I-Shou University Institutional Repository:Item 987654321/11283
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(3) 義 資. 訊. 守 工. 大 程. 學 研. 究. 所. 碩 士 論 文 氟-18 胸腺嘧啶核苷合成方法之改進 A Study of Modified Approach of Synthesizing 3’-deoxy-3’-[18F]fluorothymidine. 研究生:陳輝墉 指導教授:丁慧枝 博士 A Thesis Submitted to Department of Information Engineering ISU Institute in Partial Fulfillment of the Requirements for the Master degree in Information Engineering June 2010 Kaohsiung, Taiwan, Republic of China 中華民國九十九年六月.
(4) 謝 辭 夜深人靜、思緒卻顯得格外清明,回想著在學校學習歷程上給予我幫助的師長、 同仁及家人,向他們致上最高的謝忱。這一路走來,首先感謝義守大學資工所及醫放系 聯合設立這新系所,讓我有機會在離開學校已超過了 30 年,還有機會重拾課本、重溫 學生夢。感謝郭忠民所長、丁慧枝主任這 2 年來雖日理萬機,但仍願意撥冗對我的論文 之指導,讓我的論文有明確的方向如霧鎖航道中明亮的燈塔,也感謝資工所與醫學影像 暨放射科學系提供的軟、硬體,讓我在設備豐足的氛圍中快樂學習。而班上同學宜臻、 寶英(她們同時也是我的同事)、元柏、祺元、銘宏、明義及劉世昌老師、黃詠暉老師、 陳博洲老師、陳清江老師、李境和老師及陳泰賓老師,不論是學科抑或論文都給我無私 的幫忙,讓身為班上最年長的學生的我,可跨越年齡障礙與世代隔閡愉快的學習。另外 在論文實驗部份,感謝明佳與迴旋加速器中心同仁們籌備了完整的實驗設備與器材,感 謝曉薇、秀鈴、鎮宇協助實驗的進行。而臨床業務與行政庶務上也感謝宜娟的幫忙,讓 我在無後顧之憂下積極專心籌備研究與實驗。我更感謝耘萱在這 2 年來對於研究實驗、 資料收集及論文撰寫的協助。 最後,對於我親愛老婆大人惠珍致上最深謝意;她總是在每次下課回家後,為我準 備熱騰騰的晚餐兼宵夜,並且陪伴在我旁邊分享我上課心得;這份溫暖為我的論文研究 之路挹注了充沛的活力;也是每每在實驗過程中遇瓶頸時最大的支撐力量。 這個學程只是個開始,期待將來能繼續鑽研正子電腦斷層藥物的研發與臨床使用, 貢獻棉帛之力;才不枉為核子醫學學科的一份子。. ii.
(5) 中文摘要 使用氟-18 胸腺嘧啶核苷(3′-deoxy-3′fluorothymidine, 【18F】FLT)進行正子電 腦斷層掃描(PET/CT)已被證實可以用非侵襲性造影之方法評估惡性腫瘤細胞增殖(Cell proliferation)可用彌補臨床上廣泛使用評估惡性腫瘤之氟-18 去氧葡萄糖( 【18F】FDG) 正子電腦斷層掃描之特異性不足。 【18F】FLT 之攝取已被證實與通常用以評估惡性腫瘤 細胞增殖之指標-Ki67 score 有密切正相關。然而現在有之【18F】FLT 之合成方法既耗時 且合成率低,不利於臨床應用之推廣。因此本研究針對氟-18 胸腺嘧啶核苷之合成加以 修訂其合成條件,期能減少合成時間及提高產率。本研究以市售之前驅物 ﹛3-N-t-Butoxycarbonyl -【5′-O-(4,4′-dimethoxytrityl-2′-deoxy-3′-O-nosyl-β-D-threo pentofuranosyl) 】thymine﹜,以親核性方法(Nucleophilic substitution)用與 50-300mCi 的 F-18 標記,在不同之前驅物濃度(20mg,30mg)不同之反應時間(5 分鐘,10 分鐘) , 反應溫度為 120℃之條件下進行【18F】FLT 之合成,並以薄層分析法(TLC)探討合成 率。結果顯示本研究使用前述之前驅物在濃度為 30mg,反應時間為 10 分鐘之條件下產 率最高,平均為 31.27±8.07%,使用的 F-18 放射活度並不會影響產率(未作放射活度 校正) ,製備時間全程小於 1 小時。. 關鍵字: 氟-18 胸腺嘧啶核苷、惡性腫瘤細胞增殖、前驅物. iii.
(6) Abstract 【18F】FLT(3′-deoxy-3′fluorothymidine) turned out to be a tracer particularly suitable for PET/CT imaging of tumor cell proliferation because of the longer half life of fluorine -18 and lacking metabolic degradation in vivo. In recent imaging studies, the biochemical rationale of【18F】FLT for clinical application in PET/CT assessment of tumor proliferation were demonstrated . Until now, the clinical applicability of 【18F】FLT has been limited by the lengthy synthesis of the precursor, the low reproducibility and low radiochemical yield rate. We investigated a commercially available precursor , ﹛3-N-t-Butoxycarbonyl -【5′-O-(4,4′-dimethoxytrityl-2′-deoxy-3′-O-nosyl-β-D-threo pentofuranosyl) 】thymine﹜, using a common approach for introducing the label with nucleophilic【18F】fluoride. Radiochemical yields were determined in dependence on substrate concentration, reaction time at reaction temperature of 120℃. Product solutions were analyzed by thin layer chromatography using silica gel plates. Our result revealed the best 【18F】FLT mean yields were 31.3±8.7% at 30mg precursor with 10 minutes reaction time , independent of 【18F】fluoride radioactivity. We achieved satisfactory radiochemical yields of 31.27±8.07%within 60 minutes of preparation time .This study allow 【18F】FLT synthesis without lengthy preparation of the precursor and with high reproducibility mandatory for clinical application .. Keywords: 【18F】FLT(3′-deoxy-3′fluorothymidine), Tumor cell proliferation, Precursor. iv.
(7) 目 錄 第一章 緒論 .................................................................................................................... 1 第一節 研究背景與動機................................................ 1 第二節 問題陳述與研究目的............................................ 3 第三節 研究重要性................................................... 10. 第二章 文獻探討 ....................................................................................................... 13 第三章 研究方法 ....................................................................................................... 18 第一節 研究設計...................................................... 18 第二節 研究架構...................................................... 19 第三節 研究步驟...................................................... 20. 第四章 結果與討論 .................................................................................................. 21 參考文獻............................................................................................................................. 27. v.
(8) 表目錄 表 1-1. 98 年度全國癌症死亡統計.................................... 4. 表 1-2 Targets and agents for PET molecular imaging and their relevance in clinical oncology......................................... 10 表 4-1. Radiochemical yield of【18F】FLT(n=3) ................... 22. vi.
(9) 圖目錄 圖 1-1. 98、97 年主要死因與死亡人數................................ 3. 圖 1-2 一個最後診斷為支氣管結石(Broncholithiasis)的病例,電腦斷層橫 切面(A) 【18F】FDG 掃描縱切面(B) , 【18F】FLT 掃描縱切面(C) 。從圖 B 18 所示病灶有明顯之【 F】FDG 的攝取而易被診斷為惡性腫瘤病灶。然而從 圖 C 所示病灶處無明顯之【18F】FLT 的攝取,顯示細胞增殖無明顯增加, 即可正確判斷此為良性病灶。................................... 11 圖 1-3 一個合併肺惡性腫瘤(Tumor)及感染(Infectuon)病灶病例之氟 -18 去氧葡萄糖正子掃描圖(FDG PET) 。如 FDG PET 所示除了在右肺門處的非 小細胞癌及鄰近的縱膈腔淋巴結有【18F】FDG 的攝取外,在右上肺葉也有 多處因氣管阻塞後引起的肺炎病灶也有明顯的【18F】FDG 攝取。而如 FLT PET 所示這些感染病灶則不會攝取【18F】FLT,只有非小細胞癌有明顯的【18F】 FLT 攝取。 ................................................... 12 圖 2-1 細胞核 DNA 合成過程包括 De novo pathway 及 salvage pathway ︰De novo pathway 為 dUMP 經 thymidylate synthesis(TS)磷酸化成 TMP (thymidine monophosphate)而 salvage pathway 為胸腺嘧啶核苷 (thymidine)經 thymidine kinase(TK1)磷酸化成 TMP。............. 14 18. 圖 2-2 胸腺嘧啶核苷(thymidine)與氟-18 胸腺嘧啶核苷(【 F】FLT)在參與 細胞核內 DNA 合成過程之相異處: Thymidine 經 thymidine kinase 1 (TK1) 磷酸化成 TMP,經磷酸化為 TDP、TMP 合成 DNA,而 FLT 經 TK-1 磷酸化成 FTMP 再進一步磷酸化成 FTDP、FTTP 後,不繼續參與 DNA 之合成因而 trapped 在細胞核內。此外 FLT 也不是 Thymidine phosphorylase(TP)之受質,因 此不會如同 Thymidine ㄧ樣會被 TP 分解(degradation)............. 15 圖 3-1 3-N-BOC-5'-O-dimethoxytrityl-3'-O-nosyl-thymidine; 3-N-BO C-1-[5-O-(4,4'-dimethoxytrityl)-3-Onitrophenylsul fonyl-2-deoxy-β-D-lyxofuranosyl]thymidine; 1-( 2'-Deoxy-3'-O-(4-nitrobenzenesulfonyl)-5'-O(4,4'-dimethoxytrityl)-β-D-threo-pentafuranosyl)-3- (tertbutyloxycarbonyl)thymine..................................... 18 圖 3-2 研究架構 .................................................. 19 圖 3-3 使用﹛3-N-t-Butoxycarbonyl -【5′-O-(4,4′ -dimethoxytrityl-2′-deoxy-3′-O-nosyl-β-D-threo pentofuranosyl) 】thymine﹜為前驅物進行【18F】FLT 合成之反應式。21 圖 4-1:未水解前經矽膠薄層分析(TLC) (展開液條件:normal phase TLC, vii.
(10) n-Hx/EA = 4/1, vol/vol),綠色區塊(A)即未參與反應之 Free form 18 18 F-fluoride, 紅色區塊(B)即為未水解前之 F FLT .............. 23 圖 4-2:水解後經矽膠薄層分析(TLC) (展開液條件:normal phase TLC, 18 CH2Cl2/CH3OH = 20/1, vol/vol),圖中綠色區塊即為終產物【 F】FLT23 圖 4-3. Elimination Reaction ..................................... 26. viii.
(11) 第一章. 緒論. 第一節 研究背景與動機 影像醫學是近代診斷醫學中進步相當快的一項科學,在核子醫學領域中,正子斷層 掃描(Positron Emission Tomography ,簡稱 PET)是一項發展快速的嶄新影像技術,其方法 是將由正子射出核種標化的示蹤劑,以靜脈注射的途徑進入人體後,再利用正子斷層掃 描機予以示蹤測定,藉以進行各器官生理性變化、代謝活動或細胞傳導各種現像之醫學 造影。疾病診療因正子斷層造影技術之問世,已有重大的改變,未來各種疾病均可在分 子醫學基礎上作界定釐訂其治療計畫,並以之實施追蹤與監測。近幾年來正子斷層掃描 日益及主要因素如下: 一、由於在臨床診斷研究上所累積的資料不斷增加,發現正子斷層掃描在多種癌症 的診斷及追蹤上扮演不可或缺的角色,終於在 1997 年起通過美國 HCFA(Health Care Financing Administration)機構嚴格的審查後,開始對 FDG 正子掃描在癌症診療上准予醫 療保險給付,促成臨床應用逐年不斷的增加。 二、應用範圍廣泛的正子斷層掃描示蹤劑(氟-18 去氧葡萄糖(簡稱【18F】FDG)生 產與供應逐漸普及。以台灣而言,1991 年由國科會出資第一套產製氟-18 去氧葡萄糖的 迴旋加速器設備在台北榮民總醫院設置完成,開啟了北部地區的正子斷層掃描,1998 年、2005 年於台中中山附醫及義大醫院分別設置了醫用迴旋加速器,隨即帶動了中部大 南部正子斷層掃描在癌症篩檢及診療上的廣泛的應用。 三、正子斷層掃描機(PET Scanner)已進步到可同時顯示器官生理、生化功能、解剖 構造影像的正子斷層與 CT 電腦斷層複合式掃描機(PET/CT scanner), 除了可以提高單獨 正子斷層掃描的準確度外,也有利於尋找傳統電腦斷層掃描(X-ray Computed tomography, 簡稱 CT 掃描)或核磁共振(Magnetic Resonance Imaging,簡稱磁振掃描)無法檢出之微細 病灶。 【18F】FDG 自 1976 年被成功合成後,至今已被廣泛的運用在神經學、惡性腫瘤及心 臟方面的 PET 造影檢查。 【18F】FDG 造影檢查幾乎成為當今 PET 檢查的代名詞,惡性腫瘤 18 細胞造成很多酵素之改變,包括增加葡萄糖運轉率,以致惡性腫瘤細胞對【 F】FDG 攝. 1.
(12) 18. 取增加。但ㄧ些非惡性腫瘤細胞如發炎或感染病造對【 F】FDG 之攝取也會增加,造成 臨床醫師判讀的偽陽性。針對惡性腫瘤細胞的其他生化變化,如細胞增殖增加已是臨床 研究一個新的重點。. 2.
(13) 第二節 問題陳述與研究目的 以台灣南部而言,PET/CT 受檢人數從 2005 年的 2504 人次增加到 2009 年 6292 人次,可充份說明大眾之認知與需求呈倍數成長。由於惡性腫瘤已連續 27 年高居國人 十大死因之首,如圖 1-1,而根據惡性腫瘤死亡資料統計,如表 1-1 更可檢視出正子斷 層掃描在惡性腫瘤之診斷上如肺癌、大腸直腸癌、惡性淋巴瘤等扮演著重要角色。. 人. 人 50,000. 39,917. 40,000. 38,913. 30,000. 9898年 年 年. 97 97年 年年. 20,000 15,093. 15,726 10,383 10,663. 8,358 8,661. 10,000. 8,229 8,036. 7,358. 7,077. 5,374. 4,955. 4,918. 4,917. 4,128. 4,063. 3,999. 4,012. 腎. 炎. 、. 蓄. 腎. 意. 病. 自. 慢. 慢. 症. 我. 性. 性. 候. 傷. 下. 肝. 群. 害. 呼. 病. 腦. 及. (. 吸. 及. 血. 惡. 事. 心. 腎. 自. 道. 肝. 管. 性. 故. 臟. 糖. 病. 殺. 疾. 硬. 疾. 傷. 疾. 腫. 尿. 肺. 變. ). 病. 化. 病. 瘤. 害. 病. 病. 炎. 0. 圖 1-1. 98、97 年主要死因與死亡人數. 資料來源: June03 2010 衛生署網站 http://www.doh.gov.tw/CHT2006/DisplayStatisticFile.aspx?d=75925&s=1. 3.
(14) 表 1-1. 98 年度全國癌症死亡統計. 資料來源: June03 2010 行政院衛生署網站 http://www.doh.gov.tw/CHT2006/DisplayStatisticFile.aspx?d=75925&s=1 癌 症 死 亡 原 因. 排名 順位. (總死亡人數:39917). 每10萬 人口死亡率. 氣管、支氣管和肺癌. 1. 7951. 3 4 .5. 肝和肝內膽管癌. 2. 7759. 3 3 .6. 結腸、直腸和肛門癌. 3. 4531. 1 9 .6. 女性乳房癌. 4. 1588. 1 3 .9. 胃癌. 5. 2282. 9 .9. 口腔癌. 6. 2249. 9 .7. 前列腺(攝護腺)癌. 7. 936. 8 .0. 食道癌. 8. 1489. 6 .5. 胰臟癌. 9. 1480. 6 .4. 10. 657. 5 .7. 11. 8995. 39. 子宮頸及部位未明示子宮癌 其他癌症. 死亡人數. 以下就氟-18 去氧葡萄糖正子斷層掃描在常見的多種惡性腫瘤上的應用做一簡要的 說明: 1、 肺癌: 肺癌是惡性腫瘤中死亡率最高的一種,PET Scan 在肺癌上的主要應用有二:(1)對無 法確定良惡性之單一肺結節(SPN, solitary pulmonary nodule)評估其是否為惡性腫瘤:單一肺 結節為臨床上最常見到的肺癌胸部 X 光表現;在美國平均每年約有 13000 例的單一肺結 節被發現,從發現到確定診斷,平均須花 7 個月之時間,其中 30%到 50%為惡性病灶。 在早期有 60%接受開刀病例最終證實為良性病灶。在高效率 CT 掃描應用後百分比降為 20%至 30%。也就是說仍有許多病例接受了不必要的手術,非但浪費醫療資源,也讓病 患曝露在不必要的麻醉及手術風險中。 許多學者的研究結果顯示:PET 掃描對這些單一肺結節判斷其是否為惡性的診斷敏 4.
(15) 感度為 95%-98%,特異度為 69%-81%,正確度可達 95%以上,這些研究出爐後促使美 國 HCFA 通過應用 PET 對單一肺結節作鑑別是否為惡性及非小細胞癌之分期給予保險 給付。(2)非小細胞癌的分期:肺癌可分為非小細胞癌及小細胞癌,在台灣非小細胞癌佔 88%,這種肺癌的特點是生長比較緩慢,轉移速度也較遲緩,對化療及放射治療效果不 佳,最好的治療方法就是早期診斷,可能的話早期切除。因此,在決定能否開刀的精準 分期上評估就變得非常重要;其中一項重要的指標是縱膈或肺門淋巴結是否受到癌細胞 的侵犯。目前最常用的 CT 掃描是以淋巴結之大小作為判讀的標準,小於 1 公分的淋巴 結認定為正常,大於 1 公分則認定為已遭癌細胞轉移,CT 掃描採用這樣的標準對於縱 膈或肺門淋巴結之診斷敏感度為 67%-75%,特異性為 66%-73%正確度約 70%,而正子 斷層掃描之診斷敏感度 91%-96%,特異性為 78%-86%,正確度約 92%,均優於 CT 掃 描。但重要的是 PET 改變了臨床的期數,甚至處置的方式且與未來之存活相關性更高。 根據多項研究統計,進行 PET 掃描後約有 33%的病患癌症期數上升,19%的病患治療方 由手術切除改變成其他治療方式。 所以目前較進步的做法是如果正子斷層掃描顯示縱膈腔淋巴結是正常時,幾乎就可 以不必擔心是否有惡性細胞轉移,也可避免除不必要的侵襲性檢查如縱膈腔鏡檢查,可 逕行手術治療。反之如果 PET Scan 結果顯示縱膈腔淋巴結異常時,就必需切片檢查判 定是否為淋巴結轉移,如果有癌細胞侵犯可能就要改變手術切除的治療方式。 2、 大腸直腸癌: CT 在台灣,大腸直腸癌已經成為死亡排名第 3 位的癌症,五年存活率約低於 60%,被 診斷為大腸直腸癌時,手術切除是治癒性治療的首要選擇,因為大腸癌的癌細胞可能會 轉移至局部淋巴結、骨盆腔、腹部、肝臟、肺臟等較遠的器官,所以手術前以 FDG PET Scan 進行全身掃描,尋找是否有肝臟或遠處器官轉移有助於術前的正確分期,幫助醫師 決定哪些病人適合手術治療,是否要同時摘除肝臟的轉移性病變。 國外的研究顯示術前的分期加入 FDG 正子斷層掃描的資訊後,約有 42%的病例會改 變分期,其中 80%期數提升,20%期數下降,22%~32%的病例會因而改變治療的方法, 其中 1/3 轉為手術療法、2/3 避免手術療法。大腸直腸癌復發的機率相當高,約有 1/3 的 PET/CT 病例會在手術後兩年復發,早期發現病灶,儘可能以手術切除才能改善病人的存活率。. 5. PET/CT.
(16) 一般而言血中癌胚抗原(CEA)系列測定是最常被用來偵測沒有症狀的復發之腫瘤標記。 CT 然而 CEA 的靈敏度只有 59%、特異性只有 84%。CT 掃描是探查局部復發病灶的另一例 行作法,但腹膜、腸繫膜、淋巴結病變及術後纖維化往往是 CT 的死角。國外的研究指 出 CT 掃描認定是局限性的再發病變後來證實大約只有 20%是正確的。CT 掃描懷疑肝 臟有單發性轉移病灶的病例,經 FDG PET Scan 後約有一半以上的病例,發現更多肝臟 病變或肝臟以外的病變,使得手術治療變得不可行。而文獻報告 FDG PET Scan 診斷大 腸直腸癌復發的敏感度為 95%-99%、特異性為 86%-100%,明顯優於 CT 的 60%敏感度 及 72%特異性,此外,不要忘記 FDG 正子斷層掃描是全身掃描,對於一些無法預知的 部位或不常發生部位的病變也可偵測得到。 3、 惡性淋巴瘤: 惡性淋巴瘤主要分成何杰金氐淋巴癌(Hodgkin’s disease,簡稱 PET/CTHD)及非何杰金氐淋 巴癌(Non-Hodgkin’s lymphoma,簡稱 NHL)兩大類,淋巴癌之治療原則主要是依組織惡 性程度及分期給予放射治療或化學治療,其中 HD 的療效高達 80-90%,而 NHL 之死亡 率卻是 HD 的 14 倍,在台灣,淋巴癌發生率每年約 1000 人左右,HD 與 NHL 之比為 1:9;死亡排行榜中名列女性第七位,男性第八位。近年來由於化療與放療的進步,使得 惡性淋巴癌的治癒率不斷提升,幾乎可以說是可以治癒的幾種惡性腫瘤之一。傳統上淋 巴癌之診斷、分期都是根據 CT 掃描以及磁振掃描的診斷,然而大部份的淋巴癌會吸收 葡萄糖且攝取量之高低與腫瘤增生程度成正比。因此以 FDG 正子斷層掃描作為淋巴癌 的分期與再分期已是近來被廣泛使用的方法,不論是單獨的或成堆的淋巴結病變,甚或 軟組織、骨髓病變都會吸收 FDG,而可以在正子掃描診斷上被分析出來。Thrill 等人的 研究發現對淋巴癌正子掃描比 CT 掃描多發現 25%的病灶,Stumpe 等人的研究中發現 PET 對診斷 HD 的敏感度為 86%,特異性為 100%,而 CT 掃描的敏感度及特異性為 86 %及 67%。在敏感度上正子掃描與 CT 掃描無明顯差距,但在特異性上 PET 掃描明顯 優於 CT 掃描。 有學者研究指出:正子斷層掃描改變了 8%-10%病患的期數,另有研究指出正子斷 層掃描改變了 14-25%病患的處置方式。PET 掃描對淋巴癌患者化療後的追蹤是適應症 上一個很重要的部份,與病人的預後有強烈的相關性,1999 年一篇比利時的研究指出: 如果治療後原先病灶消失也不再攝取 FDG,表示病情已經緩解且預後較好。其次是還有 6.
(17) 癌瘤殘留組織存在但不攝取 FDG,最不好的是還有殘餘組織存在且還會攝取 FDG。雖 然 PET 掃描的檢查費用較高,但考量整體療程仍具有相當的經濟效應,1997 年 Hoh 的 研究指出在以正子斷層掃描診斷為主的療程中,每一病例估計花了 36250 美元(約合台 幣 116 萬元) ,而以 CT 掃描診斷為主的療程則花了 66290 美元(約合台幣 212 萬元) , PET 掃描經濟效應明顯優於電腦斷層掃描,因為電腦斷層掃描為主的療程包括多次電腦 斷層掃描,延遲治療帶來更長時間的治療、住院等花費,而這些花費大抵上都是昂貴的。 除了增添病患的心理壓力外,更增加了醫療資源的支出。 4、 頭頸部腫瘤 頭頸部腫瘤包含多種不同的惡性腫瘤,其解剖範圍涵蓋鼻腔、鼻竇、鼻咽、口咽、 唾液腺、口咽腔、下咽腔及喉部,這些基本上是局部區域的病變,診斷方式,主要是根 據理學檢查及組織切片病理報告。評估腫瘤大小或有無侵犯鄰近組織,主要是依賴超音 波,電腦斷層掃描或磁振造影。而 PET 掃描應用方面,則是腫瘤對於 FDG 的攝取率提 供有關腫瘤生長及侵襲性的訊息,一般而言 SUV 值(Standard Uptake Value, 簡稱 SUV) 越高,治療預後越差。局部或遠處轉移則是另一個預後不佳的因素,在原發腫瘤及淋巴 結轉移之分期評做上,PET 之敏感度約 86%-100%,特異性約 69%-89%,比起 CT 的敏 感度約 67-82%,特異性約 25-56%明顯較高。 至於在評估頭頸部腫瘤復發方面,依台大醫院在鼻咽癌方面的經驗上 PET 掃描明顯 優於 CT 掃描或磁振掃描,PET 掃描之敏感度及特異性為 100%及 96%,CT 掃描為 72% CT 及 88%,磁振掃描為 61.9%及 43.5%另外頭頸部惡性腫瘤病約有 15%的病例會在呼吸消 化系統上出現第二種惡性腫瘤因為 PET 掃描為全身性掃描,在診斷上較不易遺漏。 5、 黑色素瘤 黑色素瘤是皮膚惡性腫瘤的中惡性度相當大的一種惡性腫瘤,黑色素瘤一旦開始由 皮膚向皮下延伸之後,緊接著下個蔓延的目標就是淋巴結,接著轉移到身體其他部位, 包括內臟在內,造成相當高的死亡率。隨著地球臭氧層日漸被破壞,陽光紫外線增強的 PET/CT 結果,全球的皮膚黑色素瘤患者有日漸增多的趨勢,一般而言死亡率常在 60%以上,在 美國黑色素瘤已是排名第九的惡性腫瘤。影響黑色素瘤治療效果的兩個最重要的因素為 腫瘤的厚度及侵犯(包括轉移)的程度,黑色素瘤的厚度越厚者越易轉移自然預後越差, 7.
(18) 然而皮膚黑色素瘤的轉移往往很快又很難預料,即便是厚度小於 1 毫米的腫瘤仍有 15% 的轉移機率,因此在手術切除腫瘤前藉由全身掃描以提供淋巴結受侵的部位及遠處轉移 的範圍將有助於提高治療效果。傳統的檢查方法如 CT 掃描或磁振掃描常為局部性的, 無法如 FDG 正子斷層掃描可做全身掃描進而可以涵蓋各處局部或遠方組織器官的變達 CT 到正確分期。根據於許多論文的研究顯示 FDG 正子掃描在黑色素瘤分期之診斷正確度 上優於 CT 掃描,約為 91%-100%,而 CT 掃描只有 56%-77%,而對於淋巴結轉移,FDG 正子斷層掃描之正確度達 91%,其中大小在 1 公分以上者可達 100%,0.6- 1 公分者為 83%,0.5 公分以下者為 23%。另有針對皮膚黑色素瘤第三期患者之研究指出 FDG 正子 斷層掃描可以在 20%的病患身上找出更多的病變,而使得 15%病患治療方式上的改變。 在經濟效益上根據美國醫療保險評估,平均每個病患可減少約 1800 美元(約合台幣 57600 元)的醫療費用支出。 6、 乳癌 目前醫界把乳癌視為全身性疾病,針對原發性病變 FDG 正子掃描之敏感度為 90%左 右,特異性為 75%-100%,敏感度之影響因素為腫瘤大小,是否為原位癌及組織病理, 由於還有許多其他檢查工具所用,因此,FDG 正子斷層掃描在原發病變診斷上之重要性 並不特別明顯,他的主要角色為復發及遠處轉移病灶的診斷上,對於局部區域性的復發 病變,包括胸腔壁、鎖骨上淋巴結、縱膈腔及內乳淋巴結,FDG 正子斷層掃描之敏感度 為 85%、特異性為 90%,明顯優於 CT 掃描的 50%敏感度,83%的特異性。對於遠處轉 移病灶的偵測 FDG 正子斷層掃描通常比 CT 掃描或磁振掃描找到更多癌症病變,敏感度 為 80%-90%左右,特異性為 75-94%,因而對於治療方針之選擇有相當之影響。 由於針對轉移性病灶的治療方式包括手術治療、放射治療、化學治療及荷爾蒙治療 等。因此在治療後如果能及早正確的評估治療是否有效,要不要考慮改變或其他治療方 法,對病人的存活將有正面的助益,以 FDG 正子斷層掃描進行診斷評估無疑的確有正 面的效益。根據學者的研究指出約有 32-58%的病例因而改變治療方法。 7、食道癌 食道是本身具擴張性的組織,在疾病的早期常常是沒有症狀的,等到有明顯症狀時 病變可能已蔓延開了,這是一種相當難纏的一種癌症,目前公認較適當治療方法為對於 8.
(19) 可切除的病變,是先以化療或合併放射治療方式縮小病灶再進行手術治療,但由於常用 的診斷工具如 CT 掃描無法精確的定位病灶,使得在手術切除原發病變後,可能還是發 生局部或遠處轉移病變的情況,因此治療前準確的分期對於選擇可以治癒的病患是非常 重要的。在原發腫瘤之分期上 FDG 掃描之敏感度約為 95-100%,CT 掃描則約為 81-92 %,但對於只侷限於黏膜層之病變兩者均偏低,局部淋巴結是否受侵犯與預後有關,FDG 正子掃描之敏感度約 22-76%,特異性約 78-100%;而 CT 掃描之敏感度為 0-87%特異 性約 73-100%,均不如食道內視鏡超音波。而遠處轉移存在與否之因素決定選擇手術根 治上是極重要的影響。食道癌常見受侵犯器官包括肝臟、肺臟及遠處淋巴結,FDG 正子 斷層掃描之敏感度約 69-77%:特異性約 90-93%;CT 掃描之敏感度約 41-46%,特異性 約 69-83%。食道內視鏡超音波之敏感度約 42%,特異性約 94%;進行 FDG 正子斷層 掃描後改變癌症分期級數者約 20%(其中提升者約 12-15%,下降者約 7%) 。目前認定 最好的分期檢查是包括 FDG 正子掃描、CT 掃描與食道內視鏡超音波,最重要的目的是 偵測出潛在性遠處轉移的病灶,協助選擇以侵襲性最低的方式進行組織確認的工作。 綜上述,可以看出【18F】FDG 正子電腦斷層掃描( 【18F】FDG PET/CT)在癌症 診斷、療效及復發評估的重要性。應用至今,針對惡性腫瘤細胞其他的生化代謝(如 DNA、蛋白質、細胞膜合成等) ,諸如【18F】FLT、 【18F】FET、 【18F】FCH 等的 PET 藥 物,一直是放射化學專家努力研製與發展的重點,如表 1-2。. 9.
(20) 表 1-2 Targets and agents for PET molecular imaging and their relevance in clinical oncology 資料來源 J Pharm Pharmaceut Sci (www. cspsCanada.org): 10(2) 180-202, 2007 Cellular Target. Relevance in Clinical Management of Cancer Patients. Potential, Clinically Relevant, PET Molecular Imaging Agent for On cology. GLUT transporters, hexokinase activity. Tumor can be detected and graded through increased metabolism / energy utilization. Assessment of tumor response to therapy can be made.. 18FDG, 11C-DG,. Amino acid transport and incorporation into polypeptides.. Tumors can be detected and graded through increased protein synthesis related to cell proliferation. Cellular growth kinetics and its alteration as a result of therapy can be measured.. 11C-methionine, amino acid analogs of tyrosine, leucine, phenylalanine (18F-fluoroethyltyrosine). Nucleoside transport, nucleoside phosphorylation, DNA synthesis. Cell proliferation can be determined as a measure of tumor growth and growth kinetics. Cellular responses to therapy can be measured by changes in proliferative ability.. 18F-FLT, 11C-thymidine, 18F-FMAU, 124I-UdR. Choline transport and choline kinase activity, phospholipid synthesis. Phospholipid synthesis for intracellular phospholipids and cell membranes relates to increased cell growth and division in proliferating tissue. Prostate tumors have high phospholipid synthesis rates. Measurement of tumor growth and response to therapy can be made.. 11C-choline, 18F-choline, 11C-acetate. Amine transport and decarboxylation. Amine precursor uptake and decarboxylation is a feature common to peptide producing endocrine tissue including neuroendocrine tumors. Tumors in this category can be detected and identified as having an endocrine origin.. 18F-FDOPA, 11C-hydroxytryptopha. Intracellular reductive environment, hypoxia. Hypoxic tumor tissue can be resistant to both chemotherapy and radiotherapy. Tumor response to oxygenation strategies can be measured.. 64Cu-ATSM, 18F-F-MISO, 18F-FAZA. Cellular receptors / tumor markers. The presence or absence of cell cytosolic receptors can predict response to hormone therapy in breast and prostate tumors. Tumor heterogeneity and response to therapy can be measured. Tumor markers can be imaged.. 18F-FES, 18F-dihydroxytestosterone, 68Ga-DOTATOC, EGFR inhibitors. Apoptotic changes in cells. Cell death through apoptosis following therapy can be measured. Early assessment of imminent cell death can be made. 18F-annexin V. Elevated or unique products from gene expression including enzymes and RNA.. Gene therapy can be monitored using a reporter gene strategy. mRNA can be targeted as a surrogate marker of gene expression using oligonucleotides.. 18F-gancyclovir/ HSV-1 tk reporter gene system, antisense Oligonucleotides. Vascular endothelial factors related to angiogenesis. Angiogenesis accompanying tumor growth or therapy targeting microvascular development can be assessed.. Integrin/RDG peptide, VEGF/tk. 10.
(21) 第三節 第三節 研究重要性 在醫療科技進步神速的現今,如何運用最適化之方法進行最優化之醫療診斷,將決 定最具經濟效益的治療計劃,提供保險給付,醫療照護及病患權益之最佳選擇。氟-18 去氧葡萄糖正子掃描在其中無疑扮演了一個重要角色,但因為一些良性病灶如發炎或感 染病灶也會造成氟-18 去氧葡萄糖攝取增加,因而導致偽陽性掃描結果降低了掃描正確 度如圖 1-2,圖 1-3。由於評估惡性腫瘤細胞的 DNA 合成,對於診斷惡性腫瘤細胞增殖更 具特異性,如表 1-2,因此吸引了學者進行這方面的研究。本研究評估了 Mikyung Yun 等人(2003)發表的氟-18 胸腺嘧啶核苷(3′-deoxy-3′fluorothymidine, 【18F】FLT)合成 方法,以親核性方法(Nucleophilic substitution)標記 F-18,在不同之反應時間(5 分鐘,10 分鐘) ,反應溫度為 120℃之條件下進行【18F】FLT 之合成,並以薄層分析法(TLC) 探討合成率。期能建立一套標準化合成方法運用於自動化或半自動化合成流程,以提供 臨床之使用。. 圖 1-2 一個最後診斷為支氣管結石(Broncholithiasis)的病例,電腦斷層橫切面(A) 【18F】 FDG 掃描縱切面(B), 【18F】FLT 掃描縱切面(C) 。從圖 B 所示病灶有明顯之【18F】 FDG 的攝取而易被診斷為惡性腫瘤病灶。然而從圖 C 所示病灶處無明顯之【18F】FLT 的攝取,顯示細胞增殖無明顯增加,即可正確判斷此為良性病灶。 資料來源: Yamamoto, Yuka; Nishiyama,等(2008). 11.
(22) 圖 1-3 一個合併肺惡性腫瘤(Tumor)及感染(Infectuon)病灶病例之氟 -18 去氧葡萄糖正子掃描圖(FDG PET) 。如 FDG PET 所示除了在右肺門處的非小細胞 18 癌及鄰近的縱膈腔淋巴結有【 F】FDG 的攝取外,在右上肺葉也有多處因氣管阻塞後 引起的肺炎病灶也有明顯的【18F】FDG 攝取。而如 FLT PET 所示這些感染病灶則不會 攝取【18F】FLT,只有非小細胞癌有明顯的【18F】FLT 攝取。 資料來源: Alexander Salskov etc.(2007). 12.
(23) 第二章 文獻探討 臨床上評估腫瘤組織增殖能力對於判定腫瘤之良惡性及侵襲度非常重要,目前常用 方法為取得腫瘤組織,偵測其 Ki-67 Score 或作 PCNA 免疫組織化學染色或用 flow cytometry 方式測量細胞生命週期中 DNA 合成期的比例,不管採用何種方式,取得標本 是一先決條件,而在取樣過程中難免發生合併症或取得之標本不含腫瘤組織,因而使用 分子影像技術評估惡性腫瘤組織 DNA 合成以推測腫瘤組織增殖能力是一個被期待的非 侵襲性方法。目前正子斷層掃描(PET/CT)幾乎是分子影像技術的代表名詞,因為它結合 了顯示功能影像的正子斷層掃描(positron emission tomography,簡稱 PET)及顯示解剖構 造影像的電腦斷層掃描(X-ray computed tomography,簡稱 CT),能對惡性腫瘤病灶的分 期,療效評估及復發作更正確的評估。 目前臨床例行性應用正子電腦斷層掃描評估惡性腫瘤所使用的正子放射藥物主要 是氟-18 去氧葡萄糖(F-18 FDG),讓它自 1976 年被成功的合成後,在近三十年間 F-18 FDG 已被廣泛地運用於神經學,惡性腫瘤及心臟方面的正子電腦斷層影像檢查,由於臨床應 用上的多樣化使得 FDG PET 在當今幾乎成為 PET 造影檢查的代名詞。惡性腫瘤細胞造 成很多的酵素改變,包括增加葡萄糖轉運速率與葡萄糖磷酸化速率及葡萄糖-6-磷酸 (glucose-6- phosphate)去磷酸化速率的降低,造成癌細胞具有高速率的葡萄糖代謝,導致 癌細胞的 F-18 FDG 攝取增加,但一些非惡性腫瘤病灶如感染或發炎病灶對 F-18 FDG 之攝取也會增加造成 F-18 FDG 正子電腦斷層掃描判讀上的偽陽性. (1,2). 。再者惡性腫瘤. 細胞的葡萄糖代謝增加是否確能反映出惡性腫瘤細胞的侵襲度(aggressiveness)仍不是很 清楚。 DNA 合成是細胞增殖的一項指標,惡性腫瘤細胞的特性是細胞分裂及細胞增殖快 速,但缺乏細胞分化,因此在惡性腫瘤細胞大部份處於細胞生命週期的染色體合成 S 期 (Synthesis) ,需要大量的核苷酸來合成 DNA,其中胸腺嘧啶核苷(thymidine)僅存於 DNA,其合成途徑如圖 2-1。. 13.
(24) 圖 2-1 細胞核 DNA 合成過程包括 De novo pathway 及 salvage pathway ︰De novo pathway 為 dUMP 經 thymidylate synthesis(TS)磷酸化成 TMP (thymidine monophosphate) 而 salvage pathway 為胸腺嘧啶核苷(thymidine)經 thymidine kinase(TK1)磷酸化成 TMP。 資料來源: Andreas K. Buck etc.(2009), p.205-215 因此以正子射出同位素標記胸腺嘧啶核苷可用於評估 DNA 合成及惡性腫瘤細胞增 殖的情況,比評估惡性腫瘤細胞的葡萄糖代謝增加,更能反應出惡性腫瘤細胞的增殖及 侵襲度。而對於發炎或感染病灶儘管葡萄糖代謝增加,但細胞增生、DNA 合成增加並 不活躍,因此以胸腺嘧啶核苷正子掃描評估惡性腫瘤可以與發炎或感染組織作鑑別診斷 (3. ). 、4 。11C-thymidine 是首先被發展出來評估惡性腫瘤細胞 DNA 合成的正子放射藥劑, ( ). 隨後也經由細胞及人體研究被證實可以有效評估惡性腫瘤細胞的細胞增殖 5 。C-11 的 (. ). 20.4 分鐘短半衰期及進入人體後的不穩定因素,無法在臨床作例行性的應用 6-12 ,這些 缺失隨著使用較長半衰期的正子放射核種(如 F-18,半衰期 109.8 分鐘)標記胸腺嘧啶核 苷而得到改善。氟-18 胸腺嘧啶核苷(3′-deoxy-3′-【18F】fluorothymidine 簡稱:FLT )經 thymidine kinase1(TK1)磷酸化後進入細胞核,但它並不繼續參與 DNA 之後續合成, (. ). 因而陷在(trapping)細胞核內 13,14,15 同時它也不是 thymidine phosphorylase 的受質 (16,17,18). ,如圖 2-2 因而不像 11C-thymidine 一樣會被 thymidine phosphorylase 崩解. (degradation). (15,20). 。FLT 也不似 C11-thymidine 為職司粒腺體 DNA 修補與複製的 (13,17). thymidine kinase 2(TK2)的受質. ,這些與 C11-thymidine 的不同性質意謂著 FLT 的. 吸收量與細胞核 DNA 合成特異性有著密切的正相關。. 14.
(25) 圖 2-2 胸腺嘧啶核苷(thymidine)與氟-18 胸腺嘧啶核苷( 【18F】 FLT)在參與細胞核內 DNA 合成過程之相異處: Thymidine 經 thymidine kinase 1 (TK1)磷酸化成 TMP,經磷酸化為. TDP、TMP 合成 DNA,而 FLT 經 TK-1 磷酸化成 FTMP 再進一步磷酸化成 FTDP、FTTP 後,不繼續參與 DNA 之合成因而 trapped 在細胞核內。此外 FLT 也不是 Thymidine phosphorylase(TP)之受質,因此不會如同 Thymidine ㄧ樣會被 TP 分解(degradation) 資料來源: Barwick, Tara; Bencherif, 等(2009)Molecular PET and PET/CT imaging of tumour cell proliferation using F-18 fluoro-L-thymidine: a comprehensive evaluation.. 1998 年 Grieson 及 Shields 首先利用 FLT 評估惡性腫細胞的增殖. (16,17). 隨後的細胞. (. ). 及動物研究證實了在惡性腫瘤細胞的 FLT 聚積量與腫瘤細胞之增殖成正比 13,20,21,22 ,而 且在這些惡性腫瘤細胞研究模型上發現在經化學治療或放射治療後,惡性腫瘤細胞的 (. ). FLT 積聚量明顯的減少 22~31 ,許多研究團隊也發現在多種人類惡性腫瘤如肺癌、淋巴 癌、乳癌、腦癌等對 FLT 之攝取量與反映惡性腫瘤細胞增殖的 ki-67 IHC score 有著密 切的正相關存在,對惡性腫瘤診斷的特異度也優於氟-18 去氧葡萄糖,同時比較惡性腫 (. ). 瘤在治療前後的【18F】FLT 攝取量變化可被用來有效評估治療的有效與否 32,33 。 【18F】 FLT 的安全性就輻射曝露而言,在一般常用劑量(0.07mCi/kg,或最大劑量 5mCi)下,受 (44,45). 檢者所接受之曝露劑量相似於【18F】FDG 正子掃描所產生之劑量. 。就個別器官而. 言,大腦及心臟之輻射曝露劑量較【18F】FDG 正子掃描為少。 至於【18F】FLT 之藥品毒性而言,一次 5mCi 的【18F】FLT 注射劑量下,所接受的 (. ). FLT 重量約為 12.2µg,約為 FLT 引起周邊神經病變劑量的三千分之一 50,51 一個包括 20 個病例的 FLT 正子掃描研究中,受檢者給于劑量為 0.07mCi/kg ,最大劑量為 5mCi,受 15.
(26) ( ). 檢者均未發生任何週邊神經症狀或其他副作用 50 【18F】FLT 正子掃描的檢查注意事項 中,禁食非必要。回顧文獻無論禁食與否,影像品質與影像判讀結果者相類似,不需禁 食增加了 FLT 正子掃描的方便性,特別是在患有糖尿病的受檢者。另外檢查前的運動 也不會增加骨骼肌對 F-18 FLT 之吸收,因此 FLT 正子掃描受檢者,不必像 FDG 正子掃 ( ). 描受檢者在檢查前須禁止做較激烈的運動 52 。 目前 FLT 正子掃描在人體惡性腫瘤臨床研究上做的較多的是肺癌、腦癌、淋巴癌、 乳癌。在肺癌患者的研究上顯示對於原發生肺惡性腫瘤,FDG 正子掃描有較 FLT 正子 掃描好的敏感度(sensitivity 89%到 100%對 72%到 100%),而在特異度(specificity)方面則 (. ). FLT 正子掃描較 FDG 正子掃描為佳(86%到 100%對 57%到 73%) 34,35,43,53 另外使用動態 模型參數(FLT flux) 評估惡性腫瘤對 FLT 之攝取量與 Ki-67IHC score 之相關性比傳統使 用的最大標準攝取值(SUV max)與 Ki-67 IHC Score 相關性更好(γ=0.92 對 γ=0.72 ) (54,55). 。在腦癌的研究上 FLT 因為無法跨越腦血流障礙(blood-brain barrier),在正常腦組. 織的背景值低,不像 FDG 因可跨越腦血流障礙在腦部組織特別是灰質有很高的 FDG 攝 取量(56~58),所以在腦癌的診斷上,FLT 正子掃描明顯優於 FDG 正子掃描,特別是高惡 性度的膠質瘤(high-grade glioma) 一篇由 Cho,SJ 等人進行的研究發現 22 個 FDG 正子 掃描無法診斷的腫瘤中,FLT 正子掃描診斷出 14 個惡性腫瘤中的 11 個 (敏感度為 80%) , (36). 8 個良性腫瘤中的 5 個. 。. 另一篇由 Chen W 等人(2005)所做的研究中,25 個再發的膠質瘤中,FLT 正子掃 描的診斷出 18 高惡度膠質瘤,7 個低惡性度的膠質瘤,在追蹤期間死亡病例的 FLT suv 值為存活者之兩倍,這說明了 FLT 的攝取量可用來評估腦癌之侵襲性及預後(38)。FLT 正子掃描在淋巴瘤的研究上被發現淋巴瘤對 FLT 之攝取量(SUV max)與 ki-67 IHC Score 有著密切的正相關(γ=0.84)(39) 另外一篇由 Herrmann k 等人(2007)進行的研究,顯示 淋巴瘤患者在化療後給予第一個劑量兩天後,FLT 攝取量減少 68%,第 7 天減少 77%, 第 40 天減少 85%,以在化療後第 7 天的 FLT 攝取值變化預測預後與化療完成後(約需 3 (46). 個月)由電腦斷層掃描或核磁共振評估預後結果相吻合. ,這說明了使用 FLT 正子掃描. 早期評估化療對淋巴癌療效有很大的潛力,可作為更換治療藥物的重要參考。在乳癌 FLT 的臨床研究上 Kenny LM 等人(2005)研究發現以 FLT flux 評估,乳癌細胞增殖與 傳統使用 Ki-67 IHC score 有著很好相關性(γ=0.92)(40),另兩篇由 Pio BS(2006)及 Kenny. 16.
(27) L 等人(2007)進行的研究指出以乳癌患者化療後 1 至 2 週病灶 FLT 攝取量減少評估化 療有效與否與化療完成後以電腦斷層或腫瘤標記評估療效有很強的相關性. (44,45). ,說明. 了可使用 FLT 正子掃描早期評估乳癌患者對化療藥物反應效果。. 17.
(28) 第三章 研究方法 第一節 研究設計 並非所有惡性腫瘤的葡萄糖代謝率都是增加的,例如腦、膀胱和前列腺等器官, 18. F-FDG 就不能很好的區分腫瘤組織和正常組織。加上【18F】-FDG 並不能完全區分慢. 性炎症病灶和腫瘤組織,在體積較小的病灶方面要檢出也存在一定困難。ㄧ般而言, 18. F-FDG 具有高靈敏度,但特異性比較差。近年來臨床診斷對更具腫瘤特異性的 PET 示. 踪劑的需求越來越高。因此,相關學者著手研究標記的核苷,用以檢出增生性之腫瘤組 織。其中又以核苷衍生物 3’-去氧-3’-[18F]氟胸腺嘧啶( 【18F】FLT)最具臨床運用價 值。以往由於[18F]FLT 的前驅物合成時間過於冗長,且其合成效率偏低及再現性不好等 因素,致使臨床應用與推廣受限制,經相關研究簡化了合成【18F】FLT 前驅物方法,使 得[18F]FLT 可以進行常規的臨床應用。本研究就市售【18F】FLT 前驅物(如圖 3-1)分 別以不同濃度與反應時間進行合成,以探討最適化之合成方法。. NBOC. 圖 3-1. 3-N-BOC-5'-O-dimethoxytrityl-3'-O-nosyl-thymidine; 3-N-BOC-1-[5-O-(4,4'-dimethoxytrityl)-3-Onitrophenylsulfonyl-2-deoxy-β-D-lyxofuranosyl]thymidine; 1-(2'-Deoxy-3'-O-(4-nitrobenzenesulfonyl)-5'-O(4,4'-dimethoxytrityl)-β-D-threo-pentafuranosyl)-3(tert-butyloxycarbonyl)thymine. 資料來源 http://www.huayi-isotopes.com/ProductShow.asp?ID=142. 18.
(29) 第二節 研究架構 研究背景與動機. 研究方法. 研究步驟. 研究結果. 結果與討論 圖 3-2 研究架構. 19.
(30) 第三節 研究步驟 反應前置作業: 1. Precursor 溶解:將 20 mg 、30 mg 之 Precursor 分別以 0.2mL、0.3mL 無水 ACN 與 0.8mL、1.2mL 無水 t-BuOH 溶解,備用。 2. QMA 活化:先取 10mL K2CO3(濃度 6.91g/100mL) condition,再取 10mL ACN 通過去除 水份,最後以氬氣(Ar gas)吹乾,備用。 3. Silic Plus Sep-pak cartridge 活化:以 10mL n-Hx condition 並保持濕潤,備用。 反應步驟: 1. 取【18F】-HF 水溶液通過 QMA cartridge,將 0.8mL 40mM TBAHCO3 (無水 ACN/H2O=4/1, vol/vol)通過 QMA 並收集於反應瓶 1 中 (TBA【18F】),並加以封蓋。 2. 將反應瓶 1 以 100℃加熱塊加熱,同時插入通氣針(少許 Ar)與排氣針,直至液面幾 近乾燥。 3. 逐次加入約 0.8mL anhydrous acetonitrile(以下簡稱 ACN) ,共 3 次(≒2.5mL), 使水氣與 ACN 共沸除去。 4. 將已溶解之 Precursor 溶液加入反應瓶 1 中,並分別於 120℃加熱塊中反應 5 及 10 min。 5. 反應結束後,開蓋加入 0.5mL. ACN 後,取 1μl 作矽膠薄層分析(展開液條件:normal. phase TLC,n-Hx/EA=4/1,vol/vol) 6. 以針筒吸取反應瓶 1 中溶液通過 Silic Plus Sep-pak cartridge,再取約 3mL Ethyl acetate 沖洗反應瓶 1,以針筒吸出通過 Silic Plus Sep-pak cartridge(去除未反 應之 F-18 離子並得含保護基之 F-18 標幟產物),收集於反應瓶 2 中。 7. 加入 1mL 1N HCl 於反應瓶 2 中,以 105℃、5min 作水解反應。 8. 反應結束後,立即取 1μl 作矽膠薄層分析(展開液配製條件:normal phase TLC, CH2Cl2 /CH3OH=20/1,vol/vol),其反應式如圖 3-3:. 20.
(31) NBOC. NBOC 18. F-TBA+F –. 1N HCl. CH3CN+BuOH. 18. Compound1. F. Compound2. 18. F. Compound3 【18F】FLT. 圖 3-3 使用﹛3-N-t-Butoxycarbonyl -【5′-O(4,4′-dimethoxytrityl-2′-deoxy-3′-O-nosyl-β-D-threo pentofuranosyl) 】thymine﹜為前驅物 18 進行【 F】FLT 合成之反應式。. 21.
(32) 第四章 結果與討論 經由上述,分別以不同條件進行反應其實驗結果,如表 4-1 及圖 4-1,圖 4-2 整理所示: 表 4-1. Radiochemical yield of【18F】FLT(n=3) Precursor(mg)/ Temp(℃) Radiochemical yield. SD. CV(%). Average(%) 27.30 23.40 31.27 17.40. 5.32 9.34 8.07 0.82. 19.50 39.92 25.83 4.70. /Reaction Time(min) 20mg /120℃ / 10min 20mg /120℃ / 5min 30mg /120℃ / 10min 30mg /120℃ / 5min. 結果如表 4-1 所示,在每一個合成條件(20mg 前驅物反應 5 分鐘,20mg 前驅物反應 10 分鐘,30mg 前驅物反應 5 分鐘,30mg 前驅物反應 10 分鐘)各進行 3 次實驗,不同的 合成條件的產率並不相同,前驅物 30mg 反應 10 分鐘,反應溫度 120℃條件下得到的產 率最佳為 31.27±8.07%。. 22.
(33) Free form 18 F-fluoride. 18. F FLT (未水解前). RF Free form 0.017 F-fluoride 18 F FLT 0.428 (未水解前) 18. Count. A. % of total 39.18 42.20. B. mm 圖 4-1:未水解前經矽膠薄層分析(TLC) (展開液條件:normal phase TLC,n-Hx/EA = 4/1, vol/vol),綠色區塊(A)即未參與反應之 Free form 18F-fluoride, 紅色區塊(B)即為未水 解前之 18F FLT. Count. % of total. RF 18. F FLT 0.992 (水解後). 79.68. mm 圖 4-2:水解後經矽膠薄層分析(TLC) (展開液條件:normal phase TLC,CH2Cl2/CH3OH = 20/1, vol/vol),圖中綠色區塊即為終產物【18F】FLT. 23.
(34) 【18F】FLT 的合成率偏低 始終是一個影響 F-18 FLT 正子掃描例行性臨床應用的主 要障礙,一般常用的前驅物 anhydrothymidine 雖然反應步驟短,但產率只有 1.7%到 (59,60). 13.8%. 隨後有人在 thymine 環上加上一個 nitrobenzensulfonyl (nosylate)保護基作為 (61). 前驅物但合成率仍然相似. 。Matrin SJ 等人使用另外在 pyrimidine 環上加上 BOC 團. (butoxylcarbonyl group)作為保護基的前驅物合成 F-18 FLT,他們的合成率為 19.8%, 合成時間需 85 分鐘(62)Mikynng Yun 等人使用 51-0-dimethoxytrixyl-21-deoxy-31-0-nosyl-β-D-threo pentofuranosyl) thymine (前驅物 1)及 其 pyrimidine 加上 3-N-BOC 保護基作為與 F-18 標記之前驅物 2,在不同的前驅物重量 (10mg,20mg, 30mg,40mg),不同之反應時間(5,10, 20,30 分鐘),不同之反應溫 度(100°,110°,120°,130°),不同 PH 值(PH=3,5 ,7 )下作 HPLC 純化,結果發現以 前驅物 1 在重量為 30mg ,反應溫度 130°,反應時間 5 分鐘,HPLC 在 PH 值為 7 下進 行純化得到【18F】FLT 之產率為 40±5. 2%,放射化學純度大於 97%,前驅物 2 在重量 為 34mg,反應溫度 110°,反應時間 5 分鐘,HPLC 在 PH 值為 7 下進行純化得到之 F-18 FLT 產率為 42±5.4%,放射化學純度大於 97%(63)但中國的柴黎明等使用先驅物 2 在 110℃ 下,與 F-18 離子反應 5 分鐘,再以 7N Hcl 在 50℃加熱 5 分鐘下進行水解去除保護基, 隨後在 PH 值為 7 下以 HPLC 進行純化得到的 F-18 FLT 產率為 23.2%(64)我們的研究顯示 在使用先驅物 2,重量 30mg,反應溫度 120℃(59,60,62),反應時間 10 分鐘下得到的產率 最好約為 31.27±8.07%。不同的先驅物使用量和反應時間不同,會有不同的產率。本研 究的產率 與柴黎明等人之研究結果較類似。 許多因素對【18F】FLT 的合成率有很大的影響,包括使用的前體、鹼的濃度、前體 溶劑、水解方式、殘餘的水量以及操作人員操作規範性和技巧熟練度。以下就上述因素 一一作討論如下(1)前體因素:傳統上使用的 2,3-anhydrothymidine 類前體合成率之所以 偏低被認為是 hydroxylic group 降低了【18F】fluoride 的親核性置換,導致前驅物與【18F】 fluoride 的標記反應轉化率不高。德國癌症研究中心做了大量的前驅物篩選工作,得到 了一個以 o-nosyl 為離子基團,以 BOC 和 DMTr-作為 OH group 保護基的前驅物,也就 是本研究所採用的前驅物,回溯前人與本研究之結果顯示使用這種前驅物與 18F 標記能 在合理的的製備時間下得到令人滿意的【18F】FLT 合成率。(2)鹼對標記反應的影響: 康乃爾大學生物醫學影像中心的研究表明 K2CO3 及 K-222 之量對合成率有很大的影 響,在鹼性較大的環境中前驅物易發生 2′- 3′位的 C 上消除反應,形成無活度的副產物, 以致【18F】FLT 之產率降低. (66). ,如圖 4-3。 (3)溶劑對標記反應的影響:在大部分【18F】 24.
(35) FLT 合 成 的 研 究 中 , 都 採 用 非 質 子 極 性 溶 劑 ( polar aprotic solvents, 如 DMF,DMSO,CH3CN)作為反應溶劑,因為【18F】fluoride 在此類溶劑中有較高的親核 性。在我們的研究中採用 CH3CN 作為溶劑,因為它的沸點較低,容易除去也易於分解。 近年來學者發現質子極性溶劑(polar aprotic solvents)叔丁醇(tert-Butanol)中配合 CS2CO3/K-222 或 TBAHCO3 也 能 得 到 較 高 的 產 率. ( 67 ). ,其原因是叔丁醇提高了. TBAH-F-18 或 Cs-F18 離子對的反應活性,在本研究中也使用 TBAHCO3 及叔丁醇。用 離子液體作催化劑和溶劑進行【18F】之標記也有很好的效果。主要是因為離子液體的存 在大大的降低了反應體系對水的敏感性,甚至可以將【18F】fluoride 的含少量水溶液直 接加入反應體系進行標記。 (4)保護基的水解:前驅物和【18F】fluoride 的標記反應只是 合成【18F】FLT 的第一步,第二步就是將 OH group 的保護基團水解掉。ㄧ般水解方式 有酸水解和鹼水解兩種,如果使用前驅物 5′-O-Benzonyl-2,3′-anhydrothymidine(BAThy precursor)合成【18F】FLT 時則採用鹼水解,因為 BAThy precursor 的保護基團 Benzol在鹼性條件下更容易水解,而本研究採用的前驅物上的保護基團 BOC-及 DMTr- 在酸性 條件下更容易水解,水解的程度可以通過 HPLC 曲線判斷,如果產品峰附近還有ㄧ個副 產品峰說明水解不完全,可透過適當提高水解溫度來改進。(5)殘餘水的影響:與合成 【18F】FDG 一樣, 【18F】FLT 的合成也需要很高的乾燥度,甚至比合成【18F】FDG 的 要求還高,只要少量的水就會造成合成失敗或產率大幅下降,所以在標記反應中共沸除 水是一關鍵步驟。本反應既不能有水也不能太乾燥,共沸除水過於乾燥也不利於反應之 進行。但有文獻報導用離子液體作為反應溶劑進行【18F】FLT 標記則存在少量的水對反 應也沒有影響(68),這或許也是一個研究【18F】FLT 標記的方向,可以減少蒸乾水分的 時間,縮短標記時間。. 25.
(36) 圖 4-3. Elimination Reaction. 資料來源 Suehiro M , Vallabhajosula S , Goldsimth SJ ,et al .(2007). 26.
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