H-Cube Reaktörü Kullanılarak 18F-İşaretli Bileşiklerin Radyokimyasal Sentezi

Bu uygulama notunda, hızlı, verimli ve tekrarlanabilir bir şekilde bir PET radyotracer geliştirmek için akış hidrojenasyonu üzerine ilk uygulamayı gösteriyoruz.

Giriş

Radyokimya araştırma ve tanıda büyük öneme sahiptir, ancak radyoaktif maddelerle çalışmak özel süreçler ve yüksek düzeyde güvenlik düzenlemeleri gerektirir. Günümüzde PET’in (pozitron emisyon topografisi) tıbbi incelemelere dahil edilmesi, genellikle 18F etiketli bileşiklerin üretilmesini gerektiren genel kabul görmüş bir metodolojidir. Bu izotopun yaklaşık 110 dakika gibi kısa bir yarı ömrü vardır ve bu da kimyagerler için mümkün olan en kısa sürede kolayca gerçekleştirilebilecek uygun bir bileşik ve sentetik yol sağlamaya çalışırken gerçek bir zorluk yaratmaktadır. Harvard Tıp Fakültesi, Massachusetts Genel Hastanesi ile işbirliği içinde, PET taramalarında kullanılan bir radyotracer sentezi için verimli, hızlı ve tekrarlanabilir akış kimyası tabanlı bir metodoloji geliştirmiştir.

Cihazlar

Tüm reaksiyonlar, aşağıdakileri içeren kombine akış tabanlı bir sistemde gerçekleştirilmiştir:
1.) Advion Inc. firmasının Nanotek® mikroakışkan cihazı, 18F-etiketleme için
2.) Etiketlenmiş bileşiklerin hidrojenasyonu için ThalesNano’dan H-Cube®. Ürünler daha sonra GE TRACElab FXF-N ile enjeksiyon için formülasyondan önce yarı hazırlayıcı bir HPLC ile saflaştırılmıştır.

Reaksiyon Modeli

PET’te kullanılan farklı radyotransferlerin yapı taşları olan flor-18 işaretli floroanilinler model reaksiyon için seçilmiştir. İlk olarak, 1,4-dinitrobenzenin [18F]Et4NF ile florlanması optimize edilmiş ve 80 µL/dak akış hızı ve çözücü olarak CH3CN kullanılarak 180 °C’de %92 radyokimyasal dönüşümle 18F-işaretli bileşik elde edilmiştir. Reaksiyon 5 dakika içinde gerçekleştirilmiştir.

Şekil 1: Florlama adımının optimizasyonu

Nitro grubu hidrojenasyonunun optimizasyonu sırasında tüm parametreler – çözücü, akış hızı, reaksiyon sıcaklığı ve basınç – taranmıştır (Tablo 1). Çözücü olarak THF, 1 mL/dak akış hızı, 20 bar ve 60 °C reaksiyon basıncı ve sıcaklığı kullanılarak optimum koşullarda 3 dakikada %90 dönüşüm elde edilmiştir. Pd/C dolgulu kartuşlar 15 kullanımdan sonra herhangi bir bozulma gözlenmeden değiştirilmiştir. Son olarak, otomatik izolasyon, spesifik aktivite >1,2 Ci/µmol ile %32 ± 5 (n=3) bozunmaya göre düzeltilmiş radyokimyasal verimle nihai bileşikle sonuçlanmıştır. Tüm süreç 40 dakikalık bir toplam reaksiyon süresi gerektirmiştir.

Tablo 1: Pd/C katalizörü ve 1 mL/dak akış hızı kullanılarak gerçekleştirilen hidrojenasyonun reaksiyon koşulları ve sonuçları

[18F]CABS13 Sentezi

Model reaksiyon, akış sentezinin uygulanmasının yararlılığını kanıtladıktan sonra, bir sonraki deneme “Alzheimer hastalığının metal hipotezini” araştırmak için tasarlanan radyotracer olan [18F] CABS13’ün senteziydi. Aynı reaksiyon serisi kesikli olarak gerçekleştirildiğinde %30 verim elde edilmiştir. Kombine mikroakışkan ve akış hidrojenasyon sistemi ile reaksiyonların basitleştirilmesi ilk olarak florlama reaksiyonunun optimizasyonunu gerektirmiştir. DMSO %90 dönüşüm sağlamasına rağmen, nihai malzemenin hidrojenasyon için ek bir çözücü değişim adımına gerek kalmadan tek bir akışta üretilebilmesi için çözücü olarak asetonitril seçilmiştir. Bununla birlikte, ThalesNano’nun hidrojenasyona yatkınlığı nedeniyle asetonitrili bir çözücü olarak önermediği unutulmamalıdır.

Şekil 2: Bir PET radyotracer olan [18F]CABS13’ün sentezi

180 °C sıcaklık ve 10 µL/dak akış hızı uygulandığında florlanmış bileşik %57 oranında elde edilmiştir. O debenzilasyon adımı daha sonra H-Küpünde gerçekleştirildi ve %10 Pd/C genellikle bu tür bir dönüşüm için yüksek verim sağlamasına rağmen, bu durumda sadece %50-60 dönüşüm elde edildi. THF içinde 70 °C, 1 mL/dak ve 20 bar’da %20 Pd(OH)2/C katalizörüne geçiş, hidrojenasyon adımını 3 dakika içinde neredeyse kantitatif verime yükseltebilmiştir.

Saflaştırmadan sonra nihai bileşik, kurutulmuş [18F] florürden 45 dakika içinde spesifik aktiviteleri >1,4 ci/µmol olan %12 ± 3 (n=3) bozunma düzeltmeli radyokimyasal verimle izole edildi.

Sonuç

Hidrojenasyonun radyokimyasal uygulamalarda artık sınırlayıcı bir faktör olmadığı gösterilmiştir. H-Cube® sisteminin avantajları sayesinde hidrojenasyon, kısa ömürlü pozitron yayan radyonüklidlerle işaretlenmiş yeni radyofarmasötik bileşiklerin keşfedilmesi için kullanılabilir.

Kaynak: ThalesNano