氣相色譜法測量正電子放射性藥物中有機溶劑殘留及原因分析

李云鋼， 張曉軍， 劉 健， 田嘉禾， 張錦明

(中國人民解放軍總醫院 核醫學科，北京 100853)

正電子放射性藥物18F-FDG已廣泛用于腫瘤、心血管疾病及神經疾病的診斷及療效評價[1-2]；其他正電子放射性藥物由于其特異性也已成為18F-FDG的重要補充，逐步應用于臨床[3-7]。正電子放射性藥物的制備與SPECT藥物有一定的區別，它們大多通過有機合成、半制備HPLC純化或柱色層及再純化等步驟，有機合成及半制備HPLC均使用有機溶劑，如乙腈、乙醇、DMSO等，正電子藥物產品中有機溶劑殘留不可避免，因此藥物中有機殘留量的質量控制尤為重要[8]。乙腈為二類限制使用的溶劑，乙醇和丙酮為三類低毒性溶劑。為此，歐美藥典對正電子藥物中的有機溶劑均作了明確要求，如美國USP 36-NF 30版藥典規定，18F-FDG中乙腈的含量≤0.04%(0.4 g/L)，乙醚≤0.5%(5 g/L)，乙醇≤0.5%(5 g/L)[9]。2001年,Channing MA[10]采用氣相色譜(GC)分析了18F-FDG中丙酮、乙醇和乙腈的含量，何山震[11]在此基礎上采用GC分析了18F-FDG中三者的含量，結果表明，含量均低于美國標準。正電子放射性藥物中有機溶劑的殘留與其合成和純化工藝密切相關，本研究通過測定明確合成工藝的幾種正電子放射性藥物中有機溶劑殘留量，分析可能影響有機溶劑殘留的原因。

1 實驗材料

1.1 儀器

GC 7890型氣相色譜儀和SS420X 工作站：上海天美公司；GHL-300型氫氣發生器：北京匯佳精儀公司；AB104型電子天平：瑞士METTLER TOLEDO公司產品。

1.2 試劑

乙腈(色譜純)、N,N二甲基乙醇胺(色譜純)：美國Aldrich 公司；乙醇(分析純)：國藥集團化學試劑公司；DMSO(色譜純)：英國Alfa Aesar 公司；色譜級去離子水：石家莊四藥有限公司。

待分析的正電子放射性藥物及制備工藝：18F-FDG，固相萃取后堿水解再經柱色層純化[12]；18F-FLT，經半制備HPLC純化后直接使用[13]；18F--甲氧基-2(6-氟-18吡啶-3-yl)咪唑[2,1-β]-8-吡啶噻唑(18F-W372)和2-(4-N-[11C]苯甲胺基-6-羥基苯并噻唑(11C-PIB)，由半制備HPLC純化后再經固相萃取備用[14-15]；11C-膽堿、11C-DTBZ和11C-CFT，親核反應后經固相萃取備用[16-18]。

1.3 GC分析條件

分離柱:石英毛細管柱AT-624(30 m×0．53 mm×3.0 μm)，進樣量為1 μL， 柱溫45～120 ℃，進樣溫度180～220 ℃,檢測器(FID)溫度 200～240 ℃，載氣(N2)流速30 mL/min，氫氣流速40 mL/min，空氣流速50 mL/min。

2 實驗方法

2.1 標準溶液的配制和標準工作曲線的建立

用精密電子天平各稱取乙腈、乙醇、N,N二甲基乙醇胺、DMSO，用去離子水分別配制成系列濃度待用。

配制的系列濃度乙醇、乙腈、DMSO和N,N二甲基乙醇胺的標準品溶液分別進行GC分析，乙醇、乙腈檢測的毛細管柱溫45 ℃，進樣器溫度180 ℃，檢測器溫度200 ℃；DMSO檢測的毛細管柱溫120 ℃，進樣器溫度220 ℃，檢測器溫度240 ℃;N,N二甲基乙醇胺檢測的毛細管柱溫80 ℃，進樣器溫度180 ℃，檢測器溫度200 ℃。檢測后得到標準峰面積，并以其為縱坐標，以標準品的濃度為橫坐標，計算出各自的回歸方程和線性工作曲線。

2.2 系統回收率

取濃度為0.1 g/L乙腈、乙醇、N,N二甲基乙醇胺、DMSO的標準品溶，根據以上條件分別進行GC分析，進樣量為1 μL，測定10次，取平均值并用標準曲線方程計算出濃度，從而計算出回收率。再取濃度為0.1 g/L的乙腈、乙醇、N,N二甲基乙醇胺、DMSO標準品溶液，相同條件下各檢測10次，檢測系統的重復性。

2.3 GC分析正電子放射性藥物樣品中有機溶劑殘留

按以上氣相色譜的分析條件，分別隨機抽取10批次的18F-FDG樣品進行GC分析，根據標準曲線方程計算出18F-FDG溶液中乙腈、乙醇的有機殘留量；8批次的18F-FLT樣品進行GC分析，計算出18F-FLT溶液中乙腈的有機殘留量；8批次的18F-W372樣品進行GC分析，計算出18F-W372溶液中DMSO的有機殘留量；7批次的11C-膽堿樣品進行GC分析，計算出11C -膽堿溶液中N,N二甲基乙醇胺的有機殘留量；6批次的11C- DTBZ樣品進行GC分析，計算出11C- DTBZ溶液中DMSO的有機殘留量；8批次的11C-CFT和11C-PIB樣品進行GC分析，計算出11C-CFT和11C-PIB溶液中乙腈的有機殘留量。

3 結果和討論

3.1 有機溶劑標準品的檢測

分別測量乙腈、乙醇、DMSO和N,N二甲基乙醇胺標準品在GC上的保留時間，測量結果示于圖1。乙腈的保留時間為 2.5 min，乙醇的保留時間為 1.92 min，N,N二甲基乙醇胺保留時間為4.53 min，DMSO保留時間為5.1 min。

圖1 有機溶劑在GC上的保留時間Fig.1 Retention times Organic solvent at GC

由圖1可見，采用GC可以檢測乙醇和乙腈及N,N二甲基乙醇胺和DMSO，且乙醇和乙腈無干擾，乙醇和乙腈與DMSO無干擾。

3.2 標準品的工作曲線

乙腈、乙醇、N,N二甲基乙醇胺、DMSO的標準溶液分別進行 GC分析，以標準溶液的濃度為橫坐標，峰面積為縱坐標進行線性回歸，建立線性工作曲線。其標準曲線方程分別為y=145.5x+852.42，r=0.999 4；y=145.85x+364.31，r=0.999 9；y=52.137x-1411.9，r=0.999 7；y=15.392x+22.213，r=0.999 6；線性范圍分別為0.004～0.320、 0.004～0.320、0.010～0.120、0.010～0.120g/L。

3.3 系統回收率

乙腈、乙醇、N,N二甲基乙醇胺、DMSO的標準品分別檢測10次，經標準曲線方程計算，乙腈、乙醇、N,N二甲基乙醇胺、DMSO的回收率分別為101.0 %、98.5 %、98.0 %、97.5 %。分別測量標準品，重復性良好。

3.4 正電子放射性藥物樣品中的有機溶劑殘留

測量日常合成的正電子放射性藥物樣品，計算出待分析藥物樣品中的有機殘留量。18F和11C標記的正電子放射性藥物產品中待測有機溶劑殘留的分析結果分列于表1。

由表1可見，18F-FDG含乙腈、乙醇分別為(0.031 3±0.043 3) g/L、(0.050 5±0.052 8) g/L，18F-FLT含乙腈(0.082 9±0.066 8) g/L，18F-W372含DMSO為(0.033 1±0.018 0) g/L，11C-膽堿含N,N二甲基乙醇胺為(0.034 8±0.002 2)g/L，11C-DTBZ含DMSO為(0.023 8±0.010 0) g/L，11C-CFT含乙腈為(0.015 6±0.005 9) g/L，11C-PIB含乙腈為(0.025 4±0.026 6) g/L，均低于美國藥典要求。

表1 正電子藥物中有機溶劑的含量

3.5 正電子藥物中有機溶劑殘留分析

正電子放射性藥物的合成溶劑及HPLC純化溶液均使用了有機溶劑，因此最終產品中含有極少量的有機溶劑，其含量多少與合成工藝相關。許多放射性藥物采用固相萃取(Sep-Pak)純化工藝純化，即: 將混有機溶劑的中間體或粗產品吸附在Sep-Pak柱上，用適量的水淋洗以清除雜質和有機溶劑，最后用適當溶劑將產品從Sep-Pak柱上洗脫。此時產品中有機溶劑含量與清洗Sep-Pak柱水的體積、Sep-Pak柱性質及淋洗溶劑有關。18F-FDG的合成采用氟離子與溶于乙腈的三氟甘露糖反應生成中間體[12]，不同的工藝處理中間體。其中固相萃取是將混有乙腈的中間產品吸附在Sep-PakC-18柱上，經水清洗后向柱上加NaOH水解吸附在柱上中間體。再用水將產品從柱上淋下[12]，本工藝中乙腈殘留最高為0.148 6 g/L，最低為0.006 g/L，偏差可能與淋洗的水體積與次數有關。

目前合成18F-FDG的工藝除固相萃取純化外還有酸水解的柱純化和液相堿水解的柱純化工藝。酸水解柱純化工藝是采用鹽酸水解混有乙腈的中間體，反應體系加熱到120 ℃，維持8～15 min[19]，水解的同時高溫除去乙腈，其乙腈殘留為0.097 g/L[11]，符合要求且較穩定。液相堿水解的工藝是通過低濃度的堿加到混有乙腈的中間體水溶液中，室溫下堿水解中間體，但無法除去乙腈。為了除去乙腈，將反應溶液加熱到100 ℃，維持3～4 min；該工藝的乙腈殘留未見文獻報導，但該方法的不足是：堿性及高溫條件下FDG可能發生構型轉換成FDM，導致FDG變質。比較合成18F-FDG的三種工藝產品，固相萃取法的乙腈殘留低于酸水解柱純化，固相萃取和酸水解柱純化的FDM含量可能要低于液相堿水解的工藝，綜合考慮，固相萃取法合成18F-FDG是較優的工藝之一。

第二種藥物純化的方式是半制備HPLC純化，用于分離一些雜質多或難以分離的物質。本研究中18F-FLT、18F-W372和11C-PIB均采用了HPLC分離，18F-FLT采用10%的乙醇作流動相，收集產品后通過無菌濾膜即可直接使用，其中乙腈的殘留來自二方面，一是乙醇中含有的乙腈，二是HPLC分離時收集管線的乙腈污染；由于HPLC分離的管線可重復使用，因此使用前對HPLC分離管線的清洗程度會影響到產品中乙腈含量。如本研究中18F-FLT中乙腈有三次超過0.1 g/L，為更換流動相后，收集管線部分未充分清洗所致。其他HPLC純化的藥物，如18F-W372合成時親核反應溶劑是DMSO，HPLC純化后再經固相萃取[14]，產品中DMSO的殘留為(0.033 1±0.018 0) g/L，說明有效分離了DMSO；另一個HPLC純化的藥物11C-PIB，由于流動相本身含有乙腈，收集含有產品的HPLC流動相需再經固相萃取純化處理[15]，因此11C-PIB乙腈的殘留量低，且波動不大。

雖然美國FDA規定了18F-FDG中乙醇的含量，但實際上大多數脂溶性的正電子藥物是通過乙醇溶解并制備成含10%乙醇注射液，如11C-PIB、11C-CFT、18F-W372和18F-FLT等。因此，正電子放射性藥物中乙醇含量并不嚴格要求。此外，乙醇作為自由基清除劑可以提高正電子放射性藥物的穩定性，如高濃度的18F-FDG常溫下體外穩定性較差，為了提高18F-FDG體外穩定性，在最終產品中加入0.5 g/L 的乙醇[21]，明顯提高了高濃度18F-FDG穩定性，乙醇含量遠低于美國FDA中5 g/L的標準。

4 結論

本研究采用氣相色譜法對常用的正電子放射性藥物中有機殘留量分析，結果表明，乙腈、乙醇、N,N二甲基乙醇胺及DMSO等有機溶劑含量均符合標準，結果偏差小，說明合成這些藥物的工藝可靠。少數有機溶劑含量升高是由于執行工藝不嚴格。氣相色譜法測量正電子放射性藥物中有機殘留量快速、 準確，適用于半衰期較短的 PET 示蹤劑藥物，為臨床安全用藥提供了保障。

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