Radiopharmaceutical for imaging
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叶酸

叶酸是一种 B 族维生素,是 DNA 合成和修复的辅酶,因此对于细胞发育和增殖都极为重要。叶酸为水溶性,不能储存在脂肪细胞中。因此,需要在膳食中持续摄入叶酸以确保上述重要过程不被中断1

摄入的叶酸进入血液,通过阴离子还原性叶酸载体和质子偶联的叶酸转运体进入细胞。此外,氧化的叶酸通过叶酸受体介导的内吞作用进入某些细胞。

叶酸受体存在于体内有限部位,包括肾脏、脉络丛、肺、唾液腺和胎盘。它对叶酸具有高亲和性。

叶酸用于肿瘤成像

叶酸受体在多种高度增殖的癌细胞中过表达,特别是在卵巢和子宫内膜癌症中。相反,健康细胞中叶酸受体的表达有限。总之,这使叶酸受体成为体内肿瘤检测和评估的主要指标。实际上,在多种癌症中均发现叶酸受体的表达与肿瘤分化有关,是可靠的预后指标1

全身放射性核素成像采用放射标记的叶酸,是确定叶酸受体表达,从而确定肿瘤状态的有利工具。叶酸的某些特征使其成为良好的成像配体候选物。叶酸分子量低,无免疫原性,可以承受放射标记所需的严苛化学条件。而且,这种标记不影响其与叶酸受体的亲和性2

叶酸的这些特性使其成为癌症成像和治疗的理想指标,推动了多种放射性标记叶酸的开发2

基于叶酸的放射性药物

生产的大部分有效的放射性叶酸均具有放射性核素,适于单光子发射计算机断层扫描 (SPECT)。包括 111In-二乙烯三胺五乙酸-叶酸、99mTc-叶酸和 67Ga-叶酸,临床前体内肿瘤靶向研究因此前景无量3。相反,几乎没有适用于临床正电子发射断层扫描 (PET) 成像的放射性叶酸。

 

 

基于叶酸的 PET 放射性药物的开发主要集中在多种 18F-叶酸衍生物。这些衍生物可以利用多种策略进行制备,直接标记或与 18F-标记的非朊基基团偶联。两种生产途径面临着相同的挑战,即如何在获得良好的放射化学产率的同时保持所需的药代动力学(低腹部背景)。

通过将非朊基基团 4-[18 F]氟苯胺与天然叶酸酰胺偶联生成 18F-叶酸,实现了对表达叶酸受体的肿瘤的良好可视化,但是合成耗时,放射化学产率低4。通过利用铜催化的叠氮化物-炔烃环加成(链接)反应提高了产率,但是由于信噪比差、腹部背景高,体内表现很差5。在尝试改进叶酸示踪剂特性时开发了多种替代物,但没有获得理想的 PET 成像配体6。通过利用链接反应将 18F-FDG 添加到叶酸衍生物上,实现了良好的放射化学产率和高组织摄取6,但是制备时间长,并且链接反应对于药代动力学具有不良影响。最近,基于丙氨酸(18F-alakyne)开发了新的可链接的 18F 非朊基基团7

此外,由于链接反应所需的铜催化剂的细胞毒性,使用 18F-二苯并环辛炔 (18F-DBCO) 作为非朊基基团,该基团可通过无铜链接反应与叶酸偶联(应变促进的叠氮化物炔烃环加成,SPAAC)8

评估用于 PET 成像的叶酸

最近一项研究比较了无铜 18F-DBCO 叶酸衍生物和使用传统的铜链接反应生成的 18F-Ala-叶酸9。这是首次在 PET 成像研究中测试无铜链接叶酸衍生物。在 KB 异种移植小鼠模型中评估了这两种叶酸放射性配体的体外性质和体内性能。使用布鲁克 AC-300 光谱仪得到 1H 和 19F 核磁共振 (NMR) 谱图,使用布鲁克 Advance II-400 光谱仪进行 13C NMR。在 nanoScan PET/MRI 上进行 PET/MRI 研究。通过 HPLC 确定叶酸衍生物的相对亲脂性。

 

 

18F-Ala-叶酸的放射化学产率为 22%。给接种了人 KB 癌细胞的小鼠静脉注射 18F-DBCO 叶酸和 18F-Ala-叶酸。两种叶酸衍生物在人血清白蛋白中都表现出稳定性,并对叶酸受体具有高度亲和性。但是 18F-DBCO 叶酸比 18F-Ala-叶酸的亲脂性高,致使其非特异性结合程度也更高。因此,18F-Ala-叶酸的体内性能更好,在 PET 扫描中能实现叶酸受体阳性肿瘤更加清晰可见7。由于 18F-Ala-叶酸在肝脏和胆囊中的积累,因此肿瘤-肝脏对比低于预期。

鉴于其高放射化学产率、放射化学纯度和良好的药代动力学,18F-Ala-叶酸有望成为叶酸受体 PET 成像候选物。但是,仍需要精细调整 18F-Ala-叶酸的代谢性质。

参考文献

1. Teng L, et al. Clinical translation of folate receptor-targeted therapeutics. Expert Opin Drug Deliv. 2012;9(8):901‑908.

2. Muller C, Schibli R. Folic acid conjugates for nuclear imaging of folate receptor-positive cancer. J Nucl Med 2011;52:1-4.

3. Kim MH, et al. Synthesis and Evaluation of 99mTc-Labeled Folate-Tripeptide Conjugate as a Folate Receptor-Targeted Imaging Agent in a Tumor-Bearing Mouse Model. Nucl Med Mol Imaging. 2015;49(3):200-207.

4. Bettio A, et al. Synthesis and preclinical evaluation of a folic acid derivative labeled with 18F for PET imaging of folate receptor-positive tumors. J Nucl Med. 2006;47(7):1153‑1160.

5. Ross TL, et al. Fluorine-18 click radiosynthesis and preclinical evaluation of a new 18F-labeled folic acid derivative. Bioconjug. Chem. 2008;19:2462-2470.

6. Schieferstein H, et al. 18 F-click labeling and preclinical evaluation of a new 18 F-folate for PET imaging. EJNMMI Res. 2013;3:68.

7. Schieferstein H, Ross TL. A polar 18F-labeled amino acid derivative for click labeling of biomolecules. Eur. J. Org. Chem. 2014, 17, 3546-3550.

8. Kettenbach K, et al. A 18F-labeled dibenzocyclooctyne (DBCO) derivative for copper-free click labeling of biomolecules. Med. Chem. Commun. 2016;7:654-657.

9. Kettenbach K, et al. Comparison Study of Two Differently Clicked 18F-Folates-Lipophilicity Plays a Key Role. Pharmaceuticals 2018;11:30.