CN110577478A - 一种正电子探针及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种正电子探针及其制备方法和应用。本发明所述的正电子探针为18F标记的正电子探针，其结构如式为：本发明的正电子探针，制备简单、快速，产率高、比活度大；可用作肿瘤的广谱PET显像，具有诊断和监测治疗疗效的临床价值。其制备方法简单、快速，可实现全自动化生产，可满足科学研究与临床需求。

Description

一种正电子探针及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于放射化学与核医学研究领域，涉及一种18F标记的正电子探针，以及该正电子探针的制备方法，以及它的应用。
背景技术
恶性肿瘤作为全球最大的公共卫生问题之一，极大地危害人类健康。恶性肿瘤是我国居民死亡的主要原因之一。无论是城镇或农村，目前的肿瘤的发病率均较高，其中发病率前五位的肿瘤依次为：肺癌、胃癌、肝癌、食管癌、结直肠癌。随着年龄额增长，我国发病率及死亡率均逐渐上升。与全球相比，中国癌症发病约占全球的22％，标化发病率174/10万，世界平均水平为182.3/10万，中国癌症发病率位居全球发病率的74位，发病人数全球第一；中国癌症死亡约占全球 27％，标化死亡率122.2/10万，世界平均水平为102.4/10万，中国癌症死亡率位居全球的29位。目前我国癌症发病率呈上升趋势，死亡率呈平稳趋势。
肿瘤发病机制复杂导致肿瘤疾病的预防较难。在我国，目前有效的筛查技术与早期诊断技术较少，同时技术水平较低，导致肿瘤发现时间普遍偏晚；同时肿瘤治疗的疗效差、复发转移率高且治疗副作用大、精准性差等原因导致肿瘤治疗难度较大。随着经济与医学的发展，基于靶向治疗及准确可视化显像的精准医疗为癌症的治疗提供了新的思路与方向。
正电子发射断层扫描(Positron Emission Tomograghy，PET)是目前在活体监测肿瘤发生、发展过程的最佳影像学设备，可以实现对细胞代谢和功能的高分辨率显像，从分子水平对人体的生理、生化过程进行无创、三维、动态研究，PET 可应用于肿瘤的诊断，良恶性鉴别、恶性肿瘤分期、分型及肿瘤复发、转移的早期诊断和鉴别，治疗方案的选择和化疗、放疗效果的检测以及肿瘤变化过程的观察和愈后情况的监测。PET检查依赖于广谱性或者特异性的靶向正电子显像剂在目标器官特异性代谢、吸收。
聚乙二醇双对甲苯磺酸酯或甲磺酸酯类化合物时常用的化工中间体，在药物化学、材料化学等领域均发挥重要作用。在放射性药物化学中常作为标记“桥梁”或水溶性改性基团发挥重要作用，如18F标记的PET探针中，18FC2H4OTs是常用标记中间体[1.Muelleretal.Synthesis of O-(2-[18F]fluoroethyl)-L-tyrosine based on a cartridgepurification method.Nucl Med Biol.2011 Jul；38(5):653-8.doi: 10.1016/j.nucmedbio.2011.01.006.2.Prudner BC，etal.Amino Acid Uptake Measured by[18F]AFETPIncreases in Response to Arginine Starvation in ASS1-DeficientSarcomas.Theranostics.2018 Mar 7；8(8):2107-2116.doi:10.7150/thno.22083.]；以1,2-双甲苯氧基乙烷为前体制备的18F(C2H4)nC2H4N3及18F(C2H4)nC2C4CCH (n＝0-9)是“点击化学”法标记中最重要的标记中间体[Schieferstein H,etal. 18 F-click labeling andpreclinical evaluation of a new 18 F-folate for PET imaging. EJNMMI Res.2013Sep 16；3(1):68.doi:10.1186/2191-219X-3-68.]；聚乙二醇短链是常用增加探针水溶性的修饰片段[Ashutosh Pal,et al.Radiosynthesis and Initial In Vitro Evaluationof[18F]F-PEG6-IPQA—A Novel PET Radiotracer for Imaging EGFR Expression-Activity in Lung Carcinoma.Mol Imaging Biol.2011 Oct；13(5):853-61.doi:10.1007/s11307-010-0408-8.]。此类化学中间体在正电子药物的研发中发挥着重要作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种正电子探针，该正电子探针可用作肿瘤的广谱 PET显像，具有诊断和监测治疗疗效的临床价值。
本发明所述的正电子探针为18F标记的正电子探针，其结构如式为：
本发明所述的正电子探针利用18F对短链聚乙二醇双对甲苯磺酸酯或甲磺酸酯类物质进行标记，通过体内外评价，实验表明此正电子探针可很好地靶向肿瘤进行PET显像，是一类新型高效的肿瘤PET显像剂。该正电子探针能广谱的靶向肿瘤显像，具有作为肿瘤广谱PET显像剂的巨大应用前景。
本发明的另一目的是提供所述的正电子探针的制备方法。
本发明所述的正电子探针的制备方法包括以下步骤：用1.5mL淋洗液淋洗18F被捕获的QMA柱，收集淋洗液到反应瓶中，加热110℃并不断吹入高纯氮气，共沸除去H2O；将1mL溶有5mg前体的混合溶液加入到反应瓶，90-110℃反应 10-15min；冷却后经半制备高效液相(HPLC)分离得到目标产物。
根据本发明所述的正电子探针的制备方法的进一步特征，所述前体的化学结构为：
根据本发明所述的正电子探针的制备方法的进一步特征，所述淋洗QMA柱的溶液包括：12.0mg 4,7,13,16,21,24-六氧-1,10-二氮双环[8.8.8]二十六烷溶于 0.9mL乙腈，3.0mgK2CO3或者4.3mg KHCO3溶于0.1mL水。
优选地，所述溶解前体所用的溶剂是选自：无水乙腈、无水二甲基亚砜 (DMSO)或无水N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中一种或几种混合。
优选地，反应温度为90℃，反应时间为15min。
根据本发明所述的正电子探针的制备方法的进一步特征，所述半制备HPLC 分离条件为：C-18柱，流动相包括A相和B相，A相为水溶液，B相为乙腈， A相溶液与B相溶液的体积比为3：2，总流速为4mL/min。
本发明所述的正电子探针的制备方法简单、快速，可通过放射性合成模块进行自动化合成，且产率高、比活度大，可满足科学研究与临床试验需求。
本发明还提供了所述的正电子探针的用途，具体是所述正电子探针用于制备肿瘤PET显像的试剂的应用。
附图说明
图1是正电子探针18FC2H4OC2H4OTs及参比化合物FC2H4OC2H4OTs的 HPLC图谱。
图2是正电子探针18FC2H4OC2H4OTs的体外稳定性实验结果。
图3为实施例3的18FC2H4OC2H4OC2H4OTs在Balb/c小鼠体内的生物分布图。
图4是正电子探针18FC2H4OC2H4OTs在荷瘤鼠A549模型中PET/CT显像图。
具体实施方式
下面通过实验并结合实施例对本发明作进一步说明，这些实施例仅用于例证目的，但不限制本发明的保护范围。
实施例1：探针18FC2H4OC2H4OTs的制备
1)应用医用回旋加速器轰击18O水，通过18O(p n)18F核反应生产得到500 mCi 18F，并传导于阴离子交换柱中，测定活度并用1mL混合溶液(12.0mg 4,7,13,16,21,24-六氧-1,10-二氮双环[8.8.8]二十六烷(K2.2.2.)加3.0mg K2CO3溶于0.15mL水和1.35mL乙腈)将18F淋洗到反应瓶中；
2)向反应瓶中不断吹入高纯氦气，110℃下共沸除水，吹干；
3)将5mg二乙二醇双(甲苯磺酸酯)前体溶于1mL乙腈，加入反应瓶中， 90℃反应15min；
4)反应结束后冷却，利用半制备HPLC分离纯化，分离条件为：C-18柱，流动相包括A相和B相，A相为水溶液，B相为乙腈，A相溶液与B相溶液体积比例为3：2，总流速为4mL/min。收集目标峰，加入100mL水稀释后过Sep-Par C-18柱，吹干，用2mL乙醇淋洗C-18柱，收集淋洗液，既得目标正电子探针:18FC2H4OC2H4OTs。
探针未衰减校正产率为35±5％，放射化学纯度大于99％。图1是实施例1 制备正电子探针18FC2H4OC2H4OTs的放射性HPLC图谱，此分析型HPLC色谱条件为：C-18柱，流动相包括A相和B相，A相为水溶液，B相为乙腈，A相溶液与B相溶液体积比例为1：1，总流速为1mL/min，目标显像剂出峰时间为 7.87min。
实施例2：参比化合物FC2H4OC2H4OTs的制备
二乙二醇双(甲苯磺酸酯)0.41g(1mM)溶于10mL四氢呋喃溶剂中，73℃搅拌加热回流，分五批加入四丁基氟化铵的1M四氢呋喃溶液1mL，反应2h后结束反应，加入100mL水，用30mL乙酸乙酯分两次萃取，静置分层，浓缩有机相，过硅胶柱分离得无色或浅黄色液体0.17g，产率67.5％。进行1HNMR和质谱确证。利用参比化合物在实施例1相同液相条件下进行HPLC分析，以确证目标探针准确性，其HPLC紫外图谱如图1所示。
实施例3：探针18FC2H4OC2H4OC2H4OTs的制备
1)应用医用回旋加速器轰击18O水，通过18O(p n)18F核反应生产得到500 mCi18F，并传导于阴离子交换柱中，测定活度并用1mL混合溶液(12.0mg 4,7,13,16,21,24-六氧-1,10-二氮双环[8.8.8]二十六烷(K2.2.2.)加3.0mg K2CO3溶于0.15mL水和1.35mL乙腈)将18F淋洗到反应瓶中；
2)向反应瓶中不断吹入高纯氦气，110℃下共沸除水，吹干；
3)将5mg三乙二醇双(甲苯磺酸酯)前体溶于1mL乙腈，加入反应瓶中， 110℃反应10min；
4)反应结束后冷却，利用半制备HPLC分离纯化，分离条件为：C-18柱，流动相包括A相和B相，A相为水溶液，B相为乙腈，A相溶液与B相溶液体积比例为3：2，总流速为4mL/min。收集目标峰，加入100mL水稀释后过Sep-Par C-18柱，吹干，用2mL乙醇淋洗C-18柱，收集淋洗液，既得目标正电子探针:18FC2H4OC2H4OC2H4OTs。
探针未衰减校正产率为25±5％，放射化学纯度大于99％。
实施例4：18FC2H4OC2H4OTs的体外稳定性实验
为了检测显像剂在体外的稳定性，分别考查了探针18FC2H4OC2H4OTs在PBS (pH＝7.4)与小鼠血清中的稳定性。取2mL PBS(pH＝7.4)缓冲液与50μCi显像剂充分混合，在孵箱中37℃孵育2h，取少量溶液，通过HPLC检测显像剂稳定性，以上实验重复4次。
Babl/c小鼠摘眼取血1.5mL离心取上层血清，加入100μCi显像剂充分混合，在孵箱中37℃孵育2h后，用高速离心机12000转/分下离心5min，取上清液进行HPLC分析显像剂的体外稳定性，以上实验重复4次。
结果发现18FC2H4OC2H4OTs在PBS与血清中孵育2h后均以100％的原型稳定存在。图2是实施例1制备得到的18FC2H4OC2H4OTs体外稳定性实验结果，分析HPLC条件为：C-18柱，流动相包括A相和B相，A相为水溶液，B相为乙腈，A相溶液与B相溶液体积比例为1：1，总流速为1mL/min。
实施例5：18FC2H4OC2H4OTs的脂水分配系数系数测定
脂水分配系数(Log P)是化合物的一项基本物理化学性质，尤其是药物化学中非常重要的研究参数，是一个影响药物在体内的吸收、分布、代谢和消除的重要因素。取10μL配制好的18FC2H4OC2H4OTs注射液于装有1mL正辛醇与990 μL水的2.5mL离心管中，密闭置于干式恒温器中常温震荡10min，静置10min 使两相分层，用移液器从两相中分别各取500μL置于γ计数管中，用γ计数器测定计数。平行进行两批次实验，每批重复三次。据以下公式计算得到Log P值：
通过放射性技术方法测定18FC2H4OC2H4OTs的脂水分配系数log P为1.443 ±0.043,说明显像剂为脂溶性物质，预测体内摄取与显像中主要经肝脏代谢。
实施例6：正常鼠18FC2H4OC2H4OC2H4OTs的体内生物分布
取4只正常Balb/c小鼠分别经尾静脉注射30μCi实施例3的18FC2H4OC2H4OC2H4OTs，正常饲养摄取2h，处死小鼠，取血及脑、心、肺、肝脏、肾脏等主要脏器与组织称重并进行γ计数，研究探针18FC2H4OC2H4OC2H4OTs 在小鼠体内的生物分布情况。
实施例3的18FC2H4OC2H4OC2H4OTs在Balb/c小鼠体内的生物分布如图3 所示。由图可知：18FC2H4OC2H4OC2H4OTs主要经肝肠代谢，肾脏也有部分代谢。
实施例7：荷瘤鼠18FC2H4OC2H4OTs的Micro PET显像
人肺癌细胞A549以5×106/只的密度进行裸鼠皮下接种，待肿瘤直径生长至 5-10mm时，进行显像剂18FC2H4OC2H4OTs的1h Micro PET显像研究，结果如图 4所示，显示放射性显像剂明显浓聚于肿瘤部位，同时肿瘤部位摄取量明显高于肌肉、骨骼、肺、脑等器脏或组织。定量分析结果显示，肿瘤/肌肉比值为2.12±0.17，肿瘤(Max)/肌肉比值为2.95±0.22。显像结果表明探针能靶向特异性摄取于肿瘤部位，具有较好的靶/非靶比值，图像病灶与背景组织对比明显，具有较好的研究及应用前景。
以上所述仅为本发明优选实施例，对本发明而言仅具有说明性，但非限制性；相关领域普通技术人员可理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多修改或者等效变更，但均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种正电子探针，其特征在于：所述的正电子探针为18F标记的正电子探针，其化学结构式为
2.根据权利要求1所述的正电子探针的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：用1.5mL淋洗液淋洗18F被捕获的QMA柱，收集淋洗液到反应瓶中，加热110℃并不断吹入高纯氮气，共沸除去H2O；将1mL溶有5mg前体的混合溶液加入到反应瓶，90-110℃反应10-15min；冷却后经半制备高效液相(HPLC)分离得到目标产物。
3.根据权利要求2所述的正电子探针的制备方法，其特征在于，所述前体的化学结构为：
4.根据权利要求2所述的正电子探针的制备方法，其特征在于，所述淋洗QMA柱的溶液包括：12.0mg 4,7,13,16,21,24-六氧-1,10-二氮双环[8.8.8]二十六烷溶于0.9mL乙腈，3.0mgK2CO3或者4.3mg KHCO3溶于0.1mL水。
5.根据权利要求2所述的正电子探针的制备方法，其特征在于，所述溶解前体所用的溶剂是选自：无水乙腈、无水二甲基亚砜(DMSO)或无水N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中一种或几种混合。
6.根据权利要求2所述的正电子探针的制备方法，其特征在于，反应温度为90℃，反应时间为15min。
7.根据权利要求2所述的正电子探针的制备方法，其特征在于，所述半制备HPLC分离条件为：C-18柱，流动相包括A相和B相，A相为水溶液，B相为乙腈，A相溶液与B相溶液的体积比为3：2，总流速为4mL/min。
8.根据权利要求1所述正电子探针用于制备肿瘤PET显像的试剂的应用。
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