CN109796465B

CN109796465B - 靶向pet显像化合物、包含该化合物的显象剂及其制备方法和用途

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Publication number: CN109796465B
Application number: CN201711139727.8A
Authority: CN
Inventors: 兰晓莉; 柳轻瑶; 盖永康; 张永学; 安锐; 韩娜; 蒋亚群
Original assignee: Union Hospital Tongji Medical College Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Union Hospital Tongji Medical College Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2017-11-16
Filing date: 2017-11-16
Publication date: 2020-07-14
Anticipated expiration: 2037-11-16
Also published as: CN109796465A

Abstract

本发明涉及PET显像技术领域，具体涉及一种靶向PET显像化合物、包含该化合物的显象剂及其制备方法和用途。所述化合物具有式I所示的结构：

式I化合物与肿瘤结合较迅速，30s内肿瘤部位即可显像。其水溶性也得到改善。因此，本发明化合物作为显像剂时，可显著提高相关操作的效率。所述化合物还可以用于活体评估相关化合物，特别是如式I化合物在体内的代谢及分布情况，为其临床前研究提供更多数据。

Description

靶向PET显像化合物、包含该化合物的显象剂及其制备方法和用途

技术领域

本发明涉及PET显像技术领域，具体涉及一种靶向PET显像化合物、包含该化合物的显象剂及其制备方法和用途。

背景技术

近几十年来，无创性分子影像成像技术包括正电子发射计算机断层显像(positron emission tomography,PET)、电子计算机断层扫描(computer tomography,CT)、磁共振显像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)及超声显像(Ultrasound,US)在对恶性肿瘤诊断、分期中得到进一步研究。PET在灵敏度方面较其他传统影像技术具有明显优势，将核素显像用于恶性肿瘤的诊断将成为一种新的研究趋势。

乳腺癌和结直肠癌是威胁人类健康的主要恶性肿瘤，乳腺癌是女性中最常诊断的癌症，并且作为死亡原因排在第二位(Badr H A,Alsadek D M,El-Houseini M E,etal.Harnessing cancer cell metabolism for theranostic applications usingmetabolic glycoengineering of sialic acid in breast cancer as a pioneeringexample.[J].Biomaterials,2017,116:158-173.)。结直肠癌亦是一个重要的健康问题，每年全世界可诊断出100万新病例，其中有50万人因此而死亡(Boyle P, LeonME.Epidemiology of colorectal cancer.Br Med Bull.2002；64:1–25.)。

磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol3-kinase,PI3K)及其下游的丝/苏氨酸激酶(Protein kinase B,AKT)和哺乳动物类雷帕霉素靶蛋白(Mammalian Target OfRapamycin,mTOR)组成的PI3K/Akt/mTOR信号传导通路广泛存在于细胞中，对细胞的生长、增殖、分化、凋亡及其周期等生物学进程起到重要的调节作用。该通路的异常激活可以诱导细胞恶性转化和形成肿瘤。 PI3Kp110α(PIK3CA)是目前在人类癌症中最常见的突变激酶，PIK3CA突变率在大肠癌中约占32％，乳腺癌中约占25％，子宫内膜癌中为30％，大脑中为27％，胃癌中为25％，肺癌中为4％(Steelman L S,Chappell W H,Abrams S L, etal.Roles of the Raf/MEK/ERK and PI3K/PTEN/Akt/mTOR pathways in controllinggrowth and sensitivity to therapy-implications for cancer and aging[J].Aging,2011,3(3):192-222.)。

由于肿瘤患者往往健康状况不佳，因此，亟需开发新的适于在生物体内作为 PET显像剂的化合物，从而改善对肿瘤状况的评价或诊断。并且，有利地，该显像化合物还可用于相关化合物在生物体内的分布和代谢行为研究。

发明内容

为了改善上述问题，本发明首先提供下式I所示的化合物：

其中，R₁选自H或无取代或被一个或多个R_a取代的烷基；

R₂选自无取代或被一个或多个R_b取代的下列基团：环烷基、杂环基、芳基或杂芳基；

R₃选自无取代或被一个或多个R_c取代的下列基团：环烷基、杂环基、芳基或杂芳基；

R₄选自H或被一个或多个R_d取代的烷基；

每一个R_a、R_b、R_c、R_d相同或不同，彼此独立地选自烷基、烯基、炔基、环烷基、杂环基、芳基、杂芳基、-F、-Cl、-Br、-I、-CN、-NR₅R₆、-OR₇、-SR₇、-C(O)R₈、-C(S)R₈、-C(O)OR₉、-OC(O)R₁₀、-S(O)R₁₁、-S(O)₂R₁₂、-S(O)₂OR₁₃、 -OS(O)₂R₁₄；

任选地，如果合适，所述R_a、R_b、R_c、R_d可彼此独立地进一步被选自下列的R_e取代：烷基、烯基、炔基、环烷基、杂环基、芳基、杂芳基、-F、-Cl、-Br、 -I、-CN、-NR₅R₆、-OR₇、-SR₇、-C(O)R₈、-C(S)R₈、-C(O)OR₉、-OC(O)R₁₀、 -S(O)R₁₁、-S(O)₂R₁₂、-S(O)₂OR₁₃、-OS(O)₂R₁₄；

R₅、R₆、R₇相同或不同，彼此独立地选自H、烷基、环烷基、杂环基、芳基、杂芳基；

每一个R₈、R₉、R₁₀、R₁₁、R₁₂、R₁₃、R₁₄相同或不同，彼此独立地选自烷基、环烷基、杂环基、芳基、杂芳基；

条件是，式I化合物中的至少一个烷基的至少一个碳原子被碳原子的同位素取代，例如被¹¹C或¹³C取代。

根据本发明化合物的实施方案，其中R₁可以为例如H或无取代或被一个或多个R_a取代的C_1-6烷基；

根据本发明化合物的实施方案，其中R₂可以为例如无取代或被一个或多个 R_b取代的5-6元杂环，所述杂环含有1-3个选自N、O或S的杂原子；

根据本发明化合物的实施方案，其中R₃可以为例如无取代或被一个或多个 R_c取代的5-6元杂环，所述杂环含有1-3个选自N、O或S的杂原子；

根据本发明化合物的实施方案，其中R₄可以为例如H或被一个或多个R_d取代的C_1-6烷基；

根据本发明化合物的实施方案，其中R_c可以为例如-S(O)₂R₁₂，其中R₁₂可以为C_1-6烷基。

作为实例，R₁可以为无取代或被一个或多个R_a取代的甲基；

作为实例，R₂可以为无取代或被一个或多个R_c取代的

作为实例，R₃可以为

其中R_f选自C_1-6烷基；

作为实例，R₄可以为H；

作为实例，条件是，式I化合物中的至少一个与N原子连接的烷基的至少一个碳原子被碳原子的同位素取代；优选地，与该烷基连接的N原子为叔胺N 原子，例如作为成环原子的叔胺N原子；

根据本发明的一个示例性的实施方案，R₁为其中一个碳原子被碳原子的同位素取代的C_1-6烷基；

根据本发明，所述碳原子的同位素可以是¹¹C或¹³C，例如¹¹C。

根据本发明的式I化合物，其标记率优选为8％-13％，比活度优选为100-120 GBq/μmol，放化纯优选在95％以上，例如大于95％。

本发明还提供如上所述式I化合物的制备方法，包括将式I’化合物烷基化制备得到式I化合物：

其中，R₁，R₂，R₃，R₄具有上文所述的定义；

优选地，式I’化合物中不存在被碳原子的同位素取代的基团；

X选自离去基团，例如OTs、I、Br或Cl。

根据本发明的制备方法，可以包括将式I’化合物与同位素标记的碘甲烷反应，得到式I化合物；优选地，所述反应可以在碱性催化剂的存在下进行；所述碱性催化剂可以是例如氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钠、碳酸铯、碳酸钾、氢化钠中的一种或多种；优选地，所述碱性催化剂与式I’化合物的摩尔比可以为 (1-8):1，例如(4-6):1，如5:1；

优选地，将式I’化合物与同位素标记的碘甲烷反应时，所述反应可以在溶剂的作用下进行，例如在二甲基亚砜的作用下进行；

优选地，所述反应温度可以为30-90℃，例如为65℃。

优选地，所述制备方法还可进一步包括将反应得到的式I化合物进行分离的步骤；所述分离包括但不限于使用高效液相色谱和/或柱层析进行分离；其中，当使用高效液相色谱和/或柱层析对式I化合物进行分离时，流动相可以使用醇类溶剂(如甲醇、乙醇)或腈类溶剂(如乙腈)与水的形成的混合溶液；

优选地，所述混合溶液的质量百分比可以是30％-60％，例如35-50％的醇类溶剂水溶液或30-40％的腈类水溶液，如40％～45％的乙醇水溶液；

根据本发明制备方法的实施方案，所述制备方法还可以包括制备同位素标记的碘甲烷的步骤；

所述制备同位素标记的碘甲烷的步骤包括将同位素标记的甲烷与碘进行取代反应；例如，所述反应的温度可以为600-800℃，例如700-780℃，如720℃；

作为实例，所述同位素标记的甲烷可以由同位素标记的二氧化碳催化还原制备；优选地，可以在Ni催化剂如Shimalite-Ni的存在下催化还原制备。

根据本发明的制备方法，同位素标记的二氧化碳可采用气相合成法制备，例如使用回旋加速器制备；所述回旋加速器可以选自例如GE PET trace或 MINItrace。

优选地，本发明式I化合物的上述制备方法中的一个或多个步骤在自动化合成设备中进行；所述自动化合成设备的实例是TRACELAB FX_C Pro。

本发明还提供一种显像剂组合物，包含式I化合物。

本发明还提供式I化合物用于制备显像剂组合物的用途。

本发明还提供式I化合物作为显像剂的用途。

本发明还提供式I化合物作为显像剂用于判断肿瘤如癌，例如其原发病灶的用途。

优选地，所述肿瘤可以选自下列癌症中的一种或多种：乳腺癌、子宫颈癌、结肠癌、子宫内膜癌、胶质瘤、肺癌、黑色素瘤、卵巢癌、胰腺癌、前列腺癌、脑癌、霍奇金淋巴瘤，优选乳腺癌、结肠癌。

根据本发明的技术方案，所述显像剂可以是靶向PI3K/Akt/mTOR信号通路的显像剂。

本发明还提供如上式I化合物用作靶向PI3K/Akt/mTOR信号通路的正电子显像剂的用途。

术语定义和解释

除非另有说明，本申请说明书和权利要求书中记载的基团和术语定义，包括其作为实例的定义、示例性的定义、优选的定义、表格中记载的定义、实施例中具体化合物的定义等，可以彼此之间任意组合和结合。这样的组合和结合后的基团定义及化合物结构，应当属于本申请保护的范围内。

术语“任选/任意”或“任选地/任意地”是指随后描述的事件或情况可以发生或不发生。

本发明单独使用或用作后缀或前缀的“烷基”意在包括具有1至20个碳原子的支链和直链饱和脂族烃基。例如，“C_1-6烷基”表示具有1、2、3、4、5或6个碳原子的直链和支链烷基。烷基的实例包括但不限于甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、戊基和己基。

本发明单独使用或用作后缀或前缀的“烯基”意在包括具有2至20个碳原子的包含烯基或烯烃的支链和直链脂族烃基。例如，“C_2-6烯基”表示具有2、3、4、 5或6个碳原子的烯基。烯基的实例包括但不限于乙烯基、烯丙基、1-丙烯基、 1-丁烯基、2-丁烯基、3-丁烯基、2-甲基丁-2-烯基、3-甲基丁-1-烯基、1-戊烯基、 3-戊烯基和4-己烯基。

本发明单独使用或用作后缀或前缀的“炔基”意在包括具有2至20个碳原子的包含炔基或炔烃的支链和直链脂族烃基。例如乙炔基、丙炔基(例如l-丙炔基、 2-丙炔基)、3-丁炔基、戊炔基、己炔基和1-甲基戊-2-炔基。

本发明使用的术语“芳基”指由5至20个碳原子构成的芳族环结构。例如：包含5、6、7和8个碳原子的芳族环结构可以是单环芳族基团例如苯基；包含8、 9、10、11、12、13或14个碳原子的环结构可以是多环的例如萘基。芳环可在一个或多个环位置取代有上述那些取代基。术语“芳基”还包括具有两个或更多个环的多环环系，其中两个或更多个碳为两个相邻环所共有(所述环为“稠环”)，其中至少一个环是芳族的且其它环例如可以是环烷基、环烯基、环炔基、芳基和/或杂环基。多环的实例包括但不限于2,3-二氢-1,4-苯并二氧杂环己二烯和2,3- 二氢-1-苯并呋喃。

本发明使用的术语“环烷基”意在包括具有指定数目碳原子的饱和环基。这些术语可包括稠合或桥接的多环系统。环烷基在其环结构中具有3至40个碳原子。在一个实施方案中，环烷基在其环结构中具有3、4、5或6个碳原子。例如，“C_3-6环烷基”表示例如环丙基、环丁基、环戊基或环己基的基团。

本发明使用的“杂芳基”指具有至少一个环杂原子(例如硫、氧或氮)的杂芳族杂环。杂芳基包括单环系统和多环系统(例如具有2、3或4个稠环)。杂芳基的实例包括但不限于吡啶基、嘧啶基、吡嗪基、哒嗪基、三嗪基、呋喃基、喹啉基、异喹啉基、噻吩基、咪唑基、噻唑基、吲哚基、吡咯基、噁唑基、苯并呋喃基、苯并噻吩基、苯并噻唑基、异噁唑基、吡唑基、三唑基、四唑基、吲唑基、1,2,4-噻二唑基、异噻唑基、苯并噻吩基、嘌呤基、咔唑基、苯并咪唑基、苯并噁唑基、氮杂苯并噁唑基、咪唑并噻唑基、苯并[1,4]二氧杂环己烯基、苯并[1,3]二氧杂环戊烯基等。在一些实施方案中，杂芳基具有3至40个碳原子且在其它实施方案中具有3至20个碳原子。在一些实施方案中，杂芳基包含3至 14个、4至14个、3至7个或5至6个成环原子。在一些实施方案中，杂芳基具有1至4个、1至3个或1至2个杂原子。在一些实施方案中，杂芳基具有1 个杂原子。

除非另有说明，本发明使用的术语“杂环基”指包含3至20个原子的饱和、不饱和或部分饱和的单环、二环或三环，其中1、2、3、4或5个环原子选自氮、硫或氧，除非另有说明，其可通过碳或氮来连接，其中-CH₂-基团任选被-C(O)- 代替；及其中除非另有相反说明，环氮原子或环硫原子任选被氧化以形成N-氧化物或S-氧化物或环氮原子任选被季铵化；其中环中的-NH任选被乙酰基、甲酰基、甲基或甲磺酰基取代；及环任选被一个或多个卤素取代。应该理解的是，当杂环基中S原子和O原子的总数超过1时，这些杂原子不彼此相邻。若所述杂环基为二环或三环，则至少一个环可任选为杂芳族环或芳族环，条件是至少一个环是非杂芳族的。若所述杂环基为单环，则其一定不是芳族的。杂环基的实例包括但不限于哌啶基、N-乙酰基哌啶基、N-甲基哌啶基、N-甲酰基哌嗪基、 N-甲磺酰基哌嗪基、高哌嗪基、哌嗪基、氮杂环丁烷基、氧杂环丁烷基、吗啉基、四氢异喹啉基、四氢喹啉基、二氢吲哚基、四氢吡喃基、二氢-2H-吡喃基、四氢呋喃基、四氢噻喃基、四氢噻喃-1-氧化物、四氢噻喃-1,1-二氧化物、1H- 吡啶-2-酮和2,5-二氧代咪唑烷基。

式I化合物还包括其各自所有可能的立体异构体，其是单一立体异构体或所述立体异构体(例如R-异构体或S-异构体，或者E-异构体或Z-异构体)的任意比例的任意混合物的形式。可通过任意适合的现有技术方法(例如色谱法，特别是例如手性色谱法)实现本发明的化合物的单一立体异构体(例如单一对映异构体或单一非对映异构体)的分离。

另外，所述化合物还可以互变异构体的形式存在。本发明式I化合物包括式I化合物所有可能的互变异构体，其是单一互变异构体或所述互变异构体的任意比例的任意混合物的形式。

所有这些异构体及它们的混合物都包括在本发明中。

本发明的有益效果

本发明化合物与肿瘤结合较迅速，30s内肿瘤部位即可显像。本发明化合物水溶性也得到改善。因此，本发明化合物作为显像剂时，可显著提高相关操作的效率。所述化合物还可以用于活体评估相关化合物，特别是如式I’化合物在体内的代谢及分布情况，为其临床前研究提供更多数据。

所述化合物作为显像剂的制备方法简单、产品易得，选择性及稳定性好。具体而言，发明人采用气相合成法生产同位素标记的碘甲烷，以获得高比活度产物；使用HPLC或分离柱对产物进行分离以进一步缩短分离时间，全自动化、一步法快速合成正电子显像剂的目的。因为只有利用全自动化一步法合成，才能降低操作人员射线辐射、快速完成合成过程，达到反应过程重复性高和产物稳定性好的目的。而且对于正电子放射性显像剂，由于核素的半衰期短，若不能完成全自动化一步合成，实用性的问题也就无从谈起。

发明人还惊讶地发现，小的反应体积能够提高产率。并且使用本发明的 HPLC洗脱液，能够更高效地分离获得高纯度的目标化合物。

本发明化合物的标记率可达8％-13％，比活度可达100-120GBq/μmol，放化纯大于95％，较好地符合临床应用要求。

附图说明

图1为实施例1化合物[¹¹C]-A09的合成路线图。

图2为TRACELAB FX_C Pro自动化合成系统的工艺流程示意图。

图3中，图谱 A 为实施例1化合物[¹¹C]-A09的高效液相色谱图，图谱 B 为无同位素标记的化合物A09的高效液相色谱图。

图4为实施例2的[¹¹C]-A09体外细胞实验图。

图5中，图谱 A 为实施例3的[¹¹C]-A09显像剂在正常昆明小鼠中的PET显像；图谱B为[¹¹C]-A09在正常昆明小鼠中的生物分布研究。

图6为实施例4的乳腺癌MDA-MB-231、MCF-7及结肠癌HT29荷瘤鼠 60min或30min动态成像。其中图谱A为MDA-MB-231荷瘤鼠的动态显像；图谱B为MCF-7荷瘤鼠的动态显像；图谱C为HT29荷瘤鼠的动态显像。

图7为实施例4的[¹¹C]-A09显像剂在乳腺癌MDA-MB-231和MCF-7荷瘤鼠中的生物分布研究。其中图谱 A为MDA-MB-231荷瘤鼠60min生物分布图，图谱 B为MCF-7荷瘤鼠60min生物分布图。

具体实施方式

下文将结合具体实施例对本发明的化合物及其制备方法和应用做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。

除非另有说明，以下实施例中使用的原料和试剂均为市售商品，或者可以通过已知方法制备。

实施例1：化合物[¹¹C]-A09的制备

如图1所示，采用美国GE公司的自动化合成设备(TRACELAB FX_C Pro )进行全自动化一步法快速合成，其制备方法管路示意图如附图2所示，具体过程如下：

一、自动化合成前的准备：

1.将管路中阀门V12和阀门V14处短接。

2.向阀门V1控制的容器瓶中加入1.2ml淋洗液；

3.向与阀门V8相连的反应瓶中加入事先溶于400μl无水DMSO和5μl 5M NaOH的前体A09化合物2mg。

二、合成过程：

步骤一：由回旋加速器GE PET trace或MINItrace在外部生成¹¹CO₂。

步骤二：¹¹CO₂传输进入反应器与H₂混合，生成CH₄。

步骤三：¹¹CH₄与升华的碘在720℃高温下反应生成碘甲烷(¹¹CH₃I)。

步骤四：¹¹CH₃I进入反应瓶(室温，2mg化合物A09溶于5N NaOH/400μl DMSO中)。混合液65℃反应5min，然后冷却至30℃。

步骤五：混合物进入HPLC进行分离纯化，采用手动方法“peak-cut”收集放射峰组分。切峰结束后，用一个0.22μm的无菌滤膜过滤，得到产物[¹¹C]-A09。

取[¹¹C]-A09 10μCi/20μl，通过放射性高效液相色谱(HPLC， 250mm×4.6mm)测定放射化学纯度。标记化合物[¹¹C]-A09的标记率为8-13％，放射性化学纯度大于95％。[¹¹C]-A09与标准品A09(也可表示为[¹²C]-A09经分析型HPLC鉴定结果如图 3 中的图谱 A 及 B所示，表明成功合成了预期的标记化合物。

实施例2：[¹¹C]-A09体外细胞实验

本实施例考察了实施例1制备的[¹¹C]-A09在肿瘤细胞中的摄取情况，具体步骤如下：

取处于对数生长期的MCF-7和MDA-MB-231细胞铺板，每孔1×105个细胞。每孔内加入[¹¹C]-A09(5μCi/孔)每组设3个复孔，37℃分别孵育10min、20min 和30min，吸走放射性培养基，磷酸盐缓冲溶液(PBS)洗两遍共同收集于同一试管内，用1N NaOH裂解细胞后再用PBS洗两遍亦收集于同一试管内。最后用自动γ计数仪分别测量上清和细胞裂解液的放射性计数。结果以细胞摄取率表示：

细胞摄取率(％)＝Counts细胞裂解液/(Counts细胞裂解液+Counts上清液)×100％。

实验结果如图4所示，由图4可以看出MCF-7和MDA-MB-231细胞对 [¹¹C]-A09的摄取随时间的增加而增加，后者细胞摄取明显低于前者。

实施例3：[¹¹C]-A09显像剂在正常鼠中的动态成像及生物分布实验

本发明利用正常昆明小鼠(雌性，5周龄)考察了本发明实施例1制备的 [¹¹C]-A09的PET显像效果，具体步骤如下：

动态成像：正常昆明小鼠(n＝3)首先腹腔麻醉、俯卧位固定在MicroPET 检查床上，采用床边尾静脉注射[¹¹C]-A09显像剂3.7MBq后，迅速放到扫描中心视野立即开始采集数据(6×10s，4×30s，4×60s，4×2min，5×5min共采集23帧) 共采集40min左右。实验中使用Ketamine/Xylazine(110/10mg/Kg)进行腹腔麻醉。所有的图像后处理采用二维有序子集最大期望值法(two-dimensional ordered subsets expectationmaximizationalgorithm，OSEM)进行。

兴趣区(Regions of interest，ROI)通过手动勾画感兴趣的器官在经过衰减校正后的全身冠状位图像上。定量分析各器官对放射性的摄取通过ROI勾画感兴趣区，得到相应部位每克组织注射剂量百分比％ID/g。

MicroPET动态成像是为了更好的观察[¹¹C]-A09显像剂在体内代谢特征。从图 5中的图谱 A 可以看出肝脏及胃肠道作为[¹¹C]-A09最主要的排泄途径，肝脏的相应部位放射性浓聚随时间推移逐渐降低，肠道部位放射性浓聚逐渐升高，表明该显像剂主要经肝脏及胃肠道代谢。

生物分布实验：正常昆明小鼠(n＝4/每组)尾静脉注射[¹¹C]-A09 3.7MBq (100μci)后分别于5min、10min、20min、及40min颈椎脱臼处死进行生物分布研究，收集血液、脑、心、肝、脾、肾、胃、大小肠、肌肉、骨骼等主要组织，清洗、称重后用γ计数仪测量组织放射性计数。结果用每克组织注射剂量百分比表示(percentage injected dose per gram oftissue％ID/g)，结果如图 5 中的图谱 B 和表1所示。

表1

如图 5 中的图谱 B 和表1结果可见肝脏和小肠是放射性摄取较高的器官，其40min时的放射性摄取分别为31.43±6.95％ID/g、21.28±21.21％ID/g及5.75±1.95％ID/g，这也说明该显像剂主要通过肝胆系统排泄。

实施例4：[¹¹C]-A09显像剂在荷瘤鼠中的动态成像及生物分布实验

本发明利用荷瘤小鼠模型考察了本发明实施例1制备的[¹¹C]-A09PET显像效果，具体步骤如下：

动物肿瘤模型构建：Balb/c-nu裸鼠(雌性、4周龄)由北京华阜康生物科技有限公司提供，在华中科技大学动物实验中心无特殊病原体屏障系统饲养。实验中用到的所有动物都经过华中科技大学同济医学院实验动物使用和管理委员会审核。MDA-MB-231细胞5×10⁶个悬浮于100μl PBS中，与等体积的基质胶(Matrigel)混匀，MCF-7及HT29细胞2×10⁶个悬浮于100μl PBS中，皮下种植在Balb/c-nu裸鼠右上肢肩背部，待肿瘤直径为0.7-1.0cm时可用于动物实验研究。

动态成像：模型构建成功的MDA-MB-231、MCF-7及HT29荷瘤鼠首先腹腔麻醉、俯卧位固定在MicroPET检查床上，动态成像采用床边尾静脉注射 [¹¹C]-A09大约3.7-5.55MBq(100-150μCi)入体内后立即放到扫描中心视野开始采集数据(6×10s，4×30s，4×60s，4×2min，3×5min共采集21帧或6×10s，4×30s， 4×60s，4×2min，3×5min，3×10min共采集24帧)共采集30min或60min。静态成像在显像剂注射1h后用小动物PET成像系统采集数据10min。实验中使用 Ketamine/Xylazine(110/10mg/Kg)进行腹腔麻醉。所有的图像后处理采用二维有序子集最大期望值法(two-dimensional ordered subsets expectationmaximization algorithm，OSEM)进行。

ROI通过手动勾画感兴趣的器官或肿瘤在经过衰减校正后的全身冠状位图像上。定量分析肿瘤部位和其他器官对放射性的摄取通过ROI勾画感兴趣区，得到相应部位每克组织注射剂量百分比％ID/g。肿瘤/肌肉比值的计数，首先ROI 勾画肿瘤部位感兴趣区，然后再勾选对侧肌肉为背景。

图6为[¹¹C]-A09作为显像剂在3种荷瘤鼠中的动态成像。从图6可以看出与正常鼠相同，肝脏作为最主要的排泄途径其相应部位放射性浓聚随时间改变逐渐降低，MDA-MB-231和MCF-7肿瘤部位放射性浓聚则逐渐上升，其中约在 20min浓聚达到峰值，随后保持缓慢下降；HT29肿瘤部位放射性浓聚约在13min 时开始缓慢下降。肝脏部位放射性摄取水平较高，在MDA-MB-231和MCF-7荷瘤鼠中约10min达到峰值后缓慢下降，在HT29荷瘤鼠中约35min达到峰值后开始下降。

生物分布实验：MDA-MB-231荷瘤鼠(n＝4)及MCF-7荷瘤鼠(n＝5)尾静脉注射[¹¹C]-A09 3.7-7.4MBq(100-200μCi)后于60min处死进行生物分布研究，收集血液、脑、心、肝、脾、肾、胃、小肠、大肠、肌肉、骨骼及肿瘤等主要组织，清洗、称重后用γ计数仪测量组织放射性计数。结果用每克组织注射剂量百分比表示(％ID/g)，结果如图7和表2所示。

表2

如图 7 中的图谱 A 和表2可见，在MDA-MB-231荷瘤鼠中，肝脏和小肠是放射性摄取较高的器官，其60min时的放射性摄取分别为3.81±3.04％ID/g、2.18±2.23％ID/g，这也说明该显像剂主要通过肝胆系统排泄。在该模型鼠中，肿瘤/肌肉比值为3.3。类似地，如图 7 中的图谱 B 和表3所示，在MCF-7荷瘤鼠中，肝脏和小肠在60min时的放射性摄取分别为18.22±7.36％ID/g和34.87±7.80％ID/g，肿瘤/肌肉比值为1.8。

表3

组织	％ID/g
		N＝5	60min
血液	1.10±0.56
		脑	0.09±0.11
心	1.41±0.96
		肝	18.22±7.36
脾	0.97±1.51
		肾	3.65±2.44
胃	5.86±4.13
		小肠	34.87±7.80
结肠	4.23±3.60
		肌肉	0.82±0.58
骨骼	0.07±0.14
		肿瘤	1.39±0.69

以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.式I所示的化合物：

I

其中，R₁选自无取代或被一个或多个R_a取代的C_1-6烷基，所述C_1-6烷基的至少一个碳原子被碳原子的同位素¹¹C或¹³C取代；

R₂选自无取代或被一个或多个R_b取代的下列基团：C_3-6环烷基、或3-6元杂环基；

R₃选自无取代或被一个或多个R_c取代的下列基团：C_3-6环烷基、或3-6元杂环基；

R₄选自H或被一个或多个R_d取代的C_1-6烷基；

每一个R_a、R_b、R_c、R_d相同或不同，彼此独立地选自C_1-6烷基、-F、-Cl、-Br、-I、-CN、-NR₅R₆、-OR₇、-S(O)₂R₁₂；

R₅、R₆、R₇相同或不同，彼此独立地选自H、C_1-6烷基；

R₁₂选自C_1-6烷基。

2.如权利要求1所述式I所示的化合物，其中R₁为无取代或被一个或多个R_a取代的C_1-6烷基，所述C_1-6烷基的至少一个碳原子被碳原子的同位素¹¹C取代；

R₂为无取代或被一个或多个R_b取代的5-6元杂环，所述杂环含有1-3个选自N、O或S的杂原子；

R₃为无取代或被一个或多个R_c取代的5-6元杂环，所述杂环含有1-3个选自N、O或S的杂原子；

R₄为H或被一个或多个R_d取代的C_1-6烷基；

R_c为-S(O)₂R₁₂，其中R₁₂为C_1-6烷基。

3.如权利要求1或2所述式I所示的化合物，其中R₁为¹¹CH₃；

R₂为

；

R₃为

，其中R_f选自C_1-6烷基；

R₄为H。

4.如权利要求3所述式I所示的化合物，其同位素标记率为8%-13%。

5.如权利要求4所述式I所示的化合物，其比活度为100-120 GBq/μmol。

6.如权利要求5所述式I所示的化合物，其放化纯在95%以上。

7.如权利要求1-6任一项所述式I所示的化合物的制备方法，包括将式I’化合物烷基化制备得到式I化合物：

其中，R₁，R₂，R₃，R₄具有权利要求1-3任一项所述定义；

X选自离去基团OTs、I、Br或Cl。

8.如权利要求7所述的制备方法，其中包括将式I’化合物与同位素标记的碘甲烷反应，得到式I化合物；所述反应在碱性催化剂的存在下进行；

将式I’化合物与同位素标记的碘甲烷反应时，所述反应在溶剂二甲基亚砜的作用下进行；

所述反应温度为30-90℃ 。

9.如权利要求8所述的制备方法，其中，所述碱性催化剂选自氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钠、碳酸铯、碳酸钾、氢化钠中的一种或多种；

所述碱性催化剂与式I’化合物的摩尔比为（1-8）:1；

所述反应温度为65℃ 。

10.如权利要求9所述的制备方法，其中，所述制备方法还进一步包括将反应得到的式I化合物进行分离的步骤；所述分离为使用高效液相色谱和/或柱层析进行分离；其中，当使用高效液相色谱和/或柱层析对式I化合物进行分离时，流动相使用醇类溶剂或腈类溶剂与水的形成的混合溶液；

所述混合溶液的质量百分比是30%-60%。

11.如权利要求10所述的制备方法，其中，所述制备方法还包括制备同位素标记的碘甲烷的步骤；

所述制备同位素标记的碘甲烷的步骤包括将同位素标记的甲烷与碘进行取代反应；所述反应的温度为600-800℃ 。

12.如权利要求11所述的制备方法，其中，所述同位素标记的甲烷由同位素标记的二氧化碳在Ni催化剂Shimalite-Ni的存在下催化还原制备；

所述同位素标记的二氧化碳采用气相合成法在回旋加速器中制备。

13.如权利要求7-12任一项所述的制备方法，其中，式I化合物的制备方法中的一个或多个步骤在自动化合成设备中进行。

14.一种显像剂组合物，包含如权利要求1-6任一项所述式I所示的化合物。

15.如权利要求1-6任一项所述式I所示的化合物用于制备显像剂组合物的用途。

16.如权利要求15所述的用途，其特征在于，所述显像剂用于判断肿瘤的原发病灶。

17.如权利要求16所述的用途，其特征在于，所述肿瘤选自下列癌症中的一种或多种：乳腺癌、子宫颈癌、结肠癌、子宫内膜癌、胶质瘤、肺癌、黑色素瘤、卵巢癌、胰腺癌、前列腺癌、脑癌、霍奇金淋巴瘤。

18.如权利要求15所述的用途，其特征在于，所述显像剂是靶向PI3K/Akt/mTOR信号通路的显像剂。

19.如权利要求18所述的用途，其特征在于，所述显像剂是靶向PI3K/Akt/mTOR信号通路的正电子显像剂。