主题：【分享】探讨H218O浓度等因素对FDG合成效率的影响

0引言

　 本工作采用加拿大EBCO TR19型回旋加速器及单管法自动化合成18F FDG模块为例，研究不同浓度H218O以及其他因素对合成效率的影响，以提高合成效率，从而提高18F FDG的产量.

　　1材料和方法

　　1.1材料

　　①主要试剂: H218O：浓度95%(荷兰Netherlands公司)；三氟甘露糖(ABX公司)；Kryptofix2.2.2(K2.2.2,分析纯)和无水乙腈（HPLC级，Sigma公司）；QMA柱、C 18柱、ALUMINA N柱（Waters产品）；AG50和AG11*A8树脂（Bio Rad公司产品）. ②主要仪器: TR19型回旋加速器和单管法CPCU(Chemistry Process Control Unit):加拿大EBCO公司产品；TLC放射性薄层扫描仪：美国Bioscan公司产品；Simplicity超纯水净化仪：美国MILLIPORE产品.

　　1.2方法

　　1.2.1不同浓度H218O的配制用超纯水净化仪生产的电阻率为18.2 MΩ·cm的超纯水将浓度为950 mL/L的H218O配制成100，150，300，400以及500 mL/L（V/V）的混合液，备用.

　　1.2.218F的生产18F由EBCOTR19型回旋加速器生产. 将不同浓度的H218O（1.4 mL）注入加速器靶内，在20 μA束流条件下击靶60 min，经18O(p,n) 18F反应产生18F离子，伴随反应产生的还有以气态存在的13N. 将击靶产物以跑兔形式传送至位于热室内的活度计，得到的活度为18F和13N的活度之和（A）. 10 min后再次测量得到活度计里的活度（B）. 依照13N和18F在10 min的衰变系数（13N为0.5，18F为0.939），按照数学公式1可以计算出18F的产量.

　　A=NF+NN, B=0.939NF+0.5NN得出：NF=0.439(B-0.5A)公式1其中：NF为所求18F的活度，NN为副产品13N的活度.

　　1.2.318F FDG的合成18F 被QMA柱捕获后，被含碳酸钾的K2.2.2乙腈溶液洗脱至反应管，80℃共沸除水. 再次加入无水乙腈2.5 mL,82℃共沸除水，以确保反应系统里的水被除净. 将15 mg三氟甘露糖溶于无水乙腈溶液加入反应瓶，85℃下标记5 min,经过亲核反应，生成乙酰化的18F FDG Oac4,再次85℃加热除去乙腈，加入1 mol/L的HCl在100℃下水解10 min后得到18F FDG. 经AG11*A8树脂中和HCl，AG50去除K2.2.2,纯化柱C 18去除没有水解的18F FDG OAc，ALUMINA N柱去除没有标记上的18F，最终得到产品.

　　经过一段时间后，分别测量反应管、离子交换柱（含AG11*A8和AG50）、纯化柱C 18, ALUMINA N, QMA柱、蒸发接收瓶（标记、水解时接收含18F的蒸汽）、管线的放射性残余量，计算各部分的放射性百分含量以及合成效率（公式2,3）.

　　合成效率计算：不校正效率（EOS）=（最终18F FDG活度/合成开始时18F 活度）×100%公式2
校正合成效率（EOB）=(校正至开始时18F FDG活度/合成开始时18F 活度)×100%公式3

　　1.2.4放化纯度测定将适量的18F FDG用毛细管点样于硅胶板上，而后置于950 mL/L乙腈溶液中展开，待展开液展开到硅胶板的3/4处，取出硅胶板，晾干. 用薄层扫描仪（TLC）扫描，软件为Bioscan Mini scan.

　　统计学处理：实验数据采用方差分析的方法比较组间差异.

　　2结果

　　2.1H218O的浓度对合成效率的影响18F-的生产是通过核反应18O(p,n)18F，因此，不同浓度H218O在相同反应条件下生产出18F-的量（用活度表示）不同，浓度高的H218O生产出的18F-活度高（Tab 1）.表1不同浓度H218O对合成效率的影响（略）

　　从以上结果可以看出，采用不同浓度的H218O生产18F FDG，其合成效率（EOB）变化不明显（P>0.05），但由于使用的H218O浓度不同，最终得到的18F FDG产量也不同. PET中心可以根据每日需要检查的患者数量提前制订生产所需的H218O浓度，保证检查工作顺利进行.

　　2.2前体（三氟甘露糖）的用量对合成效率的影响由于在该反应体系中，18F-的化学量很少，因此为了保证亲核反应的进行，所用的三氟甘露糖必须超量. 我们摸索了不同用量的三氟甘露糖（<10 mg, 10~14 mg, 15~18 mg, 18~20 mg以及20~25 mg)对合成效率的影响（Tab 2）.表2不同前体用量对合成效率的影响（略）

　　从以上数据可以看出，只要三氟甘露糖的用量大于15 mg，就可以满足合成的需要，而增加三氟甘露糖的用量，对合成效率没有明显的提高. Chirakal等［1］认为前体的量太多，会引起消除反应，而且参与反应的18F-的活度大小也不影响最终的合成效率. 值得提出的是，在实验中使用不同批次的三氟甘露糖，在相同实验条件下，最终合成效率会有不同. 其原因可能是三氟甘露糖的储存温度要求很严，一般要在4℃以下，而在运输过程中，由于保存温度的差异，导致三氟甘露糖化学纯度下降的缘故.

　　2.3 13N对合成效率的影响，由于靶水里有H216O的存在则有16O（p,α）13N.。而13N多以气态方式存在的，只有在靶物质中有乙醇存在时，13N才以13NH3·H2O的形式存在.。以气态存在的13N一方面自然衰变（其半衰期为10 min），另一方面挥发到空气中，而不进入反应系统. 少量以13NH3·H2O形式存在的，由于不能被QMA柱捕获，而进入回收瓶，也不进入反应系统. 极其少量进入反应系统者，一方面由于其亲核能力差，另一方面由于其中的绝大多数会在第一步过程中被蒸发，因而不参加反应. 因此，低浓度H218O产生的13N对合成效率几乎没有影响.

　　另外，我们通过对终产物的放化纯度的测定（TLC），发现最终产物只有18F FDG（其实验结果见Fig 1）.

　　2.4延长水解以及标记时间对合成效率的影响由于18F的半衰期短（110 min），合成时间对合成效率的影响很大. 在实验中，我们把标记时间控制在5 min,水解时间控制在10 min, 并且发现延长标记及水解时间将使最终合成效率减低，其原因可能是由于延长合成时间使18F的半衰期对不校正合成效率的影响相对较大. 虽然最终的校正的合成效率差别不大，但最后获得的18F FDG的产量会因为合成时间的缩短而有较大提高.

　　2.5  放射性损失对合成效率的影响，其损失主要有以下三个环节：一是在用乙腈除水的过程中，Fuchtner等［2］认为此过程中存在20%的放射性损失，并证实该损失主要以挥发的18F-形态丢失.。在实验中发现，通过使用新鲜配制的前体及在该步骤中用0.5 psi的氦气吹入以控制除水温度升高的速度，可将该步骤的放射性损失降至10%以下。 二是在亲核反应过程中，通过实验发现，这一步的放射性损失约为10%左右，因为在亲核反应中，我们采用的是开放体系，反应温度高于乙腈的沸点，乙腈一直处于沸腾状态，生成脂溶性的中间体，挥发到空气中.。而如果采用密闭系统以及固相水解的方法，会减少该部分的放射性损失.。三是反应瓶和管线的黏附以及由于O 圈老化而密闭不严引起的放射性泄露，此项约占5%左右. 经常检查O 圈的密闭性并且使用聚乙烯的传输管道，可以降低该部分的放射性损失. 而使用国产四氯乙烯的管道，一年后由于管道内变得不平滑，残留较多，并且放射性导致四氯乙烯分解，影响了18F-的纯度，从而引起放射性损失。

　　2.6  CPCU氟化反应器反应瓶的清洁程度对合成效率的影响，每次使用前需要对反应瓶进行清洗，如果清洁程度不够，将导致在亲核反应过程中出现杂质，如Cl-等一些卤素离子、一些金属离子以及一些酯类都会使亲核反应受到影响，从而降低标记率. 因此，每次清洗反应瓶必须用980 mL/L硫酸浸泡24 h，然后用去离子水反复冲洗，最后再用无水乙腈和750 mL/L乙醇冲洗，烘干后再使用.

　　3讨论

　　18F FDG的合成分两步进行. 第一步18F-与三氟甘露糖进行亲合反应，生成乙酰化的18F FDG（18F FDG OAc4）第二步用盐酸水解乙酰化的18F FDG，生成最终产物18F FDG［4］. 影响18F FDG的合成效率的主要因素是氟化反应.。18F-与三氟甘露糖的反应是18F-从三氟甲基磺酰基背后进攻糖环2位碳原子的SN2亲核反应，18F-进攻后与三氟甘露糖形成一个中间体，然后三氟甲基磺酰基离去. 影响SN2亲核反应的因素有：进攻试剂的亲核性、离去基团和溶剂的极性. 在本反应中，亲核进攻试剂为18F-，离去基团为易脱落的三氟甲基磺酰基，试剂为非质子溶剂乙腈（HPLC级）. 在非质子溶剂中，与18F-竞争的离子主要为反应体系中和乙腈中少量的水，另外，虽然H218O中以及吸附与QMA柱上的卤素离子如Cl-, Br-, I-离子的亲核性远远小于18F-，但后者的化学量要远远小于这些卤素离子，因此，这些卤素离子的存在也会影响到氟化反应的进行. 为了降低卤素离子对第一步氟化反应的影响，我们采用通过超纯水净化仪净化的电阻率为18.2 MΩ·cm的超纯水稀释950 mL/L的H218O，同时，在氟化反应前采取两步严格除水，最大限度地减少反应体系中残余的水对氟化反应的影响. 通过上述措施，我们发现，H218O的浓度对合成效率的影响较小. 而增加前体用量，在18F活度为3700到60 000 MBq之间，对提高合成效率作用不明显. 由于13N基本不参加反应，因此低浓度H218O产生的13N对合成效率几乎没有影响.

    综上所述，根据每日PET中心需要检查的患者数，可以采用不同浓度的H218O生产18F FDG. 在采用聚乙烯材料的传输管线和清洁的反应器，减少合成体系中水分，尽量缩短反应时间的前提下，能获得较高产额的18F FDG，从而降低生产成本，满足临床需求.

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