PET肿瘤显像剂 ——18 F- 乙基胆碱 (18F-FECh)


美国通用电气有限公司（中国）医疗系统部 聂韬 李宏利

18F-FDG 作为PET显像剂已广泛应用于肿瘤的诊断、治疗方案选择和治疗效果评价，但其在临床应用中还存在以下问题：（1）在脑组织和盆腔内，18F-FDG不能有效区分肿瘤病灶与正常组织；（2）18F-FDG一般不能检出体积较小的肿瘤病灶；（3）18F-FDG有时不能区分肿瘤与慢性炎症病灶。（4）对于原发型肝癌显像的阳性率低。

有学者用 31P 、13C 和 2H NMR 检测胆碱在人体内乳癌细胞中传送，发现胆碱被一个中间转运体与肿瘤细胞结合，然后在 1 h 里转换成磷酸胆碱。磷酸胆碱是胆碱激酶反应的一种产品,是胆碱由Kennedy通道进入磷脂结合过程中的第一中间体。31P 核磁共振 (NMR) 研究显示,大多数的肿瘤含有大量的磷酸胆碱, 然而在对应的正常组织中磷酸胆碱含量很低, 有时甚至检测不到。

Haeffner等使用 3H- 胆碱和 14C-胆碱调查胆碱在 Ehrlich ascites 肿瘤细胞中的传输。当胆碱在低浓度下与肿瘤细胞相遇，它被一个主动传运体传运至细胞内，在肿瘤细胞内经过1 h ，胆碱被转变成磷酸胆碱 ，最后被整合在卵磷脂中。据此，11C- 胆碱被开发为PET显像剂，试图弥补18F-FDG显像所存在的不足。大量的临床实践表明11C- 胆碱作为PET显像剂，其在脑瘤、肺癌、食管癌、结肠癌以及前列腺癌等恶性肿瘤诊断方面具有一定的优势。但由于11C的半衰期短，影响了其在临床应用中的普及。对于具有符合线路的用户来讲，更是可望而不可及。18F的物理半衰期（110分钟）远较11C（20分钟）半衰期长。若能用18F标记胆碱，不仅能弥补18F-FDG的不足，还可以象18F-FDG一样，由放射性药物中心集中供应，使其能在更大的范围内得到应用。另外，18F- 氟代胆碱相对于11C-胆碱有较高地空间分辨率, 考虑为18F正电子射程（2.4mm）较11C正电子射程(5.0mm)为短。

目前，已有两种18F标记的胆碱衍生物——18F-氟代甲基胆碱以及18F-氟代乙基胆碱投入临床使用。这两种胆碱衍生物的活体分布及其肿瘤探测性能与天然胆碱十分相似；它们与天然胆碱的差别仅在于18F-氟代胆碱经尿排泄更快。

下面，我们主要介绍18F-乙基胆碱的合成。

一、标准品FECh的制备

一、标准品FECh的制备




首先用Fluoroethanol 法合成非放射性的FECh，作为合成18F-FECh的标准。

图1 FECh的合成 (Flurorthenaol法)

（一）、合成试剂：


1、2-fluoroethanol (1.92 g, 30 mmol)
2、tosyl chloride (6.87 g, 36 mmol)
3、dichloromethane (30 mL),
4、pyridine (10 mL)
5、4- dimethylaminopyridine(100 mg)
6、5% HCl (3 times)
7、MgSO4
8、N,N-dimethylethanolamine (407 mg, 4.56 mmol)
9、methyl acetate: methanol (10:1)
10、methanol (20 mL)

以上试剂可从 Sigma， Merck， Wako及国内化学试剂公司购买。

（二）FECh 的合成


1、在持续通入 0 ° C氩气的容器中, 将2- fluoroethanol(1.92 g,30 mmol) 和 tosyl chloride (6.87 g,36 mmol) 溶解在 dichloromethane(30 毫升)中，再加入pyridine(10 毫升) 及4-dimethylaminopyridine(100个毫克) 。
2、将上述混合物在室温下放置3 d后，用 dichloromethane(100 毫升) 稀释，再用 5% HCl(3 次) 和盐水冲洗。
3、通过 MgSO4 进行干燥，在真空中蒸干，变为油状物质。
4、将Fluoroethyl tosylate(996个毫克,4.56 mmol) 溶解于 N, N- dimethylethanolamine(407个毫克,4.56 mmol)。在氩保护下, 以100 ° C 加热 10 分钟。
5、将加热后的混合物溶解于甲基醋酸盐: 甲醇 (10:1)溶液中, 将溶剂蒸干，使产品变为无色的菱状晶体。
6、将FECh tosylate(50个毫克,0.16 mmol) 溶解在甲醇 (20 毫升) 中，通过一个阴离子交换柱, Amberlite IRA-900(Cl-1)(Sigma St. Louis, MO) (3 g).
7、去除了甲醇的FECh 氯化物为无色的针状晶体(28毫克)。
8、将FECh tosylate(40个毫克，0.13 mmol) 溶解于水（30ml）中，并通过一个阴离子交换柱, Amberlite IRA-900(OH -1)(2 g).
9、除去了水的 FECh 氢氧化物为无色的油状物质 (18个毫克, 92%).

二、18F-FECh的制备（TBA 法，见图2）

18F-FECh 的合成 (TBA法)




图2 二、18F-FECh 的合成 (TBA法)

（一）试剂


1、2 mL 40 mmol/L TBA bicarbonate
2、Acetonitrile:water (4:1)
3、2 mL dry acetonitrile
4、1,2-bis(tosyloxy)ethane (20 mg)
5、Acetonitrile (1 mL),
6、N,N-dimethylethanolamine (0.3 ml)

以上试剂可从 Sigma， Merck， Wako及国内化学试剂公司购买。

（二）18F-FECh 的合成 (TBA法)


1、用2 毫升 溶有40 mmol/ L TBA 重碳酸盐的乙腈溶液（乙腈：水为4：1）洗提收集被阴离子交换柱吸附的没有载体的18F-( 大约 370 MBq)，以 100° C 蒸发至干后，再与 2 毫升乙腈蒸干。
2、在干的乙腈 (1 毫升) 中加入1,2 bis(tosyloxy) ethane (20mg)，以 80 ° C 加热 20 分钟。
3、在低压下，以 80 ° C 将溶剂蒸发、干燥，
4、由上述方法制备的、没有载体的2-18F-fluoroethyl tosylate干燥后溶解于N, N- dimethylethanolamine(0.3 ml).
5、以 100 ° C 将混合物加热 5 分钟.
6、真空条件下，以100 ° C将N, N- dimethylethanolamine 蒸干，用HPLC对剩余物进行分析。
7、18F- FECh 氢氧化物相对于18F-衰变校正后的放化产率为 46.3%。

参考文献

1、Toshihiko Hara著，林保和译。11C-胆碱和18F-FDG在肿瘤PET显像中的应用。JFMI，2003，Vol3.

2、Toshihiko Hara. Development of 18F-Fluoroethylcholine for Cancer Imaging with PET: Synthesis, Biochemistry, and Prostate Cancer Imaging. JNM Vol. 43 No. 2 187-199

3、DeGrado TR, Coleman RE, Wang S, et al. Synthesis and evaluation of 18F-labeled choline as an oncologic tracer for positron emission tomography: initial findings in prostate cancer. Cancer Res 2001;61:110–117.