2-去氧-2-[氟-18]氟-D-葡萄糖合成效率的影响因素探究
陈立光 梁明泉 邓庆荣 雷震山
深圳市保健委员会办公室PET/CT诊断中心，广东深圳 518020
[摘要]目的 探讨2-去氧-2-[氟-18]氟-D-葡萄糖合成效率的影响因素。方法 分析合成过程中放射性损失、不同的水解方式和时间以及不同的亲核反应温度和时间对合成效率的影响。结果水含量降低时合成效率提高；18F-FDG最佳反应条件：亲核反应温度为110℃，时间为180 s，酸水解时间为 9 min。结论 通过控制乙腈含水量、反应温度及时间等工艺参数，能有效提高2-去氧-2-[氟-18]氟-D-葡萄糖的合成效率。
[关键词]2-去氧-2-[氟-18]氟-D-葡萄糖；反应时间；合成效率；影响因素
近年来肿瘤病形势严峻，据深圳市慢病中心通报2015年全市共报告新发20 399例，相比2014年全市人口18 547例新发病例增高了约10%，按照所有报告病种计算，户籍人口统计，单病种发病率为194.46/10万[1]。目前PET/CT显像已成为肿瘤早期诊断和疗效评估的重要诊断设备，深圳市目前已拥有两台PET/CT扫描仪，在对肿瘤患者的早期诊断、原发灶查找、治疗方案制定和疗效评估中发挥了其他医学影像诊断设备无可代替的作用[2]。
18F标记的 2-去氧-2-[氟-18]氟-D-葡萄糖（18FFDG）被认为是本世纪应用价值很高的放射性药物[3]。18F-FDG属于正电子类放射性诊断用药，临床广泛用于PET/CT肿瘤诊断，国内已有近20年的临床试用历史，《中国药典（二部）》（2015版）将其收载为氟[F-18]脱氧葡糖注射液[4]。随着我国PET/CT扫描仪的普及以及回旋加速器药物生产系统的投入使用，18F-FDG的制备、药品质量控制和用药安全受到国家药监部门的高度重视[5]。从18F负离子合成为18F-FDG必须由计算操控的全自动合成模块参与才能实现生产。目前深圳市仅在我中心拥有一台回旋加速器药物生产系统（西门子公司Eclipse RD Cyclotron），用以生产和提供合格的18F-FDG。18F-FDG核素半衰期很短 （仅为107 min），很难实现由其它城市药物中心对深圳市进行供应[6]；为保证深圳市PET/CT扫描仪显像的正电子放射性药品能够及时、稳定的被供应，在前期的硬件设备基础上拟自行研发一款新型的18F-FDG药物合成模块[7]。为了探究新模块控制条件下，合成效率的影响因素，本研究对药物合成过程中水含量、放射性损失、亲核反应的温度和时间以及水解时间均进行了考察和探究。
1 材料与方法
1.1 仪器
EclipseRD型Cyclotron回旋加速器（西门子公司）；药物生产系统 （专利研发，发明专利申请号：201710 68609.4）；CRC-15R型活度计、美国CAPINTEC公司生产；BBS1 38B1B/1型合成防护热室，COMECER公司产品；MiniGita 薄层色层（TLC）仪，Raytest公司；SWCJ-1D型净化工作台（苏州净化设备有限公司）。
1.2 试剂
H218O富氧水，原子丰度95%，ABX公司产品；2-三氟甲基磺酰基-β-D甘露糖（三氟甘露糖），Kryptofix2.2.2（K2.2.2），无水乙腈：均为 Sigma-Aldrich公司产品；硅胶板：Whatman PE Silg/UV，Whatman 公司产品；QMA柱，Alumin-N 柱，C-18柱：Waters产品；AG50 树脂和AG11A8树脂：50-100目，Bio-Rad公司产品。
1.3 18F-FDG生产工艺流程图
18F-FDG合成酸水解工艺流程图，见图1。
图1 18F-FDG合成酸水解工艺流程图
1#：K2.2.2；2#：乙腈；3#：三氟甘露糖；4#：盐酸溶液；5#：水；虚线框置于活度计内
1.4 18F-FDG的制备
18F-FDG的制备包括标准的六个步骤。①首先是18F负离子的产生。从O-18富氧水开始，通过p-n核反应，O-18原子核俘获一个质子的同时发射一个中子而产生18F负离子。这一步依赖于回旋加速器。②俘获和释放18F负离子。这一步基于离子交换的原理。③反应活性18F负离子的制备。这一步的主要目的是通过乙腈和水的共沸原理移除反应体系中的水分，保证第4步的标记反应体系严格要求在疏水的溶液体系中进行。④反应活性放射性18F负离子和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）发生亲核反应，产生18F负离子辐射标记的甘露糖三氟磺酸酯。⑤水解移除乙酰基保护基团。⑥纯化产物，这一步移除各种中间产物并作无菌、无热源等纯化处理，使用0.22 μm滤膜过滤得到18F-FDG，并将其收集于无菌真空瓶中。
1.5 单因素考察
分析18F-FDG合成过程中水含量、放射性损失、亲核反应的温度和时间以及水解时间对合成效率的影响；本研究探讨的合成效率均为经放射性半衰期校正后的合成产率，18F-FDG的检测参照前期实验方法[8]。
1.6 统计学方法
选用SPSS 22.0统计软件分析数据分析，合成效率用±s表示，采用t检验；相关性分析采用Pearson分析法，以P＜0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 核素传输环节中水含量对合成效率的影响
氩气吹干 3 min，18F 的合成效率为（79.3±2.2）%，显著高于管道传输过程中不吹干时的（66.4±2.3）%，两者比较，差异有统计学意义（P＜0.05）。无水乙腈密封保存条件下的 18F 的合成效率[（79.3±2.2）%]显著高于开放保存时的（54.9±1.7）%，两者比较，差异有统计学意义（P＜0.05）（表 1）。
表1 核素传输环节中水含量对合成效率的影响（%）
2.2 放射性损失对合成效率的影响
共沸水阶段和亲核反应阶段放射性损失与合成效率具有显著相关性（P＜0.05），除乙腈阶段放射性损失与合成效率无显著相关性（P＞0.05）（表 2）。
表2 放射性损失对合成效率的影响（%）
2.3 不同加热温度对合成效率的影响
随着加热温度的升高，合成效率逐渐升高，合成效率在110℃达到最高后，随着温度的升高会出现下降的趋势，因此，最佳加热温度为110℃，具体结果见表3和图2。
表3 不同加热温度对合成效率的影响（%）
图2 不同加热温度对合成效率的影响
2.4 不同亲核反应时间对合成效率的影响
随着反应时间的延长，合成的效率逐渐升高，合成效率在180 s达最高后，随着反应时间的延长会出现下降的趋势，因此，最佳的亲核反应时间为180 s，具体结果见表4和图3。
表4 不同亲核反应时间对合成效率的影响（%）
图3 不同亲核反应时间对合成效率的影响
2.5 不同水解时间对合成效率的影响
结果显示随着水解时间的延长，合成的效率逐渐升高，合成效率在水解时间为9 min时最高，9 min之后，随着水解时间的延长会出现合成效率下降的趋势，因此，最佳的水解时间为9 min，具体结果见表5和图4。
表5 不同水解时间对合成效率的影响（%）
图4 不同水解时间对合成效率的影响
3 讨论
通过医用回旋加速器的在靶体发生核反应而产生18F负离子比例＜5%，靶体的主要部分还是以水的化学形式存在[9-10]。本研究结果显示，通过用氩气将管道内的水吹干后，合成效率显著提高。从合成上来说，三氟甘露糖的亲水性特别强，亲核取代反应过程中的水分解的氢氧根离子会和18F负离子会产生竞争反应而降低18F-FDG的合成产量[11]，因此，生产过程中要严格控制管道残存水以及无水乙腈中的水分，尽可能降低在加入前体三氟甘露糖（步骤4）前引入水分，确保生产的顺利进行，保证合成的效率[12-13]。
本研究结果显示，共沸水阶段和亲核反应阶段放射性损失与合成效率具有显著相关性（P＜0.05），除乙腈阶段放射性损失与合成效率无显著相关性（P＞0.05），因此，通过控制共沸水和亲核反应阶段的放射性损失，对合成效率有显著的提高作用。
本研究结果显示，随着加热温度的升高，合成效率逐渐升高，合成效率在110℃达到最高后，随着温度的升高会出现下降的趋势。文献研究[14-15]显示，亲核反应的温度比乙腈的沸点高，乙腈会一直处于沸腾状态，会带走脂溶性的中间体，因此，控制亲核反应的温度能够有效的控制中间体的含量，提高合成效率；本研究结果提示合成系统的最佳温度设置为最佳。
本研究结果显示，随着系统亲核反应时间的延长，合成的效率逐渐升高，但合成效率在180 s达最高后，随着反应时间的延长会出现下降的趋势，这可能与亲核反应时间过长，乙腈沸腾蒸发，放射性损失增大，而亲核反应时间过短，亲核反应会不完全[17-20]有关，因此，在合成过程中要严格控制亲核反应的时间，使合成效率达到最高。
本研究结果显示，随着水解时间的延长，合成的效率逐渐升高，合成效率在水解时间为9 min时最高，9 min后，随着水解时间的延长反而导致合成效率下降，这与酸水解时间过短，水解不完全，合成效率过低，但是水解时间过长，18F的放射性半衰期的衰减校正引起合成效率下降有很大关系[21]，本研究结果显示最佳的酸水解时间约为9 min。
综上所述，本药物合成系统中18F-FDG最佳合成条件为18F负离子从靶传送到合成系统的负离子QMA俘获柱过程中用氩气将管道内的水吹干（3 min以上）；合成反应用无水乙腈应密封保存，配制时，应尽量避免在空气中的暴露时间；系统最佳的反应温度110℃，最佳的亲核反应时间为180 s，酸水解时间为9 min。实践中系统设置参数也取得高于传统合成模块的合成效率。
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Exploration of the influence factors of synthesis efficiency of 2-deoxy-2-[fluorine-18]fluorine-D-glucose
CHEN Li-guang LIANG Ming-quan DENG Qing-rong LEI Zhen-shan
PET/CT Diagnosis Center,Health Committee Office of Shenzhen City,Guangdong Province,Shenzhen 518020,China
[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 of18F-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
[中图分类号]R614.7
[文献标识码]A
[文章编号]1674-4721（2018）3（c）-0012-04
[基金项目]广东省深圳市科技计划项目（JCYJ 20160428163 346770）
（收稿日期：2017-12-29本文编辑：许俊琴）