新型葡萄糖類似物99TcmN-DGDTC的藥代動力學和顯像研究

金仲慧,呂忠文,張衛方,張燕燕,盛曉燕,任佳蕾,張俊波

(1.北京大學第三醫院,北京100191;2.吉林大學中日聯誼醫院;3.北京師范大學化學系)

核藥學的發展帶動著臨床核醫學的前進。盡管2-脫氧-2-[18F]氟-D-葡萄糖 (18F-FDG)已經應用了二十余年,但昂貴的設備費用和藥費仍限制了它的普及[1]。锝-99m(99Tcm)標記的葡萄糖類似物具有能量較低和價格便宜的特點[2],并且已經有了成功的報道[3-4]。[99Tcm≡N]2+核近幾年來被證明能形成穩定的標記絡合物,在我們前期的研究中也充分證實了其標記的葡萄糖類似物二硫代氨基甲酸脫氧葡萄糖具有化學性質穩定和制備容易的特點[5],本實驗對其藥代動力學性質和對動物模型的顯像能力進行了進一步的研究。

1 材料和方法

1.1 細胞系

小鼠肝癌細胞系H22和兔肝癌細胞系VX2由北京腫瘤醫院傳代。H22細胞系復蘇后于含10%胎牛血清(PAA,奧地利)的RPMI 1640培養基(Gibco,美國)于5%CO2濃度37℃下培養72 h,隨后接種于小鼠腹腔。待腹水生成后,取腹水收集細胞以107的數量接種于模型小鼠皮下。VX2瘤塊解凍后以PBS洗3遍,切成1 mm大小碎塊,接種于新西蘭大白兔下肢肌肉筋膜下。

1.2 動物

動物實驗經北京大學動物倫理委員會批準。雌性Balb/C小鼠15只,體重20-22 g,雌性新西蘭大白兔6只,體重2.5-3.0 kg均購于北京大學實驗動物中心。10只荷瘤模型小鼠分2組進行藥物顯像實驗。4只兔荷瘤模型行顯像實驗,2只健康兔行藥代動力學實驗。實驗后動物立即處死,尸體于-20℃冷藏衰變后統一處理。

1.3 99mTcN-DGDTC的合成

根據北京師范大學藥盒提供的步驟進行合成,在含0.05 mg氯化亞錫、5.0 mg SDH和5.0 mg DTPA的1 ml生理鹽水混合液中加入[99TcmO4]-液(北京森科)377 MBq(10mCi)。混合液置于室溫15 min然后加入含5.0 mg DGDTC的1.0 ml水溶液,于室溫孵育30 min。TLC檢測在聚酰胺板上進行,展開劑為生理鹽水和乙腈。

1.4 藥代動力學研究方法

99TcmN-DGDTC于耳緣靜脈注射入兔體內,開始2 h內每5 min收集血樣100 μ l,2-2.5 h每15 min采集一次血樣,第2.5-6 h每30 min收集一次血樣。總采集時間為6 h,每次收集的血樣保存于4℃,最后統一測定放射計數(counts,cts)。

99TcmN-DGDTC的血液樣品計數測定在锝分析儀上進行(派特公司,北京)。以藥物總計數代表總劑量,不同時間點血樣放射性計數代表藥物的血液濃度,計數-時間關系使用DAS 2.1.1軟件(中國藥物數學專業協會)進行分析、探索藥代動力學數據。DAS軟件的理論基礎是Akaike標準的藥代動力學模型(Akaike information criterion,AIC)。

在使用血樣檢測法收集藥代動力學數據同時,也采用了動態顯像法對計數-時間變化規律進行分析,其中ROI選擇了反應血藥濃度變化最敏感的部位——心臟。

1.5 腫瘤模型顯像實驗

小鼠和兔子在SPECT顯像實驗前均使用 2%戊巴比妥鈉靜脈麻醉,劑量為兔50 mg/kg,鼠40mg/kg。麻醉成功后經兔耳緣靜脈和鼠尾靜脈分別注射99TcmN-DGDTC 185 MBq(5 mCi,兔)或 37MBq(1mCi,鼠)。兔腫瘤顯像研究分別采集血流相(2s/f,共 1 min),血池相(1 min,共 25 min),和連續靜態圖像直到注藥后2 h。通過對感興趣區(ROI)的計數(靶點)和對應的軀體對側組織計數(本底)的對比,分析藥物特異性攝取情況、計算靶/本比。為鑒別腫瘤血管豐富所帶來的高灌注和高代謝所致的99TcmNDGDTC攝取,設置了99Tcm高锝酸鹽對照組,方案為靜脈注射99Tcm高锝酸鹽(北京森科)185 MBq Ci(5 m)后以同樣劑量和序列進行采集,并對二者的靶/本比值進行比較。小鼠腫瘤模型顯像采集不同時間點的多f靜態圖像,未采集血流和血池像。兔子顯像使用低能平行孔準直器,ECT平面采集(SKY light,荷蘭PHILIPS公司),128×128矩陣,放大倍數1.0。小鼠顯像采用帶針孔準直器的ECT(Hawkeye,美國GE公司),同樣參數為128×128矩陣,放大倍數為3.0。

1.6 數據分析

實驗組和對照組腫瘤計數、本底計數、計數-時間曲線、靶/本比-時間曲線均使用eNTEGRA軟件進行運算(美國GE公司)。藥代模型以Akaike標準進行分析(Akaike information criterion,AIC)。

2 結果

2.1 標記合成

標記復合物的放化純使用TLC測定法,在生理鹽水展開體系中,99TcmO4-和99TcmN-DGDTC位于原點,而游離[99Tcm≡N]int2+涌動至前端。在乙腈展開體系中,99TcmO4-展開到Rf=0.3-0.5,而99TcmNDGDTC和[99Tcm≡N]int2+位于原點。結果表明制備的放化純大于90%。

2.2 藥代動力學

健康兔子靜脈注射99TcmN DGDTC后,根據DAS軟件計算各時間點血液中放射性計數的性質曲線符合兩室模型(圖1)。藥動學中二室模型的藥動學公式為,C=A?e-α?t+B ?e-β?t其中A 為341 147610,α為0.02,B為60 263 725.6,β為0.002。各項藥代動力學參數見(表1),其中藥物半衰期事實上是有效半減期,為34.05 min。顯像藥代動力學研究表明:心、腎、膀胱清晰可見,但腸道未見明顯顯示,提示藥物代謝途徑主要在泌尿系。對健康兔子心臟ROI進行的活度-時間曲線分析表明,其形態類似于體外的藥代動力學曲線。

2.3 腫瘤模型顯像實驗

圖1 藥代動力學曲線

表1 藥代動力學參數

接種細胞后2周左右一般均可構建成功腫瘤模型,其中小鼠腫瘤直徑平均在10 mm左右。兔腫瘤的直徑一般在50mm左右。兩種腫瘤模型均能在實驗組和對照組中清晰顯示。兔耳緣靜脈注射后,在髂動脈顯影同時腫瘤組織即清晰顯示,隨時間延遲腫瘤組織攝取逐漸增高,在30 min左右達攝取高峰,之后逐漸下降。瘤區ROI高峰時計數在380 cts/s,1h45分為250 cts/s。對側肢體選取相同區域相同面積的ROI,其攝取在15 min左右達到高峰,峰值在90 cts/s左右,其后緩慢下降,1 h 45分值為50 cts/s左右。靶/本比在檢測的2 h內平均大于2(圖2)。雖然鼠腫瘤模型的瘤塊體積絕對值較小,但顯像效果同樣很明顯。

圖2 兔腫瘤模型顯像結果

3 討論

本組實驗證明,該凍干試劑盒所采用的配體交換法合成標記99TcmN-DGDTC具有較高的產量和放化純,制備過程也比較容易。同時,藥物的體內穩定性也在顯像時被間接證實:注射后2 h內,小鼠的甲狀腺組織未見明顯顯示,證明锝的結合是穩定的。藥代動力學研究顯示,99TcmN-DGDTC在體內的代謝途徑符合二室模型,主要在血液中分布,組織中蓄積少。藥物在腫瘤組織中的吸收高峰在30 min,而藥物半衰期為34 min,藥物濃度達到診斷目的后能迅速排除體外。藥物的代謝途徑,經顯像結果證實是經腎排泄。

在腫瘤模型的顯像研究中,本組實驗設計了99Tcm高锝酸鹽對照組,是因為在血流豐富的組織,如肝脾和腫瘤,高锝酸鹽可以因血液本底而顯示組織輪廓。本組的結果表明了移植的腫瘤能被高锝酸鹽所顯示,但遠遠低于99TcmN-DGDTC顯像時的濃集程度,提示了99TcmN-DGDTC濃集于腫瘤中不單純是高血供的結果,也是癌細胞高代謝所致藥物攝取增加的結果。在鼠腫瘤模型中,瘤塊相對體積較小,但也能清晰顯示。文獻證實葡萄糖類似物18F-FDG的代謝途徑至少包含2種:糖酵解和磷酸化[6-7]。但99TcmN-DGDTC的細胞內代謝途徑并不明確,需要進一步研究。已有的文獻表明[6-11],多數99Tcm標記的葡萄糖類似物與18F-FDG有著不同的轉運途徑和動力學,反映了顯像劑不同的性質。

顯像結果符合我們對99TcmN-DGDTC作為代謝顯像劑的預期[5],與前期生物分布實驗的結果相符合。本組實驗證明了99TcmN-DGDTC作為腫瘤代謝顯像劑在哺乳動物鼠和兔腫瘤模型顯像的可行性,提示其未來有作為人類腫瘤代謝顯像劑的探索價值。

雖然我們的結果支持99TcmN-DGDTC作為代謝顯像劑的潛力,DGDTC也很容易被99TcmN核標記,標記率、放化純、穩定性、效價比也都較理想,但是PET往往能提供更高的分辨率和敏感度。如果將來SPECT在分辨率和靈敏度上能獲得更大進步,99Tcm標記的葡萄糖類似物必將大有前景。

致謝:對核醫學科所有同志表示衷心的感謝,感謝他們對核醫學科研和臨床所做出的無私奉獻。

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