2—去氧—2—[氟—18]氟—D—葡萄糖合成效率的影響因素探究

陳立光 梁明泉 鄧慶榮 雷震山

[摘要]目的 探討2-去氧-2-[氟-18]氟-D-葡萄糖合成效率的影響因素。方法 分析合成過程中放射性損失、不同的水解方式和時間以及不同的親核反應溫度和時間對合成效率的影響。結果 水含量降低時合成效率提高；18F-FDG最佳反應條件：親核反應溫度為110℃，時間為180 s，酸水解時間為 9 min。結論 通過控制乙腈含水量、反應溫度及時間等工藝參數，能有效提高2-去氧-2-[氟-18]氟-D-葡萄糖的合成效率。

[關鍵詞]2-去氧-2-[氟-18]氟-D-葡萄糖；反應時間；合成效率；影響因素

[中圖分類號] R614.7 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-4721（2018）3（c）-0012-04

[Abstract]Objective To investigate the influence factors of synthesis efficiency of 2-deoxy-2-[fluorine-18] fluorine-D-glucose （18F-FDG）.Methods The influence of radiation loss，different hydrolysis methods and time as well as the nucleophilic reaction temperature and time of different nucleophilic reactions on the synthetic efficiency were analyzed.Results The synthetic efficiency of was increased when the content of water decreased.The best reaction conditions of 18F-FDG：the nucleophilic reaction temperature was 110℃，the time was 180 s and acid hydrolysis time was 9 min.Conclusion The synthesis efficiency of 18F-FDG could be improved by controlling the technological parameters such as acetonitrile water content，reaction temperature and time.

[Key words]2-deoxy-2-[fluorine-18] fluorine-D-glucose；Reaction time；Synthesis efficiency；Influene factors

近年來腫瘤病形勢嚴峻，據深圳市慢病中心通報2015年全市共報告新發20 399例，相比2014年全市人口18 547例新發病例增高了約10 %，按照所有報告病種計算，戶籍人口統計，單病種發病率為194.46/10萬[1]。目前PET/CT顯像已成為腫瘤早期診斷和療效評估的重要診斷設備，深圳市目前已擁有兩臺PET/CT掃描儀，在對腫瘤患者的早期診斷、原發灶查找、治療方案制定和療效評估中發揮了其他醫學影像診斷設備無可代替的作用[2]。

18F標記的2-去氧-2-[氟-18]氟-D-葡萄糖（18F-FDG）被認為是本世紀應用價值很高的放射性藥物[3]。18F-FDG屬于正電子類放射性診斷用藥，臨床廣泛用于PET/CT腫瘤診斷，國內已有近20年的臨床試用歷史，《中國藥典（二部）》（2015版）將其收載為氟[F-18]脫氧葡糖注射液[4]。隨著我國PET/CT掃描儀的普及以及回旋加速器藥物生產系統的投入使用，18F-FDG的制備、藥品質量控制和用藥安全受到國家藥監部門的高度重視[5]。從18F負離子合成為18F-FDG必須由計算操控的全自動合成模塊參與才能實現生產。目前深圳市僅在我中心擁有一臺回旋加速器藥物生產系統（西門子公司Eclipse RD Cyclotron），用以生產和提供合格的18F-FDG。18F-FDG核素半衰期很短（僅為107 min），很難實現由其它城市藥物中心對深圳市進行供應[6]；為保證深圳市PET/CT掃描儀顯像的正電子放射性藥品能夠及時、穩定的被供應，在前期的硬件設備基礎上擬自行研發一款新型的18F-FDG藥物合成模塊[7]。為了探究新模塊控制條件下，合成效率的影響因素，本研究對藥物合成過程中水含量、放射性損失、親核反應的溫度和時間以及水解時間均進行了考察和探究。

1 材料與方法

1.1儀器

Eclipse RD 型Cyclotron 回旋加速器（西門子公司）；藥物生產系統（專利研發，發明專利申請號：201710 68609.4）；CRC-15R 型活度計、美國CAPINTEC公司生產；BBS1 38B1B/1 型合成防護熱室，COMECER 公司產品；MiniGita薄層色層（TLC）儀，Raytest 公司；SW-CJ-1D型凈化工作臺（蘇州凈化設備有限公司）。

1.2 試劑

H218O富氧水，原子豐度95%，ABX公司產品；2-三氟甲基磺酰基-β-D甘露糖（三氟甘露糖），Kryptofix2.2.2（K2.2.2），無水乙腈：均為Sigma-Aldrich公司產品；硅膠板：Whatman PE Silg/UV，Whatman公司產品；QMA柱，Alumin-N柱，C-18柱：Waters產品；AG50樹脂和AG11A8樹脂：50-100目，Bio-Rad公司產品。

1.3 18F-FDG生產工藝流程圖

18F-FDG合成酸水解工藝流程圖，見圖1。

1.4 18F-FDG的制備

18F-FDG的制備包括標準的六個步驟。①首先是18F負離子的產生。從O-18富氧水開始，通過p-n核反應，O-18原子核俘獲一個質子的同時發射一個中子而產生18F負離子。這一步依賴于回旋加速器。②俘獲和釋放18F負離子。這一步基于離子交換的原理。③反應活性18F負離子的制備。這一步的主要目的是通過乙腈和水的共沸原理移除反應體系中的水分，保證第4步的標記反應體系嚴格要求在疏水的溶液體系中進行。④反應活性放射性18F負離子和1，3，4，6-四-o-乙酰基-2-o-三氟甲磺酰-β-d-吡喃甘露糖（1，3，4，6-Tetra-O-acetyl-2-O-trifluoro-methanesulfonyl-β-D-mannopyranose）發生親核反應，產生18F負離子輻射標記的甘露糖三氟磺酸酯。⑤水解移除乙酰基保護基團。⑥純化產物，這一步移除各種中間產物并作無菌、無熱源等純化處理，使用0.22 μm濾膜過濾得到18F-FDG，并將其收集于無菌真空瓶中。

1.5 單因素考察

分析18F-FDG合成過程中水含量、放射性損失、親核反應的溫度和時間以及水解時間對合成效率的影響；本研究探討的合成效率均為經放射性半衰期校正后的合成產率，18F-FDG的檢測參照前期實驗方法[8]。

1.6 統計學方法

選用SPSS 22.0統計軟件分析數據分析，合成效率用x±s表示，采用t檢驗；相關性分析采用Pearson分析法，以P<0.05為差異有統計學意義。

2結果

2.1 核素傳輸環節中水含量對合成效率的影響

氬氣吹干3 min，18F的合成效率為（79.3±2.2）%，顯著高于管道傳輸過程中不吹干時的（66.4±2.3）%，兩者比較，差異有統計學意義（P<0.05）。無水乙腈密封保存條件下的18F的合成效率[（79.3±2.2）%]顯著高于開放保存時的（54.9±1.7）%，兩者比較，差異有統計學意義（P<0.05）（表1）。

2.2 放射性損失對合成效率的影響

共沸水階段和親核反應階段放射性損失與合成效率具有顯著相關性（P<0.05），除乙腈階段放射性損失與合成效率無顯著相關性（P>0.05）（表2）。

2.3 不同加熱溫度對合成效率的影響

隨著加熱溫度的升高，合成效率逐漸升高，合成效率在110℃達到最高后，隨著溫度的升高會出現下降的趨勢，因此，最佳加熱溫度為110℃，具體結果見表3和圖2。

2.4不同親核反應時間對合成效率的影響

隨著反應時間的延長，合成的效率逐漸升高，合成效率在180 s達最高后，隨著反應時間的延長會出現下降的趨勢，因此，最佳的親核反應時間為180 s，具體結果見表4和圖3。

2.5 不同水解時間對合成效率的影響

結果顯示隨著水解時間的延長，合成的效率逐漸升高，合成效率在水解時間為9 min時最高，9 min之后，隨著水解時間的延長會出現合成效率下降的趨勢，因此，最佳的水解時間為9 min，具體結果見表5和圖4。

3討論

通過醫用回旋加速器的在靶體發生核反應而產生18F負離子比例<5%，靶體的主要部分還是以水的化學形式存在[9-10]。本研究結果顯示，通過用氬氣將管道內的水吹干后，合成效率顯著提高。從合成上來說，三氟甘露糖的親水性特別強，親核取代反應過程中的水分解的氫氧根離子會和18F負離子會產生競爭反應而降低18F-FDG的合成產量[11]，因此，生產過程中要嚴格控制管道殘存水以及無水乙腈中的水分，盡可能降低在加入前體三氟甘露糖（步驟4）前引入水分，確保生產的順利進行，保證合成的效率[12-13]。

本研究結果顯示，共沸水階段和親核反應階段放射性損失與合成效率具有顯著相關性（P<0.05），除乙腈階段放射性損失與合成效率無顯著相關性（P>0.05），因此，通過控制共沸水和親核反應階段的放射性損失，對合成效率有顯著的提高作用。

本研究結果顯示，隨著加熱溫度的升高，合成效率逐漸升高，合成效率在110℃達到最高后，隨著溫度的升高會出現下降的趨勢。文獻研究[14-15]顯示，親核反應的溫度比乙腈的沸點高，乙腈會一直處于沸騰狀態，會帶走脂溶性的中間體，因此，控制親核反應的溫度能夠有效的控制中間體的含量，提高合成效率；本研究結果提示合成系統的最佳溫度設置為最佳。

本研究結果顯示，隨著系統親核反應時間的延長，合成的效率逐漸升高，但合成效率在180 s達最高后，隨著反應時間的延長會出現下降的趨勢，這可能與親核反應時間過長，乙腈沸騰蒸發，放射性損失增大，而親核反應時間過短，親核反應會不完全[17-20]有關，因此，在合成過程中要嚴格控制親核反應的時間，使合成效率達到最高。

本研究結果顯示，隨著水解時間的延長，合成的效率逐漸升高，合成效率在水解時間為9 min時最高，9 min后，隨著水解時間的延長反而導致合成效率下降，這與酸水解時間過短，水解不完全，合成效率過低，但是水解時間過長，18F的放射性半衰期的衰減校正引起合成效率下降有很大關系[21]，本研究結果顯示最佳的酸水解時間約為9 min。

綜上所述，本藥物合成系統中18F-FDG最佳合成條件為18F負離子從靶傳送到合成系統的負離子QMA俘獲柱過程中用氬氣將管道內的水吹干（3 min以上）；合成反應用無水乙腈應密封保存，配制時，應盡量避免在空氣中的暴露時間；系統最佳的反應溫度110℃，最佳的親核反應時間為180 s，酸水解時間為9 min。實踐中系統設置參數也取得高于傳統合成模塊的合成效率。

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