正电子放射性示踪剂化学合成系统临床应用

美国通用电器公司医疗系统部(中国) 功能分子影像产品部 聂涛

近年来国内正电子符合线路系统、复合型PET(1英寸厚晶体符合线路系统)以及PET/CT系统快速发展,特别是正电子符合线路系统和复合型PET在国内大型医院已经基本上达到了普及程度。正电子符合线路系统、符合型PET以及PET/CT显像必须具有正电子发射型放射性示踪剂,而且其图象质量、临床检查项目依赖于正电子放射性药物质量和种类。所以在国内生产高质量、多种类的正电子放射性药物对临床工作具有极其重要的意义。

正电子放射性示踪剂化学合成系统将医用回旋加速器生产的正电子放射性核素标记到一些化学底物上,从而形成正电子放射性示踪剂。由于正电子放射性核素半衰期短、放射性活度较强,所以单纯手工标记很难完成,为此须采用化学合成系统。从发展过程来看,化学合成系统分成第一代和第二代。第一代化学合成系统效率低(一般在35%左右),安全性差且重复性很难保证。第二代化学合成系统明显克服了以前化学合成系统的不足(见表1)。从临床应用角度出发将正电子放射性示踪剂化学合成系统分成专用型和多用途型,表2示两种类型的区别。目前在临床上只有F-18-FDG和F-18-DOPA具有专用型化学合成系统。C-11和F-18标记的其它放射性示踪剂(如乏氧细胞显像剂)仍然采用多用途的化学合成系统,但是和以前不同的是化学合成效率明显提高。GE公司在2003年对C-11的化学合成系统进行了全新设计,新型的C-11化学合成系统能够直接得到最终的C-11标记的示踪剂(如C-11-Methionone)。该系统是目前唯一能够一次合成出最终C-11标记产物的化学合成系统。专用型正电子放射性示踪剂化学合成系统适用于有大量常规临床工作的PET中心或正电子放射性药物供应中心。该种系统操作简单、快速,且可快速多次使用。其整个化学合成过程几乎没有人为因素影响,因此其合成效率高且稳定,产品安全、可靠。多用途合成系统可灵活方便地生产多种更具特异性的正电子放射性示踪剂。已经有了专用型FDG合成系统的用户,为了扩大临床应用范围,提高显像方法的特异性或进行正电子显像的科学研究,需要购买多用途型化学合成系统。

表1 两代化学合成系统的区别(以F-18-FDG和C-11标记物为例)

 
第一代化学合成系统
第二代化学合成系统
F-18-FDG化学合成效率
35%左右
一般大于60%
C-11标记物
只能合成C-11 CH4等中间体
一次性能够合成最终产物
重复性、安全性
一天多次使用
不能
可以

表2 正电子放射性示踪剂化学合成系统分类

 
专用型
多用途型
临床常用正电子放射性示踪剂
F-18-FDGF-18-DOPA
C-11药物F-18药物
临床常用设备(GE公司能够提供)
TRACELAB MX FDG
TRACELAB FX FDG
TRACELAB FX DOPA
TRACELAB FX F-N
TRACELAB FX F-E
TRACELAB FXC
设备优点
合成效率高,FDG合成效率一般在60%以上
操作过程简单、易学
每天能够反复多次使用
安全、质量有保证
同台设备能够合成多种示踪剂
合成成本低
智能化控制,用户能够控制合成过程

GE公司目前能够提供的正电子放射性示踪剂化学合成系统分为两大类:

一、专用型化学合成系统

  • F-18-FDG化学合成器:
    目前临床使用的正电子放射性示踪剂99%为F-18-FDG,所以高效、简单、快速合成F-18-FDG对临床具有重要意义。GE公司为客户提供两种专用的FDG合成系统-TRACELAB MXFDG和TRACELAB FXFDG(见表3)。TRACELAB MXFDG在国内已经安装了12台,由于合成效率非常高,操做简单,在临床工作中已经发挥了重要作用。

表3 专用型F-18-FDG化学合成系统

化学合成系统产品

TRACELAB MX
TRACELAB MXFDG

TRACELAB FX
TRACELAB FXFDG

合成效率(校正后) 70% 70%
准备时间 5分钟 15分钟
合成时间 25分钟 30分钟
适用范围 初次使用客户 有一定经验的客户
特点 简单、多次使用/天、使用一次性模块 成本极低、采用程序化控制合成过程
全球安装台数 180台以上 160台以上
国内安装台数 12台  

虽然专用型合成系统具有许多优点,但是专用型系统合成流程固定,用户无法改变。为此GE公司为用户提供了多种用途的合成系统。

TRACERlab FX

二、多用途化学合成系统

为了满足临床需要,目前已经有许多新型正电子放射性示踪剂研制成功,它们对于肿瘤、心血管和神经系统疾病的诊断和鉴别诊断具有独特的作用。GE公司现在能够提供两种多用途型化学合成系统-TRACERlab FXF-N([18F]氟全自动亲核氟化化学合成系统)和TRACERlab FXc(一体化气相甲基碘化物产品生产的全自动甲基化合成系统)。由于C-11的生产过程相对复杂、半衰期又短,现在最常用的是TRACERlab FXF-N


  • TRACERlab FXF-N
    TRACERlab FXF-N是一种生产F-18标记(亲核)示踪物产品的简单而高效的自动化系统。该系统通过相转移催化剂将F-18转化为有机相,然后和底物进行反应。系统能够自动进行反应器蒸干,然后在30°C到200°C的温度范围内操作,采用一体化预备放射性/紫外-高效液相色谱系统进行纯化。为了从放射性/紫外-高效液相色谱溶媒中分离产品,该系统整合入一个固态的萃取系统。最后,将产品消毒过滤就可以得到注射用的溶液。每一步合成都按照cGMP要求进行记录。合成完成后,对设备进行自动清洁,以备下一次生产。该系统通过应用软件,所有的步骤易于程序化。通过调整操作程序,本系统可以生产多种F-18标记的正电子放射性示踪剂(见表4),因此具有广泛的应用前景。

表4 TRACERlab FXF-N能够提供的F-18标记正电子药物

示踪物 分子水平 疾病水平 举例
18F标记长链脂肪酸-18F FTHA 无氧代谢 心脏病学 心肌缺血
18F Fluoromisonidazole 乏氧 肿瘤学 心脏病学 心肌缺血,少灌注的肿瘤
18F Methylbenperidol 多巴胺能D2受体 精神病学 精神分裂症 药瘾者
18F 甲基螺哌隆 多巴胺能D2受体 精神病学 精神分裂症 药瘾者
16a 18F-氟雌二醇 胆固醇代谢 肿瘤学 雌激素依赖性乳腺癌
18F Altanserine 丝氨酸能S2受体 精神病学 抑郁
18F FLT 氟-L-胸苷 DNA合成 肿瘤学 肿瘤增生
18F FDG 糖代谢 肿瘤学 肺癌
  心脏病学 心肌发育  
  精神病学 老年痴呆症  

  • TRACERlab FXc
    该系统主要用于带有[11C]甲基碘化物的甲基化反应。[11C]甲基碘化物是通过一种已经获得专利技术的气相方法生产的。起始的化合物是并不依赖靶系统的[11C]CO2或[11C]CH4。甲基化是在一个-190°C至200°C温度范围内工作的反应堆中进行的。每一步合成都按照cGMP要求进行记录。合成完成后,对设备进行自动清洁,以备下一次生产。由于包括[11C]CO和[11C]CH3I在内的合成中间体的可获得性,以及将反应物合成为正电子放射性示踪剂的方便性,产生了许多在药理学上相同,但来源于不同前体药物的放射性药品。为了从放射性/紫外-高效液相色谱的溶媒中分离出产品,该系统整合了一个固态的萃取系统。最后将产品消毒过滤就可以得到可注射用的溶液。和TRACERlab FXF-N类似该系统通过应用软件控制化学合成系统,从而生成各种产品(见表5)。

表5 TRACERlab FXC 能够提供C-11标记正电子化学合成系统

示踪物 分子水平 疾病水平 举例
11C雷可必利 多巴胺能突触后受体 精神病学 精神分裂症 药瘾者

11C Metahydroxyephedrine

肾上腺素能的神经传递 心脏病学 心力衰竭
11C甲基螺哌隆 多巴胺能突触后受体 精神病学 精神分裂症 药瘾者
11C Methionone 蛋白合成 肿瘤学 快速生长的肿瘤肺癌
11C 醋酸盐 细胞代谢 心脏病学 心脏代谢
11C 棕榈酸盐 脂肪酸代谢 心脏病学 心肌缺血

由此看见,专用型和多用途型正电子放射性示踪剂化学合成系统在临床具有重要作用。