18F-FLT合成方法及其在PET显像中的应用

美国通用电气有限公司(中国)医疗系统 功能分子影像产品部　　李宏利　卢殿峰

18F-FDG可以反映人体组织细胞的糖代谢过程，并且具有理想的半衰期（110分钟）以及实用、快捷的合成方法，因此被广泛应用于肿瘤、心脏、神经等多个系统的PET诊断中。但我们知道组织细胞对葡萄糖的摄取代谢正常，并不代表组织细胞所有的代谢功能正常。18F-FDG并不能很好的区分慢性炎症病灶和肿瘤组织，在检出体积较小的病灶方面也存在一定困难；检查一些本底吸收比较高的器官和组织，比如脑、膀胱和前列腺，18F-FDG就不能很好的区分肿瘤组织和正常组织。由此看来18F-FDG具有很高的灵敏度，但是特异性比较差。近年来对更具特异性的肿瘤PET示踪剂的需求越来越高。因此，人们开始研究标记的核苷，以显示增生性肿瘤组织。其中最成功的核苷衍生物是3’－脱氧－3’－[18F]氟胸腺嘧啶（[18F]FLT）。以往由于[18F]FLT的前体合成过于冗长，以及合成效率低，重现性不好等因素，故临床应用受到限制，但目前人们已经研究出了简化的合成方法，[18F]FLT前体合成大大简化，可靠性增加，使得[18F]FLT可以进行常规的临床应用。更重要的是，该标记合成反应非常适合于自动化操作，使常规生产和临床研究更加方便。

材料和方法

材料和方法

[18F]FLT合成　　合成[18F]FLT有多种方法。这些合成方法的差别在于它们对前体的选择有所不同。根据前体选择的不同，可以分为以下几种方法（具体反应步骤见附件）：

① DMTThy法：Wodarski C.等(1)，及Machulla H.J.等(2)提出了一个采用2,3’-anhydro-5’-O-(4,4’-dimethoxytrityl)thymidine (DMTThy)（Figure 1）作为前体的简化合成方法。

Figure 1　2,3’-anhydro-5’-O-(4,4’-dimethoxytrityl)thymidine (DMTThy)

Synthesis route of [18F]FLT (DMTThy method)



Figure 2　Synthesis route of [18F]FLT (DMTThy method)

Wodarski C.采用的反应流程Figure 2所示。DMTThy和Kryptofix 2.2.2 及K2CO3 在DMSO中混合， 175 °C加热1小时。然后加入HCl，175 °C加热1分钟以去掉保护基团。产品经Al2O3柱和HPLC纯化。 [18F]FLT放化产率为5.6±1.4 % (n=5)。

Machulla H.J.等采用的标记方法同上，只是反应时间和温度有所差别。最佳产率为14.3±3.3 % (160 °C, 10分钟)。（如Figure 3所示）

Synthesis route of [18F]FLT (Machulla H.J.)

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Figure 3 Synthesis route of [18F]FLT (Machulla H.J.)

② AThy法：Machulla H.J.等(2)同时采用在5’位不带保护基团的前体2,3’-anhydrothymidine (AThy)，由于不需要在最后一步去掉保护基团，因此这种合成方法最为简化。见Figure 3。具体反应过程同DMTThy法，但在最后步骤不需加入HCl来去除保护基团。但使用Athy作为前体合成产率低于DMTThy。这是由于羟基基团会降低[18F]氟的反应性（亲核性）。最佳产率为 5.3±1.2 % (130 °C, 30分钟)。

③ BAThy法：Buck A.K.等(3)采用了一个具有不同的保护基团，benzoyl，的前体5’-benzoyl-2,3’-anhydro-thymidine (BAThy)（Figure 4）。在合成步骤的最终阶段使用NaOH来去掉保护基团，得到产物[18F]FLT。具体方法是 5’-benzoyl-2,3’-anhydrothymidine与Kryptofix 2.2.2及K2CO3混合160 °C加热10分钟，然后加入NaOH，55 °C加热1分钟，去掉保护基团benzoyl。最后产物经Al2O3柱及HPLC纯化。


Synthesis route of [18F]FLT (BAThy method)



Figure 4 Synthesis route of [18F]FLT (BAThy method)

由上可见，[18F]FLT的合成步骤比较简单，反应过程中间不需分离中间产物，非常适合采用“一站式”合成器。目前基本上采用GE公司生产的TRACERlab FXFN（见Figure 5），该化学合成系统可以对各反应步骤、反应温度、时间进行精确控制，并且内置HPLC（含紫外和放射性监测）和分离纯化所需的各种分离柱，真正做到了“一站式”合成。

Synthesizer of [<sup>18</sup>F]FLT (TRACERlab FXFN, GE Medical Systems)

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Figure 5 Synthesizer of [18F]FLT (TRACERlab FXFN, GE Medical Systems)

放化产率与反应过程各因素的关系 Machulla H.J.等(2)对放化产率与前体浓度、反应时间、温度及在5’位有无保护基团之间的关系进行了研究。反应结果如下面两个表中所示。对于前体AThy, 最佳产率为 5.3±1.2 % (130 °C, 30分钟)。对于前体DMTThy，最佳产率为14.3±3.3 % (160 °C, 10分钟)。

表1: 前体用量对 [ 18F]FLT放化产率的影响

 
1 mg
5 mg
10 mg
20 mg
DMTThy
140°C, 10 min
0.0 ± 0.0
n = 2
3.6 ± 0.9
n = 2
9.0 ± 1.5
n = 13
11.0 ± 0.4
n = 2
AThy
130°C, 10 min
0.5 ± 0.2
n = 2
2.7 ± 0.1
n = 3
2.8 ± 1.5
n = 6
5.1 ± 0.1
n = 4

表 2: 反应时间对放化产率的影响

 
5 min
10 min
30 min
60 min
DMTThy
180°C, 10 mg
-
-
13.7 ± 3.8
n = 7
12.8 ± 1.7
n = 4
7.0 ± 2.0
n = 2
DMTThy
160°C, 10 mg
10.9 ± 1.9
n = 4
14.3 ± 3.3
n = 9
13.9 ± 3.6
n = 9
10.2 ± 2.9
n = 4
AThy
140°C, 10 mg
7.8 ± 0.2
n = 2
9.0 ± 1.5
n = 13
10.1 ± 2.9
n = 5
9.0 ± 1.2
n = 3
AThy
130°C, 10 mg
1.7 ± 0.1
n = 2
2.8 ± 0.5
n = 6
5.3 ± 1.2
n = 9
5.1 ± 0.1
n = 2

临床应用

[18F]FLT近年来被引入临床应用和研究。相对于传统、通用的PET药物18F－FDG，使用[18F]FLT对不同类型癌症的转移的识别更准确。一个比较好的例子是非小细胞肺癌，在这类病症中几乎所有病变都能被[18F]FLT检测出来。 如果是炎症情况，通常都能观察到18F－FDG的吸收，并且容易误断为癌症病变。而在这样的病例中，通常观察不到[18F]FLT 的吸收。另外，很明显[18F]FLT对恶性肿瘤具有特异性，因为到目前为止，还没有良性肿瘤也表现出[18F]FLT的吸收。 Buck et al.发现 [18F]FLT能反映增生性肺结节（SPNs）。

结论

[18F]FLT是一种前景非常好的新型PET示踪剂，尤其在对体内增殖的显像方面优势更为明显 。现在用于合成的化学前体比较容易获得，合成方法进一步简化，[18F]FLT生产可以完全实现自动化，并且具有稳定的合成效率。[18F]FLT在体内具有很高的化学稳定性，并且不受I－相代谢反应的影响，不容易降解。

综上所述，TRACERlab FXFN化学合成系统进一步改善了[18F]FLT的合成方法，提高了合成效率。在完成合成的同时，提供了可人为控制的全自动生产过程，稳定的生产合成效率和无与伦比的方便快捷性，带领我们进入一个崭新的临床应用和研究领域。

参考文献

(1)Wodarski C., Eisenbarth J., Weber M., et al., Synthesis of 3’-deoxy-[18F]fluoro-thymidine with 2,3’-anhydro-5’-(4,4’-dimethoxytrityl)-thymidine, J. Labelled Cpd. Radiopharm., 43: 1211-1218 (2000).

(2)Machulla H.J., Blocher A., Kuntzsch M., et al., Simplified labeling approach for synthesizing 3'-deoxy-3'-[18F]fluorothymidine ([18F]FLT), J. Radioanalytical Chem., 243(3): 843-846 (2000).

(3)Buck A.K., Schirrmeister H., Hetzel M.,et al., 3-deoxy-3-[18F]fluorothymidine-positron emission tomography for noninvasive assessment of proliferation in pulmonary nodules, Cancer Res., 62: 3331-3334 (2002)

附：
[18F]FLT合成路线：

1.DMTThy法(使用2,3’-anhydro-5’-O-(4,4’-dimethoxytrityl)thymidine (DMTThy) 作为合成前体，Wodarski C. et al.)
a.[18F]溶液 (7.5 GBq) 加入 Kryptofix 2.2.2 （43.5 mg，溶解于0.4 ml 乙腈）和K2CO3 （23 mg溶解于0.1 ml水）的混合物中，在氦气流下加热干燥。
b.10 mg DMTThy 溶解于0.4 ml 无水DMSO，然后加入上述混合液中， 175 °C加热1小时。
c.加入0.4 ml 1 M HCl， 175 °C加热1 min （得到产物[18F]FLT）。
d.产物通过一个中性氧化铝柱及HPLC纯化。
e.放化产率：5.6±1.4 % [18F]FLT (n=5).

2.BAThy法(使用5’-benzoyl-2,3’-anhydro-thymidine 作为合成前体，Buck A.K. et al.)
a.回收 [18O]水后，使用 K2CO3 (3.3 mg溶于360 ml水中)溶液将 [18F]氟化物洗脱。
b.加入Kryptofix 2.2.2 (20 mg溶于0.7 ml乙腈)，溶液通过蒸发干燥。然后再加入1 ml acetonitrile 重复蒸发干燥一次，除掉残余的水汽。
c.10 mg 5’-benzoyl-2,3’-anhydro-thymidine溶解于1 ml DMSO，然后加入上述混合物中。
d.溶液在160 °C 加热10 min。
e.加入1% 350 ml 1M NaOH 55 °C加热10 min，去掉保护基团苯甲酰基（得到产物 [18F]FLT）。
f.产物通过一个中性氧化铝柱及HPLC纯化。