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Bereich der Erfindung
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Die
Erfindung liegt auf dem Gebiet der nucleophilen Fluorierung einer
Substanz, insbesondere zur Synthese einer 18F-markierten
Substanz für
eine Untersuchung mit Hilfe eines Positronen-Emissions-Tomographen.
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Hintergrund
der Erfindung
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Die
Positronen-Emissions-Tomographie (PET) ist eine nukleare Medizintechnik,
bei der radiopharmazeutische Mittel genutzt werden, die aus biologisch
relevanten Molekülen,
welche mit Positronen emittierenden Isotopen markiert sind, gebildet
werden. PET wird verwendet, um Stoffwechselprozesse und physiologische
Vorgänge
zu untersuchen. Aufgrund der Nutzung der Analyse der Strahlung von kurzlebigen
Radioisotopen von Elementen, die sich im menschlichen Körper befinden,
liefert PET zusätzliche
Informationen zu anderen diagnostischen Verfahren wie beispielsweise
die Computer basierte Tomographie oder Untersuchungen mit Hilfe
von Magnetresonanz. PET-Radiopharmaka nehmen an biochemischen Reaktionen
des Körpers
mit einer für den
Menschen nicht kritischen Dosis teil.
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Die
Nutzbarkeit von PET hängt
wesentlich von der Verfügbarkeit
nichttoxischer Radiopharmaka ab. Als eines der bevorzugten Radioisotope
hat sich Fluor-18 (18F) erwiesen, weil seine
Zerfallsenergie von 0,64 MeV eine hohe inhärente Auflösung während PET-Messungen ermöglicht. 18F hat darüber hinaus eine vorteilhafte
Halbwertszeit von 109,8 min. Erfolgreich angewendet wurde bisher
insbesondere 2-[18F]Fluor-2-desoxy-D-glucose
([18F]FDG). Diese Markierungssubstanz wird
weltweit für
verschiedenste Anwendungen genutzt. [18F]FDG
ist eine mit 18F markierte. Zuckerverbindung,
die einem Patienten ohne weiteres verabreicht werden kann. [18F]FDG wird von wachsenden Krebszellen,
dem Gehirn oder Herzmuskeln ohne weiteres verarbeitet. Die beschriebenen
Eigenschaften von [18F]FDG haben dazu geführt, daß es erfolgreich
in der Nuklearmedizin eingesetzt wird. Die Nutzung von PET in klinischen
Anwendungen hat dazu geführt,
daß Vorrichtungen
zum Synthetisieren von Radiopharmaka wie [18F]FDG
entwickelt wurden.
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Die
Veröffentlichung
von N. Satyamurthy: Electronic Generators for the Production of
Positron-Emitter labeled Radiopharmaceuticals: Where would PET be
without them?, Clinical Positron Imaging, Vol. 2, Nr. 5, Seiten
233–253,
1999, beschreibt überblicksartig
verschiedene Vorrichtungen zur automatisierten FDG-Synthese.
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In
der Druckschrift
US 5,932,178 ist
ein FDG-Synthesemodul mit einer Säule offenbart, die mit einem
polymergestützten
Katalyseharz gefüllt
ist. In der Druckschrift
US 5,808,020 sind
eine optische Reaktionszelle und eine Lichtquelle für Verfahren
zur Synthese von
18F-markierten eines Radiotracern unter
Verwendung von [
18F]Fluorid beschrieben.
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In
der Druckschrift WO 02/36581 werden neuartige radiopharmazeutische
Mittel beschrieben, die an den CCR1-Rezeptor binden, welcher in
Verbindung mit der Alzheimer Krankheit in Gehirnbereichen von Patienten
auftritt.
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Aufgrund
der Suche nach neuartigen geeigneten Radiopharmaka, die auf neuen
Syntheseverfahren beruhen, besteht Bedarf für Vorrichtungen, die zur Synthese
der Radiopharmaka genutzt werden können.
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Die Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist es deshalb, eine verbesserte Vorrichtung und eine
verbessertes Verfahren zum nucleophilen Fluorieren anzugeben, die (das)
eine anwendungsabhängige
Synthese von nucleophil fluorierten Substanzen in einer An und Weise ermöglicht,
die für
flexible klinische Anwendungen geeignet ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Vorrichtung nach dem unabhängigen
Anspruch 1 und ein Verfahren nach dem unabhängigen Anspruch 9 gelöst.
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Eine
zum nucleophilen Fluorieren einer Substanz genutzte Vorrichtung,
insbesondere zur Synthese einer 18F-markierten
Substanz für
eine Untersuchung mit Hilfe eines Positronen-Emissions-Tomographen, umfaßt eine
Anionen-Austauscheinrichtung zum Extrahieren von [18F]Fluoridionen
mittels Adsorption aus einem Target-Fluid, wobei die Anionen-Austauscheinrichtung über eine
Zuführeinrichtung
mit dem Target-Fluid beladen werden kann, und einer Meßeinrichtung
mit einer Meßkammer
zum Messen einer Ausgangsradioaktivität der [18F]Fluoridionen.
Hierbei ist die Anionen-Austauscheinrichtung zumindest teilweise
in der Meßkammer
der Meßeinrichtung
angeordnet. Dieses hat den Vorteil, daß die Ausgangsradioaktivität der [18F]Fluoridionen gemessen werden kann, während sich
diese in der Anionen-Austauscheinrichtung
befinden. Es treten keine Verluste durch ein zusätzliches Sammelgefäß für das Target-Fluid
auf.
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Bei
einer zweckmäßigen Weiterbildung
der Erfindung ist ein Gefäß zum Aufnehmen
eines nucleophil fluorierten Reaktionsproduktes vorgesehen, wobei
das Gefäß zumindest
teilweise in der Meßkammer
der Meßeinrichtung
angeordnet ist, um eine Radioaktivität des nucleophil fluorierten
Reaktionsproduktes zu messen. Auf diese Weise können die Ausgangsradioaktivität und die
Radioaktivität
des Reaktionsproduktes mit Hilfe einer einzelnen Meßeinrichtung
gemessen werden. Beide Messungen können ausgeführt werden, ohne daß Teile
der Vorrichtung zum Messen verlagert oder umgeordnet werden müssen.
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Die
Genauigkeit der Radioaktivitätsmessungen
wird bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung
der Erfindung dadurch verbessert, daß die Meßeinrichtung eine kalibrierbare
Meßeinrichtung
ist. Dieses hat darüber
hinaus den Vorteil, daß bei
einer Folgemessung eine Untergrundradioaktivität aufgrund von Rückständen in
der Meßkammer
mittels Kompensation der Untergrundradioaktivität als Meßwertverfälschung beseitigt werden kann.
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Eine
kompakt ausführbare
Meßeinrichtung, die
mit der notwendigen Genauigkeit ausgestattet ist, kann bei einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung dadurch gebildet werden,
daß die
Meßeinrichtung
ein Aktivimeter ist. Ein Aktivimeter dient der genauen und schnellen
Bestimmung der Radioaktivität von
Radionukliden. Wesentliche Vorteile der Radioaktivitätsmessung
mit einem Aktivimeter bestehen in der 4-π-Meßgeometrie, dem großen linearen
Messbereich und der nuklidspezifischen Kalibrierung.
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Die
Nutzung der Vorrichtung für
eine nucleophile Fluorierung, bei der eine möglichst große Reinheit des Reaktionsproduktes
notwendig ist, wird bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung dadurch
ermöglicht,
daß eine
HPLC-Einrichtung (HPLC-„High-Performance
Liquid Chromatography) mit einer HPLC-Säule zum Reinigen eines Reaktionsgemisches
vorgesehen ist. Eine solche auch als präparative HPLC bezeichnete HPLC-Einrichtung dient
zur Isolation und Reinigung von Komponenten. Bei nucleophilen Reaktionen
treten häufig
Reaktionsgemische auf, welche mit Hilfe der HPLC-Einrichtung aufzutrennen
sind.
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Eine
bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, daß die HPLC-Einrichtung
ein mit einer Kopplungsleitung zum Beladen einer Dosiereinrichtung
in Verbindung stehendes Probenaufgabeventil umfaßt; das Probenaufgabeventil über eine
Abfallleitung an einen Abfallbehälter
gekoppelt ist; dem Probenaufgabeventil zum Detektieren des Reaktionsgemischs
in der Kopplungsleitung eine Fluidsensoreinrichtung vorgeschaltet
ist; und das Probenaufgabeventil steuerbar ausgeführt ist,
so daß das
Probenaufgabeventil in einem Ausgangszustand eingestellt ist, um über die
Dosiereinrichtung eine Fluidverbindung zwischen der Kopplungsleitung
und der Abfallleitung zu bilden, wenn mit Hilfe der Fluidsensoreinrichtung
das Reaktionsgemisch in der Zuführleitung
detektiert wird, und das Probenaufgabeventil in einen Injektionszustand
zum Beladen der HPLC-Säule
umgeschaltet wird, um in dem Injektionszustand eine Fluidverbindung
zwischen der Dosiereinrichtung und der HPLC-Säule zu bilden, wenn mit Hilfe
der Fluidsensoreinrichtung das Reaktionsgemisch in der Zuführleitung
nicht mehr detektiert wird. Mit Hilfe dieser Ausgestaltung wird
vermieden, daß beim
Beladen der HPLC-Einrichtung mit dem Reaktionsgemisch Luft, welche
sich in den der HPLC-Einrichtung
vorgeschalteten Leitungen befindet, bevor das Reaktionsgemisch in
diese Leitungen gelangt, in die Dosiereinrichtung der HPLC-Einrichtung überführt wird,
was die Ausbeute der Isolation und die Effektivität der Trennung
in der HPLC-Einrichtung nachteilig beeinflussen könnte.
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Eine
zweckmäßige Ausgestaltung
der Erfindung kann vorsehen, daß mittels
der Kopplungsleitung eine direkte Kopplung zwischen der Fluidsensoreinrichtung
und einem Reaktionsgefäß gebildet
ist. Die direkte Kopplung vermindert die Wahrscheinlichkeit für Verluste
beim Übertragen
des Reaktionsgemisches.
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Eine
zweckmäßige Ausführungsform
der Erfindung kann vorsehen, daß die
HPLC-Einrichtung eine Reinigungseinrichtung mit einer UV-Detektoreinrichtung
und einer auf die UV-Detektoreinrichtung folgenden
Gamma-Detektoreinrichtung zum Reinigen des Reaktionsgemischs mit
Hilfe der UV-Detektoreinrichtung und anschließend mit Hilfe der Gamma-Detektoreinrichtung
umfaßt.
Durch diese Anordnung lässt
sich ein radioaktiver Peak so isolieren, daß möglichst geringe chemische Verunreinigungen mit
entsprechender UV-Absorption
enthalten sind und die Verluste des radioaktiven Endprodukts minimiert
werden können.
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Die
Merkmale aus den abhängigen
Ansprüchen
des Verfahrens zum nucleophilen Fluorieren einer Substanz weisen
die in Verbindung mit den zugehörigen
Merkmalen in den abhängigen
Vorrichtungsansprüchen
genannten Vorteile entsprechend auf.
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Kurzbeschreibung
der Figuren
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf eine Zeichnung näher
erläutert.
Hierbei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung
einer Vorrichtung zum nucleophilen Fluorieren einer Substanz;
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2 ein Syntheseschema für 4-[18F]FBA (2) aus TMABATf (1) und [18F]Fluorid;
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3 ein Syntheseschema für [18F]ZK811460
(4) aus einem Piperazin-Derivat (3) und [18F]FBA (2); und
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4 eine schematische Darstellung
eines Probenaufgabeventils.
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Detaillierte
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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1 zeigt eine schematische
Darstellung einer Vorrichtung 1 zum nucleophilen Fluorieren einer
Substanz. Die Nutzung der Vorrichtung 1 zur Synthese wird anhand
des Beispiels der Herstellung der markierten Verbindung 1-(5-Chlor-2-{2-[(2R)-4-(4-[18F]fluorobenzyl)-2- methylpiperazin-1-yl]-2-oxo-ethoxy}phenyl)harnstoff
erläutert,
was ausgehend von TMA-BATf
(1) mittels Radiosynthese von 4-[18F]FBA
(2) und dessen reduktiver Aminierung mit einem Piperazin-Derivat
(3) gebildet wird (vgl. 2 und 3). Die auf diesem Wege erhaltene
markierte Verbindung wird im folgenden kurz als [18F]ZK811460
(4) bezeichnet. Weitere spezifische Einzelheiten, insbesondere hinsichtlich
der verwendeten chemischen Substanzen und von Reaktionsparametern,
sofern sie sich nicht aus der folgenden Beschreibung ergeben, können der
Veröffentlichung
Mäding,
et al., Annual Report 2002, Institute of Bioinorganic and Radiopharmaceutical
Chemistry, FZR-363, 40 entnommen werden und sind für die Verwirklichung
der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen unkritisch.
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Die
in einem Target-Fluid enthaltenen [18F]Fluoridionen
werden über
eine Zuführung 101 und
ein Ventil V10 einer Anionen-Austauscheinrichtung 102 zugeführt. Die
Anionen-Austauscheinrichtung 102 dient zum Extrahieren
von [18F]Fluoridionen aus dem Target-Fluid.
Die Extraktion wird mit Hilfe einer Adsorption ausgeführt. Gemäß 1 ist die Anionen-Austauscheinrichtung 102 in
einer Meßkammer 103 einer
Meßeinrichtung 104 angeordnet,
welche zum Messen der Radioaktivität dient. Die Meßeinrichtung 104 ist
hierbei vorzugsweise als ein Aktivimeter ausgebildet. Mit Hilfe
der Meßeinrichtung 104 kann
die Ausgangsradioaktivität
von [18F]Fluoridionen während und nach deren Extraktion
aus dem Target-Fluid mit Hilfe der Anionen-Austauscheinrichtung 102 gemessen
werden.
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Die
Anionen-Austauscheinrichtung 102 ist über ein Ventil V10 mit der
Zuführung 101 sowie
einem Ventil V1 verbunden. Über
das Ventil V1 können Substanzen
zum Ventil V10 abgegeben werden, die in einem Speicherbehälter SB1
vorrätig
sind. Die Substanzen werden hierbei mit Hilfe von Vakuum oder hilfsweise
mittels eines Gases, beispielsweise Stickstoff, durch Leitungen
und Ventile übertragen. Die
Anionen-Austauscheinrichtung 102 ist weiterhin an ein Ventil
V11 gekoppelt, über
welches die extrahierten [18F]Fluoridionen
nach deren Desorption nach dem Passieren eines Ventils V 13 in ein
Reaktionsgefäß 105 gelangen. Über das
Ventil V11 gelangt separiertes [18O]H2O durch Öffnen
des Ventils V23 bei eingeschalteter Vakuumpumpe 20 aus
der Anionen-Austauscheinrichtung 102 in einen Behälter 106. Die Ventile
V24 und V25 dienen zum Anlegen von Vakuum an das Reaktionsgefäß 105 bzw.
zu dessen Belüftung.
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Gemäß 1 ist das Reaktionsgefäß 105 mit
weiteren Ventilen V2, V3, V4, V5, und V6 verbunden, die an jeweilige
Speicherbehälter
SB2–SB6
gekoppelt sind. Über
die Ventile V2–V6
können
die in den jeweiligen Speicherbehältern SB2–SB6 vorrätigen chemischen Substanzen
in vorgegebenem Umfang in das Reaktionsgefäß 105 eingebracht
werden, um die gewünschte
chemische Reaktion zum Synthetisieren von [18F]ZK811460
(4) auszuführen.
Die Substanzen werden hierbei mit Hilfe von Vakuum oder hilfsweise
mittels eines Gases, beispielsweise Stickstoff, durch Leitungen
und Ventile übertragen. Zum
Steuern einer Beaufschlagung des Reaktionsgefäßes 105 mit Schutzgas
aus einer Leitung 107 dient ein Ventil V20. Zum Abführen der
bei der chemischen Reaktion entstehenden Abgase ist das Reaktionsgefäß 105 weiterhin über ein
Ventil V24 und V25 mit einer Abgasöffnung 30 verbunden.
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Zur
Synthese von [18F]ZK811460 im Reaktionsgefäß 105 wird
zunächst
mit einer Lösung
von Kryptofix 2.2.2 und Kaliumkarbonat in wäßrigem Acetonitril (aus SB1)
von der Anionen-Austauschvorrichtung 102 das
[18F]Fluorid eluiert und mittels Vakuum und
Stickstoff-Strom bei 95 °C
getrocknet. Eine zusätzliche
Trocknung erfolgt mittels Zugabe von wasserfreiem Acetonitril (aus
SB2) und dessen Verdampfen. Nach Zugabe einer Lösung von TMABATf (1) in DMF
(aus SB6) wird das Reaktionsgemisch 10 min bei 120 °C erhitzt.
Dann werden nacheinander eine essigsaure Lösung des Piperazin-Präkursors
(3) (ZK258394 aus SB3) und eine Lösung von NaBH3CN in
DMF (aus SBS) zugegeben. Nach 10-minütigem Erhitzen bei 120 °C wird die
Reaktionsmischung mit wäßriger NaOH
(aus SB4) neutralisiert.
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Zum
Einstellen der gewünschten
Reaktionsparameter sind im Bereich des Reaktionsgefäßes 105 eine
Heizeinrichtung 108, eine Rühreinrichtung 109 sowie
eine Kühleinrichtung 110 vorgesehen.
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Über eine
direkte Kopplungsleitung 111, in welcher ein Ventil V14
angeordnet ist, gelangt das Reaktionsgemisch [18F]ZK811460
(4) zu einem Fluidsensor 112, welcher ein Fluid in der direkten
Kopplungsleitung 111 detektiert. Der Fluidsensor 112 ist
einem Injektions- bzw. Probenaufgabeventil 113 unmittelbar
vorgeschaltet, dessen Funktionsweise im folgenden unter Bezugnahme
auf die 1 und 4 beschrieben ist, wobei
letztere eine schematische Darstellung eines 6-Wege-Probenaufgabeventils
zeigt. Mit Hilfe des Probenaufgabeventils 113 wird eine
Dosierschleife 114 über
die direkte Kopplungsleitung 111 mit dem Reaktionsgemisch
beladen. Hierbei wird das Probenaufgabeventil 113 so gesteuert,
daß zunächst über die
Punkte 1 und 2 (vgl. 4) eine Verbindung zwischen der direkten
Kopplungsleitung 111 bzw. dem Fluidsensor 112 und
einer Abfallleitung 115 gebildet ist, die von dem Probenaufgabeventil 113 zu einem
Abfallbehälter 116 führt. Auf
diese Weise wird Luft, die sich in der direkten Kopplungsleitung 111 vor dem
Reaktionsgemisch befindet, in die Abfallleitung 115 gedrückt. In
dieser Stellung des Probenaufgabeventils 113 (Injektionszustand)
wird die Dosierschleife 114 von einem HPLC-Eluenten durchspült, wobei der
HPLC-Eluent in dem Probenaufgabeventil 113 einen Weg entlang
der Punkte 4, 3, 6 und 5 zurücklegt.
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Wenn
der Fluidsensor 112 die Ankunft des Reaktionsgemisches
aus dem Reaktionsgefäß 105 detektiert,
wird das Probenaufgabeventil 113 zum Beladen der Dosierschleife 114 in
einen Ladezustand umgeschaltet, so daß über die Dosierschleife 114 eine
Verbindung zwischen der direkten Kopplungsleitung 111 und
der Abfallleitung 115 entlang der Punkte 1, 6, 3 und 2 ausgebildet
wird, was in 4 mittels durchgehender
Linien dargestellt ist und dazu führt, daß die Dosierschleife 114 mit
Reaktionsgemisch beladen wird. Das Volumen der Dosierschleife 114 ist
in der Regel größer als
das Volumen des Reaktionsgesmisches. Der HPLC-Eluent passiert das Probenaufgabeventil 113 über einen
Kurzschluß entlang
eines Weges mit den Punkten 4 und 5 in 4. Wird das Reaktionsgemisch
nicht mehr von dem Fluidsensor 112 detektiert, schaltet
das Probenaufgabeventil 113 erneut in den Injektionszustand
um, so daß eine
Verbindung entlang des Weges mit den Punkten 4, 3, 6 und 5 (gestrichelte
Linie in 4) gebildet
ist. Der HPLC-Eluent kann dann das Reaktionsgemisch aus der Dosierschleife 114 auf
eine HPLC-Säule 201 mit Vorsäule 201a drücken.
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Mit
Hilfe der HPLC-Einrichtung 200 wird die Reaktionsmischung
gereinigt. Je nach der konkreten Verwendung der Vorrichtung 1 zu
verschiedenen Synthesezwecken können
die Parameter an der HPLC-Einrichtung 200 dem gewünschten
Zweck entsprechend eingestellt und optimiert werden.
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Die
HPLC-Einrichtung 200 umfaßt in der dargestellten Ausführungsform
eine HPLC-Pumpe 117, das Probenaufgabeventil 113 mit
der Dosierschleife 114, die HPLC-Säule 201 mit Vorsäule 201a sowie eine
UV-Detektoreinrichtung 118 und eine Gamma-Detektoreinrichtung 119,
die in Reihe angeordnet sind.
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Über ein
Ventil V18, einen Mischbehälter 120 mit
einer Wasservorlage und einer Rühreinrichtung 121 und
ein Ventil V17 gelangt die isolierte Produktfraktion zu einer RP18-Kartusche 122 zum
Sammeln des Reaktionsprodukts mittels Festphasen-Extraktion. Nach
dem Waschen der Kartusche 122 mit Wasser (aus SB9) wird
[18F]ZK811460 (4) mittels Ethanol (aus SB8)
eluiert. Die ethanolische Lösung
von [18F]ZK811460 (4) wird dann zum Filtern
aus einem Elutionsgefäß 123 durch
einen sterilisierenden Filter 124 geführt, welcher danach mit einer
Injektionslösung
auf Salzbasis (aus SB7) gespült
wird. Auf diese Weise wird eine klare, sterile, isotonische NaCl-Lösung von
[18F]ZK811460 (4) erhalten, die Ethanol
enthält
und in einem Produktgefäß 125 gesammelt
wird. Das Elutionsgefäß 123 ist
in der Meßkammer 103 angeordnet,
was eine direkte Messung der Radioaktivität des Reaktionsprodukts [18F]ZK811460 (4) ermöglicht. Bei einer bevorzugten
kalibrierfähigen
Ausführungsform
der Meßeinrichtung 104 kann
beim Messen der Radioaktivität
des Reaktionsproduktes der Radioaktivitätsuntergrund so kompensiert
werden, daß eine
Restradioaktivität,
die nach dem Herauslösen
der [18F]Fluoridionen in der Anionen-Austausch-einrichtung 102 noch
vorhanden ist, als Untergrundradioaktivität der auszuführenden
Radioaktivitätsmessung
des Reaktionsprodukts kompensiert wird. Die Messung der Anfangsradioaktivität in der Anionen-Austauscheinrichtung 102 und
der Radioaktivität
des Reaktionsproduktes in dem Elutionsgefäß 123 können auf
diese Weise mit hoher Genauigkeit mit Hilfe der Meßeinrichtung 104 ausgeführt werden.
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Die
in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung offenbarten
Merkmale der Erfindung können
sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung
der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen von Bedeutung
sein.