住友CFN多功能合成模塊18F-FDG的制備及質量控制

李 運 ，邱國玉 ，代 偉 ，安建平

（1.蘭州市食品藥品檢驗所，甘肅 蘭州 730050；2.甘肅省婦幼保健院，甘肅 蘭州 730050；3.中國人民解放軍聯勤保障部隊第904醫院PET-CT中心，甘肅 蘭州 730050）

目前，18F-脫氧葡萄糖（18F-FDG）是臨床PET顯像應用最為廣泛的正電子藥物，主要應用于多種腫瘤、心血管及神經系統疾病的研究與診斷。利用SUMITOMO HM-12S回旋加速器和CFN-FDG合成模塊，制備出高純度、安全、可靠及符合臨床顯像要求的18F-FDG靜脈注射液。國內與CFN合成FDG相關的文獻尚未見報道，本文總結多年來CFN多功能合成模塊制備18F-FDG過程中所遇到的問題，初步探討了提高合成效率和避免合成失敗的影響因素。

1 材料和方法

1.1 實驗材料

1.1.1 儀器設備

醫用回旋加速器（CYPRIS HM-12S，日本住友重機械工程株式會社）、FDG合成模塊面板（CFN多功能合成模塊，日本住友重機械工程株式會社）、TLC （Bioscan公司）、HPLC （LabAlliance出品）、FA1004N型電子天平 （上海菁海儀器有限公司）、CRC-25R型放射性核素活度計（美國CAPINTEC）、pHB-3便攜式pH計（上海三信儀表廠）。

1.1.2 主要試劑

18O-H2O：豐度97%（美國劍橋同位素公司）；三氟甘露糖、K2.2.2（ABX公司）；色譜級無水乙腈（美國SIGMA公司）；碳酸鉀、氫氧化鈉（純度99.995%，SIGMA ALDRICH）；無菌注射用水（四川科倫藥業股份有限公司）；QMA、IC-H、PS-2、AlumiaN 柱（Waters公司）；硅膠板（Whatman 公司）；0.22μm 液體濾膜、0.2μm 氣體濾膜（Millipore公司）。

2 18F-FDG的合成

2.1 CFN多功能合成模塊FDG合成面板的安裝、清洗

利用住友CFN多功能合成模塊，通過更換不同的、與之相匹配的合成面板，可以完成11C、18F、13N等正電子藥物的制備。按操作規程，正確安裝FDG合成面板，完成Cyrinder的上下移動情況、管路氣密性及流量自檢。然后，進行自動化清洗和干燥。

2.2 18F-FDG的合成

2.2.1 QMA柱的活化

用滴洗法[1]，分別將 75%乙醇 10mL、1MK2CO3溶液10mL、無菌注射用水20mL、空氣20mL通過QMA柱，將其活化為碳酸鹽形式。

2.2.218F-的制備

采用SUMITOMO HM-12S型醫用回旋加速器通過18O(p,n)18F核反應，向靶中填裝3.8mL18OH2O，用12MeV、50μA的質子束流連續轟靶30min，經氣動方式將18F-從靶內傳至CFN-FDG合成面板的靶水回收中間瓶中。

2.2.318F-的捕獲、洗脫

將靶水回收中間瓶中的18F-通過已活化的陰離子交換柱QMA，18F-被交換柱俘獲，殘余的富氧水被收集于水回收瓶中，記錄RI1放化活度探頭的讀數，確定俘獲的18F-的活度。用含有7mgK2CO3、22mgK2.2.2、0.2mL水及 0.7mL無水乙腈的 0.9mL洗脫液將18F-從QMA柱淋洗至反應管中，并記錄RI2探頭活度，對18F-洗脫情況進行監測。

2.2.4 干燥除水

通過第一次加熱除去乙腈和水的共沸物。然后，向反應管中加入1mL無水乙腈、加熱，進行第二次除水，為下一步親核反應的發生做好準備。

2.2.5 親核取代反應（亦稱氟化過程）[2]

將18mg三氟甘露糖溶解于1.3mL的無水乙腈溶解加至反應瓶，100℃、加熱3min，生產乙酰化的18F-FDG-OAc4。將反應管中N2管插入溶劑液面以下，通入100CCM的N240s，開啟真空并程序性加熱，除去乙腈。

2.2.6 堿水解[3]

加入0.3mol·L-1NaOH 3mL至反應管中，在80℃下水解210s后，得到18F-FDG和少量雜質的混合組分。

2.2.718F-FDG的純化

水解完成后，得到的18F-FDG溶液按下列順序進行純化：先通過IC-H柱吸附反應體系中的K2.2.2并平衡體系的pH值，再通過PS-2除去部分水解不完全的乙酰化物和非極性副產品，最后通過Alumia N柱，去除最后殘余的18F-，用6mL滅菌注射用水淋洗反應瓶和純化柱，將18F-FDG通過0.22μm的無菌液體濾膜至20mL無菌真空瓶中。

3 18F-FDG的質量控制

3.1 外觀鑒別

透過無色鉛玻璃觀察，18F-FDG注射液為澄清、無色、無顆粒、無絮狀物的水溶液[4]。

3.2 核素鑒別

把已經制備的18F-FDG注射液放置活度計測定12min內不同時間點的活度值，反推其半衰期，結果應在105.5～115.0min之間。

3.3 pH值

用精密pH試紙測定18F-FDG注射液的pH值，pH應在4.5～7.5之間。

3.4 放射化學純度

采用薄層層析(TLC)法，以乙腈-水的混合溶劑(85:15)為展開劑，18F-FDG通過TLC系統的放射化學純度大于95%。

3.5 化學純度

3.5.1 用HPLC法[5]測定18F-FDG注射液的化學純度，以糖柱為分離柱，乙腈-水(85:15)為流動相，流速1.0mL·min-1，測得化學純度為 99%。

3.5.2 采用GC法[6]對有機溶劑的殘留進行分析，乙腈、乙醇的含量分別應小于0.04%和0.5%。

3.5.3 采用GC法[7-8]對K2.2.2殘留進行分析，產物中K2.2.2含量不能高于0.2mg·mL-1。

3.6 急性毒性實驗

隨機取健康合格的昆明種小鼠20只（雌、雄各半），分別尾靜脈注射18F-FDG注射液0.2mL，觀察24h，仔細觀察，并作詳細記錄。

3.7 細菌內毒素檢查[9]

取18F-FDG注射液0.2mL稀釋10倍后進行細菌內毒素檢查，反應時間分別為20min和60min。

3.8 無菌檢查[9]

取0.2mL經衰變10個半衰期后的18F-FDG注射液分別接種于7.5mL硫乙醇酸鹽流體培養基和真菌培養基中，按規定進行觀察，不得發現菌落生長。

4 結果

4.1 18F-FDG注射液的合成

用50μA的質子束流連續轟擊18O-H2O30min，按上述合成工藝制備的18F-FDG注射液活度平均為650±20mCi，經時間衰變校正后，其平均放化產率為62±4%。

4.2 18F-FDG注射液的質量控制

18F-FDG注射液為無色、澄清溶液。用半對數法計算的半衰期為108min；HPLC系統測定的化學純度大于99%；TIC法測定的放射化學純度大于95%。急性毒性實驗表明，無任何不良反應或死亡發生。無菌、細菌內毒素的檢測，均符合藥典規定。用精密pH試紙測定pH為5.5。

5 討論

1）日本住友CFN多功能模塊，可以進行多種正電子藥物的標記，亦可進行新型示蹤劑的合成研究，根據研究工作需要可自行開發適合新型藥物合成的軟件及合成工藝優化，故可稱為科研型合成模塊。我們利用用CFN-FDG模塊制備18F-FDG數百次以上，易于操作，合成效率達66%、產量穩定，產品質量可靠。

2）CFN-FDG合成模塊，原始工藝合成共需35min。通過進行多次合成實驗，縮短試劑加入時間，優化合成工藝參數，使得整個合成時間縮短6min，同時提高了合成效率。親核反應是FDG合成中最關鍵的過程，由于水中氫鍵的親核性遠遠強于18F-，因此應盡可能除去反應體系中痕量的水，否則氟化效率極低甚至導致合成失敗。結合實際工作，避免體系中殘余水的方法為：首先，每次合成結束務必對反應體系進行清洗、干燥，除去聚四氟管路及反應管中殘余的溶劑。其次，前體三氟甘露糖應密封保存于干燥器冷藏于冰箱中；合成前，用干燥的藥匙取前體適量置于已徹底干燥的錐底瓶中，迅速吸取無水乙腈1.3mL，溶解前體，密封；吸取試劑用的針頭等耗材使用一次性無菌包裝。最后，通過進行冷實驗，優化合成參數，確保經兩次共沸除水，正好使氟化反應體系處于干燥無水狀態。

3）18F-FDG的合成可采用在酸性或堿性環境下水解乙酰化18F-FDG-OAc4制得。本文合成工藝為堿水解，條件溫和，時間短，副產物少。日常工作中，會遇到由于試劑吸取針被膠塞碎渣堵塞等原因，致NaOH不能或部分加入反應器，使合成失敗或合成效率極低。可以將純化柱經6個半衰期后，測定PS-2柱活度，將測得值推算至合成結束時的活度，發現大量未水解的乙酰化物被PS-2柱吸附，以確定合成失敗的原因。

4）若所得產品顏色發黃，TLC顯示硅膠板原點與Rf值0.55左右活度相當，呈現“駱駝峰”，初步可以判斷為氟化反應不完全或純化時殘余18F-未能被Alumia N柱吸附。更換新的Alumia N柱，將18F-FDG注射液進行再次純化，經TLC確認，放化純大于95%即可。

5）CFN-FDG合成模塊進行25次以上合成后，有時會出現Cyrinder向下移動，不順暢，致使聚四氟管不能插入反應管底部，以至于在DU2干燥過程中，N2不能通入液面以下，保持反應管內液體處于運動狀態，使乙腈被蒸除的速度減慢，甚至導致有機溶劑殘余超標。合成模塊使用10次左右，應將Cyrinder拆下，用無水乙腈進行清洗。但是清洗過程應避免尖銳物體接觸Cyrinder桿，使其邊緣不光滑或有劃痕出現，影響反應體系的氣密性。

6）CFN-FDG合成模塊使用過程中，氣密性自檢失敗原因排除方法：首先正確安裝FDG合成面板，對管路聯接接頭等進行確認。初次安裝完成，自檢，若有“Reactor Leak”的提示，可以重新進行一次測漏。其次，檢查反應器法蘭是否安裝正確，法蘭不能擰的太緊，否則會導致反應管上口碎裂，自檢時提示“Reactor Leak”。第三，檢查靶水回收中間瓶上安裝的各種針頭是否有松動，若有，重新更換新的中間瓶進行安裝。第四，檢查與真空泵相聯的管路是否有漏。第五，檢查聯接QMA的快速接頭是否完整。另外，可以根據Leak提示信息，可以將相關管路進行“短接”，逐次逐級排查泄漏的部位。良好的氣密性為合成合格的18F-FDG提供保障。

7）為了實現18F-FDG注射液無菌、細菌內毒素檢測的合格，必須使用一次性無菌耗材，及時更換管路，實行合成全過程的控制，避免產品被污染。定期將所得產品經放置衰變10個半衰期后送檢驗科檢驗，確保合格產品用于臨床。

8）建立完善的操作流程和科學的質量控制標準是制備合格18F-FDG注射液的有力保障。目前，在藥典附錄XI XG正電子類放射性藥品質量控制的指導原則中對記錄了18F-FDG質量控制的原則和細則。SFDA于2004年7月公布了《正電子類放射性藥品質量控制指導原則》，各正電子藥物研究中心應結合自身條件，依據以上質量控制原則及參照26USP[10]，制定出適宜的18F-FDG注射液質控標準，可完全保證合格藥物的生產，運用于臨床PET-CT檢查，為臨床疾病的診斷提供大量的科學依據，取得令人滿意的結果。