神经系统损伤及冠状动脉斑块PET-CT正电子放射性显像剂[11C]

PK11195全自动合成方法及临床前期研究

GE Healthcare China 李宏利 王海兵 关艳

g - 氨基丁酸（g-aminobutyric acid, GABA) 是哺乳动物体内重要的生物活性物质之一。GABA受体分3个亚型，即GABAa、GABAb和GABAc[1、2、3]。GABAa和GABAb主要分布在中枢神经系统，而GABAc主要分布在外周。GABA和GABAa、GABAb受体特异结合后可使神经元膜超极化，并抑制神经元的兴奋性。但是两者作用机理不同，GABAa受体是一种递质调控的CIˉ通道，活化的GABAb受体可使K+外流。苯二氮卓(Benodiazepine，BZ)是最广泛应用 的药物，它具有镇静、催眠、抗焦虑、肌肉松弛和抗惊厥等多种作用。BZ是通过与GABAa受体上的BZ结合部位结合而发挥作用的。氟马西林(Flumazenil)是BZ及其类似物的拮抗剂[3]。所以使用[11C]Flumazenil作为BZ及其类似物的拮剂可以达到临床癲痫原发灶诊断、疗效观察和治疗方案制定目的。

GABAc主要分布在外周组织细胞中，比如肾脏、心脏、脑胶质细胞、肝脏、巨噬细胞、淋巴细胞等组织脏器中。[11C] PK11195（ [1-(2-chlorophenyl)-N-methyl-N- (1-methylpropyl)-3-isoquinoline carboxamide] ， PK11195）能够特异性和 GABAc受体结合 [4]。在组织发生炎症和受到损伤时炎症细胞（巨噬细胞/激活小胶质细胞、粒细胞、淋巴细胞等）和一些炎症因子均会参与炎症的过程，所以通过[11C]PK11195可以直接显示外周组织细胞的炎症过程。病理证实神经系统损伤和冠状动脉粥样硬化过程存在炎症反应。有报道采用[11C]PK11195早期诊断神经系统损伤及对指导临床治疗方案选择，并且采用[11C]PK11195在使用PET-CT对心脏和冠状动脉粥样硬化斑块进行诊断。

GE TRACE lab FXc系统在一个模块中整合了生产11C标记的示踪剂所有步骤需要的功能：捕获 [11C] CO2，将其转化为甲基碘化物（ [11C] CH3I），甲基化，纯化及最终产物设计。所有的生产步骤都完全自动化。系统包括一套专用的制备HPLC和UV（紫外线探测）系统，其软件也整合到系统软件中。每个合成过程都根据GMP条例进行记录。同使用的材料相关的数据如批号，可以被输入到控制系统中，永久保存并打印在产物报告上。重要的时间依赖性的信号如来自温度、压力及放射活性探头的信号在合成过程中被记录并以图形化形式实时显示，而后被永久保存。这些数据以图形化的形式被打印在合成方案中。这样，正确的合成进程被记录。该单元中放射性物质的转运及反应过程是处于控制之下的，其过程也被记录并定量。所以本文重点介绍采用GE TRACElab FXc全自动合成[11C]PK11195 受体显像剂的技术和方法。

1. 反应原理：[11C] PK11195可由甲基化的方法合成，详细合成方法、原理及药物分部见Obaidur Rahman等报道 [6]。

2. 合成过程使用的前体和标准品从ABX公司直接购买。

3.采用GE TRACER lab FXc合成 [11C] PK11195的过程：下图是采用TRACER lab FXc合成 [11C]PK11195的示意图。示意图表明了合成过程的详细流程。

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GE TRACER lab FXc


  • 使用GE MINItrace生产[11C]CO2。
  • 将[11C]CO2传输进入反应器与氢气混合，在Ni催化剂的作用下，于400°C高温反应，生成11CH4。
  • 11CH4与升华的碘在730°C高温下反应生成11CH3I。
  • 碘甲烷（11CH3I）在氦气流（20 mL/min）的作用下进入反应池（25 °C，2 mg Desmethyl-PK11195 溶于 400 μl DMSO，然后加入10 mg KOH 粉末。
  • 混合液100 °C反应3分钟，然后冷却至室温。
  • 混合物进入HPLC进行分离纯化，C18柱，淋洗液70％EtOH ，λ= 254 nm，流速3 ml/min。收集放射性峰组分。收集部分用Sep-Pak C18柱再次分离纯化，然后用一个0.2 mm的无菌滤膜过滤。得到产物[11C]PK11195。

4、临床前期研究
将兔子麻醉后经耳缘静脉注入11C－PK11195 3mci，在扫描床上固定然后马上开始PET/CT动态扫描。扫描设备为GE Discovery LS PET/CT 扫描仪，扫描参数设定为30秒X 6，60秒X5，90秒X6，300秒X6四组动态扫描程序，采用3D采集模式，采集数据由系统按照设定的参数自动重建并在处理工作站上显示重建后的动态扫描图像（参见下图）。

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4、临床前期研究

整个合成过程在一个全自动、全密闭的系统中进行的，并且在必要的时候可以进行人工干预，确保合成的顺利进行。 在合成过程中，反应的前半部分，即甲基碘的生成部分，TRACERlab FXc采用了全新的气相反应方法。加速器生产的CO2直接与氢气反应生成甲烷，然后与气态碘生成甲基碘。这个合成过程不需要对合成器进行任何干预，也不需添加任何药物，完全在全自动的密闭系统中进行，相对于传统的采用LiAlH4作为还原剂的液相反应方法具有无法比拟的优越性，既大大简化了操作（LiAlH4的活波性大大限制了它的用途，同时也增加了操作的复杂程度），避免了由还原剂失效带来的反应失败，同时也避免了这部分由于人工添加还原剂及其它试剂带来的质量保证问题。

在国内采用[11C]PK11195正电子放射性显像剂 和PET-CT对神经系统损伤及冠状动脉斑块显像还未见报道。常规采用[18F]FDG显像技术除存在特异性差的缺点外，更重要的是[18F]FDG存在比活度低明显限制探测的灵敏度。[11C]PK11195正电子放射性显像剂具有高的比活度，所以对于神经系统损伤和冠状动脉斑块显像具有高灵敏度和特异性。[11C]PK11195全自动化的合成过程为[11C]PK11195在我们国内临床普及应用奠定了基础。

参考文献：

  1. 全国第三届正电子放射性药物临床应用研讨会 2004年8月
  2. 吕宝璋、卢建、安明榜 主编 受体学 安徽科学技术出版社
  3. Gavish Moshe, et al. Enigma of the peripheral benzodiazepine receptor. Pharmacological Review. 1999;51:629-650
  4. Nagren,K;Christer,H. Methylation of amide and thiol functions with [11C]NMSP[11C]Flumazenil and [11C]methionine. J. Labelled Compd. Rad. 1998;41:831-841
  5. Price CJS, Warburton EA, Menon DK. Human cellular inflammation in the pathology of cute cerebral ischaemia. J Neurol Neurosurg Psychiatry. 2003; 74:1476-1484
  6. Obaidur Rahman. [11C] Carbon monoxide and aryl triflates in palladium-mediated carbonylation reactions: Synthetic approaches to [11C] carbonyl compounds and [11C] amines. Acta Universitatis Upsaliensis Uppsala 2004.