专利名称：<sup>11</sup>C-碳酸氢盐注射液在制备酸碱失衡 PET药物中的应用的制作方法
11C-碳酸氢盐注射液在制备酸碱失衡PET药物中的应用
技术领域：
本发明涉及正电子发射断层(PET)显像剂领域，尤其涉及11C-碳酸氢盐注射液在制备酸碱失衡PET药物中的应用。
背景技术：
人体体液保持着严格的酸-碱平衡[1]。体液中含量最多的碳酸氢盐/ 二氧化碳 (HCO3VCO2)缓冲体系在维持体液酸-碱动态平衡中起着非常重要的作用。细胞外液主要缓冲物质为HC03_ (NaHCO3)，在碳酸酐酶作用下，体内HC03_和(X)2发生相互转化，能够抵销体液微弱酸碱变化，从而维持体内酸-碱动态平衡[2’3]。许多疾病状态诸如炎症、缺血、癌症和肾脏疾病等都涉及酸碱(PH)变化(酸碱失衡)。研究表明，几乎所有肿瘤细胞外液PH都低于正常组织，因而肿瘤PH可作为研制诊断和治疗药物的靶点[1]。组织细胞pH变化是代谢过程、质子转运和缓冲作用的综合结果[1]，测定体液PH可为酸-碱失衡系统引起的疾病提供重要指证。尽管磁共振成像(MRI)、磁共振波谱分析(MRS)、正电子发射断层显像(PET)和光学成像已用于临床前PH显像研究，但是，目前尚没有无创伤性显像技术用于人体临床pH 显像。靶向pH的MRI和MRS分子探针已有较多报道，如2_咪唑基_3_乙氧羰基丙酸(IEPA)用于 MRS检测细胞外pH(pHe)[4’5]，3-[N-(4-氟-2-三氟甲基-苯基)-磺酰基]-丙酸(ZK-150471)用于19F MRS检测pHe[4]，无机磷酸盐(Pi)用于”PMRS检测细胞内pH(pHi)[4]，3-氨基磷酸丙酯用于31P MRS检测pHe[4],89Y-1,4, 7,10-四氮杂环十二烷基-四(亚甲基磷酸)(89Y-DOTP)用于89Y MRS检测pHe[5]，超极化13C-标记碳酸盐用于MRI 检测pHe和pHi[4’5]，Gd-I，4，7，10-四氮杂环十二烷基_1，4，7，10-四乙酰胺基-四磷酸酯 (Gd-D0TA-4AmP5_)用于MRI检测pH[4'5]，以及[I-13C]丙酮酸盐用于MRS检测心脏内pHi[5, 6]。PET分子探针用于检测pH也有报道。吸入11CO2或注射[2-"C] 5，5-二甲基噁唑烷-2， 4-二酮(DMO)已初步用于PET检测pH，但由于连续吸进11C-CO2给药法，操作非常不方便； 而DMO合成较困难，因而限制其临床进一步应用[5]；最近，国外研究者研制了一种64Cu标记的低PH插入肽(64Cu-pHLIP)，用于PET检测肿瘤pH，显示较好应用前景[5_7]。此外，荧光 (Cy5. 5和AleXa750)标记的pHLIP用于光学显像pH，也展示较好应用前景[8’9]。以上靶向 PH分子探针，已用于肿瘤和心脑血管疾病的分子显像研究。然而，所有这些方法，进一步推广应用于临床检测PH，仍存在一定问题。其中，最有应用前景的内源性13C-标记碳酸盐虽可克服外源性探针分子毒性的缺陷，但具有快速驰豫和灵敏度较低的缺陷[1]；无机磷酸盐 (Pi)和[1-1 ]丙酮酸盐虽为内源性物质，但检测灵敏度有限；11C-CD2(I)其为气体，生产和使用时防护比较困难；⑵连续吸进11C-CO2给药法[1°_12]，操作非常不方便；(3)方法准确性有待进一步提高[5]；其余物质均属于人体外源性异物，除放射性之外，对人体仍有一定的毒副作用，而限制其临床应用。
发明内容
本发明的目的就是为了克服现有酸碱平衡PET药物给药不方便或引入外源性物质对人体造成一定毒副作用的缺点，提供一种制备方法简单、使用简便、对人体无危害的 11C-碳酸氢盐注射液，及其在制备酸碱平衡PET药物中的应用。本发明制备的11C-碳酸氢盐注射液，根据其酸碱度的变化，其注射液中可含有不同形式的11C-标记物。若pH< 5.0，主要以11C-H2CO3或11C-CO2 (占95% )形式存在，为酸性注射液；若PH > 8. 0，主要以11C-HCCV或"C-CO32I占98% )形式存在，为碱性注射液； SpH 5. 0-8.0，主要以11C-HCCV和11C-CO2平衡形式共存，为类中性注射液。以11C-H2CO3或 11C-CO2 (占95% )形式存在的酸性注射液(pH < 5. 0)虽然主要是以11C-(X)2形式存在，与 11C-CO2具有相类似用途。但酸性注射液与11C-CO2存在显著不同，即首先其剂型不同，前者为注射液，后者为气体剂型；其次，其给药方式也不一样，前者为静脉注射，后者为鼻腔吸入。本发明是这样实现的。回旋加速器生产的11CO2，与装载在kp Pak plus C18小柱中的过量NaOH溶液反应，生成11C-碳酸盐。用稀盐酸或NaH2PO4缓冲液(pH 3-4)中和后，即可得酸碱失衡11C-碳酸氢盐注射液(11C-HCO3ViiC-CO2),其合成路线示于下。根据11C-碳酸氢盐酸碱度的变化， 11C-标记物存在形式有所不同。11C-COJNaOH — 11C-Na2CO3nC-Na2C03+H+ — 11C-NaHCO3用束流2(^々轰击51^11，通常可得11(-碳酸氢盐注射液约150111(^。11C-碳酸氢盐未校正放射化学产率为(90.0士5.0)%，总合成时间小于51^11。根据11C-碳酸氢盐注射液酸碱度的变化，11C-标记物存在形式有所不同。若pH < 5. 0，主要以11C-CO2 (占95% )形式存在[13]，为酸性注射液；若PH > 8. 0，主要以11C-HCO3-或11C-CO32-(占98% )形式存在[13]， 为碱性注射液；若PH 5. 0-8. 0，主要以11C-HCCV和"C-CO2平衡形式共存，为类中性注射液。11C-碳酸氢盐注射液为无色透明、无沉淀的溶液(铅玻璃后目测)，有三种形式的 11C-碳酸氢盐注射液存在pH<5.0，酸性注射液；pH 5. 0-8.0，类中性注射液；pH>8.0，碱性注射液。11C半衰期为(21 士5. 0)min(采用半衰期计算法)，放射性TLC测定11C-碳酸氢盐注射液放化纯度> 95^^(:-( 无法用TLC检出。异常毒性检查尾静脉给予11C-碳酸氢盐注射液0. 5mL后，观察48h，小鼠生长正常，无死亡及不良反应现象发生，解剖后观察， 未见任何器官损伤。无菌检查和细菌内毒素检查均为阴性。动物实验表明，在5min和30min时，多数组织器官放射性摄取较高，胰腺有最高放射性摄取，其次为血液、肾脏和心脏。肿瘤模型PET显像表明，肿瘤组织对不同酸碱度的11C-HCO3V11C-(X)2均有不同程度的摄取，在注射11C-HCO3V11C-(X)2后15 30min时，肿瘤组织摄取放射性较高。炎症模型PET显像表明，炎症组织对不同酸度的11C-HCO3V11C-(X)2均有不同程度的摄取，在注射11C-HC(VZ11C-O)2后30 60min时，炎症组织摄取放射性较高。经检测，荷S180肉瘤组织、松节油诱导炎症组织和抗肿瘤治疗瘤组织pH偏弱酸性，而正常肌肉组织呈偏弱碱性。如果病变组织出现积液，其PH将接近正常肌肉组织。PET 显像表明，三种形式的11C-碳酸氢盐注射液在荷S180肉瘤组织和松节油诱导炎症组织中均有较高放射性摄取。在注射11C-碳酸氢盐注射液早期，荷S180肉瘤组织对三种形式的11C-碳酸氢盐注射液均有较高摄取，而给药45min后，荷瘤组织摄取三种形式11C-碳酸氢盐注射液放射性显著降低。但是，给药15min后，炎症组织对三种形式的11C-碳酸氢盐注射液均有较高摄取。若炎症模型小鼠腹腔注射NaHCO3后，炎症组织摄取11C-碳酸氢盐注射液仍较高，说明NaHCO3并不能封闭11C-碳酸氢盐注射液靶分子结合位点，11C-碳酸氢盐注射液靶分子结合容量较大。另外，模型小鼠经乙酰唑胺处理后，肿瘤组织和炎症组织对三种形式的 11C-碳酸氢盐注射液摄取均有一定程度的降低，特别是给药45min后，放射性摄取降低更为显者ο体内生物分布表明，胰腺具有最高放射性摄取，各组织器官在注射放射性30min 后放射性清除较快。因为类中性和碱性的11C-碳酸氢盐注射液制备简单，且在肿瘤和炎症中有较高放射性摄取，因而可用于肿瘤和炎症显像。此外，11C-碳酸氢盐注射液也可用于其它与酸碱失衡的疾病和治疗监测PET显像，是很容易转化到临床应用的酸碱失衡PET显像剂。本发明的11C-碳酸氢盐注射液在柱制备法相当简单，现无文献报道，生产和使用时防护也相对容易；使用11C标记人体内最大缓冲体系(HC037C02)，即11C-碳酸氢盐注射液，静脉注射途径简单，可更真实反映体内组织和病变组织酸碱失衡状态，且很容易转化为临床应用。本发明的11C碳酸氢盐注射液使用的人体放射性剂量为5 30mCi。下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。图面说明
图1为11C-碳酸氢盐注射液自动化合成流程图。图2为11C-碳酸氢盐注射液(pH8)在正常小鼠体内生物分布图。图3为荷瘤小鼠的11C-碳酸氢盐注射液PET-CT显像，其中3A为pH < 5. 0的图像；3B为pH6. 0 7. 0 ;3C为pH > 8. 0的图像。图4为炎症模型小鼠的11C-碳酸氢盐注射液PET-CT显像，其中A和B :pH < 5. 0， C 和 D :pH6. 0 7. 0 ;E 和 F :ρΗ > 8. 0。图5为炎症模型小鼠腹腔注射NaHCO3后4h行11C-碳酸氢盐注射液PET-CT显像， 其中 A :pH > 8. 0 ;B :pH < 5. 0。图6为炎症模型小鼠腹腔注射NaHCO3后5分钟行11C-碳酸氢盐注射液PET-CT显像，其中 A :pH > 8. 0 ;B :pH < 5. 0。图7为炎症模型小鼠经乙酰唑胺处理后行11C-碳酸氢盐注射液PET-CT显像，其中 A :pH < 5. 0, B :pH6. 0 7· 0 :pH > 8. 0。图8为肿瘤模型小鼠经乙酰唑胺处理后行11C-碳酸氢盐注射液PET-CT显像，其中 A :pH < 5. 0, B :pH > 8. 0。
具体实施方式实施例的仪器、试剂和实验动物11C多功能化学合成模块(PET-CS-II-IT-I11CH3I),北京派特生物有限公司；安捷伦1200型分析型高效液相层析仪，美国Agilent公司；高效液相层析放射性检测仪，美国华盛顿Bioscan公司；Cyclone 10/5回旋加速器，比利时IBA公司；GEMINIGXL-16型PET-CT 扫描仪，北爱尔兰PHILIPS公司；S印Pak plus Cw小柱，为美国Waters公司产品；其余试剂均为国产分析纯。KM小鼠(雌雄不限)，清洁级，购于中山大学医学院实验动物中心。实施例111C-碳酸氢盐注射液的自动化合成11C-碳酸氢盐注射液(H11C(VAX)2)的在柱自动化合成流程图，示于图1。11C-CO2 通过Cyclone 10/5回旋加速器经14N (p，a)"C核反应生产。生产的11C-CO2在He气载带下直接经过kp Pak plus Cw小柱，被装载在^^ Pak plus (^8小柱中的0. 5M NaOH溶液 (0. 200mL)吸附。瓶Bl中的0. 3M NaH2PO4缓冲液(pH 3-4)或0. 02M盐酸(5mL)在N2气作用下经过^5印Pak plus Cw小柱，中和小柱中的碱性溶液。并进一步经无菌滤膜过滤后得 11C-碳酸氢盐注射液(11C-HCO3TmC-CO2)注射液。样品用放射性薄层色谱(TLC)分析，TLC 展开剂为甲醇，固定相为硅胶，11C-碳酸氢盐或11C-碳酸盐在原点。实施例22.1 11C-碳酸氢盐注射液体内生物分布实验C57BL/6J小鼠40只，雌雄各半，5周龄，体质量20 25g。尾静脉注射0. 2mL的 11C-碳酸氢盐缓冲液(pH 8.0，约100yCi，3. 7MBq)，分别于注射后10、30、45、60和90min， 从眼部取血后，立即断头处死，解剖取出心、脑、肌肉、肝、肺和肾脏等脏器，称重后测量放射性计数，计算每克组织注射放射性剂量百分率(ID% /g)。每个时相为4只小鼠。2. 2体内生物分布结果11C-碳酸氢盐注射液(11C-HCO3V11C-CO2iPH 5. 0 8. 0)在正常小鼠体内生物分布见图2。由图2可知，在5min和30min时，多数组织器官放射性摄取较高，胰腺有最高放射性摄取，其次为血液、肾脏和心脏。其它时相(10min、45min和60min)组织器官放射性摄取较低。实施例3肿瘤和炎症动物模型11C-碳酸氢盐PET显像3. 1实验步骤取KM小鼠QOg以上)10只，分别在其右下肢肌肉注射0. 20mL的松节油致感染， 小鼠注射部位出现红肿和活动障碍，最后取肌肉脓肿者入选。另取C57BL/6J小鼠10只，雌性，5周龄，体质量20 25g。将S180肉瘤细胞株常规传代培养，收集对数生长期的细胞，用 IXPBS溶液配成2 X IO7个/mL的细胞悬液，在无菌条件下在小鼠右胁腰部皮下注射0. ImL 瘤细胞悬液。7d后可扪及皮下结节，待肿瘤长径长至约1.0cm时进行实验。首先腹腔注射0. ImL的10%的水合氯醛溶液对模型小鼠进行麻醉，将11C-碳酸氢盐注射液和2-18F-2-脱氧-D-葡萄糖(18F-FDG)注射液稀释至18. 5MBq/mL。然后，经尾静脉注射0. 2mL的11C-碳酸氢盐注射液或18F-FDG注射液。注射后将小鼠固定在纸板上，放于 GEMINI GXL-16 型 PET-CT 扫描床上。分别于注射后 5min、30min、45min、60min、90min 行全身PET/CT动态扫描，先行CT扫描(20mA，IlOKev)，然后行PET扫描(3min/床位)。经衰减矫正后，用计算机滤波反投影法进行图像重建，获得横断面、矢状面、冠状面断层图像及 MIP (maxmium intensity projection)图像。3. 2肿瘤和炎症动物模型PET显像结果肿瘤模型PET显像表明，肿瘤组织对不同酸度的11C-HCO3V11C-(X)2均有不同程度的摄取，在注射11C-HC(VZ11C-O)2后15 30min时，肿瘤组织摄取放射性较高，尔后逐渐下降 (示于图 3A,3B,3C)。
炎症模型PET显像表明，炎症组织对不同酸度的11C-HCO3V1iC-CO2均有不同程度的摄取，在注射11C-HCO3V11C-(X)2后30 60min时，炎症组织摄取放射性较高(示于图4A，4B， 4C，4D，4E)。实施例44. 1乙酰唑胺抑制实验模型动物腹腔注射1.0M NaHCO3 (0. 7mL)[13]后5min和4h时，行 11C-HCo3ViiC-Co2PET显像。另外，按50mg/kg体重静脉注射碳酸酐酶抑制剂乙酰唑胺(浓度为 50mg/mL)[14]，给予乙酰唑胺 45min 后行 11C-HCO3ViiC-(X)2PET 显像。4. 2摄取抑制试验结果腹腔注射NaHCO3 后 5min 禾口 4h 时，行 11C-HaVZ11C-CO2(pH > 8.0)和 11C-HCO3ViiC-CO2 (pH < 5. 0) PET显像，在不同时间内炎症组织均有较高放射性摄取(图5A， 5B，6A，6B)。模型小鼠经乙酰唑胺处理后，肿瘤组织和炎症组织对三种形式的11C-碳酸氢盐注射液摄取均有一定程度的降低，特别是给药45min后，放射性摄取降低更为显著(图7A，7B， 7C，8A，8B)。实施例5肿瘤和炎症pH测定5.1测定方法、步骤肿瘤和炎症pH用MI-419型针式pH微电极(针直径为0. 8mm)和MI-402型参比微电极(Microelectrodes，Inc. , USA)测定。剥离模型小鼠病灶处和对侧相应正常肌肉组织外皮肤，将针式PH微电极插入病灶组织中心部位，参比微电极放置于皮下部位，测定病灶组织PH值。另外，用同法测定对侧相应正常肌肉组织pH值。5. 2肿瘤和炎症组织pH测定结果各种模型动物其病变组织与正常肌肉组织pH值示于表1。对于荷S180肉瘤小鼠模型和松节油诱导炎症模型，其肿瘤组织和炎症组织均略偏酸性(PH 6. 95)，而对侧正常肌肉组织略偏碱性(PH 7. 33)。对于抗肿瘤治疗(环磷酰胺)处理肿瘤模型，其肿瘤组织为中性(pH 7. 00)，而对侧正常肌肉组织略偏碱性(pH 7. 27)。表1模型动物病变组织与正常肌肉组织pH值(n = 5)
权利要求
1.11C-碳酸氢盐注射液在制备酸碱失衡PET药物中的应用。
2.根据权利要求1所述的11C-碳酸氢盐注射液在制备酸碱失衡PET药物中的应用，其特征在于其在制备肿瘤诊断和治疗检测PET药物中的应用。
3.根据权利要求1所述的11C-碳酸氢盐注射液在制备酸碱失衡PET药物中的应用，其特征在于其在制备炎症诊断和治疗检测PET药物中的应用。
4.根据权利要求1所述的11C-碳酸氢盐注射液在制备酸碱失衡PET药物中的应用，其特征在于其在制备心脑血管疾病诊断和治疗检测PET药物中的应用。
5.根据权利要求1所述的11C-碳酸氢盐注射液在制备酸碱失衡PET药物中的应用，其特征在于11C-碳酸氢盐注射液由以下方法制备回旋加速器生产的11CO2,与装载在^5印Pak plus C18小柱中的过量NaOH溶液反应，生成11C-碳酸盐；用稀盐酸或pH 3-4的NaH2PO4缓冲液中和后，即可得酸碱失衡11C-碳酸氢盐注射液。
6.根据权利要求5所述的11C-碳酸氢盐注射液在制备酸碱失衡PET药物中的应用，其特征在于，使用自动化合成仪，11C-CO2通过Cyclone 10/5回旋加速器经14N (ρ，α)11。核反应生产；生产的11C-(X)2在He气载带下直接经过kp Pak plus C18小柱，被装载在kp Pak plus C18小柱中的0. 5M NaOH溶液吸附；瓶Bl中的0. 3MpH 3-4的NaH2PO4缓冲液或0. 02M 盐酸在N2气作用下经过kp Pak plus Cw小柱，中和小柱中的碱性溶液；并进一步经无菌滤膜过滤后得11C-碳酸氢盐注射液。
7.根据权利要求5或6所述的11C-碳酸氢盐注射液在制备酸碱失衡PET药物中的应用，其特征在于，使用的自动化合成仪为北京派特生物有限公司11C多功能化学合成模块。
全文摘要
本发明涉及11C-碳酸氢盐注射液(11C-HCO3-/11C-CO2)在制备酸碱失衡正电子发射断层(PET)显像剂中的应用。回旋加速器生产的11CO2，与装载在Sep Pak plus C18小柱中的过量NaOH溶液反应，生成11C-碳酸盐。用稀盐酸或NaH2PO4缓冲液(pH 3-4)中和后，即可得11C-碳酸氢盐注射液。该在柱制备法非常简单，易于快速、高产率实现以含不同11C-标记物形式的11C-碳酸氢盐注射液的自动化合成。制备的11C-碳酸氢盐注射液可用于与酸碱失衡病变有关的肿瘤、心脑血管疾病、炎症以及治疗监测PET显像。
文档编号A61K51/00GK102406952SQ20111039349
公开日2012年4月11日 申请日期2011年12月1日 优先权日2011年12月1日
发明者唐刚华 申请人:唐刚华