一种18F-(2S,4R)-4-氟-L-谷胺酰胺的自动化制备方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种18F-(2S,4R)-4-氟-L-谷胺酰胺的自动化制备方法及其装置，所述方法包括以下步骤：(1)氟化试剂18F-的捕获；(2)亲核反应活性18F-的制备；(3)氟化反应；(4)中间体纯化；(5)中间体脱保护反应；(6)产品纯化和制剂化：使步骤(5)制得的粗产品溶液通过纯化制剂单元，制得18F-(2S,4R)-4-氟-L-谷胺酰胺产品溶液。本发明专利技术的18F-(2S,4R)-4-氟-L-谷胺酰胺的自动化制备方法及其装置，使得自动化制备18F-(2S,4R)-4-氟-L-谷胺酰胺得以实现，有利于提高制备的效率和稳定性，同时可以保护操作人员避免辐射损伤，为新型代谢显像剂18F-(2S,4R)-4-氟-L-谷胺酰胺的临床应用奠定了基础。

【技术实现步骤摘要】
一种18F-(2S,4R)-4-氟-L-谷胺酰胺的自动化制备方法及其装置
本专利技术涉及一种正电子发射断层显像(PET)药物的自动化标记制备和纯化方法及装置，具体涉及一种18F-(2S,4R)-4-氟-L-谷胺酰胺[(2S,4R)-2,5-二氨基-4-氟-5-氧代戊酸]的自动化制备方法及其装置。
技术介绍
正电子发射断层显像(positronemissiontomography，PET)是一种已经广泛应用于临床的显像手段，其原理是通过检测正电子药物在人体内的分布来反映特定靶向的生理和病理变化，从而进行疾病诊断和研究。正电子药物是PET实现功能的关键，该类药物由医用正电子核素标记，进入人体后能够参与特定生理过程或结合于特定靶向。目前临床应用最广泛的放射性药物是2-18F-2-脱氧-D-葡萄糖([18F]FDG)，主要用于肿瘤的诊断、分型和疗效评鉴。在临床应用中发现，一些肿瘤的[18F]FDG-PET显像呈阴性结果，这表明这些肿瘤的代谢和能量来源可能是葡萄糖以外的其他物质。近期研究表明，[18F]FDG显像阴性的肿瘤代谢底物可能是谷氨酰胺。谷氨酰胺是人体血液中浓度最高的氨基酸(最高约为1mM)，能够在线粒体内参与三羧酸循环而产生能量，或合成细胞构成物质，用于肿瘤细胞的增殖和存活。在肿瘤细胞中可能同时存在葡萄糖和谷氨酰胺两种代谢途径，使得肿瘤细胞可以选择能量来源，因此以谷氨酰胺代谢为靶向的PET显像正电子药物可能能够检测[18F]FDG显像阴性的肿瘤，弥补[18F]FDG的不足，从而提高对肿瘤的检测准确度。在反映谷氨酰胺代谢的放射性药物中，初步评价研究表明18F-(2S,4R)-4-氟-L-谷胺酰胺[(2S,4R)-2,5-二氨基-4-氟-5-氧代戊酸，18F-(2S,4R)-4-FGln]具有良好的生物活性，可能弥补[18F]FDG在肿瘤诊断上的不足，具有重大的应用价值。以谷氨酰胺参与的能量代谢为靶向的PET显像正电子药物多以谷氨酰胺为结构基础，在分子中引入不同的放射性核素，其中放射性核素F-18具有较长的物理半衰期(109.8分钟)，而且可以通过医用回旋加速器方便地制得，有利于在临床上推广应用。中国专利技术专利CN102083772A(公开号)、美国专利US2010/0290991A1(公开号)、美国专利US2014/0301948A1(公开号)报道了F-18标记的谷氨酰胺类似物用于肿瘤显像，存在的问题是在这些专利中均未对标记的谷氨酰胺类似物第2号位上的手性位置进行拆分，其结构如下：已知氨基酸类化合物2位上的构型对其在生物体内的代谢情况具有重要的影响，只有该位置L构型的氨基酸才能参与人体代谢，因此2位构型不同的标记谷氨酰胺类似物的生物性质可能有较大差异；同时上述专利并未明确报道F-18标记的谷氨酰胺类似物的制备方法。值得注意的是上述专利重点报道了F-18标记谷氨酸类似物的制备方法，谷氨酸和谷氨酰胺的结构不同，谷氨酸末端上的基团是羧酸，而谷氨酰胺末端上的基团是酰胺，具体结构如下：左侧(A)为谷氨酸，右侧(B)为谷氨酰胺；两者的体内代谢途径和机制不同：谷氨酸主要参与氨基酸合成等氨基酸代谢，不能直接进入三羧酸循环而产生能量，而谷氨酰胺可以参与三羧酸循环而提供能量，因此能量代谢为靶向的PET显像正电子药物需以谷氨酰胺为结构基础。中国专利技术专利CN102595888A(公开号)和美国专利US8747809B2(授权号)报道了F-18标记谷氨酰胺类似物4-氟谷氨酰胺(4-FGln)的制备方法，具体是在谷氨酰胺的4位上引入放射性核素F-18，这导致分子中有两个手性中心，从而存在4个光学异构体，具体结构如下：以上专利分别报道了4个光学异构体的制备方法。发表的文章[QuWenchao,ZhaZhihao,PloesslKarl,LiebermanBrianP.,ZhuLin,WiseDavidR.,B.ThompsonCraig,KungHankF.；SynthesisofOpticallyPure4-Fluoro-GlutaminesasPotentialMetabolicImagingAgentsforTumors；JournaloftheAmericanChemicalSociety,2011,133(4),1122-1133]表明，构型为18F-(2S,4R)-4-FGln和18F-(2S,4S)-4-FGln的异构体具有较高的细胞摄取，而另外两个异构体18F-(2R,4R)-4-FGln和18F-(2R,4S)-4-FGln的摄取值较低，这与生物体选择性吸收L型氨基酸的预期吻合。进一步的报道[LiebermanBrianP.,PloesslKarl,WangLimin,QuWenchao,ZhaZhihao,WiseDavidR.,ChodoshLewisA.,BelkaGeorge,ThompsonCraigB.,KungHankF.；JournalofNuclearMedicine,2011,52(14),1947-1955]表明，18F-(2S,4R)-4-FGln在肿瘤细胞中具有快速的摄取动力学性质，主要通过ASC氨基酸转运系统进入细胞，进入细胞后能够参与蛋白质和生物大分子的合成，这表明该化合物在细胞内参与了三羧酸代谢过程，结合转基因小鼠PET显像研究，表明该化合物的摄取可能能够反映细胞能量代谢的情况，因此能够用于肿瘤代谢的PET显像，附图4为18F-(2S,4R)-4-FGln在荷9L胶母细胞瘤小鼠体内的显像研究结果。由于放射性核素F-18的物理半衰期仅为109分钟，制备标记化合物18F-(2S,4R)-4-FGln的难点在于需要在尽量短的时间(小于一个半衰期)内通过有限的化学步骤制得目标化合物，同时还需要保持化合物的光学活性。中国专利技术专利CN102595888A(公开号)和美国专利US8747809B2以及发表的文章[QuWenchao,ZhaZhihao,PloesslKarl,LiebermanBrianP.,ZhuLin,WiseDavidR.,B.ThompsonCraig,KungHankF.；SynthesisofOpticallyPure4-Fluoro-GlutaminesasPotentialMetabolicImagingAgentsforTumors；JournaloftheAmericanChemicalSociety,2011,133(4),1122-1133]中报道了18F-(2S,4R)-4-FGln制备的化学反应方法：前体化合物在相转移催化剂的存在下同18F-发生亲核取代氟化反应，制得标记中间体，标记中间体经纯化后在酸性条件下脱保护，然后经过纯化和制剂化制得18F-(2S,4R)-4-FGln产品。为了保证产品的光学纯度，需精确控制标记反应和脱保护反应的碱性和温度。以上化学制备方法均通过手动操作完成。然而在放射性药物用于临床显像时，投入的初始F-18放射性活度可达数居里，为了保护操作人员免受辐射损伤，制备过程需要通过放射性药物自动化合成装置实施完成，此外，显像剂的自动化标记制备有利于药物制备过程的标准化，保障制得的放射性药物制剂的安全性和有效性，因此实现18F本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种18F‑(2S,4R)‑4‑氟‑L‑谷胺酰胺的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)氟化试剂18F‑的捕获使含18F‑的水溶液通过离子交换单元，将18F‑吸附在离子交换单元上；(2)亲核反应活性18F‑的制备用含相转移催化剂的溶液将18F‑从步骤(1)中的离子交换单元上洗脱，加入到氟化反应单元中，在惰性气体吹扫和加热条件下将氟化反应单元中的溶液蒸发干燥，得到具有亲核反应活性的18F‑；(3)氟化反应将前体化合物的乙腈溶液加入到步骤(2)所制得的具有亲核反应活性的18F‑中，密封氟化反应单元并在加热条件下发生氟化反应，然后冷却，得到含有中间体的反应混合物溶液；(4)中间体纯化向步骤(3)所得含有中间体的反应混合物溶液中加入适量的水稀释，然后使所得溶液通过固相萃取，然后用水冲洗该固相萃取单元进一步纯化，用洗脱液将中间体从固相萃取单元上洗脱，至脱保护反应单元得到中间体溶液；(5)中间体脱保护反应将步骤(4)经纯化得到的中间体溶液在惰性气体吹扫和加热条件下蒸干，向残余物中加入三氟乙酸或者含苯甲醚的三氟乙酸溶液，密封脱保护反应单元，在加热条件下反应，完成后停止加热，在减压条件下将三氟乙酸蒸干并同时通过冷却收集蒸出的三氟乙酸，蒸发完成后向脱保护反应装置中加入适量的水，制得粗产品溶液；(6)产品纯化和制剂化使步骤(5)制得的粗产品溶液通过纯化制剂单元，制得18F‑(2S,4R)‑4‑氟‑L‑谷胺酰胺溶液。...

【技术特征摘要】
1.一种18F-(2S,4R)-4-氟-L-谷胺酰胺的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)氟化试剂18F-的捕获使含18F-的水溶液通过离子交换单元，将18F-吸附在离子交换单元上；(2)亲核反应活性18F-的制备用含相转移催化剂的溶液将18F-从步骤(1)中的离子交换单元上洗脱，加入到氟化反应单元中，在惰性气体吹扫和加热条件下将氟化反应单元中的溶液蒸发干燥，得到具有亲核反应活性的18F-；(3)氟化反应将前体化合物的乙腈溶液加入到步骤(2)所制得的具有亲核反应活性的18F-中，密封氟化反应单元并在加热条件下发生氟化反应，然后冷却，得到含有中间体的反应混合物溶液；(4)中间体纯化向步骤(3)所得含有中间体的反应混合物溶液中加入适量的水稀释，然后使所得溶液通过固相萃取，然后用水冲洗该固相萃取单元进一步纯化，用洗脱液将中间体从固相萃取单元上洗脱，至脱保护反应单元得到中间体溶液；(5)中间体脱保护反应将步骤(4)经纯化得到的中间体溶液在惰性气体吹扫和加热条件下蒸干，向残余物中加入三氟乙酸或者含苯甲醚的三氟乙酸溶液，密封脱保护反应单元，在加热条件下反应，完成后停止加热，在减压条件下将三氟乙酸蒸干并同时通过冷却收集蒸出的三氟乙酸，蒸发完成后向脱保护反应装置中加入适量的水，制得粗产品溶液；(6)产品纯化和制剂化使步骤(5)制得的粗产品溶液通过纯化制剂单元，制得18F-(2S,4R)-4-氟-L-谷胺酰胺溶液；其中，所述步骤(3)中所述前体化合物的结构如下：其中R1为对甲苯磺酸酯基、甲基磺酸酯基或卤素；R2为C1-6烷基或C1-6环烷基；R3为叔丁氧羰基；每个R4独立的为-OC1-6烷基或C1-6环烷基；且n为0，1，2，3，4。2.根据权利要求1所述的18F-(2S,4R)-4-氟-L-谷胺酰胺的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱霖，孔繁渊，张岩，乔洪文，查智豪，吴泽辉，
申请(专利权)人：北京脑重大疾病研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11