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正电子发射断层显像(Positron Emission Tomograhpy—PET)是建立在放射性核素示踪技术基础上的无创成像技术,可体外无损伤、定量、动态地在分子水平上观察人体内的药物分布。它具有很高的灵敏度和特异性,已成为诊断和指导治疗肿瘤、心血管病和神经系统疾病的最优手段。肿瘤是威胁人类健康的主要疾病之一,而肿瘤的早期诊断和早期治疗是提高生存率和改善预后与生活质量的关键,特别是影像诊断在肿瘤早期发现中发挥着重要作用。临床上广泛应用的氟代脱氧葡萄糖[18F]FDG,其在脑部的摄取吸收较多,对于脑肿瘤的诊断效果不理想。另外,部分组织的假阳性摄取吸收、恶性肿瘤和炎症组织的区分不明显等方面,[18F]FDG的诊断效果还存在一定的局限。为了发展特异性好、诊断灵敏度高的新型PET诊断药物,本论文对2个葡萄糖胺类、5个芳基脂肪酸类化合物进行了放射性核素氟-18标记。分别从荷瘤鼠体内的生物分布、体内外稳定性、放射自显影、PET显像测试等几个方面,与氟代脱氧葡萄糖[18F]FDG、氟代胸苷[18F]FLT进行了比较分析。结果表明,N-(4’-(2’-(4’-((2’-氟乙氧基)甲基)-1H-1’,2’,3’-三氮唑)乙氧基)苯甲酰基)-葡萄糖胺([18F]FEMEBG)、[4-(2-[18F]氟乙氧基)-苯甲酰基]甘氨酸([18F]FEBA)和[4-(2-[18F]氟乙氧基)-苯甲酰基]谷氨酸([18F]FEBGA)的生物评价效果良好,具有进一步研究开发的前景,很有可能成为新型潜在的正电子肿瘤显像剂。在放射性药物的放化合成中。如何提高放化产率和放化纯度、简化标记流程是研究的热点问题。本论文使用放射性核素氟-18标记了脂肪酸类、葡萄糖胺类、苯并咪唑类、吡唑并[1,5-a]嘧啶类等不同类型的24个化合物,在对以上标记反应的讨论分析中,总结出了提高放化产率和放化纯度、简化标记流程的规律,对今后的氟-18标记药物的研究有着重要的参考价值。
⑴氟-18标记方法：对不同类型的24个前体化合物进行了放射性核素氟-18的标记,成功标记得到了20个氟-18标记目标化合物。并且具体分别从反应条件、前体反应活性、氟化试剂、分离提纯等方面进行了系统的讨论研究。①系统地研究了苯环上的2,4-二硝基类化合物和苯环上的3,5-二硝基类化合物的氟-18标记反应。苯环上的2,4-二硝基类化合物由于诱导效应、共轭效应和空间位阻等因素的影响,在相同条件下可以取得较高的放化产率,类似文献未见报道。②1,3,4,6-0-四苄基-N-(4’-(2’-对甲苯磺酰基乙氧基)苯甲酰基)-葡萄糖胺在乙腈中温度为80℃的条件下反应即可以得到很高的放化产率,而1,3,4,6-0-四乙酰基-N.(4’-(2’-对甲苯磺酰基乙氧基)苯甲酰基)-葡萄糖胺受到糖环以及结构中的活泼氢的影响而无法得到氟-18标记产物,类似文献未见报道。本论文后续正在尝试通过延长-0-C-C-O-的支链长度,制备而得到的葡萄糖胺标记前体,这一定程度上可以验证,对甲苯磺酰基这样的离去基团在远离葡萄糖胺环结构时的氟标记反应是否仍然受到糖环以及活泼氢基团的影响。③磺酸酯基作为离去基团的标记前体可以在80℃左右条件下反应,即可以得到氟-18标记产物；硝基作为离去基团的标记前体需要在较高的温度条件下反应才可以得到相应的氟-18标记产物。常规溶剂中水分子对于氟-18标记反应有着较大的影响,苯环上的2,4-二硝基类化合物相比磺酸酯类前体化合物对溶剂中水分子影响更为敏感。④在氟-18标记实验中验证了,使用[18F]氟化铯/叔丁醇可以比使用[18F]氟化钾/乙腈或者[18F]氟化钾/DMF的标记反应,得到更高的标记产率。2,4-二硝基苯甲酰基类前体化合物使用氟化铯的反应中放化产率提高更为明显。⑤吡唑并[1,5-a]嘧啶类前体在使用磺酸酯作为离去基团的氟-18标记过程中,其相对放化产率较低,而使用硝基作为离去基团的氟标记反应中,相对放化产率较高。
⑵氟-18标记葡萄糖胺:论文通过对葡萄糖胺结构进行改进与修饰,经过多步反应,设计并合成了2个氟代葡萄糖胺类化合物,这2个新型的氟代葡萄糖胺衍生物,化合物结构均通过IR、1HNMR、13CNMR、19FNMR、MS对其进行系统的表征。①从生物分布结果分析,1,3,4,6-O-四苄基-N-(4’-(2’-[18F]氟乙氧基)苯甲酰基)-葡萄糖胺([18F]BFEBG)从尾静脉注射入荷瘤鼠体内60分钟后,[18F]BFEBG的肿瘤靶与非靶组织放射性摄取吸收比率大于2.0,该分子的脂溶性较大,lgP值为1.56,血液中的清除速率大于82.4％。虽然[18F]FDG的肿瘤/血值可以达到25.84,显示出了相对良好的药物代谢清除性质,但是它在荷瘤鼠模型中的肿瘤/肉值较低仅为1.02,低于1,3,4,6-O-四苄基-N-(4’-(2’-[18F]氟乙氧基)苯甲酰基)-葡萄糖胺。②N-(4’-(2’-(4’-((2’-氟乙氧基)甲基)-1H-1’,2’,3’-三氮唑)乙氧基)苯甲酰基)-葡萄糖胺([18F]FEMEBG)在H-22荷瘤鼠体内在肿瘤组织的吸收从5分钟至120分钟五个时相中的吸收值依次为7.62±0.06％ID/g,4.92±0.05％ID/g,2.50±0.08％ID/g,2.420±01％ID/g。尾静脉注射60分钟之后,血液中[18F]FEMEBG滞留值达到0.44±0.10％ID/g,清除速率大于91.7％。[18F]FEMEBG在肌肉中摄取吸收和其他器官组织相比较均始终呈现出较低的本底背景。[18F]FEMEBG在荷瘤鼠体内的肿瘤靶与非靶组织放射性目标分子摄取吸收比率大于5.6。虽然[18F]FDG的肿瘤/血值可以达到25.84,显示出了相对良好的药物代谢清除性质,但是它在荷瘤鼠模型中的肿瘤/肉值较低仅为1.02。这类葡萄糖胺类正电子显像剂具有良好的研究开发前景,并且已经申报国家发明专利。
⑶氟-18标记芳基脂肪酸:论文设计并合成了5个氟取代芳基脂肪酸类化合物,对氟-18标记的这5个芳基脂肪酸类分子进行了系统的研究,其结构均通过IR、1HNMR、13CNMR、19FNMR、MS的系统表征。①当X基团为甘氨酸时,由于其支链结构空间位阻较小,标记反应较为容易发生,反应产率较高。[18F]FEBA在肿瘤组织的吸收从5分钟至120分钟五个时相中的吸收值依次为1.72±0.07％ID/g,0.89±0.16％ID/g,0.47±0.18％ID/g,0.29±0.08％ID/g,0.36±0.03％ID/g。尾静脉注射60分钟之后,血液中[18F]FEBA滞留值达到0.18±0.05％ID/g,清除速率大于96.1％。[18F]FEBA在肌肉中摄取吸收和其他器官组织相比较始终呈现出较低的本底背景,[18F]FEBA的肿瘤靶与非靶组织放射性目标分子吸收比率大于1.61。[18F]FEBA与[18F]FDG和[18F]FLT相比较,[18F]FDG的肿瘤/血和肿瘤/肉值分别为21.42和1.13,而[18F]FLT的肿瘤/脑和肿瘤/肉值较好可以达到6.55和1.29,[18F]FEBA则具有较好的肿瘤/肉值可以达到1.93。②当X基团为谷氨酸时,由于结构中含有两个羧基,其水溶性较同类研究分子水溶性较好,在血液中的清除速率较快。[18F]FEBGA在肿瘤组织的吸收从5分钟至120分钟五个时相中的吸收值依次为3.75±0.25％ID/g,1.35±0.22％ID/g,0.73±0.11％ID/g,0.56±0.10％ID/g,0.22±0.02％ID/g。尾静脉注射60分钟之后,血液中[18F]FEBGA滞留值达到0.24±0.04％ID/g,清除速率大于96.2％。[18F]FEBGA在肌肉中摄取吸收和其他器官组织相比较始终呈现出较低的本底背景。[18F]FEBGA的肿瘤靶与非靶组织放射性目标分子吸收比率大于2.33。[18F]FEBGA与[18F]FDG和[18F]FLT相比较,[18F]FDG的肿瘤/血和肿瘤/肉值分别为21.42和1.13,而[18F]FLT的肿瘤/脑和肿瘤/肉值较好可以达到6.55和1.29,[18F]FEBGA则具有较好的肿瘤/肉值可以达到3.50。这类芳基脂肪酸的相对分子质量较小,静脉注射后可被肿瘤组织摄取吸收,具有较好的肿瘤靶与非靶组织放射性目标分子摄取吸收比率,虽然肝与肾脏中放射性的计数较大,但该化合物在S180荷瘤鼠模型中的显示出了低背景,较高的靶/非靶组织的摄取吸收比率,较好的水溶性,药物在血液中拥有快速的清除速率等特点。这类芳基脂肪酸正电子显像剂具有良好的研究开发前景,并且已经申报国家发明专利。
⑷[18F]FLT和[18F]FDG的生物评价研究:本论文使用2,3’-脱水-5’-O-(4,4’-二甲氧基三苯甲基)胸腺嘧啶脱氧核苷(DMTTThy)作为氟-18标记前体制备了[18F]FLT。并且对肿瘤组织和炎症组织进行了冰冻切片与HE染色操作,通过显微镜获取了其微观结构的图片数据。[18F]FLT对于脑肿瘤的诊断和炎症组织和肿瘤的区分等方面都有着特异性好、灵敏度高的特性。[18F]FLT、[18F]FDG在荷瘤鼠体内的生物分布结果与本论文研究的葡萄糖胺类和芳基脂肪酸类正电子显像剂进行了比较分析。