18F-NaF注射液的制備及新西蘭兔骨折顯像

郭飛虎，邸麗娟，吳建爽，成偉華，徐曉敏，杜建冬，黃憲男，馮婷婷，姜 華，李明光，李艷濤，王成龍，梁 巍，劉涉洋，王成志，張春麗，樊紅強,*，王榮福,3,*

(1.原子高科股份有限公司，北京 102413；2.北京大學第一醫院 核醫學科，北京 100034； 3.北京大學國際醫院 核醫學科，北京 102206)

18F-NaF是最早應用于骨顯像的放射性藥物。Blau等[1]于1962年首次報道了18F-NaF在臨床骨顯像中的應用，1972年18F-NaF被美國食品藥品監督管理局批準上市[2]。由于99Tcm的理化性能更適用于常規γ相機成像，在20世紀70年代18F-NaF基本被99Tcm-MDP等二膦酸鹽類化合物取代[3]。近年來由于鉬锝發生器原料99Mo核素的全球緊缺，導致99Tcm標記藥物的臨床應用受到一定的影響[4]。而隨著醫用回旋加速器、PET或PET/CT設備數量在全世界的逐漸增加，18F-NaF作為骨顯像劑重新引起了研究人員的重視[5]。18F-NaF在體內的攝取機制為：通過靜脈注入體內后，18F-與羥基磷灰石晶體Ca10(PO4)6(OH)2中的羥基發生離子交換，生成氟代磷灰石Ca10(PO4)6F2，化學吸附于骨組織，并優先沉積在骨轉換率高和重塑活躍的骨組織，骨攝取18F-依賴于局部血流量和成骨活性[6]。

骨折是指骨與骨小梁連續性發生中斷，骨骼的完整性遭到破壞的一種體征。骨折按形成原因分為創傷性和病理性兩類[7]。因創傷或腫瘤骨轉移造成的隱匿性骨折和愈合情況的準確診斷對制定合適的治療方案具有非常重要的意義。骨折的常用診斷手段有X射線攝片和CT[8]，此外核磁共振[8]、超聲[9]和核醫學骨掃描[10]也有用于骨折診斷的報道。與常規診斷方法相比，核醫學顯像具有能更早期發現更微小病變的優勢。目前99Tcm-MDP骨掃描是常用的核醫學顯像手段，但18F-NaF PET/CT顯像能在一次掃描中同時獲得病灶的解剖信息和代謝信息，提供多元、直觀的診斷信息，是一種優于99Tcm-MDP骨掃描的骨顯像技術，能更靈敏、準確地評價骨病變，從而改變部分患者的治療方案[11]。雖然SPECT/CT通過SPECT和CT的融合，可有效提高診斷的準確度，且成本較低，但與99Tcm-MDP SPECT/CT相比，18F-NaF PET/CT能更準確地評估更微小的隱匿性骨病變[12]；且18F-NaF PET/CT顯像患者等待時間和掃描時間更短，而99Tcm-MDP SPECT/CT掃描時間長，導致患者流通量低，目前臨床并不常用。因此，有研究報道99Tcm-MDP可能會被18F-NaF取代，用于評估骨病變[13]。

為考查18F-NaF PET顯像用于骨折診斷的診斷效果，本文擬制備18F-NaF注射液，對其進行質量控制和穩定性研究，然后建立新西蘭兔骨折模型，模型建立約2周后進行18F-NaF PET顯像和99Tcm-MDP SPECT顯像的自身對照試驗，并對顯像效果進行比較，考察18F-NaF PET用于骨折診斷的優越性。

1 方法

1.1 主要材料與儀器

Whatman No.1色層紙，美國Whatman公司；QMA柱、CM柱，美國Waters公司；甲醇、醋酸鈉、戊巴比妥鈉，分析純，國藥集團化學試劑有限公司；H218O，江蘇華益科技有限公司；0.9%NaCl注射液、滅菌注射液用水，石家莊四藥有限公司；99Tcm-MDP，質控指標同《中國藥典》2015版，原子高科股份有限公司。

新西蘭兔，6只，6～8周齡，雌雄各半，體重(3.34±0.22) kg，北京芳元緣養殖場。在普通級別環境下飼養(溫度20～25 ℃、相對濕度40%～70%、12 h照明、12 h黑暗)，倫理證書編號為J201745。

ES-30KHTS電子天平，長沙湘平科技發展有限公司；CRC-25R活度計，美國CAPINTEC INC公司；AR-2000放射性薄層掃描儀，美國BIOSCAN公司；高純鍺多道γ譜儀，美國ORTEC公司；GEMINI GXL PET/CT，Philips公司；Discovery NM/CT 670 SPECT/CT，美國GE公司；醫學影像工作站，Medex公司。

1.2 18F-NaF注射液的制備

18F-NaF注射液的制備工藝分為2種。其中最常用的是以H218O為靶材，經18O(p,n)18F核反應得到18F-，然后將18F-吸附在陰離子交換柱QMA上，用水淋洗除去殘留的H218O和可能存在的雜質后，再用0.9%的NaCl注射液將18F-從QMA柱上洗脫，最后將淋洗液用0.22 μm的除菌濾膜過濾得到18F-NaF注射液[14]；另一種是在以上工藝過程中，18F-在通過QMA柱前先通過陽離子交換柱CM，用CM柱吸附18F-生產過程中產生的金屬陽離子雜質，尤其是靶膜活化后的長半衰期放射性金屬陽離子雜質[15-16]。

1.3 18F-NaF注射液的質量控制

對本品常規通用檢測項目，如性狀、pH值、放射性核純度、半衰期、無菌、細菌內毒素的分析采用《中國藥典》2015年版四部通則收載的通用方法。金屬雜質采用電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)進行分析。放化純度的分析方法為：在用2%的醋酸鈉溶液處理過的色層紙一端2 cm處點樣，晾干，將紙條放入盛有50%甲醇的層析缸中展開，晾干后在放射性薄層掃描儀上測量放射性計數，并通過分析軟件計算18F-NaF的放化純度。

1.4 18F-NaF注射液的穩定性

取一定量18F-NaF注射液于30 ℃下放置10 h，分別于0、4、8、10 h取樣進行性狀、pH值和放化純度檢驗，在0 h和10 h取樣進行細菌內毒素和無菌檢驗。另取一定量18F-NaF注射液在40 ℃下放置8 h，分別于0、4、8 h取樣進行性狀、pH值和放化純度檢驗。另在0 h和8 h取樣進行細菌內毒素和無菌檢驗，考察18F-NaF注射液在30 ℃和40 ℃下的穩定性。

1.5 新西蘭兔骨折模型的建立

取6只新西蘭兔，靜脈注射50 mg/kg 戊巴比妥鈉麻醉后剪去左后肢毛、消毒，手術切開皮膚，分離皮下組織，暴露脛骨。用骨鉗造成新西蘭兔脛骨中段不完全性骨折，骨折處長度約1 cm。術畢清創并縫合傷口。手術后3 d內肌肉注射青霉素鈉鹽防止感染。骨折后的新西蘭兔飼養條件如下：溫度20～25 ℃、相對濕度40%～70%、12 h照明、12 h黑暗、干法飼養、標準飼養籠內每籠1只。其中1只新西蘭兔術后由于凝血異常死亡，成功建立骨折模型的新西蘭兔5只，飼養2周后進行18F-NaF PET顯像和99Tcm-MDP SPECT顯像。

1.6 18F-NaF注射液新西蘭兔骨折模型顯像

本研究采用自身對照實驗設計。取3只骨折模型兔，分別將0.3～1.0 mL約77 MBq18F-NaF注射液經耳緣靜脈注入體內，分別于30 min，1、2、3 h進行PET顯像；48 h后再經耳緣靜脈注射0.3～1.0 mL約77 MBq99Tcm-MDP，再在相同的時間點進行SPECT顯像。另外2只先進行99Tcm-MDP SPECT顯像，48 h后再行18F-NaF PET顯像。顯像前至少30 min打開PET/CT或SPECT/CT設備預熱，PET的掃描條件為40 s/床位、18 cm/床位，每只采集7～8個床位；SPECT的顯像條件為140 keV、窗寬20%、采集速度15 cm/min、放大倍數1.0，矩陣256×1 024。顯像前腹腔注射25%的烏拉坦溶液4 mL/kg麻醉兔子，麻醉后固定于鋪有尿墊的木板上。兩次顯像之間放開兔子讓其自由活動，再次顯像時如已清醒則補充麻醉劑。2次顯像均完成后，過量麻醉處死兔子。對影像進行質量分析與定量處理，采用目測法評價影像質量，再勾畫骨折部位和對側正常骨骼部位的感興趣區，獲取單位像素的標準攝取值SUVmean(PET影像)或放射性計數(SPECT影像)，分別計算骨折部位與對側正常骨骼部位的SUVmean比或放射性計數比(T/NT)。使用SPSS16.0軟件進行統計分析，用方差分析比較18F-NaF PET影像和99Tcm-MDP SPECT影像的T/NT。

2 結果與討論

2.1 18F-NaF注射液的制備

對2種工藝制備的18F-NaF的放化產率、放化純度、放射性核純度、金屬雜質等進行分析可知，2種方法制備的18F-NaF的放化產率和檢測結果均無明顯差別：放化產率均大于95%；放化純度均大于95%；γ能譜中除0.511 MeV和1.022 MeV18F核素的峰外均無其他峰出現，且24 h后再進行核純度檢測，均未檢測到長半衰期放射性雜質；Li、V、Cr等金屬雜質含量遠小于限度要求。這是因為CM柱的作用為吸附靶腔中產生的金屬陽離子雜質，而在不使用CM柱的工藝中，靶腔中產生的金屬陽離子雜質不會吸附在QMA柱上，而是通過QMA柱進入廢液，且少量的殘留經過水洗后也進入了廢液，因此不影響最終產品的質量。

最終根據工藝就簡的原則選擇在工藝中不使用CM柱，用該工藝在11 MeV加速器上束流積分值大于30 μA·h時，18F-NaF注射液的產量大于37 GBq。多批次產品的工藝驗證和質量檢驗結果表明，該方法工藝穩定，可生產出質量符合要求的18F-NaF注射液。

2.2 18F-NaF注射液的質量控制

18F-NaF注射液的檢驗結果列于表1。由表1可知，所有檢驗項均符合限度要求。產品性狀均為無色澄明液體，pH=4.5～8.0，放化純度均大于95%，半衰期均在105～115 min之間，γ能譜中除0.511 MeV和1.022 MeV外無其他峰出現，放射性濃度范圍為0.37～7.4 GBq/mL，放射性濃度測量值為標示值的90.0%～110.0%，細菌內毒素檢驗結果為含細菌內毒素量小于15 EU/mL，無菌檢驗符合要求。

表1 18F-NaF注射液的檢驗結果Table 1 Test result of 18F-NaF injection

2.3 18F-NaF注射液的穩定性

穩定性研究結果顯示，18F-NaF注射液在30 ℃下放置0、4、8、10 h的性狀，pH值和放化純度檢驗結果均沒有明顯變化，0 h和10 h的細菌內毒素和無菌檢驗結果均為合格。在40 ℃下放置0、4、8 h的性狀，pH值和放化純度檢驗結果也沒有明顯變化，0 h和8 h的細菌內毒素和無菌檢驗結果均為合格。表明18F-NaF注射液在30 ℃下放置10 h和40 ℃下放置8 h各項質控指標均符合要求，產品穩定性良好。

2.4 骨折顯像結果

18F-NaF PET和99Tcm-MDP SPECT顯像結果如圖1所示。雖然在30 min～3 h各時相的影像評分均為甲級，甲級影像率均為100%，兩者均可見全身骨骼，影像清晰，骨折部位呈明顯放射性濃聚，其放射性攝取明顯高于對側。

箭頭所指為骨折部位圖1 新西蘭兔骨折模型的18F-NaF PET和99Tcm-MDP SPECT顯像Fig.1 18F-NaF PET and 99Tcm-MDP SPECT image of New Zealand rabbit fracture model

但18F-NaF PET顯像30 min時即有清晰的顯像效果，骨折部位顯示更為清晰，而99Tcm-MDP SPECT顯像30 min和1 h時軟組織本底較高，在一定程度上會影響隱匿性微小骨折的診斷效果，且雙腎攝取明顯，2 h后軟組織背景才明顯下降。這是由于18F-NaF與血漿蛋白基本沒有結合，能以雙指數方式從血漿中快速清除[16]，因此，18F-NaF PET用于骨折診斷時給藥后30 min即可顯像，可有效減少給藥后的等待時間。而99Tcm-MDP注射后約30%與血漿蛋白結合[17]，需在給藥后2 h進行SPECT顯像，才能取得較好的顯像效果。

18F-NaF PET和99Tcm-MDP SPECT顯像的T/NT列于表2。由表2可知：18F-NaF PET顯像的T/NT高于99Tcm-MDP顯像的T/NT。方差分析結果顯示，F=12.60、P<0.01，說明18F-NaF PET顯像和99Tcm-MDP SPECT顯像的T/NT的差異具有統計學顯著性意義。這進一步從定量分析的角度表明18F-NaF PET對骨折的顯像性能優于99Tcm-MDP SPECT顯像。

表2 18F-NaF PET和99Tcm-MDP SPECT顯像的T/NTTable 2 T/NT of 18F-NaF PET and 99Tcm-MDP SPECT

3 結論

制備了18F-NaF注射液，其產量大于37 GBq，放化純度大于95%，其他各項檢驗結果均符合質控要求。所制備的18F-NaF注射液在40 ℃下放置8 h和30 ℃下放置10 h，各項檢驗結果均無明顯變化，穩定性良好。用于骨折顯像時，18F-NaF給藥后30 min即可進行PET顯像，且骨折部位顯示更為清晰，T/NT明顯高于99Tcm-MDP SPECT，而99Tcm-MDP需在給藥2 h后才能進行SPECT顯像，表明18F-NaF PET對骨折的顯像性能優于99Tcm-MDP SPECT。本研究為18F-NaF PET用于骨折診斷的臨床應用提供了實驗依據。