F-(2s,4r)-4-氟-l-谷胺酰胺的自動化制備裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種正電子發(fā)射斷層顯像(PET)藥物的自動化標(biāo)記制備和純化裝 置，具體涉及一種18F-( 2S，4R)-4-氟-L-谷胺酰胺[(2S，4R) -2，5-二氨基-4-氟-5-氧代戊酸] 的自動化制備裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 正電子發(fā)射斷層顯像(positron emission tomography，PET)是一種已經(jīng)廣泛應(yīng) 用于臨床的顯像手段，其原理是通過檢測正電子藥物在人體內(nèi)的分布來反映特定靶向的生 理和病理變化，從而進行疾病診斷和研究。正電子藥物是PET實現(xiàn)功能的關(guān)鍵，該類藥物由 醫(yī)用正電子核素標(biāo)記，進入人體后能夠參與特定生理過程或結(jié)合于特定靶向。
[0003] 目前臨床應(yīng)用最廣泛的放射性藥物是2-18F-2-脫氧-D-葡萄糖（[18F]H)G)，主要用 于腫瘤的診斷、分型和療效評鑒。在臨床應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，一些腫瘤的[ 18f]fdg-pet顯像呈陰性 結(jié)果，這表明這些腫瘤的代謝和能量來源可能是葡萄糖以外的其他物質(zhì)。近期研究表明， [ 18F]FDG顯像陰性的腫瘤代謝底物可能是谷氨酰胺。谷氨酰胺是人體血液中濃度最高的氨 基酸(最高約為ImM)，能夠在線粒體內(nèi)參與三羧酸循環(huán)而產(chǎn)生能量，或合成細胞構(gòu)成物質(zhì)， 用于腫瘤細胞的增殖和存活。在腫瘤細胞中可能同時存在葡萄糖和谷氨酰胺兩種代謝途 徑，使得腫瘤細胞可以選擇能量來源，因此以谷氨酰胺代謝為靶向的PET顯像正電子藥物可 能能夠檢測[ 18F]FDG顯像陰性的腫瘤，彌補[18F]FDG的不足，從而提高對腫瘤的檢測準(zhǔn)確 度。在反映谷氨酰胺代謝的放射性藥物中，初步評價研究表明 18F-(2S，4R)-4-氟-L-谷胺酰 胺[(2S，4R)-2，5-二氨基-4-氟-5-氧代戊酸，18F-( 2S，4R) -4-FGln]具有良好的生物活性，可 能彌補[18F]FDG在腫瘤診斷上的不足，具有重大的應(yīng)用價值。
[0004] 以谷氨酰胺參與的能量代謝為靶向的PET顯像正電子藥物多以谷氨酰胺為結(jié)構(gòu)基 礎(chǔ)，在分子中引入不同的放射性核素，其中放射性核素 F-18具有較長的物理半衰期（109.8 分鐘），而且可以通過醫(yī)用回旋加速器方便地制得，有利于在臨床上推廣應(yīng)用。
[0005] 中國發(fā)明專利CN102083772A(公開號）、美國專利US2010/0290991A1 (公開號）、美 國專利US2014/0301948A1(公開號）報道了 F-18標(biāo)記的谷氨酰胺類似物用于腫瘤顯像，存 在的問題是在這些專利中均未對標(biāo)記的谷氨酰胺類似物第2號位上的手性位置進行拆分， 其結(jié)構(gòu)如下：
[0006]
[0007]已知氨基酸類化合物2位上的構(gòu)型對其在生物體內(nèi)的代謝情況具有重要的影響， 只有該位置L構(gòu)型的氨基酸才能參與人體代謝，因此2位構(gòu)型不同的標(biāo)記谷氨酰胺類似物的 生物性質(zhì)可能有較大差異；同時上述專利并未明確報道F-18標(biāo)記的谷氨酰胺類似物的制備 方法。
[0008] 值得注意的是上述專利重點報道了 F-18標(biāo)記谷氨酸類似物的制備方法，谷氨酸和 谷氨酰胺的結(jié)構(gòu)不同，谷氨酸末端上的基團是羧酸，而谷氨酰胺末端上的基團是酰胺，具體 結(jié)構(gòu)如T ·
[0009]
[0010] 左側(cè)(A)為谷氨酸，右側(cè)(B)為谷氨酰胺;兩者的體內(nèi)代謝途徑和機制不同：谷氨酸 主要參與氨基酸合成等氨基酸代謝，不能直接進入三羧酸循環(huán)而產(chǎn)生能量，而谷氨酰胺可 以參與三羧酸循環(huán)而提供能量，因此能量代謝為靶向的PET顯像正電子藥物需以谷氨酰胺 為結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。
[0011] 中國發(fā)明專利CN102595888A (公開號）和美國專利US8747809B2 (授權(quán)號）報道了 F- 18標(biāo)記谷氨酰胺類似物4-氟谷氨酰胺(4-FGln)的制備方法，具體是在谷氨酰胺的4位上引 入放射性核素 F-18,這導(dǎo)致分子中有兩個手性中心，從而存在4個光學(xué)異構(gòu)體，具體結(jié)構(gòu)如 下：
[0012]
[0013]以上專利分別報道了4個光學(xué)異構(gòu)體的制備方法。發(fā)表的文章 [Qu Wenchao，Zha Zhihao，Ploessl Karl，Lieberman Brian P.,Zhu Lin,ffise David R.,B.Thompson Craig,Kung Hank F.；Synthesis of Optically Pure 4-Fluoro-Glutamines as Potential Metabolic Imaging Agents for Tumors；Journal of the American Chemical Society ,2011,133(4) ,1122-1133]表明，構(gòu)型為 18F-(2S，4R)-4-FGln和 18F-(2S, 4S)-4-FGln的異構(gòu)體具有較高的細胞攝取，而另外兩個異構(gòu)體18F-(2R，4R)-4-FGln和 18F-(2R，4S)-4-FGln的攝取值較低，這與生物體選擇性吸收L型氨基酸的預(yù)期吻合。
[0014]進一步的報道[Lieberman Brian P.，Ploessl Karl，Wang Limin，Qu Wenchao, Zha Zhihao,ffise David R.,Chodosh Lewis A.,Belka George,Thompson Craig B.,Kung Hank F.;Journal of Nuclear Medicine,2011,52(14) ,1947-1955]表明，18F-(2S，4R)-4-FGln在腫瘤細胞中具有快速的攝取動力學(xué)性質(zhì)，主要通過ASC氨基酸轉(zhuǎn)運系統(tǒng)進入細胞，進 入細胞后能夠參與蛋白質(zhì)和生物大分子的合成，這表明該化合物在細胞內(nèi)參與了三羧酸代 謝過程，結(jié)合轉(zhuǎn)基因小鼠 PET顯像研究，表明該化合物的攝取可能能夠反映細胞能量代謝的 情況，因此能夠用于腫瘤代謝的PET顯像。
[0015]由于放射性核素 F-18的物理半衰期僅為109分鐘，制備標(biāo)記化合物18F-(2S，4R)-4-FGln的難點在于需要在盡量短的時間（小于一個半衰期）內(nèi)通過有限的化學(xué)步驟制得目標(biāo) 化合物，同時還需要保持化合物的光學(xué)活性。中國發(fā)明專利CN102595888A(公開號）和美國 專利US8747809B2以及發(fā)表的文章 [Qu Wenchao,Zha Zhihao，Ploessl Karl,Lieberman Brian P.,Zhu Lin,ffise David R.,B.Thompson Craig,Kung Hank F.；Synthesis of Optically Pure 4-Fluoro-Glutamines as Potential Metabolic Imaging Agents for Tumors;Journal of the American Chemical Society，2011，133(4)，1122_1133]中報道 了 18F-(2S，4R)-4-FGln制備的化學(xué)反應(yīng)方法:前體化合物在相轉(zhuǎn)移催化劑的存在下同18F-發(fā)生親核取代氟化反應(yīng)，制得標(biāo)記中間體，標(biāo)記中間體經(jīng)純化后在酸性條件下脫保護，然后 經(jīng)過純化和制劑化制得 18F-(2S，4R)-4-FGln產(chǎn)品。為了保證產(chǎn)品的光學(xué)純度，需精確控制標(biāo) 記反應(yīng)和脫保護反應(yīng)的堿性和溫度。以上化學(xué)制備方法均通過手動操作完成。然而在放射 性藥物用于臨床顯像時，投入的初始F-18放射性活度可達數(shù)居里，為了保護操作人員免受 輻射損傷，制備過程需要通過放射性藥物自動化合成裝置實施完成，此外，顯像劑的自動化 標(biāo)記制備有利于藥物制備過程的標(biāo)準(zhǔn)化，保障制得的放射性藥物制劑的安全性和有效性， 因此實現(xiàn) 18F-(2S，4R)-4-FGln放射性藥物的高效、自動化標(biāo)記制備，是其實現(xiàn)臨床應(yīng)用的必 要條件。
[0016] 18F-(2S，4R)-4-FGln的自動化制備面臨著一些重要挑戰(zhàn)：首先，每步反應(yīng)條件需 精確控制，保證產(chǎn)物的光學(xué)純度;第二，制備過程中的脫保護反應(yīng)需要使用有機酸，通常為 三氟乙酸，方可保證終產(chǎn)物不發(fā)生消旋反應(yīng)，但三氟乙酸具有較強的揮發(fā)性和腐蝕性；第 三，脫保護反應(yīng)完成后需盡量除去產(chǎn)物中的有機酸等雜質(zhì)，保證產(chǎn)品制劑滿足體內(nèi)靜脈注 射劑要求。以上制備中的特殊要求，導(dǎo)致 18F-(2S，4R)-4-FGln顯像藥物的制備無法在現(xiàn)有商 業(yè)化放射性藥物自動化合成裝置上實施完成。
[0017] 根據(jù)設(shè)計結(jié)構(gòu)的不同，目前商業(yè)化的F-18正電子藥物自動化合成裝置基本分為兩 類:第一類為采用固定管路設(shè)計的合成裝置;第二類為采用可更換的一次性管路系統(tǒng)的合 成裝置。前者的代表如美國GE公司生產(chǎn)的TracerLab FXN型自動化合成裝置(詳細介紹參考 網(wǎng)址http: //www. gehealthcare. com)，該裝置采用電磁閥控制流體流動，如果用于18F-(2S， 4R)-4-FGln自動化制備，三氟乙酸等腐蝕性試劑需流經(jīng)電磁閥體內(nèi)部而導(dǎo)致閥體被腐蝕， 而更換電磁閥和管路系統(tǒng)即昂貴又不易操作;另外一個問題是合成化學(xué)試劑可能會殘留在 電磁閥體內(nèi)部，導(dǎo)致合成不同批次藥物之間的交叉污染，因此，此類型裝置制備 18F-(2S， 4R)-4-FGln絕對不可行。第二類合成裝置如美國GE公司的FASTlab?型（詳細介紹參考網(wǎng)址 http : //www · gehealthcare · com)、比利時IBA公司的SynthERA型（http : //www · iba-radiopharmasolutions ·com/)、比利時ORA公司的Neptis Perform型（ http://www.neptis-vsa.com/)和比利時TRASIS公司的ALLINONE型合成裝置，這些裝置的優(yōu)點是采用可方便更 換的一次性管路(卡套），但針對不同種類的放射性藥物，需開發(fā)專用的一次性管路和卡套。 該類裝置的優(yōu)點是制備藥物的管路和卡套一次性使用，避免了裝置的清洗流程和放射性藥 物的交叉污染的問題。但是如果用于 18F-(2S，4R)-4_FGln的制備尚存在以下問題:首先，尚 未開發(fā)出針對18F-(2S，4R)-4-FGln制備的專用型一次性管路和卡套;第二，一次性管路所使 用的材料耐腐蝕性較差，不易接觸三氟乙酸等有機酸;第三，未設(shè)有針對揮發(fā)性有機酸的廢 氣處理裝置，使用三氟乙酸等有機酸會導(dǎo)致裝置被腐蝕。綜上所述，目前尚未有適用于 1#-(2S，4R)-4-FGln制備的商業(yè)化自動化合成模塊。
[0018] 喬洪文、朱霖等人發(fā)表在北京師范大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報（2011-0247(1))上的文章 "18F正電子藥物自動化合成裝置BNU F-A2的研制及應(yīng)用"公開了一種用于實驗室的BNU F-A2型18F正電子藥物自動化合成裝置。該裝置的優(yōu)點在于采用夾管式電磁閥，使制備試劑均 在管路內(nèi)流動，避免了在閥體內(nèi)的殘留和對閥體的腐蝕;缺點是未設(shè)置尾氣處理系統(tǒng)，使用 揮發(fā)性有機酸會造成裝置的腐蝕，因此BNU F-A2型不能適用于18F-(2S，4R)-4-FGln的制備。 [0019]因此，提供一種高效、穩(wěn)定、安全的18F-(2S，4R)-4-氟-L-谷胺酰胺（（2S)-2,5-二氨 基-4-氟-5-氧代戊酸)的自動化制備裝置就成為該技術(shù)領(lǐng)域急需解決的技術(shù)難題。 【實用新型內(nèi)容】
[0020]本實用新型的目的之一是提供一種高效、穩(wěn)定、安全的18F-(2S，4R)-4-氟-L-谷胺 酰胺的自動化制備方法。
[0021 ]本實用新型的上述目的是通過以下技術(shù)方案達到的：
[0