презентация - Государственного Технологического института
advertisement
Синтез биологически активных соединений, меченных короткоживущими радиоактивными изотопами, диагностических агентов для позитронной эмиссионной томографии (ПЭТ) Р.Н. Красикова Учреждение Российской Академии наук Институт мозга человека РАН лаборатория радиохимии, Санкт-Петербург Методы томографии • Рентгеновская компьютерная (КТ) • Магнитно-резонансная (МРТ) Морфология Анатомия ПЭТ: функциональная диагностика Перфузия Потребление кислорода Потребление глюкозы Транспорт аминокислот Рецепторные взаимодействия 1979: нобелевская премия за создание метода томографии Hounsfield and Cormack Принцип методов КТ и МРТ (medical imaging) KT Tube Transmitted Absorbed Scattered МРТ Detector Совмещенный ПЭТ-КТ- сканер GEMINI-TF (производство фирмы Philips, ИМЧ РАН, 2008) ПЭТ-КТ позволяет соотносить ПЭТ изображение с анатомической структурой (КТ) с использованием одного и того же математического аппарата для реконструкции изображения Радионуклидная диагностика (ядерная медицина - nuclear imaging) • ПС: Планарная гамма сцинтиграфия • ОФЭКТ: Однофотонная эмиссионная компьютерная томография • ПЭТ: Позитронная эмиссионная томография Методы отличаются типом используемых радионуклидов, способом регистрации излучения и способом обработки данных Основа радионуклидной диагностики (ядерной медицины) - концепция радиотрейсера Georg Hevesy - Нобелевская премия 1943 г. ....Использование изотопов в качестве проб (радиоактивных индикаторов) для исследования химических процессов.... Использование меченых соединений (радиофармпрепаратов) в изучении физиологических и биохимических процессов in-vivo Основные характеристики радионуклидов Тип распада ~ Энергия излучения Период полураспада T1/2 Постоянная распада λ = 0.693/T1/2 Единицы измерения радиоактивности Беккерель (Бк) - 1 распад/сек А = Ao e- λt Кюри (Ки) -3.7 х 1010 распад/сек МиллиКюри (мКи) - 1мКи = 37 МБк Радиоактивный распад: виды излучений • альфа • бета • гамма • К (E) - захват • изомерный переход ПОЗИТРОННЫЙ РАСПАД: нейтронодефицитные радионуклиды p+ n + + + ~ Аннигиляция с электроном Процесс аннигиляции сопровождается образованием двух гамма-квантов с энергией 511 кэВ, разлетающихся под углом около 180о, регистрируемых внешней системой детекторов, объединенных в кольца томографа ПЭТ: принцип регистрации - электронная коллимация • ПЭТ радиотрейсеры: биологически активные молекулы, меченные короткоживущими изотопами позитронным типом распада • Распределение радиотрейсера в органах и тканях детектируется с помощью ПЭТ сканнера в виде ПЭТ изображения • Если два детектора одновременно зарегистрируют сигнал, можно утверждать, что точка аннигиляции находится на линии, соединяющей детекторы. После реконструкции накопленных данных получается псевдотрехмерное (разделенное на трансаксиальные, т.е. параллельные плоскостям колец датчиков срезы) изображение накопления трейсера. Толщина среза, а также минимальная величина элементарной точки изображения (пиксела) зависят от геометрических размеров и плотности упаковки датчиков ПЭТ-камеры. Основные циклотронные ПЭТ радионуклиды 15O 2,04 мин 13N 11С 18F 9,96 мин 20,4 мин 109,8 мин Радиотрейсеры на основе фтора-18 могут поставляться в ПЭТ центры, не имеющие собственного циклотрона и радиохимии Основные ядерные реакции получения ПЭТ радионуклидов Ядерная Облучаемый Химическая Носитель Реакция материал форма _________________________________________________ 15О 14N(d,n)15O 15О природный азот + 2 15N(p,n)15O 15О азот-15 + 2 13N 11C 18F 16O(p,α)13N α)11C 14N(p, α)11C Н2 О Н2О+EtOH N2 (следы О2) N2 + Н2 (5%) 13NО х 13NH 3 11CО 2 11CН 4 18O(p,n)18F 18O-Н 18F - - 18F-F 2 18F-F 2 + 14N(p, 18O(p,n)18F 20Ne(d,α)18F 2О 18O-О газ 2 Ne + F2 (2%) - + Современные медицинские циклотроны: ускорение отрицательных ионов (Н-, d-); средние энергии (10-19 МэВ) PETtrace (GEMS) Cyclon 18/9, IBA CC-18/9 НИИЭФА им. Д.В.Ефремова Настольный циклотрон (micro accellerator, H+) E = 7.5 MeV I < 5 µA Target volume 75 µL 1 mCi [18F]fluoride/min Microchip technology for the synthesis of FDG ”Dose on demand” Photo is kindly provided by L. Nutt, ABT Molecular Imaging, USA Ядерно-физические характеристики основных циклотронных ПЭТ радионуклидов Изотоп T1/2, мин Т р а с и п +, Макс. п а д а , % э н е М р г э и я В , М п м а р о ы С 13 N 15 О 18 F 20,4 9,96 2,04 109,7 + + + +(97), (EC 3) 0,96 1,19 1,74 0,635 • 11С, 13N, 15О - изотопы биогенных элементов; • 18F замещает гидроксильную группу с б . е ш м 11 к ц М г а , а а , к с к . т К м и и о в / л н м ь о о с л н т а ь я , ь м 4.1 5.4 8,2 2,39 9,22*109 1,89*1010 9,0*1010 1,71*109 На основе этих изотопов может быть получено огромное число радиотрейсеров; Единственное ограничение возможности радиохимического синтеза Перспективные ПЭТ радионуклиды Изотоп T1/2 Вид распада, % +(89) EC (11) +(95) EC (51) Энергия фотонов, кэВ 511 4.2 дн +(23) EC (77) 12.7 час +(17) EC (44) -(39) 511 603 1691 511 1346 68 Ga 68 мин 82 Rb 75 сек 124 64 I Cu 511 777 Основной метод получения 68 Ge/68Ga generator 82 Sr/82Rb generator Применение Меченые пептиды 82 RbCl (перфузия миокарда) 124 Te(p,n)124I Меченые белки, антитела 64 Ni(p,n)64Cu Меченые белки Преимущества использования ПЭТ – радионуклидов 15O 13N 11C 18F • Благодаря малому периоду полураспада используемых радионуклидов (2-120 мин) ПЭТ обладает самой высокой чувствительностью из всех известных методов медицинской визуализации; • вводимая доза (185 МБк) существенно ниже, чем в ОФЭКТ; • высокая разрешающая способность ПЭТ (3 - 6 мм) обусловлена малым пробегом позитронов в ткани; • биоспецифичность метода ПЭТ определяется использованием «истинных» меченых аналогов биологически активных соединений; • введение радиотрейсеров высoкой мольной активности (до 100 Ки/ µМоль, вводимая масса pM) не вызывает фармакологического или токсического эффекта • ПЭТ, в отличие от ОФЭКТ, дает количественные характеристики процессов ПЭТ и другие методы томографии ПЭТ ОФЭКТ МРТ • Разрешение (spatial) 3 мм 7 мм < 1 мм • Разрешение (time) сек мин миллисек • Чувствительность pM pM mM (MРС) • Количественная информация да (да?) нет Этапы синтеза радиотрейсера для ПЭТ Получение радионуклида в мишени циклотрона Дозирование (185 МБк 18F) Доставка в горячие камеры • Синтез радиотрейсера • Очистка методом ВЭЖХ • Анализ • Получение в стерильной инъекционной форме Особенности синтеза РФП на основе 18F: радиохимия и радиофармацевтика • Исходная радиоактивность: 0.5 - 15 Ки • Время синтеза: максимум 2-3 часа • Масса: пико- нано моли в 1-5 мл раствора • Экспресс анализ продукта: ВЭЖХ, ТСХ с детекторами по радиоактивности; LC-MS • Полная автоматизация синтеза, надежность, воспроизводимость • Высокая радиохимическая, радионуклидная, химическая чистота, стерильность и апирогенность, GMP производство ПЭТ - наиболее сложная и дорогостоящая технология • дорогостоящее оборудование: циклотрон, горячие камеры, модули синтеза, сканнер; • проведение синтеза и анализа в жестких временных рамках и в соответствии с графиком ПЭТ исследований; • высокая стоимость клинической дозы РФП; • сложность интерпретации ПЭТ изображений для получения количественных характеристик процессов • нехватка специалистов высокой квалификации, прежде всего радиохимиков и радиофармацевтов Современная лаборатория ПЭТ радиохимии (Каролинский Институт, Стокгольм) • соблюдение требований GMP требует огромных финансовых вложений • GMP - Good Manufactiring Practice НПП - надлежащая производственная практика - теперь и в России.... Создание ПЭТ центра: ПЭТ циклотрон и радиохимическая лаборатория (расходы, USD) Помещения Циклотронный зал 1.7-2.8 млн. Лаборатория для синтеза FDG 0.7 млн. Лаборатория контроля качества 1.4-2.5 млн. Оборудование Циклотрон 10-19 МэВ 1.3-2.5 млн. Горячая камера (за 1 шт.) 0.2-0.4 млн. Модуль синтеза (за 1 шт.) 0.1-0.15 млн. Система радиомониторинга 0.2 млн. Аналитическое оборудование (QC) 0.25 млн. Cyclotron Produced Radionuclides: Guidelines for Setting Up a Facility, IAEA, TRS 471, 2009 H OH ПЭТ в 21 веке: стремительный рост H O HO HO H H 18 H F OH • Огромная клиническая значимость ПЭТ с ФДГ для онкодиагностики; • Внедрение гибридной технологии ПЭТ-КТ (2001 г.); • Коммерциализация производства ФДГ; централизованная поставка в ПЭТ центры, не имеющие циклотрона и радиохимической лаборатории; • Создание различных классов радиотрейсеров на основе фтора-18; • Широкомасштабное производство компактных циклотронов; • Прогресс в автоматизации синтеза РФП (18F, 11C, 68Ga); • Доступность генераторных ПЭТ радионуклидов (68Ga, 82 Rb); • Финансовые вложения в фундаментальные ПЭТ исследования фармацевтическими компаниями (Big Pharma); • Создание ПЭТ сканнеров высокого разрешения ( 1 мм) для исследований малых животных (Animal PET); ПЭТ в России - планируется создание 90 ПЭТ центров! НЦССХ им. Бакулева 2001 ИМЧ РАН 1990 ЦКБ 2003 ЦНИРРИ 2000 ВМА 2003 Госпиталь им. Бурденко 2007 (?) Челябинск 2010 (?) 18F-ФДГ – основной РФП для ПЭТ диагностики опухолей Kuwabara et al. Ann Nucl Med 2009, 23: 209-215 Нейрология 1282 (3,8%) Кардиология 326 (1,0%) Прочее 52 (0,2%) H OH H O HO HO H H H 18 Онкология 31989 (95,1%) F OH 2-18F-фтордезокси-D-глюкоза, радиотрейсер гликолиза Концепция блокированного метаболизма в ПЭТ исследованиях с 18F-ФДГ Злокачественные клетки характеризуются более активными процессами гликолиза, что обусловлено повышенным уровнем белков, транспортирующих глюкозу (транспортеров глюкозы Глут1 1 и Глут2), и, в большей степени, увеличением активности гексокиназы в неоплазме. ПЭТ с ФДГ позволяет количественно определять регионарную скорость потребления глюкозы в тканях Клинические ПЭТ исследования с 18F-ФДГ • выявление и определение локализации первичных опухолей; • определение стадии опухоли (grading) ; • поиск метастазов и продолженного роста; • мониторинг терапии; • дифференциация радиационного некроза и метастазов Оценка жизнеспособности миокарда Локализация эпилептического фокуса Дифференциация болезни Альцгеймера от других типов деменций Методы введения фтора-18 в молекулы [18F]F- SNAr SN2 без носителя Прямое введение метки Нуклеофильный через синтоны 18F(Ar)X 18F(CH ПЭТ трейсер 2)X через 18F]AсOF [ синтоны с носителем SEAr [18F]F2 Электрофильный [18F]F2 Прямое введение метки ПЭТ трейсер Для реакций нуклеофильного замещения используют [18F]фторид, получаемый при облучении водной мишени циклотрона Вода-18О - обогащение 97% Объем мишени 1-2 мл Ток пучка 18 - 60 мкА (протоны 18 МэВ) Время облучения - 60-90 мин Выделение [18F]фторида из облученной воды для использования в реакциях нуклеофильного фторирования 18O(p,n)18F 1. Дистилляция с последующим удалением следов воды азеотропной отгонкой с ацетонитрилом (в присутствии основания) 2. Сорбция на анионообменной смоле (картриджи SepPak QMA Light, Waters) 3. Электрохимическое выделение Основные требования к проведению реакций нуклеофильного замещения с участием [18F]фторида Coenen. et al, 1989 Kilbourn et al, 1990 • отсутствие воды 18F- • присутсвие анионов основной природы (e.g. CO32-) для предотвращения потерь в виде H18F • Присутствие мягких катионов (K+, Cs+, Rb+) и катализаторов фазового переноса • реакции в полярных апротонных растворителях [K/K2.2.2]+18FКомплекс аминополиэфир – K2CO3 применяется наиболее часто благодаря хорошей растворимости и слабому образованию ионных пар с 18F¯ Нуклеофильное замещение n.c.a. 18F-фторидом – наиболее распространенный метод синтеза РФП n.c.a. – no carrier added Y SNAr C X SN2 EWG 18 18 C F X: I, Br, OTf, OTs, OMs F EWG Y: -N(Me)3+OTf-; Br, Cl, F, NO2, EWG: HCO, NO2, CN Введение метки методом прямого нуклеофильного радиофторирования: стадии процесса • получение 18F-фторид-иона в водной мишени циклотрона • сорбция 18F фторида на смоле QMA и элюирование • получение высокореакционного комплекса 18F с криптофиксом или ТБАК (удаление растворителя досуха) • фторирование (алифатическое или ароматическое) • гидролиз/снятие защиты • очистка (твердофазная экстракция или ВЭЖХ) • нейтрализация (pH 5-7) • стерильное фильтрование (on-line) Cтереоспецифический нуклеофильный синтез [18F]ФДГ Hamacher et al. 1986 Fuchtner et al. 1996 H OAc H OH 1) [18F]KF/K222 or [18F]TBAF AcN, 100o C HO OTf O AcO AcO H H H H H O H HO H 2) OH- or H+ OAc 18F H OH FDG • Прямое введение метки в молекулу алифатического субстрата (трифлата маннозы) с высоким и стабильным выходом на стадии радиофторирования (до 90%) • Щелочной гидролиз on-line на одноразовом картридже С18 SepPak • Очистка на картриджах, без применения ВЭЖХ • Высокая степень автоматизации в современных модулях Исходные вещества (прекерсоры) и стандарты для синтеза и анализа (QC) [18F]ФДГ CH2OAc O OAc OAc OAc Стандарты для идентификации [18F]ФДГ и возможных примесей • 2-фтор-2’-дезокси-D-глюкоза (ФДГ) O SO2CF3 Трифлат маннозы - прекерсор для синтеза [18F]ФДГ • 2-хлор-2’-дезокси-D-глюкоза • D-манноза (ФДМ) Е.П. Студенцов, О.В. Пискунова, М.Б. Ганина, А.А. Гуляева, В.В. Орловская Санкт-Петербургский государственный технологический институт (Технический университет) МОДИФИЦИРОВАННЫЕ СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ИДЕНТИФИКАЦИЯ ФТОРУГЛЕВОДОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В ПОЗИТРОННОЙ ЭМИССИОННОЙ ТОМОГРАФИИ (ПЭТ) (2009) Коммерциализация синтеза 18F-ФДГ: производство в автоматизированных модулях кассетного типа Synthera, IBA FASTLab, GE Healthcare 250 000 Евро Цена одноразовой кассеты 300 Евро Микрореакторные технологии – новый подход к автоматизации синтеза РФП для ПЭТ Microfluidics from ADVION, USA В течение 5 лет все еще не решена проблемы «стыковки» микросинтеза (микролитры) с большими объемами мишеней циклотрона (миллилитры) и очисткой методом ВЭЖХ; при высоких активностях возможен радиолиз Недостатки и ограничения ФДГ Низкая специфичность к опухолевым клеткам; Высокий уровень физиологического накопления в сером веществе мозга; Низкая контрастность изображения опухолей мозга; Высокое накопление в очагах воспаления Высокое накопление в мочевом пузыре Высокое накопление в очагах воспаления – наиболее частая причина ложно положительных заключений в диагностике опухолей мозга Основные классы РФП на основе фтора-18 для ПЭТ диагностики опухолей (кроме FDG) Аминокислоты (2-FTYR, FET, 6-FDOPA) – транспорт аминокислот; Нуклеозиды (FLT, FNBG) – степень пролиферации клеток, мониторинг генной терапии; Нитроимидазолы (FMISO, FAZA) - гипоксия; Меченые белки (RGD), пептиды - апоптоз, ангиогенез Синтез FLT, FMISO, FAZA, FET включает те же стадии, что и FDG, но очистка проводится трудоемким методом полупрепаративной ВЭЖХ (не в кассете). Синтез на модулях нуклеофильного фторирования (Nuclear Interface, Scintomics) требует высокой квалификации радиохимиков. Наиболее перспективными являются дорогостоящие системы модульного типа Eckert and Zigler Алифатическое нуклеофильное замещение. 1. Производные NO2 нитроимидазолов для визуализации гипоксических опухолей OTs N N K[18F]F/K2CO3 OTHP 1N HCl Недостатки: • Высокий уровень неспецифического связывания • Контрастные изображения могут быть получены через 2-3 часа после инъекции • Отношение клетка/кровь = 1.4 через 2 часа NO2 - K222 18 N N F OH FMISO: [18F]фторомизонидазол: основной гипоксический радиотрейсер для ПЭТ Lim & Berridge 1993 Алифатическое нуклеофильное фторирование: синтез 3’-дезокси -3’-[18F]фтортимидина O O DMBn N N DMTrO ONs O AF Shields et al Nature Medicine 1998 NH O N O HO O 1) fluorination 2) deprotection 18 F 3’-deoxy-3’-[18F]fluorotymidine - фосфорилируется по 5’-OH-группе тимидин-киназой TK1 • из-за наличия фтора не инкорпорируется в ДНК • высокий уровень накопления в профилерирующих клетках Прямое введение метки в сложные ароматические субстраты: синтез 18F-MPPF OCH3 N N N K[18F]F/K2CO3 - K222 N NO2 OCH3 ДМСО, 140оС, 20 мин O N N N N 18 O 18F-MPPF – радиолиганд для визуализации 5HT1a рецепторов (серотонинергическая система, используется в иссл. депрессии) F Синтез 18F-флюмазенила, радиолиганда для диагностики эпилепсии Ro 15-2344 was kindly provided by Hoffmann La Roche, Basel N N COOC2H5 N COOC2H5 N [K/K2.2.2.]+/18F- O2N DMF, 160oC, 30 min N O 18F CH3 N O CH3 Ro 15-2344 meta позиция уходящей группы Эффективность 18Fфторирования - 60%, DMSO, 30 мин, 180oC Ryzhikov N. et al, Nucl Med Biol 2005 Радиотрейсеры на основе меченых аминокислот в диагностике опухолей мозга Меченые аминокислоты представляют собой важнейший класс радиотрейсеров для ПЭТ исследований мозга. Ввиду малого накопления в сером веществе их использование дает более контрастные изображения опухоли по сравнению с ФДГ. определение границ опухоли дифференцирование опухоли и метастаз мониторинг терапии дифференцирование опухоли и очага воспаления определение стадии злокачественности (более сложно, чем в случае ФДГ) наиболее распространеным РФП класса аминокислот является метионин-11С (T1/2 = 20.4 мин) ПЭТ с аминокислотами в исследованиях мозга (ИМЧ РАН, 2008 г.) ПЭТ камера: PC 2048-15B SCX (для мозга) Общее число пациентов в 2008 г: 1080 • L-11C-MET: 75% L-11C-MET: >99% всех исследований опухолей • 18F-ФДГ: 24% • 15O-H 2O: 1% S T1/2 = 20.4 min 11CH 3 COOH NH2 Диагностика продолженного роста глиомы с 11Сметионином (слайд предоставлен Т. Скворцовой, ИМЧ РАН, Ст.-Петербург) ПЭТ-МЕТ МРТ По МРТ – состояние после комбинированного лечения глиобластомы без признаков прогрессии опухоли Высокое накопление МЕТ четко контурирует рост опухоли в глубокие структуры левого большого полушария ИН=2,0 ИН=1,6 Сопоставление 18F-ФДГ и L-11C-метионина: Анапластическая астроцитома левого таламуса ПЭТ с 11Сметионином выявляет опухоль и ее границы ПЭТ с 18F-ФДГ малоинформативна 18F-фторированные производные тирозина как альтернатива 11С-метионину NH2 NH2 COOH HO 18 F Электрофильный синтез Coenen HH et al. J Nucl Med (1989) 30:1367 COOH 18 F O Нуклеофильный синтез Wester HJ et al. J Nucl Med (1999) 40: 205 Требования к «идеальному» методу синтеза 18F-фторированных аналогов аминокислот • Нуклеофильный метод введения метки фтор-18 • Прямое введение метки фтор-18 • Доступность прекерсора • Минимальное число стадий синтеза • Минимальное время синтеза (60-80 мин) • Возможность автоматизации в современном модуле • Высокий радиохимический выход • Получение конкретной энантиомерной формы аминокислоты (энантиомерная чистота не менее 95%) Электрофильный синтез 2-[18F]фтор-L-тирозина 18 SnMe3 COOEt 1) [18F]F 2 NHBoc BocO F COOH 2) deprotection HO NH2 2-[18F]фтор-L-тирозин ~ 21% РХВ Hess et al., Appl Rad Isot 2002 Электрофильное фторирование на основе [18F]F2 18O(p,n)18F 20Ne(d,α)18F • Низкая исходная активность (Max 0.5 - 1 Ки за 2 часа облучения) • Сложный протокол облучения Газовая мишень, добавление носителя для выделения радионуклида (0.4% F2) Низкая мольная активность Фторирование: теоретический выход 50% Нуклеофильный асимметрический синтез 2-[18F]фтор-L-тирозина с МФ катализом S-НОБИНом CHO OMe 2 1 NO2 CH2OH CHO NaBH4 aq [K/K222]+18F-, 180oC OMe 18 OMe F 18 3 O N OH O Ni N N F Ph3PBr2 CH2Cl2, 5 min H CH2 Br H 18 OMe O F NH2 Krasikova et al., Nucl Med Biol 2004 4 O N O O Ni N N 18 F CH2 H CH2Cl2, NaOH, 20oC, 4 min OMe NH2 5 COOH 57% HI 170oC HO 18 F 2-[18F]fluoro-L-tyrosine Асимметрический синтез 2-[18F]фтор-L-тирозина с межфазным катализом S - НОБИНом • Время синтеза - 120 мин • Радиохимический выход 25% (с поправкой на радиоактивный распад) • Радиохимическая чистота >99% • Энантиомерная чистота >96% • Роботизированная технология (Anatech RB 86 laboratory robot) Krasikova et al., Nucl Med Biol 2004 Нуклеофильный синтез O-(2’-[18F]фторэтил)-Lтирозина методом 18F-алкилирования TsO OTs [K+/2.2.2.] 18F- AcN, 90oC 18 F TsO NH2 Tyrosine (di-Na-salt) DMSO, 90oC COO- 18 F Wester et al., JNM 1999 O Промежуточная очистка алкилирующего агента методом ВЭЖХ Прекерсоры для синтеза 18F-ФЭТ методом прямого нуклеофильного фторирования O Hamacher&Coenen Appl Radiat Isot 2002, 57, 853 O TsO NH O Ph Ph Ph Available from ABX O Wang H-E et al. Nucl Med Biol. 2005, 32, 367 O TsO HN O O O O CH3 O TsO O NHBoc Wang M-V et al. Nucl Sci Tech 2006, 17, 148 Асимметрический метод синтеза ФЭТ в ИМЧ РАН • Krasikova et al. Bioorg Med Chem (2008) 16: 4994 X = Tos, Ms, Tf XO O O H O Ni N N N Ph 1) Bu4N+ 18For K/K2.2.2.+ 18F2) 0,5M HCl NH2 COOH 18 F O H O Прекерсор, Ni(II) комплекс основания Шиффа (S) -[N-2-(N’бензилпролил)амино] бензофенона (BPB) с алкилированным (S)-тирозином был предложен в ИНЭОС РАН, Москва, Ю.Н. Белоконь, В.И. Малеев и др. Синтез прекерсора Ni-(S)-BPB-(S)-Tyr-OCH2CH2OTs OH O H O Ni(NO3)2x6H2O + BPB + (S,R)-Tyr Ni MeOH, MeONa, N Ph N N reflux 1h H O KOH, Bu4N+ Ibenzene ClCH2CH2OH TsO O HO O O H O Ni N CH2Cl2, Et3N H O TsCl, 0oC RT Ni O Synthesis was developed at the INEOS RAS, Moscow (Yu N Belokon, V Maleev) N Published in: Krasikova et al, Bioorg Med Chem 2008,16, 4994 Контроль за протеканием синтеза ФЭТ методом радиоТСХ ray test Isotopenmeßgeräte GmbH file: FET4031 method: F date: 01.01.97 time: 00:13:25 c ount time: 200 s s moothing constant: 1.0 mm HV : 850 V LL: 300 keV UL: 1000 k eV origin: 0.0 mm solvent front: 99.9 mm 4000.0 Cnts 18F-фторирование Fcom 3000.0 ДМСО, 160oC 2000.0 в Ethylacetate/CHCl3/CH3COOH : 4/1/1 F 1000.0 0.0 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0 100.0 mm ray test Isotopenmeßgeräte GmbH file: FET4032 method: F date: 01.01.97 time: 00:56:17 c ount time: 200 s s moothing constant: 1.5 mm HV : 850 V LL: 300 keV UL: 1000 k eV Реакционная смесь после гидролиза 18F-FET origin: 0.0 mm solvent front: 99.9 mm FE T 300.0 Fcom 200.0 Cnts N-butanol/CH3COOH/EtOH/H2O : 4/1/1.6/0.5 100.0 0.0 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0 100.0 mm ray test Isotopenmeßgeräte GmbH file: FET4033 method: F date: 01.01.97 time: 01:09:01 c ount time: 200 s s moothing constant: 3.0 mm HV : 850 V LL: 300 keV UL: 1000 k eV origin: 0.0 mm solvent front: 99.9 mm 120.0 18F-ФЭТ после очистки методом твердофазной экстракции FE T 110.0 100.0 90.0 Cnts 80.0 70.0 60.0 50.0 40.0 30.0 20.0 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 mm 60.0 70.0 80.0 90.0 100.0 Анализ радиохимической и энантиомерной чистоты 18F-ФЭТ методом радиоВЭЖХ FET after SPE purification (Nucleosil LC18), registration by two detectors FET standard dissolved in HPLC eluent, (Nucleosil LC18), det UV 254, 0.05 AUFS FET enantiomeric purity (Crownpak Daicel), radioactivity det Freshly prepared det UV 254, 0.05 AUFS Stored 3 weeks in refrigerator Radioactivity det R.N. Krasikova, O.S. Fedorova, O.F. Kuznetsova, M.A. Stepanova, H.J. Wester. Eur J Nucl Med Mol Imag. (2008) 35 (Suppl 2) S326 Nickel content: 0.001 ppm (approx. 0.01 µg Ni/10 mL solution; typical mean human plasma concentration 2-5 µg/L). Автоматизация синтеза 18F-ФЭТ и очистка методом твердофазной экстракции В ИМЧ РАН hotBox1, Scintomics, Germany Сравнение МРТ (А), ПЭТ с L-11C-метионином (В) и 18F-FET (С) Слайд предоставлен проф. H.J. Wester, Munich, Germany Синтез 4- [18F]фторглутаминовой кислоты методом прямого нуклеофильного фторирования Совместный проект ИМЧ РАН, ИНЭОС РАН (Москва), Bayer Shering Pharma, Berlin Перспективный РФП для диагностики мелкоклеточного рака легкого 6-18F-фтор-L-ДОФА - первый ПЭТ радиотрейсер для изучения допаминергической системы (1983) Рецепторные радиолиганды для исследований допаминергической системы Hammoud D A et al. Radiology 2007; 245:21-42 ПЭТ трейсеры: • 6-[18F]FDOPA (DA) • [18F]FECNT (DAT) • [11C]PE2I (DAT) • [11C]raclopride (D2) • [11C]SCH 23390 (D1) ОФЭКТ трейсеры 123I-DaTSCAN Клиническое применение: диагностика болезни Паркинсона (DAT) ПЭТ изображения мозга с 11C-раклопридом до (слева) и после (справа) введения препарата арипипразол при дозе 30 мг/д, 14 дней Hammoud D A et al. Radiology 2007;245:21-42 ©2007 by Radiological Society of North America 14N(p, Химия углерода-11 α)11C 11CО 2 11CН 4 Elsinga P. Radiopharmaceutical chemistry for positron emission tomography. Methods. 2002; 27: 208-217. Получение 11С-метил иодида газофазным методом для синтеза рецепторных радиолигандов Larsen P., Ulin J. and Dahlstrom K. (1995) A new method for production of 11Clabelled methyl iodide from 11C-methane. J. Lab. Comp. Radiopharm. 37, 73-75. Link J. M., Clarck J. C., Larsen P. and Kcohn K. A. (1995) Production of [11C]methyl iodide by reaction of 11CH4, with I. J. Lab. Comp.Radiopharm. 37, 76-78. • 11СН4 получают в мишени циклотрона при облучении смеси азота с 5% водорода • 11СН3I получают реакцией 11СН4 с йодом при температуре 720оС при циркуляции (патент General Electric) • 11СН3I переводят в трифлатом серебра 11С-метилтрифлат реакцией с • Мольная активность радиолигандов, полученных методом метилирования, составляет 5-100 Ки/µМоль Рецепторные ПЭТ исследования в разработке новых лекарственных средств Animal PET: высокая разрешающая способность (1 мм) использование генно-модифицированых мышей модели различных заболеваний на мелких животных контроль MPTP 2x15 мг/кг MPTP 2x15 мг/кг Nurr1 активатор 10 мг/кг S. Ametamey, 2005 Модель болезни Паркинсона, ПЭТ с 18F-FECNT Молекулярно-клеточные процессы, лежащие в основе болезни Альцгеймера (предположительно) Нейрофибриллярные клубки Амилоидные бляшки Source: U.S. Census Bureau Старение населения (прогноз по США) 1950 1980 Старые 2000 Молодые Рост числа больных болезнью Альцгеймера 2020 [11C]PIB - радиолиганд для визуализации бета амилоидных aгрегaтoв при болезни Альцгеймера методом ПЭТ • Аналог тиофлавина • Предложен в Университете Питтсбурга • Клинические испытания – Уппсала ПЭТ центр и многие другие • Патент фирмы «Амершам» HO Klunk et al, Ann Neurol 2004 S NH11CH3 N Синтез [11C]PIB – рецепторного радиолиганда для визуализации бетаамилоидов у больных АЗ CH3OCH2O S H N H N 1. NaH / DMF 2. 11CH3I CH3OCH2O 11CH 3 S N H N HCl / MeOH HO S 11C H 3 N N [N-methyl-11C]PIB H [11C]PIB специфично связывается с амилоидным бетапротеином ПЭТ с [11C]PIB позволяет выявлять локализацию амилоидных бляшек и их плотность Pathophysiology biomarker for AD [11C]NAPD binding to amyloid in the human brain Horizontal 150 100 Sagittal 50 0 Alzheimer Patient Healthy Control Лучше чем 11C-PIB! Summation images showing uptake between 7 and 90 minutes, corrected to 300MBq injected Slide from Prof. C.Halldin, KI Sweden: Nyberg et al., EJNMMI (2009) ПЭТ в кардиологии Основные радиотрейсеры: 18F-ФДГ – оценка жизнеспособности миокарда 11C-ацетат – окислительный метаболизм 13N-NH3 – перфузия миокарда 82RbCl - перфузия миокарда (генераторный радионуклид) В кардиодиагностике ПЭТ уступает методу ОФЭКТ Число ПЭТ трейсеров крайне невелико Автоматизированный модуль для получения ацетата-11С 1-11С-ацетат получают реакцией 11СО2 с СH3MgСl c последующим водным гидролизом Очистка на одноразовых картриджах В контакте с конечным продуктом только Стерильные материалы Соответствует требованиям GMP Фото предоставлено Соловьевым Д., Кембридж, Англия Isotope Technologies Dresden Синтез 4-18F-фторбензилтриарилфенилфосфониего иона (18F-FBnTP) (1) (2) + (CH3)3N 18 F CHO + CHO (3) CH2OH (4) 18 CH2Br F NaBH4 + 18 CHO F 18 CH2OH F Ph3PBr2 18 F heat 18F- 18 CH2Br F heat P 3 18 F + P 3 Ravert HT, Madar I, Dannals RF. Radiosynthesis of 3-[18F]-fluoropropyl and 4-[18F]-fluorobenzyl triarylphosphonium ions. J Labelled Compds Radiopharm. 2004;47:469–475. Радиотрейсеры для оценки работы симпатической нервной системы сердца: ОФЭКТ и ПЭТ В ОФЭКТ более 30 лет эффективно применяется 123I-MIBG меченные углеродом-11 аналоги норэпинефрина практически не используются из-за малого периода полураспада углерода-11 Синтез 18F-аналогов норэпинефрина слишком сложный Многостадийный нуклеофильный синтез (1R,2S)-4-[18F]фтор метараминола с разделением изомеров хиральной ВЭЖХ Langer et al., Bioorg Med Chem 2001, 9, 677-694 OH NH2 HO 18 F 4-[18F]FMR (1R,2S) ПЭТ: перспективы развития ПЭТ диагностика опухолей будет включать спектр радиотрейсеров для оценки процессов метаболизма, транспорта аминокислот, степени пролиферации, уровня гипоксии, процессов ангиогенеза Возрастет роль этих исследований в разработке новых технологий лечения рака, например, антиангиогенезной терапии; Фармацевтические фирмы будут включать ПЭТ исследование как обязательное на стадии доклинических испытаний новых лекарств Рецепторные ПЭТ исследования перейдут из академической сферы в клинику Возможно будет разработана гибридная технология ПЭТ-МРТ Внедрение микро реакторных технологий позволит упростить синтез основных РФП и расширить применение метода в центрах, где нет сильных радиохимических лабораторий Увеличится спрос на генераторные радионуклиды Лаборатория радиохимии ИМЧ РАН Федорова Ольга Сталлитовна Гомзина Наталья Анатольевна Кузнецова Ольга Федоровна Орловская Виктория Владимировна Красикова Раиса Николаевна Лаборатория радиохимии ИМЧ РАН
