Получение радионуклидов и радиофармпрепаратов для позитронной

эмиссионной томографии (ПЭТ)

Р.Н. Красикова

Зав. лаб. радиохимии ФГБУН Институт мозга человека им. Н.П. Бехтеревой РАН Доцент каф. радиохимии химического факультета СПбГУ

Курс лекций в рамках подготовки ПЭТ радиохимиков МГУ май 2013 г.

ПЭТ – уникальный метод исследования

статуса рецепторов и нейротрансмиттеров

PET SPECT NMR

• Resolution 3 mm 7 mm <1 mm

(space)

• Resolution sec min msec

(time)

• Tracer amount pM pM mM (MRS)

• Quantitaion Yes! (Yes) No

Преимущества ПЭТ в рецепторных

исследованиях

• Высокая чувствительность

• Высокая удельная активность РФП - 1-100 Ки/мМ

• Возможность получения количественных

характеристик процессов связывания рецепторов

• Огромный выбор радиотрейсеров – теоретически…

Где используются результаты ПЭТ

рецепторных исследований?

• Выявление типов и подтипов рецепторов,

отвечающих за различные патологии;

• Определение оптимальной дозы нейролептиков и

других препаратов при лечении нейропсихических

заболеваний;

• Разработка новых лекарственных препаратов

(сокращение сроков клинических испытаний)

• Клинические исследования пациентов: паркинсонизм,

эпилепсия, шизофрения, болезнь Альцгеймера и др.

Примеры рецепторных радиолигандов

Радиолиганд Изучаемая

система/функция

Диагностическое

использование

6-18F-L-ДОФА ДА-терминалы паркинсонизм

11С-PE2I, 18F-PE2I ДА-транспортеры паркинсонизм

11С-раклоприд D2-рецепторы шизофрения

[11C-карбонил]WAY 5HT1a - рецепторы депрессия

11С-флюмазенил ГАМКа-рецепторы эпилепсия

11С-MADAM Серотониновые

транспортеры

депрессия

11С-PIB

18F-флютаметамол

Амилоидные β-

агрегаты

болезнь

Альцгеймера

Основные требования к ПЭТ

радиолигандам для исследований мозга

• Высокая удельная активность

• Проницаемость через ГЭБ

• Высокая аффинность (Kd – нМ)

• Определенная липофильность (log P 1-3.5)

• Селективность

• Низкое неспецифическое связывание

• Устойчивость к метаболизму

Свободный

радиолиганд

в мозге

Радиолиганд,

связанный

с рецепторами

k3

k4

Радиолиганд

в плазме

K1

k2

Трехкомпартментная фармакокинетическая

модель

ГЭБ

Как определить плотность рецепторов (BMAX)

Радиолиганд в

крови, CP

Свободный

радиолиганд в

ткани, CF

K2CF

K1CP Неспецифически

связанный

радиолиганд, CN

Связанный с

рецептором

радиолиганд, CB

Свободные рецепторы, B

KonCFB

KonCB

Зная количество людей в коридоре и в комнате –

определить число чашек c кофе

Флюмазенил – антагонист центральных

бензодиазепиновых рецепторов (БЗР)

W. Hunkeler, Nature, 1981

Kd = 5 nm

N

CH3

O

N

N

COOC2H

5

F

Предполагаемый

молекулярный

механизм

действия

бензодиазепинов

Mohler H, 1982

[N-метил-11С]флюмазенил ([11C]FMZ)

M. Maziere et al, 1983

N

C11O

N

N

COOC2H

5

F

H3

Радиолиганд

для ПЭТ

диагностики

эпилепсии

5-(2’-[18F]fluoroethyl)

flumazenil (FEFMZ)

Moerlein SM et al, 1992

N

O

N

N

COOC2H

5

F

CH2CH

218F

N

CH3

O

N

N

COOCH2CH

2

F

18F

2’-[18F]fluoroflumazenil

(FFMZ)

Jeong JM et al, 1999;

Yoon YH et al, 2003

[18F]фторированные аналоги флюмазенила

Синтез [18F]флюмазенила

N

CH3

O

N

N

COOC2H

5

18F

Сложность

автоматизации Windhorst AD et al, 2001

Невысокий

выход

продукта

Модельные эксперименты: введение метки

методом изотопного обмена

Нуклеофильное фторирование

Фтор в качестве «уходящей» группы

[К2.2.2./К] +18F-; ДМСО

Рыжиков Н.Н. и др.

Радиохимия, 2003

N

CH3

O

N

N

COOC2H

5

18F

• Высокий выход (60%)

• Низкая удельная

активность

Синтез 18F-флюмазенила без добавления носителя

N

CH3

O

N

N

COOC2H

5

O2N

N

CH3

O

N

N

COOC2H

5

18F

[K/K2.2.2.]+/18F-

DMF, 160oC, 30 min

Ro 15-2344 Ryzhikov N. et al,

Nucl Med Biol 2005

Очистка [18F]ФМЗ методом ВЭЖХ

Waters -Bondapak C-18; УФ 254 нм; 0.01 M

H3PO4/CH3CN 80/20; поток 4

18F-FMZ

NO2FMZ

• Исходная активность 18F: 278 мКи/12.03

• Введено в ВЭЖХ-колонку : 185 mCi/12.57

• Остаток в вайле: 7.7 mCi/13.04

• Фракция продукта: 46.8 mCi/13.41

Типичный синтез [18F]ФМЗ

Эффективность радиофторирования (TСХ): 70%

Радиохимический выход (EOB): 30%

Удельная активность: 5 Ки/μМ

Методы верификации [18F]ФМЗ -

рецепторного радиолиганда для БЗР

• In vitro авторадиография на срезах мозга

• ПЭТ исследования на обезьянах

• Изучение процесса замещения нерадиоактивным ФМЗ (displacement studies)

• Идентификация метаболитов в плазме

• Сравнение с известным радиолигандом - [11C]ФМЗ

В сотрудничестве с Каролинским

Институтом, Стокгольм

Color coded PET images showing distribution of 11C-

and 18F- FMZ radioactivity in cynomolgus monkey

[11C]FMZ at baseline [18F]FMZ at baseline Displacement with unlabelled

FMZ (1.4 mg/kg) after 18 min

injection of [18F]FMZ

A.

C.

0 20 40 60 80 100 1200

250

500

750

1000

1250

1500

Occipital Cx

Temporal Cx

Frontal Cx

Time (min)

Sp

ecific

bin

din

g (

nC

i/m

l)

0 20 40 60 80 100 1200

2

4

6

Occ/Pons

TempCx/Pons

FrCx/Pons

Cer/Pons

Time (min)

Ra

tio

s

0 20 40 60 80 100 1200

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

2500 Occipital Cx

Temporal Cx

Frontal Cx

Pons

Cerebellum

Time (min)

Re

gio

na

l R

ad

ioa

ctivity

(nC

i/m

l)

0 20 40 60 80 100 1200

1

2

3

4

5

6

7

8

Time (min)

Bra

in U

pta

ke

(%

)

PET evaluation of [18F]FMZ in cynomolgus monkey

0 10 20 30 40 50 600

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

Occipital

Temporal Cx

Frontal Cx

Pons

Cerebellum

Time (min)

Re

gio

na

l ra

dio

activity

(nC

i/m

l)

0 20 40 60 80 100 1200

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

2500

Occipital

Temporal Cx

Frontal Cx

Pons

Cerebellum

Time (min)

Re

gio

na

l ra

dio

activity

(nC

i/m

l)

Time course for regional radioactivity in

the brain of a cynomolgus monkey

[11C]Flumazenil [18F]Flumazenil

ВЭЖХ анализ метаболитов в плазме

(15 мин после в.в. инъекции [18F]ФМЗ)

2,79, 0

3,89, 0

5,49, 0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Retention Time (min)

20

40

60

80

100

Intensity (mV)

[18F]flumazenil

[18F]FMZ

Метаболизм [18F]ФМЗ в крови

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

0 20 40 60 80 100

time (min)

% u

nc

ha

ng

ed

ra

dio

lig

an

d

flumazenil

Ro 15-3890

Ro 15-4965

Результаты и выводы

• Предложен метод синтеза [18F]ФМЗ высокой удельной активности, который легко выполняется в стандартном автоматическом модуле

• В ПЭТ исследованиях на обязьянах продемонстрировано специфическое связывание [18F]ФМЗ в областях мозга с высокой концетрацией БЗР

• В сравнительных ПЭТ исследованиях на обезьянах показана идентичность [18F]ФМЗ и [11C]ФМЗ, широко известного радиолиганда для визуализации БЗР

• [18F]ФМЗ может стать первым радиолигандом в клинической практике ПЭТ в России

Благодарности

Авторы выражают глубокую

признательность проф. C.Halldin за

уникальную возможность

проведения совместных

исследований [18F]флюмазенила в

Каролинском Институте,

Стокгольм

Ro 15-2344 был предоставлен фирмой

F. Hoffmann La-Roche Ltd

Швейцария, Базель