王道宇 牟甜甜 赵祚全* 郭 风 张现忠 方 纬

新型18F标记心肌灌注显像剂的PET显像实验研究*

王道宇①牟甜甜②赵祚全①*郭 风①张现忠③方 纬①

目的：通过初步动物实验，评价4-氯-2-叔丁基-5-[[6-[[4-(2-氟-18F-乙基)-1H-1，2，3-三唑-1-基]甲基]-2-吡啶基]甲氧基]-3(2H)-哒嗪酮(18F-FPTP2)用于心肌灌注发射型正电子断层显像(PET)的可能性。方法：采用18F-F-取代OTs前体的方法进行标记，通过HPLC非梯度洗脱进行纯化，并通过HPLC确认标记化合物结构。中华小型猪经静脉注射18F-FPTP2(37 MBq/15 kg)，并于注射后2 min、10 min、20 min、30 min、40 min、50 min和60 min分别进行PET/CT扫描。结果：18F-FPTP2制备的总时间为70 min，未校正的放化产率为(25±7.2)%，放射化学纯度＞98%。PET研究表明，18F-FPTP2在中华小型猪中的心肌摄取随时间的延长而增加，靶器官与非靶器官比值亦随之增加。注射后2 min，心和(或)肝以及心和(或)肺放射性摄取比值分别为0.65±0.10和3.47±0.29。注射后60 min，心和(或)肝以及心和(或)肺放射性摄取比值分别为0.92±0.13和9.28±0.77。结论：18F-FPTP2能够被心肌组织摄取而显影清晰，但心和(或)肝放射性摄取比值需要进一步提高。

18F-FPTP2；哒嗪酮；心肌灌注；发射型正电子断层显像

[First-author’s address] Department of Nuclear Medicine,FuWai Hospital, National Center for Cardiovascular Diseases, Chinese Academy of Medical Sciences,Beijing 100037, China.

心肌灌注显像是临床最常用的心血管核素显像技术，在冠心病危险度分层、治疗决策和预后评价中均发挥着重要的作用[1-2]。目前，临床应用的心肌灌注显像剂主要是99Tcm-MIBI、201Tl和99Tcmtetrofosmin，还有研究中的锝氮核类显像剂，但均为发射型单光子断层(single photon emission computed tomography，SPECT)显像剂[3-5]。SPECT分辨率相对较低，目前难以实现心肌血流量的绝对定量评价[6]。

PET空间分辨率和时间分辨率均明显优于SPECT，可以进行有效的组织衰减校正，实现心肌血流量的绝对定量。但目前的PET心肌灌注显像剂都难以常规临床应用，如15O-H2O和13N-NH3标记的核素半衰期很短，分别为2 min和10 min，必须同时配备现场回旋加速器，成本十分高昂。而82Rb不仅半衰期短(仅为75 s)，而且心肌摄取低于15O-H2O和13N-NH3，且价格昂贵[7]。因此，开发新一代更为实用的PET心肌灌注显像剂十分必要。

本研究合成的新型18F标记心肌灌注显像剂18F-FPTP2，以18F作为标记核素，其半衰期适中(110 min)，不依赖现场回旋加速器，可以在1 d内完成静息和负荷显像；18F的范德华半径与氢类似，对标记化合物的生物活性影响很小。18F-FPTP2以心肌线粒体NADH-泛醌氧化还原酶(MC-I)为结合位点，有较强的特异性。故本研究将通过初步的小型猪实验探讨18F-FPTP2用于PET显像的效能。

1 材料与方法

1.1 仪器与装置

高效液相色谱仪岛津LC-20AT(日本岛津公司)；Kromasil 100-5 C18半制备反相色谱柱250 mm×10 mm (瑞典AkzoNobel公司)；Biograph 64 PET/CT(德国西门子公司)；RM-905a放射性活度计(中国计量科学研究院)。

1.2 材料与试剂

18F-F-由北京宣武医院提供；标记前体PTP-2OTs由厦门大学公共卫生学院提供；参考物质19F-FPTP2由厦门大学公共卫生学院提供；Kryptofix2.2.2.(K222) (美国Sigma-Aldrich公司)。

1.3 实验方法

1.3.118F-FPTP2的制备

18F-FPTP2制备路线具体步骤如下：用0.3 ml K2CO3水溶液(1 mg/0.3 ml)和1 ml K222的乙腈溶液(13 mg/1 ml)的混合液将18F-F-从QMA柱淋洗至10 ml西林瓶中。110 ℃氮气吹干后，加入0.5 ml无水乙腈蒸发至干。将2 mg PTP-2OTs溶于1 ml无水乙腈，加至反应瓶中，90 ℃密封反应20 min。反应结束后冷却至室温，将反应液注入C18反相半制备柱，收集保留时间为10～11 min的组分，加入40 ml水稀释后，过Sep-Pak C18小柱。用0.5 ml乙醇将小柱上吸附的放射性淋洗至西林瓶中，并加入9.5 ml水混匀，即为5%的18F-FPTP2乙醇溶液。①HPLC条件：A相为水，B相为乙腈；②洗脱条件：0～30 min， 55%A(如图1所示)。

图1 18F-FPTP2制备路线示图

1.3.218F-FPTP2 PET的显像研究

选择5只体重约15 kg的中华小型猪，静脉注射氯胺酮(25 mg/kg)和安定(1.1 mg/kg)进行麻醉。然后将小型猪俯卧于PET/CT检查床上，静脉注射体积为2 ml，活度为37 MBq的18F-FPTP2溶液(溶于5%乙醇溶液中)。

PET/CT扫描分别于注射后2 min、10 min、20 min、30 min、40 min、50 min和60 min进行。先进行CT低剂量扫描，扫描条件为：管电压120 kV，CareDose4D管电流50 mAs，准直为24 mm×1.2 mm，旋转时间0.5 s，螺距为1.2，断层厚度3 mm。用于心脏部位定位及进行衰减校正，然后行PET 8 min。影像采集结束后进行OSEM重建，4次迭代，8个子集。像素单元为128×128，重建放大倍数为2.0，短轴图像层厚为3 mm。勾画心肌、肝和肺的“感兴趣”区，自动得到上述器官的标准化摄取值(standard uptake value，SUV)，计算各时间点的心和(或)肝以及心和(或)肺的放射性SUV比值。

2 结果

2.118F-FPTP2的放化产率及放射化学纯度

从18F-F-起，包括HPLC纯化在内的制备时间为70 min，未校正的放化产率为(25±7.2)%。产物的放化纯＞98%，比活度约为30 GBq/μmol。放射性峰的保留时间为10.5 min，和相应的参考物质19F-FPTP2的保留时间10.3 min一致，表明所制备的标记物为18F-FPTP2(如图2所示)。

图2 18/19F-FPTP2的HPLC图谱

2.218F-FPTP2 PET的应用研究

18F-FPTP2在中华小型猪心肌中的初始摄取较低，但随着时间的延长，心肌摄取明显增加。18F-FPTP2在各时间点的肺摄取均很低，注射后2 min、10 min、20 min、30 min、40 min、50 min和60 min的心和(或)肺比值分别为3.47±0.29、4.10±0.46、4.57±0.38、6.10±0.59、7.17±0.87、8.01±1.01和9.28±0.77。与此同时，18F-FPTP2在肝部有着显著的初始摄取，随着时间的延长，肝的放射性有一定的清除，但60 min后摄取仍较高。注射后2 min、10 min、20 min、30 min、40 min、50 min和60 min心脏与肝脏的比值分别为0.65±0.10、0.56±0.09、0.58±0.07、0.69±0.09、0.71±0.11、0.79±0.10和0.92±0.13(如图3所示)。

图3 18F-FPTP2 PET在中华小型猪中的显像图

3 讨论

目前，新型PET心肌灌注显像药物的研发在国际上受到高度关注。由于18F被认为是较为理想的标记核素，因此，国内外的心肌灌注显像新药研究主要集中于18F标记的化合物。主要包括两类化合物。

(1)亲脂性阳离子结构化合物。其原理是利用线粒体跨膜电位进入心肌细胞线粒体，分为季铵盐和季膦盐两种结构。季铵盐类化合物以罗丹明衍生物18F-FERhB[8-9]为代表，但其结构中的酯键容易水解造成该化合物在血清中不稳定，因此后续研究较少。季膦盐的代表性结构是18F标记三苯膦类化合物18F-FBnTP，其心肌摄取较高，血液和肺本底低，在心肌缺血动物模型实验中取得了较为满意的显像结果[10-12]。但该标记物在肝脏中代谢较慢，影响了早期成像和心肌图像质量，同时标记过程较为复杂，放射化学产率仅为6%，不利于临床推广。

(2)NADH-泛醌氧化还原酶(MC-I)抑制剂类似物。MC-I抑制剂类显像药物通过与线粒体中MC-I的特异性结合而在心肌中富集，代表性结构是以MC-I抑制剂哒嗪酮为母体，制备得到的18F-BMS-747158-02[13-18]。其在心肌摄取、靶与非靶比值等方面均优于201Tl和99Tcm-MIBI[19]。动物模型PET显示具有较高的心肌摄取和心肌滞留，心肌摄取量与血流量呈正比[20]。18F-BMS-747158-02已进入三期临床试验，但肝部清除相对较慢，最佳显像时间为注射后60 min，且制备较为复杂，仍需要改进[21]。

本研究的前期研究表明：18F-FPTP2具有稳定性佳、放化产率高的特点，在小鼠中具有良好的心肌摄取和较高的靶与非靶比值，值得对其进行进一步研究[22]。同时，18F-FPTP2的HPLC纯化方法为梯度洗脱，所用HPLC需要配备双泵，但许多自动化合成模块所配备的HPLC只有单泵。为了更适于临床研究和推广，本研究中简化了HPLC的纯化方式，将原有的梯度洗脱变为非梯度洗脱，从而降低了对HPLC配置的要求。同时，本研究还将HPLC的出峰时间由原来的18.3 min提前至10.5 min，显著缩短了制备和质量控制的时间，提高了未校正的放射化学产率。

中华小型猪行PET的显像结果与前期小鼠实验相比有所不同。在小鼠生物分布研究中，18F-FPTP2具有很高的初始心肌摄取，注射后2 min为(39.70±2.81)%ID/g，滞留注射后60 min心肌滞留率为51%。而在中华小型猪行PET的显像中，心肌初始摄取较低，但随着时间延长，心肌摄取显著增加。在小鼠生物分布实验中18F-FPTP2在肝中的初始摄取很低，注射后2 min仅为(4.87±1.35)%ID/g。而在小型猪实验中，肝部摄取在注射后2～60 min期间始终摄取较高，造成这种差异的原因可能是由于动物种属的不同。这种现象也曾出现在其他标记物的研究中[23]。18F-FPTP2是否能在其他种属大动物(犬、灵长类)中具有更好的生物性能，仍待后续研究。

标记化合物的肝摄取高，通常与其脂溶性较高有关。在后续研究中可以对标记物结构进行一定调整，适当降低其脂溶性，以期能得到性能更好的心肌灌注显像剂。

[1]Klocke FJ,Baird MG,Lorell BH,et al.ACC/ AHA/ASNC Guidelines for the clinical use of cardiac radionuclide imaging—executive summary:a report of the American College of Cardiology/American Heart Association Task Force on Practice Guidelines(ACC/AHA/ASNC committee to revise the 1995 Guidelines for the clinical use of cardiac radionuclide imaging)[J]. Circulation,2003,108(11):1404-1418.

[2]Berman DS,Hachamovitch R,Shaw LJ,et al. Roles of nuclear cardiology,cardiac computed tomography,and cardiac magnetic resonance: noninvasive risk stratification and a conceptualframework for the selection of noninvasive imaging tests in patients with known or suspected coronary artery disease[J].J Nucl Med,2006,47(7):1107-1118.

[3]Baggish AL,Boucher CA.Radiopharmaceutical agents for myocardial perfusion imaging[J].Circ ulation,2008,118(16):1668-1674.

[4]Bu L,Li R,Jin Z,et al.Evaluation of99mTcNMPO as a new myocardial perfusion imaging agent in normal dogs and in an acute myocardial infarction canine model:comparison with99mTc-Sestamibi[J].Mol Imaging Biol,2011, 13(1):121-127.

[5]Fang W,Liu Y,Zhu L,et al.Evaluation of99mTcN-15C5 as a new myocardial perfusion imaging agent in normal dogs and canines with coronary stenosis[J].Nucl Med Commun, 2008,29(9):775-781.

[6]Zhang WC,Fang W,Li B,et al.Experimental study of [99mTc(PNP5)(DBODC)]+as a new myocardial perfusion imaging agent[J]. Cardiology,2009,112(2):89-97.

[7]Lalonde L,Ziadi MC,Beanlands R.Cardiac positron emission tomography:current clinical practice[J].Cardiol Clin,2009,27(2):237-255.

[8]Heinrich TK,Gottumukkala V,Snay E,et al. Synthesis of fluorine-18 labeled rhodamine B:a potential PET myocardial perfusion imaging agent[J].Appl Radiat Isot,2010,68(1):96-100.

[9]Gottumukkala V,Heinrich TK,Baker A,et al. Biodistribution and stability studies of [18F] Fluoroethylrhodamine B,a potential PET myocardial perfusion agent[J].Nucl Med Biol,2010,37(3):365-370.

[10]Madar I,Ravert HT,Du Y,et al.Characterization of uptake of the new PET imaging compound18F-fluorobenzyl triphenyl phosphonium in dog myocardium[J].J Nucl Med,2006,47(8):1359-1366.

[11]Madar I,Ravert H,Dipaula A,et al.Assessment of severity of coronary artery stenosis in a canine model using the PET agent18F-fluorobenzyl triphenylphosphonium:comparison with99mTctetrofosmin[J].J Nucl Med,2007,48(6):1021-1030.

[12]Higuchi T,Fukushima K,Rischpler C,et al. Stable delineation of the ischemic area by the PET perfusion tracer18F-fluorobenzyl triphenyl phosphonium after transient coronary occlusion[J].J Nucl Med,2011,52(6):965-969.

[13]Yu M,Guaraldi M,Kagan M,et al.Assessment of18F-labeled mitochondrial complex I inhibitors as PET myocardial perfusion imaging agents in rats,rabbits,and primates[J].Eur J Nucl Med Mol Imaging,2009,36(1):63-72.

[14]Yalamanchili P,Wexler E,Hayes M,et al. Mechanism of uptake and retention of18F-BMS-747158-02 in cardiomyocytes:a novel PET myocardial imaging agent[J].J Nucl Cardiol,2007,14(6):782-788.

[15]Yu M,Guaraldi MT,Mistry M,et al.BMS-747158-02:a novel PET myocardial perfusion imaging agent[J].J Nucl Cardiol,2007,14(6): 789-798.

[16]Huisman MC,Higuchi T,Reder S,et al.Initial characterization of an18F-labeled myocardial perfusion tracer[J].J Nucl Med,2008,49(4):630-636.

[17]Higuchi T,Nekolla SG,Huisman MM,et al. A new18F-labeled myocardial PET tracer: Myocardial uptake after permanent and transient coronary occlusion in rats[J].J Nucl Med,2008, 49(10):1715-1722.

[18]Sherif HM,Saraste A,Weidl E,et al.Evaluation of a novel18F-labeled positron-emission tomography perfusion tracer for the assessment of myocardial infarct size in rats[J].Circ Cardiovasc Imaging,2009,2(2):77-84.

[19]Maddahi J,Berman D,Taillefer R,et al.Phase 2 clinical comparison of flurpiridaz F-18 injection PET and SPECT myocardial perfusion imaging for diagnosis of coronary artery disease[J].J Nucl Med,2011,61:469-477.

[20]Nekolla SG,Reder S,Saraste A,et al.Evaluation of the novel myocardial perfusion positronemission tomography tracer18F-BMS-747158-02:comparison to13N-ammonia and validation with microsphere in a pig model[J].Circulati on,2009,119(17):2333-2342.

[21]Maddahi J,Czernin J,Lazewatsky J,et al. Phase I,first-in-human study of BMS747158,a novel18F-labeled tracer for myocardial perfusion PET:dosimetry,biodistribution,safe ty,and imaging characteristics after a single injection at rest[J].J Nucl Med,2011,52(9): 1490-1498.

[22]Mou T,Zhao Z,Zhang P,et al.Synthesis and bio-evaluation of new18F-labeled pyridaben analogues with improved stability for myocardial perfusion imaging in mice[J].Chem Biol Drug Des,DOI:10.1111/cbdd.12499.

[23]Zhao Z,Yu Q,Mou T,et al.Highly efficient one-pot labeling of new phosphonium cations with fluorine-18 as potential PET agents for myocardial perfusion imaging[J].Mol Pharmace ut,2014,11(11):3823-3831.

The preliminary experimental study of a novel 18F-labeled myocardial perfusion imaging agent for PET imaging

WANG Dao-yu, MU Tian-tian, ZHAO Zuo-quan, et al

China Medical Equipment,2015,12(6):50-53.

Objective: To preliminarily evaluate the potential of 2-tert-butyl-4-chloro-5-((6-((4-(2-[18F]fluroethyl)-1H-1,2,3-triazol-1-yl)methyl)-2-pyridinyl)methoxy)-3(2H)-pyridazinone ([18F]FPTP2) as a myocardial perfusion imaging agent, by animal positron emission tomography(PET) imaging. Methods: [18F]FPTP2 was prepared by substituting tosyl of precursor with18F, purified and confirmed by HPLC. [18F] FPTP2 (37 MBq/15 kg) was injected into Chinese mini-swines intravenously by a venous catheter. The cardiac PET scans were performed at 2, 10, 20, 30, 40, 50 and 60 min after injection. Results: The total radio-synthesis time was 70 min, radiochemical yield was 25±7.2% without correction. The radiochemical purities (RCP) were ＞98% after purification. In PET imaging study, the heart uptake and target-to-nontarget uptake ratios increased with time. The heart/liver and heart/lung ratios were 0.65±0.10 and 3.47±0.29 at 2 min post injection, 0.92±0.13 and 9.28±0.77 at 60 min post injection respectively. Conclusion: Although the higher uptake of [18F]FPTP2 were shown in myocardium, the heart/liver ratio still need to be improved in future study.

[18F]FPTP2; Pyridazinone; Myocardial perfusion; Positron emission tomography imaging

王道宇,男,(1970- ),大专，主管技师。中国医学科学院 国家心血管病中心 阜外心血管病医院核医学科，从事核医学工作。

1672-8270(2015)06-0050-04

R817.4

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.06.016

2015-04-02

国家自然科学基金(81301251)“新型氟-18标记的哒嗪酮类心肌灌注显像剂的研制及PET显像实验研究”

①中国医学科学院 国家心血管病中心 阜外心血管病医院核医学科 北京 100037

②首都医科大学附属北京安贞医院核医学科 北京 100029

③厦门大学公共卫生学院分子影像暨转化医学研究中心 福建 厦门 361102

*通讯作者：418zhaozuoquan@163.com