乏氧显像剂18F-氟米索硝唑的合成和初步临床应用

GE Healthcare China李宏利　王海兵 齐如海
山东省肿瘤医院PET-CT 杨国任 于金明 赵书强 孙晓蓉 付正 马 莉
黑龙江农垦总医院PET-CT中心 张嘉文 金钟男 李金玲

18F标记的18F-氟米索硝唑（18F-fluoromisonidazole，[18F]FMISO1）能在乏氧组织中积聚或滞留，与组织氧化活动成反比例。肿瘤组织由于异常生长导致血液循环不良而有局部坏死或缺氧组织，后者对于化学治疗或辐射治疗会有较高的耐受性。因此[18F]FMISO常被用于PET显像中肿瘤乏氧组织的定位诊断。同时，[18F]FMISO也可用于心脏灌注、心肌缺血等。1-(2'-硝基-1'-咪唑基)-3-氟-2-丙醇（1-(2'-nitro-1'-imidazolyl)-3-fluoro-2-propanol，FMISO），用18F标记后用于正电子显像。人们研究了多种合成方法1,2,3，目的是为了提高放化产率、简化合成流程，以适应临床使用的需要。这些合成方法主要分为两类：A）在一个带保护基团的前体上进行亲核取代反应，然后去掉保护基团。B）环氧化物环打开，生成18F标记的中间体Epifluorohydrin，紧接着在碱性条件下与硝基咪唑偶联。前一种方法目的是减少化学结构改变次数，进一步提高标记率，实现一步合成。后一种方法是利用市场有售的无须修饰的化学成份，目的是实现日常应用。人们倾向于采用亲核取代的方法，用18F离子取代四氢吡喃基保护的前体上甲苯磺酸基团，直接标记FMISO。目前[18F]FMISO合成用前体1-(2'-硝基-1'-咪唑基)-2-O-四氢吡喃基-3-O-甲苯磺酸丙二醇（1-(2'-nitro-1'-imidazolyl)-2-O-tetrahydropyranyl-3-O-toluenesulfonylpropanediol，NITTP）市场上有售(ABX公司等)，使得亲核取代的标记方法更具前景。下面就介绍一下这种合成方法和初步临床前期及临床研究进行介绍4。

一、标记方法
1．试剂
1-(2'-硝基-1'-咪唑基)-2-O-四氢吡喃基-3-O甲苯磺酸丙二醇（1-(2'-nitro-1'-imidazolyl)-2-O-tetrahydropyranyl-3-O-toluenesulfonylpropanediol，NITTP）由ABX Advanced Biomedical Compounds公司购买。 乙腈（CH3CN），K2CO3，和HCl由Merck公司购买。
Kryptofix( 2.2.2 由Sigma-Aldrich公司购买。
2．反应原理（见Fig. 1）

Fig. 1: Reaction scheme for the synthesis of [18F]FMISO 3．反应步骤



Fig. 1: Reaction scheme for the synthesis of [18F]FMISO 3．反应步骤
标记采用GE Tracerlab FXFN全自动化学合成器。

  1. [18F]氟化物由GE公司PETtrace 或MINITrace通过18O(p,n)18F反应生产。用氦气将照射后的富氧水传入合成器接收瓶中。
  2. 回收 [18O]水后，18F-离子保留在阴离子交换柱（QMA）上。使用1号瓶中 K2CO3 （3 mg溶于0.5 ml水）和Kryptofix 2.2.2.（15 mg溶于1 ml乙腈）混合溶液将 [18F]氟化物洗脱，进入的反应瓶中，溶液通过85(C蒸发干燥。水汽由置于液氮中的冷阱吸收。
  3. 6号瓶中的前体（NITTP，5 mg溶于1 ml DMSO）溶液进入反应瓶，100(C加热8分钟。
  4. 4号瓶中HCl（1 N，1 ml）溶液进入反应瓶，100(C加热5分钟，进行水解。
  5. 5号瓶中乙酸钠溶液（30%水溶液，0.5 ml）进入反应瓶，中和混合液。
  6. 粗产品通过Al2O3柱，分离未反应的[18F]F-。3号瓶中HPLC淋洗液（5%乙醇水溶液，1 ml）冲洗Al2O3柱。
  7. 初步纯化后的产品进入HPLC分离模块，进一步纯化（洗脱液H2O/C2H5OH 95/5，v/v，流速8 ml/min，紫外220 nm，放射性和紫外线同时监测）。当系统检测到HPLC处放射性计数达到设定阈值后，自动开始收集，得到最终产物。
    最后得到产物[18F]FMISO，放化产率60%。如果使用10 mg，同样条件下可得到产率86%。

二、18F-FMISO的临床前期PET/CT显像
采用兔子为动物模型，注射剂量约3 mCi。下面为30分钟后PET、CT及融合图像（a）和（b）、50分钟（c）、70分钟（d）、90（e）分钟后PET图像：

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<图A> <图B> <图C> <图D> <图E>
<图A> <图B> <图C> <图D> <图E>

三、18F-FMISO PET/CT临床显像
患者注射18F-FMISO 6mCi , 注射后90分钟进行临床显像。采用2D采集模式（为获得准确的临床数据，临床研究均采用2D采集模式）临床图象表明肝脏和肠道摄取18F-FMISO较多，以肠道最明显。下图象是18F-FMISO 胸部PET-CT临床图象。

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18F-FMISO PET/CT临床显像

四、结论及讨论
我们在国内通过初步实验和临床应用体会到[18F]FMISO合成过程和[18F]FDG一样比较简单、合成过程方法稳定,生产[18F]FMISO所需的试剂均可通过ABX公司获得。但是[18F]FMISO合成过程虽然简单，而合成过程条件却明显影响合成效率，其中合成所使用的设备、时间和温度、前体剂量等是影响[18F]FMISO合成效率主要的因素。
1． 时间和温度：反应中时间和温度的控制显得非常重要，偏离实验最佳条件会导致产率的大幅降低。要在较短的时间内完成加热和降温过程，所以只有在自动化控制的条件下才有可能完成。
2． 前体的剂量：采用前体NITTP，整个合成方便、快捷，如果采用10mg剂量最高产率可达到80%以上。我们发现在采用NITTP 5mg时产率只达到了60%。我们的初步临床经验表明在进行合成18F-FMISO时一定要配置新鲜的前体，不能使用超过3小时配置的前体。
3． 合成过程简单：反应流程可以在GE公司TRACERlab FX亲核反应系列任一自动化合成器上（比如合成FDG的自动化合成器）进行。在该系列产品中用户可以自己设置条件，以满足不同实验室的需求。整个合成过程在监控下完成，而且必要时可以进行暂停、停止或改变流程。
4． 由于18F-FMISO合成效率高，所以18F-FMISO的合成和临床使用对于临床放射计划治疗提高疗效具有重要的实用价值。
GE公司生产的放射性药物自动化合成器TRACERlab FXF-N由于采用计算机严格控制反应时间和温度等条件，而且内置HPLC（带紫外和放射性探头，见Fig. 2）作为质量控制，是合成[18F]FMISO的首选合成器，完全可提供临床的日常需要。结合我们国内的实际情况，我们认为[18F]FMISO可以作为临床常规使用的药物，它和[18F]FDG、及11C标记的胆碱、蛋氨酸相结合将会充分发挥功能分子影像设备的功能。可以讲正电子放射性药物是决定PET-CT临床应用的经济和社会效益的主要因素。我们希望[18F]FMISO能够在肿瘤治疗中发挥其真正的价值。

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Fig. 2 GE Healthcare TRACERLab FXF-N示意图

Fig. 2 GE Healthcare TRACERLab FXF-N示意图
参考文献：
1． Jerabek, P.A.; Patrick, T.B.; Kilbourn, M.R.; Dischino, D.D.; Welch, M.J., Appl. Rad. Isot. 37 (1986) 599.
2． Grierson, J.; Mathis, C.; Shankland, E.; Link, J.; Grunbaum, Z.; Rasey, J.; Krohn, K., J. Nucl. Med., 28 (1987) 1081.
3． Tada, M.; Iwata, R.; Sugiyama, H.; Sato, K.; Kubota, K.; Kubota, R.; Takahashi, H.; Fukuda, H.; Ido, T., J. Labelled Compd. Radiopharm., 38 (1996) 771.
4． M. Patt, M. Kuntzsch, H.-J. Machulla, Preparation of [18F]fluoromisonidazole by nucleophilic substitution on THP-protected precursor: Yield dependence on reaction parameters, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, Vol 240(3):925-927 (1999).