CN112043838B - 一种ace2受体靶向核素多肽探针及其制备方法和应用 - Google Patents
一种ace2受体靶向核素多肽探针及其制备方法和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于放射性药物及核医学领域,涉及一种ACE2受体靶向核素多肽探针及其制备方法和应用,该探针为具有放射性核素标记的DX600或BFC‑DX600,其中,所述BFC为放射性核素标记用双功能螯合剂。本发明的探针不仅能够用于冠状病毒易感人群的筛选,还能够用于恶性肿瘤的鉴别诊断、分期、病灶的精确定位和疗效监测。
Description
技术领域
本发明属于放射性药物及核医学领域,更具体地,涉及一种ACE2受体靶向核素多肽探针,该ACE2受体靶向核素多肽探针的制备方法,以及其在核医学成像和治疗中的多种用途。
背景技术
冠状病毒病(COVID-19)是由严重急性呼吸系统综合症冠状病毒2型 (SARS-CoV-2)所引发的疾病,严重影响人体健康。
现有相关研究发现新型冠状病毒2019-nCoV通过S-蛋白与人ACE2(血管紧张素转换酶2)进行相互作用,从而感染人的呼吸道上皮细胞。且有相关研究表明2019-nCoV是通过与SARS冠状病毒感染人类相同受体:ACE2入侵人体,而细胞蛋白酶TMPRSS2用于2019-nCoV-S引发。
ACE2作为跨膜蛋白,是某些冠状病毒进入细胞的主要入口点,包括 HCoV-NL63、SARS-CoV(引起SARS的病毒)和SARS-CoV-2(引起COVID-19 的病毒)。更具体而言,SARS-CoV和SARS-CoV-2的突刺蛋白(S1蛋白)与细胞表面ACE2的酶促结构域的结合会导致病毒和酶的内吞和转运,从而进入细胞内。该进入过程还需要宿主丝氨酸蛋白酶TMPRSS2引发S蛋白的启动,目前抑制该蛋白酶的方案正作为潜在的治疗方法在研究当中。
ACE-2不仅在肺部表达,在胃肠、肝肾、生殖系统中也有较高表达。由于人个体差异(种族、健康等),通过分子影像手段,在体、实时、无创了解人体ACE-2表达全局,对于明确易感人群,进而有效的保护和护理,更好的进行疫情防控具有重要意义。此外,已有证据研究表明ACE-2在多种实体肿瘤(如:结直肠癌、肾癌、胰腺癌、胃癌、肝癌、卵巢癌、睾丸癌等)有较高表达。因此,针对ACE-2的显像还可用于多种实体肿瘤等疾病的鉴别诊断、分期、病灶的精确定位和疗效监测。
DX600(分子量:MW:3074.36;CAS#:478188-26-0)是一种具有高亲和力且选择性作用于ACE2(Ki=2.8nmol)的多肽,对同源ACE无交叉。具有作为ACE-2探针的潜力。
发明内容
本发明的目的是提供ACE2受体靶向核素多肽探针及其制备方法和应用。该探针为放射性标记的DX600,标记的化合物与肿瘤有很好的亲和力和选择性。本发明的标记方法简单、操作方便、耗时短、标记率高、标记物稳定。本发明的探针不仅能够用于冠状病毒易感人群的筛选,还能够用于恶性肿瘤的鉴别诊断、分期、病灶的精确定位和疗效监测。
为了实现上述目的,本发明提供一种ACE2受体靶向核素多肽探针,该探针为具有放射性核素标记的DX600或BFC-DX600,其中,所述BFC为放射性核素标记用双功能螯合剂;所述DX600具有式I所示的结构。
本发明的ACE2受体靶向核素多肽探针中,所述双功能螯合剂可以为常规的各种用于放射性核素标记的双功能螯合剂,优选为DOTA、NOTA、NODGA、 NODA、DOTP、TETA、ATSM、PTSM、EDTA、EC、HBEDCC、DTPA、SBAD、BAPEN、 Df、DFO、TACN、NO2A/NOTAM、CB-DO2A、Cyclen、NOTA-AA、DO3A或DO3AP。
本发明的ACE2受体靶向核素多肽探针中,所述放射性核素既可以为诊断用放射性核素,也可以为治疗用放射性核素。所述诊断用放射性核素优选为68Ga、18F、64Cu、124I、111In和89Zr中的至少一种;所述治疗用放射性核素优选为90Y、177Lu、225Ac、124/125I和213Bi中的至少一种。
DX600的氨基酸序列如SEQ ID NO:1所示,其中,6位Cys的巯基与 17位Cys的巯基形成二硫键,Gly-Asp-Tyr-Ser-His-Cys-Ser-Pro-Leu-Arg- Tyr-Tyr-Pro-Trp-Trp-Lys-Cys-Thr-Tyr-Pro-Asp-Pro-Glu-Gly-Gly-Gly- NH2(SEQ ID NO:1)。
根据本发明一种具体实施方式,所述探针为68Ga、111In、177Lu标记的 DOTA-DX600,或18F、64Cu标记的NOTA-DX600/NODGA-DX600,或124/125I标记的DX600。具体优选地,所述探针为68Ga-DOTA-DX600、111In-DOTA-DX600、177Lu-DOTA-DX600、64Cu-NOTA-DX600,或124/125I-DX600。
本发明的第二方面提供上述ACE2受体靶向核素多肽探针的制备方法,包括以下步骤:
将标记前体BFC-DX600或DX600、放射性核素洗脱液和缓冲液混合,进行放射性核素的标记,得到具有放射性核素标记的DX600或BFC-DX600,当标记率不足时,可任选地进行分离纯化,例如用Sep-pak C18 Column分离纯化,纯化后的探针放射化学纯度可大于95%,优选大于98%。
其中,所述标记前体BFC-DX600由BFC与DX600进行酰胺化反应制得。
本发明中的前体DX600可合成得到或商购获得。根据本发明一种具体实施方式,前体DX600是用Fmoc法固相萃取多肽的方法在CS Bio CS336 仪器上合成得到的。
放射性核素洗脱液(淋洗液)可通过本领域常规的方法制得,例如,68Ga 的淋洗液为HCL对锗-镓发生器进行淋洗所得淋洗液,本发明对此没有特别限定。
根据本发明,优选地,所述缓冲液为NaAc缓冲液或PBS缓冲液。
根据所标记的放射性核素类型不同,所述放射性核素的标记包括以下步骤:
(a)68Ga对多肽的标记:
向标记前体DOTA-DX600中加入0.8-1.2M NaAc缓冲液和7.4-740MBq 的68GaCl3洗脱液,95-100℃反应15-25min,反应所得产物任选地用Sep-pak C18 Column分离纯化,得到68Ga-DOTA-DX600;优选得到的68Ga-DOTA-DX600 放射化学纯度大于95%;
(b)111In对多肽的标记:
向标记前体DOTA-DX600中加入0.8-1.2M NaAc缓冲液,20-300MBq的111InCl3洗脱液,80-90℃反应15-25min,反应所得产物任选地用Sep-pak C18 Column分离纯化,得到111In-DOTA-DX600;优选得到的111In-DOTA-DX600放射化学纯度大于98%;
(c)177Lu对多肽的标记:
标记前体DOTA-DX600中加入0.8-1.2M NaAc缓冲液,0.04-0.06M HCl, 35-400MBq的177LuCl3洗脱液,95-100℃反应15-25min,反应所得产物任选地用Sep-pak C18 Column分离纯化,得到177Lu-DOTA-DX600;优选得到的177Lu-DOTA-DX600放射化学纯度大于95%;
(d)64Cu对多肽的标记:
标记前体DOTA-DX600中加入0.08-0.12M NaAc缓冲液,150-200MBq 的64CuCl2洗脱液,95-100℃反应15-25min,反应所得产物任选地用Sep-pak C18 Column分离纯化,得到64Cu-DOTA-DX600;优选得到的64Cu-DOTA-DX600 放射化学纯度大于95%;
(e)Al18F对多肽的标记:
标记前体DOTA-DX600中加入0.4-0.6M KHP缓冲液,1-2mM AlCl3, 150-200MBq的Na18F洗脱液,105-115℃反应15-25min,反应所得产物任选地用Sep-pak C18 Column分离纯化,得到Al18F-NOTA-DX600;优选得到的Al18F-NOTA-DX600放射化学纯度大于95%。
通过上述方法制得的探针可通过以下质控方法检验:以HPLC测定所述探针的放射性纯度,HPLC分析条件为:色谱分析柱为C-18柱,4.6×250mm,流动相A为质量百分比0.1%的三氟乙酸TFA的水溶液,流动相B为质量百分比0.1%三氟乙酸TFA的乙腈溶液,流速1mL/min;梯度洗脱条件为0-10min 所述流动相B由20%增加到65%,检测波长280nm。放射性检测采用HPLC专用放射性探测器。
本发明的ACE2受体靶向核素多肽探针具有多种用途,例如,可用于制备靶向ACE2的显像剂,也可用于制备冠状病毒易感人群筛选试剂。该显像剂可在体、实时、无创了解人体ACE2表达全局,进而明确新冠肺炎病毒易感人群,可对新冠肺炎治疗过程中ACE2的变化进行实时监测,对于有效的保护和护理具有指导意义。
本发明的ACE2受体靶向核素多肽探针还可用于制备肿瘤诊断试剂和/ 或肿瘤治疗药物。该探针对肿瘤具有良好的靶向性,可提高肿瘤显像的效果,为肿瘤鉴别诊断、肿瘤分期、病灶精确定位和疗效监测提供了一种可视化工具,并能实现肿瘤放射靶向治疗,是一种诊疗一体化显像剂。
本发明创新性地将DX600任选地进行BFC修饰,而后实现多种放射性核素的标记,标记后获得相应探针。这些探针不仅能够用于冠状病毒(如 2019nCov,SARS)易感人群的筛选,还能够用于ACE2受体高表达恶性肿瘤的诊断,有望为治疗过程患者筛选、疗效监测、耐药性和/或复发转移提前预警,实现靶向药物在恶性肿瘤治疗中的个体化治疗。本发明的探针属于多肽的标记化合物,具有分子量小,免疫原性低,良好的组织穿透能力和 ACE2高亲和力和选择性,具有良好的应用前景。本发明显像剂制备工艺简单、操作方便、耗时短、标记率高、标记物稳定,便于临床、科研及药物开发的进一步应用。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述,本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。
图1A和图1B分别为DOTA-DX600的HPLC及质谱质量控制图。
图2示出了采用Radio-HPLC测定68Ga-DOTA-DX600放射性纯度结果。
图3示出了小鼠注射68Ga-DOTA-DX600后不同时间点各脏器放射性摄取结果。
图4示出了小鼠注射68Ga-DOTA-DX600后的Micro-PET/MR分析图。
图5示出了大鼠注射68Ga-DOTA-DX600后的PET/MR分析图。
图6示出了家兔注射68Ga-DOTA-DX600后的PET/MR分析图。
图7示出了大鼠注射68Ga-DOTA-DX600后的Micro-PET/CT动态显像图。
图8示出了健康志愿者注射68Ga-DOTA-DX600后的Micro-PET/CT动态显像图。
图9示出了HepG2荷瘤小鼠注射68Ga-DOTA-DX600后的Micro-PET/CT 动态显像图。
图10示出了大鼠注射64Cu-NOTA-DX600后的Micro-PET/CT动态显像图。
图11示出了雄性大鼠注射Al18F-NOTA-DX600后的Micro-PET/CT动态显像图。
图12示出了小鼠注射177Lu-DOTA-DX600后的Micro-SPECT显像图。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式,然而应该理解,可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。
实施例1
本实施例用于说明前体DOTA-DX600的制备。
DX600采用Fmoc法固相萃取多肽的方法在CS Bio CS336仪器上合成。称取50mgDOTA/NOTA溶于5mL水中,9.5mg 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)溶于1mL水中,将两者混合。用0.1moL/L NaOH将 pH值调至5,反应10min。将反应瓶移至冰浴中,继续反应30min。称取25mg DX600溶于3mL水中,加入上述反应液中,再用0.1moL/L NaOH将反应液 pH值调至8.5,反应过夜。反应结束后,经透析、冻干,得到固体DOTA-DX600,结构式如式II所示,装瓶封口后在-20℃下保存。DOTA-DX600的HPLC及质谱质量控制分别如图1A和图1B所示。
实施例2
本实施例用于说明68Ga-DOTA-DX600的标记。
(1)68Ga的淋洗:用注射器取4mL 0.05moL/L HCL对锗-镓发生器进行淋洗,淋洗速度为1-2mL/min,前1mL HCL弃用,收集剩下的3mL淋洗液,记录放射性活度。
(2)取实施例1制得的前体DOTA-DX600,用DMF溶解,配制成5mg/mL 溶液,取4μL配制好的样品于安培瓶中,加入3mL 92.5MBq步骤(1)中新鲜淋洗的68Ga,然后加入65μL/mL1.0M醋酸钠溶液调pH至3.5-4.5,轻轻震荡混匀,并置于95℃的孵育器中,静置20min。
(3)将体系用2mL注射器取出并计量,然后加入活化的Sep-pak C-18 柱中,以3.0mL纯水淋洗杂质并弃去。采用0.2μm微孔滤膜,以1.0mL 80%的乙醇溶液收集到无菌真空瓶中,即得到产品-放射性68Ga-DOTA-DX600。
HPLC分析条件:色谱分析柱为C-18柱(4.6×250mm),进样体积为10 μL,流动相A为含质量百分比0.1%三氟乙酸TFA的纯水,B为含质量百分比0.1%三氟乙酸TFA的乙腈,流速1mL/min;梯度洗脱条件为0-10min B 由20%增加到65%,检测波长280nm,放射性检测采用HPLC专用放射性探测器。68Ga-DOTA-DX600用Radio-HPLC测定放射性,测定结果如图2所示,纯度为95%以上。
实施例3
本实施例用于说明68Ga-DOTA-DX600在小鼠中的生物分布。
经小鼠尾静脉注射0.2mL(1.85MBq)68Ga-DOTA-DX600(实施例2制得),分别于5min、30min、60min、120min处死小鼠(每组3只),收集血、脑、心、肝、脾、肺、肾、胃、大肠、小肠、肌肉,称重后用γ计数器测放射性计数,并计算各脏器和组织的摄取量(%ID/g),实验结果以SD表示。注射68Ga-DOTA-DX600后不同时间点各脏器放射性摄取见图3,68Ga-DOTA-F56 主要通过肾代谢。
Micro-PET/MR的分析结果如图4所示,A1-A4为注射68Ga-DOTA-DX600 后30min的Micro-PET/MR分析结果,B1-B4为注射68Ga-DOTA-DX600后90min 的Micro-PET/MR分析结果,C1-C4为过量cold co-injection注射后30min 的Micro-PET/MR分析结果,D1-D4为过量cold co-injection注射后90min 的Micro-PET/MR分析结果。由图可以看出,68Ga-DOTA-DX600在肺部组织中有明显的放射性摄取;并且,68Ga-DOTA-DX600在肺部组织的摄取能够被过量cold co-injection明显阻断。说明68Ga-DOTA-DX600的摄取具有特异性。
实施例4
本实施例用于说明68Ga-DOTA-DX600大鼠PET/CT显像。
经大鼠尾静脉注射1.0mL(30MBq)68Ga-DOTA-DX600(实施例2制得)。进行图像重建,对Micro-PET扫描所得全身衰变校正冠状图感兴趣区(ROI)。结果如图5所示,大鼠肾脏有较高摄取,肝脏、心脏、肺中有摄取。说明68Ga-DOTA-DX600可以作为一种良好的大鼠PET显像剂。
实施例5
本实施例用于说明68Ga-DOTA-DX600家兔PET/CT显像。
经家兔耳缘静脉注射2.0mL(45MBq)68Ga-DOTA-DX600(实施例2制得)。进行图像重建,对PET/CT扫描所得全身衰变校正冠状图感兴趣区(ROI)。结果如图6所示,68Ga-DX600在家兔肾脏摄取最高,肝、肺、心脏中较高,在脑、肌肉中摄取较低。说明68Ga-DOTA-DX600可以作为一种良好的家兔PET 显像剂。
实施例6
本实施例用于说明68Ga-DOTA-DX600大鼠Micro-PET/CT动态显像
经大鼠尾静脉注射1.0mL(30MBq)68Ga-DOTA-DX600(实施例2制得),进行动态图像重建,对Micro-PET扫描所得全身衰变校正冠状图感兴趣区 (ROI)。结果如图7所示,借助于CT能够明显观察到在大鼠主要脏器(包括肺部)的摄取。说明68Ga-DOTA-DX600可以作为一种良好的大鼠Micro-PET/CT显像剂。
实施例7
本实施例用于说明68Ga-DOTA-DX600健康志愿者PET/CT动态显像。
进行了68Ga-DOTA-DX600在健康女性志愿者的首例次PET/CT动态扫描,经静脉注射5.0mL(计量为患者体重的5%)68Ga-DOTA-DX600(实施例2制得),进行动态图像重建,结果如图8所示,明显观察到志愿者肾脏、膀胱和部分血管中的摄取。说明68Ga-DOTA-DX600在人类体内也可以作为一种良好的 Micro-PET/CT显像剂。
实施例8
本实施例用于说明68Ga-DOTA-DX600 HepG2荷瘤小鼠Micro-PET/CT显像。
经HepG2荷瘤小鼠尾静脉注射0.4mL(30MBq)68Ga-DOTA-DX600(实施例2制得),进行图像重建,结果如图9所示,Crossmaker明显定位了肿瘤高摄取区域。
实施例9
本实施例用于说明64Cu-NOTA-DX600的制备。
取50μL 64CuCl2(185MBq)于微量离心管(EP)中,依次加入200μL NaAc缓冲溶液(0.1mol/L,pH=5.5)和5μL NOTA-DX600(2mg/mL,实施例1制得),混合均匀后于95℃反应15min。反应完成后,采用 Light柱纯化样品,先使用无水乙醇和去离子水各10mL活化C18柱,再用含3mL生理盐水的注射器抽取样品过C18柱,冲洗出杂质,用0.5mL80%乙醇收集样品,得到的64Cu-DOTA-DX600放射化学纯度大于95%。真空蒸发乙醇后,将最终产物64Cu-NOTA-DX600在水中的溶液通过0.22μm无菌滤膜,然后进行动物实验。
实施例10
本实施例用于说明64Cu-NOTA-DX600大鼠Micro-PET/CT显像
经大鼠尾静脉注射1.0mL(30MBq)64Cu-NOTA-DX600(实施例9制得),进行动态图像重建,对Micro-PET扫描所得全身衰变校正冠状图感兴趣区(ROI)。结果如图10所示,可以观察到64Cu-NOTA-DX600探针在大鼠胆囊、脾脏、肾脏、小肠中的特异性摄取。说明64Cu-NOTA-DX600可以作为一种良好的Micro-PET/CT显像剂。
实施例11
本实施例用于说明Al18F-NOTA-DX600的制备
取100μL Na18F(185MBq)于微量离心管(EP)中,依次加入10μL KHP 缓冲溶液(0.5mol/L)、6μL AlCl3(2mM)的KHP溶液(0.05mol/L)和 10μL NOTA-DX600(2.5mM,实施例1制得),混合均匀后于110℃反应15min。反应完成后,采用Light柱纯化样品,先使用无水乙醇和去离子水各10mL活化C18柱,再用含3mL生理盐水的注射器抽取样品过C18柱,冲洗出杂质,用0.6mL 80%乙醇收集样品。真空蒸发乙醇后,将最终产物 Al18F-NOTA-DX600在水中的溶液通过0.22μm无菌滤膜,然后进行动物实验。
实施例12
本实施例用于说明Al18F-NOTA-DX600雄性大鼠Micro-PET/CT显像
经雄性大鼠尾静脉注射1.0mL(30MBq)Al18F-NOTA-DX600(实施例11 制得),进行动态图像重建,对Micro-PET扫描所得全身衰变校正冠状图感兴趣区(ROI)。结果如图11所示,可以观察到探针在雄性大鼠睾丸、部分小肠段中的特异性摄取。说明该标记物可以作为一种良好的Micro-PET/CT 显像剂。
实施例13
本实施例用于说明177Lu-DOTA-DX600的制备。
取1.0ml 0.05M HCl溶液,加入1M NaAc 65μL,调节pH至4.0 左右,作为反应的NaAc缓冲液。取出2μL的177Lu(2mCi)于18μL上述NaAc缓冲液中,稀释至0.08mCi/ml待用。取出200μL的NaAc缓冲液,向其中加入实施例1制备的DOTA-DX600溶液2μL(DOTA-DX600相当于10μg)。向其中加入10μL约0.8mCi左右177Lu的NaAc缓冲液。控温100℃反应15min。Radio-HPLC分析,其标记率>98%。
实施例14
本实施例用于说明177Lu-DOTA-DX600小鼠Micro-SPECT显像。
经小鼠尾静脉注射1.0mL(30MBq)177Lu-DOTA-DX600(实施例13制得),进行动态图像重建,对Micro-SPECT扫描所得全身衰变校正冠状图感兴趣区(ROI)。结果如图12所示,可以观察到探针在小鼠肾脏、肝脏的特异性摄取。说明该标记物可以作为一种良好的Micro-SPECT显像剂。
以上已经描述了本发明的各实施例,上述说明是示例性的,并非穷尽性的,并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下,对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (7)
2.权利要求1所述的ACE2受体靶向核素多肽探针的制备方法,包括以下步骤:
将标记前体BFC-DX600、放射性核素洗脱液和缓冲液混合,进行放射性核素的标记,得到具有放射性核素标记的BFC-DX600,并任选地进行分离纯化;
其中,所述标记前体BFC-DX600由BFC与DX600进行酰胺化反应制得。
3.根据权利要求2所述的制备方法,其中,所述缓冲液为NaAc缓冲液或PBS缓冲液;
所述放射性核素的标记包括以下步骤:
(a)68Ga对多肽的标记:
向标记前体DOTA-DX600中加入0.8-1.2M NaAc缓冲液和7.4-740 MBq的68GaCl3洗脱液,95-100℃反应15-25 min,反应所得产物任选地用Sep-pak C18 Column分离纯化,得到68Ga-DOTA-DX600;
(c)177Lu对多肽的标记:
标记前体DOTA-DX600中加入0.8-1.2M NaAc缓冲液,0.04-0.06 M HCl,35-400 MBq的177LuCl3洗脱液,95-100℃反应15-25 min,反应所得产物任选地用Sep-pak C18 Column分离纯化,得到177Lu-DOTA-DX600;
(d)64Cu对多肽的标记:
标记前体NOTA-DX600中加入0.08-0.12M NaAc缓冲液,150-200 MBq的64CuCl2洗脱液,95-100℃反应15-25 min,反应所得产物任选地用Sep-pak C18 Column分离纯化,得到64Cu-NOTA-DX600;
(e)Al18F对多肽的标记:
标记前体NOTA-DX600中加入0.4-0.6M KHP缓冲液,1-2 mM AlCl3,150-200 MBq的Na18F洗脱液,105-115℃反应15-25 min,反应所得产物任选地用Sep-pak C18 Column分离纯化,得到Al18F-NOTA-DX600。
4.根据权利要求3所述的制备方法,其中,
步骤(a)中,得到的68Ga-DOTA-DX600放射化学纯度大于95%;
步骤(c)中,得到的177Lu-DOTA-DX600放射化学纯度大于95%;
步骤(d)中,得到的64Cu-DOTA-DX600放射化学纯度大于95%;
步骤(e)中,得到的Al18F-NOTA-DX600放射化学纯度大于95%。
5.权利要求1所述的ACE2受体靶向核素多肽探针在制备靶向ACE2的显像剂中的应用。
6.权利要求1所述的ACE2受体靶向核素多肽探针在制备冠状病毒易感人群筛选试剂中的应用。
7.利要求1所述的ACE2受体靶向核素多肽探针在制备肿瘤诊断试剂和/或肿瘤治疗药物中的应用;所述肿瘤诊断包括肿瘤分期、病灶定位、疗效监测。
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