1、不同浓度 H218O 等因素对合成 18F作者：袁梦晖，周亮飞，徐海峰，周润锁，周飞华，巫少君 【关键词】 双脱氧葡萄糖 【Abstract】 AIM: To analyze the effects of the concentration of H218O on the synthesis of 218F2deoxyDglucose (18FFDG) using singlepot acid hydrolysis. METHODS: Different concentration of H218O was used and the synthesis rate in each 18FFDG
2、production was observed. RESULTS: The concentrations of H218O were found to have little effect on the synthesis rate of 18FFDG. The main byproduct was 13N, mostly in gaseous form, and with little involvement in the 18FFDG production. The determinant in the synthesis was the presence of water. Via se
3、veral dehydration steps, water could be minimized and the production rate would be maximized. CONCLUSION: The concentration of H218O can be set with the number of patients to be examined, thus ensuring the normal synthesis rate and reducing the cost at the same time. 【Keywords】 18FFDG; synthesis; in
4、fluence factor 【摘要】 目的： 以单管酸水解法合成 18F 双脱氧葡萄糖（18FFDG）为例，分析了利用不同浓度的 H218O 对 18FFDG 合成效率的影响因素. 方法： 利用不同浓度 H218O 生产 18F-，采取单管盐酸水解法合成 18FFDG，观察不同条件下 18FFDG 的合成效率. 结果： 不同浓度H218O 对 18FFDG 合成效率的影响不大，反应的副产品 13N 主要以气态方式存在，不参与 18FFDG 的合成过程；合成体系中的含水量是最终影响合成效率的主要因素，通过有效除水可以缩短合成时间，提高 18FFDG 的合成效率. 结论： 根据每日接受检查的患者
5、数量用不同浓度的 H218O 生产18F-，可以在不影响合成效率的前提下，节约制药成本. 【关键词】 18F 双脱氧葡萄糖；合成；影响因素 0 引言 随着正电子发射计算机断层扫描显像(PET)和 hPET 业务在各个医院的开展，临床对 18F 双脱氧葡萄糖（18FFDG）的需求量大大增加. 同时，通过回旋加速器生产 18FFDG，由于其主要原料 H218O 成本较高，合成成本也比较大. 因此，如何更好地降低成本，提高合成效率，以满足临床的大量需求，成了各 PET 中心化学合成人员的主要任务. 本工作采用加拿大 EBCO TR19 型回旋加速器及单管法自动化合成 18FFDG 模块为例，研究不同
6、浓度 H218O 以及其他因素对合成效率的影响，以提高合成效率，从而提高 18FFDG 的产量. 1 材料和方法 1.1 材料 主要试剂: H218O：浓度 95%(荷兰 Netherlands 公司)；三氟甘露糖(ABX 公司)；Kryptofix2.2.2(K2.2.2,分析纯)和无水乙腈（HPLC 级，Sigma 公司） ；QMA 柱、C18 柱、ALUMINA N 柱（Waters 产品） ；AG50 和AG11*A8 树脂（BioRad 公司产品）. 主要仪器: TR19 型回旋加速器和单管法 CPCU(Chemistry Process Control Unit):加拿大 EBCO
7、 公司产品；TLC 放射性薄层扫描仪：美国 Bioscan 公司产品；Simplicity 超纯水净化仪：美国 MILLIPORE 产品. 1.2 方法 1.2.1 不同浓度 H218O 的配制用超纯水净化仪生产的电阻率为 18.2 Mcm 的超纯水将浓度为 950 mL/L 的 H218O 配制成100，150，300，400 以及 500 mL/L（V/V）的混合液，备用. 1.2.218F 的生产 18F 由 EBCOTR19 型回旋加速器生产. 将不同浓度的H218O（1.4 mL）注入加速器靶内，在 20 A 束流条件下击靶 60 min，经 18O(p,n) 18F 反应产生 18
8、F 离子，伴随反应产生的还有以气态存在的13N. 将击靶产物以跑兔形式传送至位于热室内的活度计，得到的活度为18F 和 13N 的活度之和（A）. 10 min 后再次测量得到活度计里的活度（B）. 依照 13N 和 18F 在 10 min 的衰变系数（13N 为 0.5，18F 为0.939） ，按照数学公式 1 可以计算出 18F 的产量. A=NF+NN, B=0.939NF+0.5NN 得出：NF=0.439(B-0.5A)公式 1 其中：NF 为所求 18F 的活度，NN 为副产品 13N 的活度. 1.2.318FFDG 的合成 18F 被 QMA 柱捕获后，被含碳酸钾的 K2.
9、2.2 乙腈溶液洗脱至反应管，80共沸除水. 再次加入无水乙腈 2.5 mL,82共沸除水，以确保反应系统里的水被除净. 将 15 mg 三氟甘露糖溶于无水乙腈溶液加入反应瓶，85下标记 5 min,经过亲核反应，生成乙酰化的18FFDGOac4,再次 85加热除去乙腈，加入 1 mol/L 的 HCl 在 100下水解 10 min 后得到 18FFDG. 经 AG11*A8 树脂中和 HCl，AG50 去除 K2.2.2,纯化柱 C18 去除没有水解的 18FFDGOAc，ALUMINA N 柱去除没有标记上的18F，最终得到产品. 经过一段时间后，分别测量反应管、离子交换柱（含 AG11
10、*A8 和AG50） 、纯化柱 C18, ALUMINA N, QMA 柱、蒸发接收瓶（标记、水解时接收含 18F 的蒸汽） 、管线的放射性残余量，计算各部分的放射性百分含量以及合成效率（公式 2,3）. 合成效率计算：不校正效率（EOS）=（最终 18FFDG 活度/合成开始时 18F 活度）100%公式 2 校正合成效率（EOB）=(校正至开始时 18FFDG 活度/合成开始时 18F 活度)100%公式 3 1.2.4 放化纯度测定将适量的 18FFDG 用毛细管点样于硅胶板上，而后置于 950 mL/L 乙腈溶液中展开，待展开液展开到硅胶板的 3/4 处，取出硅胶板，晾干. 用薄层扫描
11、仪（TLC）扫描，软件为 Bioscan Miniscan. 统计学处理：实验数据采用方差分析的方法比较组间差异. 2 结果 2.1H218O 的浓度对合成效率的影响 18F-的生产是通过核反应18O(p,n)18F，因此，不同浓度 H218O 在相同反应条件下生产出 18F-的量（用活度表示）不同，浓度高的 H218O 生产出的 18F-活度高（Tab 1）.表 1 不同浓度 H218O 对合成效率的影响（略） 从以上结果可以看出，采用不同浓度的 H218O 生产 18FFDG，其合成效率（EOB）变化不明显（P0.05） ，但由于使用的 H218O 浓度不同，最终得到的 18FFDG 产量
12、也不同. PET 中心可以根据每日需要检查的患者数量提前制订生产所需的 H218O 浓度，保证检查工作顺利进行. 2.2 前体（三氟甘露糖）的用量对合成效率的影响由于在该反应体系中，18F-的化学量很少，因此为了保证亲核反应的进行，所用的三氟甘露糖必须超量. 我们摸索了不同用量的三氟甘露糖（10 mg, 1014 mg, 1518 mg, 1820 mg 以及 2025 mg)对合成效率的影响（Tab 2）.表 2 不同前体用量对合成效率的影响（略） 从以上数据可以看出，只要三氟甘露糖的用量大于 15 mg，就可以满足合成的需要，而增加三氟甘露糖的用量，对合成效率没有明显的提高. Chirak
13、al 等1认为前体的量太多，会引起消除反应，而且参与反应的18F-的活度大小也不影响最终的合成效率. 值得提出的是，在实验中使用不同批次的三氟甘露糖，在相同实验条件下，最终合成效率会有不同. 其原因可能是三氟甘露糖的储存温度要求很严，一般要在 4以下，而在运输过程中，由于保存温度的差异，导致三氟甘露糖化学纯度下降的缘故. 2.313N 对合成效率的影响在加速器通过 18O(p,n) 18F 反应生成18F-的同时，由于靶水里有 H216O 的存在，可以通过 16O（p,）13N 产生 13N. 而 13N 大多是以气态方式存在的，只有在靶物质中有乙醇存在时，13N 才以 13NH3H2O 的形
14、式存在. 以气态存在的 13N 一方面自然衰变（其半衰期为 10 min） ，另一方面挥发到空气中，而不进入反应系统. 少量以 13NH3H2O 形式存在的，由于不能被 QMA 柱捕获，而进入回收瓶，也不进入反应系统. 极其少量进入反应系统者，一方面由于其亲核能力差，另一方面由于其中的绝大多数会在第一步过程中被蒸发，因而不参加反应. 因此，低浓度 H218O 产生的 13N 对合成效率几乎没有影响. 另外，我们通过对终产物的放化纯度的测定（TLC） ，发现最终产物只有 18FFDG（其实验结果见 Fig 1）. 2.4 延长水解以及标记时间对合成效率的影响由于 18F 的半衰期短（110 mi
15、n） ，合成时间对合成效率的影响很大. 在实验中，我们把标记时间控制在 5 min,水解时间控制在 10 min, 并且发现延长标记及水解时间将使最终合成效率减低，其原因可能是由于延长合成时间使 18F 的半衰期对不校正合成效率的影响相对较大. 虽然最终的校正的合成效率差别不大，但最后获得的 18FFDG 的产量会因为合成时间的缩短而有较大提高. 2.5 放射性损失对合成效率的影响在 18FFDG 的合成过程中，发生放射性损失主要有以下三个环节：一是发生在用乙腈除水的过程中，Fuchtner 等2认为在除水过程中存在 20%放射性损失，并证实该过程中放射性的损失主要以挥发的 18F-形态丢失.
16、 我们在实验中发现，通过使用新鲜配制的前体以及在该步骤中用 0.5 psi 的氦气吹入以控制除水温度升高的速度，可以大大降低该步骤的放射性损失至 10%以下. 二是发生在亲核反应过程中，通过实验发现，这一步的放射性损失约为 10%左右，其原因是因为在亲核反应中，我们采用的是开放体系，由于反应温度高于乙腈的沸点，乙腈一直处于沸腾状态，生成脂溶性的中间体，挥发到空气中. 如果采用密闭系统以及固相水解的方法，会减少该部分的放射性损失. 三是反应瓶和管线的黏附以及由于 O 圈老化引起密闭不严引起的放射性泄露，约占 5%左右. 经常检查 O 圈的密闭性并且使用聚乙烯的传输管道，可以降低该部分的放射性损失
17、. 而使用国产四氯乙烯的管道，一年后由于管道内变得不平滑，残留较多，并且放射性导致四氯乙烯分解，影响了 18F-的纯度，从而引起放射性损失3. 2.6CPCU 氟化反应器反应瓶的清洁程度对合成效率的影响由于反应瓶是重复使用的，每次使用前需要对反应瓶进行清洗，如果清洁程度不够，将导致在亲核反应过程中出现杂质，如 Cl-等一些卤素离子、一些金属离子以及一些酯类都会使亲核反应受到影响，从而降低标记率. 因此，每次清洗反应瓶必须用 980 mL/L 硫酸浸泡 24 h，然后用去离子水反复冲洗，最后再用无水乙腈和 750 mL/L 乙醇冲洗，烘干后再使用. 3 讨论 18FFDG 的合成分两步进行. 第
18、一步 18F-与三氟甘露糖进行亲合反应，生成乙酰化的 18FFDG（18FFDGOAc4）第二步用盐酸水解乙酰化的18FFDG，生成最终产物 18FFDG4. 影响 18FFDG 的合成效率的主要因素在第一步，即氟化反应. 18F-与三氟甘露糖的反应是 18F-从三氟甲基磺酰基背后进攻糖环 2 位碳原子的 SN2 亲核反应，18F-进攻后与三氟甘露糖形成一个中间体，然后三氟甲基磺酰基离去. 影响 SN2 亲核反应的因素有：进攻试剂的亲核性、离去基团和溶剂的极性. 在本反应中，亲核进攻试剂为 18F-，离去基团为易脱落的三氟甲基磺酰基，试剂为非质子溶剂乙腈（HPLC 级）. 在非质子溶剂中，与
19、18F-竞争的离子主要为反应体系中和乙腈中少量的水，另外，虽然 H218O 中以及吸附与 QMA 柱上的卤素离子如 Cl-, Br-, I-离子的亲核性远远小于 18F-，但后者的化学量要远远小于这些卤素离子，因此，这些卤素离子的存在也会影响到氟化反应的进行. 为了降低卤素离子对第一步氟化反应的影响，我们采用通过超纯水净化仪净化的电阻率为 18.2 Mcm 的超纯水稀释950 mL/L 的 H218O，同时，在氟化反应前采取两步严格除水，最大限度地减少反应体系中残余的水对氟化反应的影响. 通过上述措施，我们发现，H218O 的浓度对合成效率的影响较小. 而增加前体用量，在 18F 活度为 37
20、00 到 60 000 MBq 之间，对提高合成效率作用不明显. 由于 13N 基本不参加反应，因此低浓度 H218O 产生的 13N 对合成效率几乎没有影响. 综上所述，根据每日 PET 中心需要检查的患者数，可以采用不同浓度的 H218O 生产 18FFDG. 在采用聚乙烯材料的传输管线和清洁的反应器，减少合成体系中水分，尽量缩短反应时间的前提下，能获得较高产额的18FFDG，从而降低生产成本，满足临床需求. 【参考文献】 1 Chirakal R, Mccarry B, Lonergan M, et al. Basemediated decomposition of a mannose
21、triflate during the synthesis of 218Ffluoro2deoxyDglucoseJ. Appl Radiat Isot, 1995;46:149. 2 Fuchtner F, Steinbach J, Mading P, et al. Basic Hydrolysis of 218Ffluoro1,3,4,6tetraoacetylDglucose in the Preparation of 218Ffluoro2deoxyDglucoseJ. Appl Radiat Isto, 1996;47:61-66. 3 张锦明，张书文，田嘉禾，等. 影响 2F2 脱
22、氧 D 葡萄糖合成效率因素初探J. 同位素，2003；16：30-34. Zhang JM, Zhang SW, Tian JH, et al. The primary result of influence factor on synthesis efficiency of 18FFDG J. J Isotopes, 2003;16:30-34. 4 Hamacher K, Coenen HH, Stocklin G, et al. Efficient stereospecific sythesis of Nocarriedadded 218Ffluoro2deoxyDglucose using aminopolyether supported nucleophicic substitution J. J Nucl Med, 1986;27(2):235-238.
