)异氟烷的氧气麻醉,显像时间为25分钟。结果见图4。
可见,在LNCaP模型鼠中,肿瘤部位有明显的放射性浓集,而且除肾脏和膀胱外,其他器官并没有明显的药物摄取。其在体内的代谢情况与在正常小鼠体内的生物分布结果一致。
本发明提供的新型前列腺特异性膜抗原靶向抑制剂,为正电子核素18F标记的放射性示踪剂Al18F-NODA-PSMA,可将其作为前列腺癌 PET分子探针,稳定性好,显像效果好,有利于早期前列腺癌的诊断与准确分期,并可以为前列腺癌的复发、局部及远处转移进行诊断。经进一步临床前动物水平研究证实,其有望应用于临床,成为理想的前列腺癌PET分子探针。
虽然,上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之作一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。