Synthesis Optimisation of High Specific Activity Carbon-11 Radiopharmaceuticals for Brain PET Studies

Abstract

A radioquímica e a engenharia aplicada à síntese são as fundações da produção radiofarmacêutica e o seu posterior uso em técnicas de diagnóstico por imagem como a tomografia por emissão de positrões. A introdução do [11C]iodeto de metilo e do [11C]metil triflato como moléculas marcadoras de compostos biologicamente ativos impulsionou não só o desenvolvimento de radiofármacos marcados com carbono-11 como também de soluções automatizadas para a produção destes agentes de radiomarcação.Neste trabalho, estudámos a produção automatizada de [11C]metil triflato, partindo de [11C]CO2 produzido em ciclotrão através da reação nuclear 14N(p,α)11C, através de duas vias de síntese: o tão chamado método de fase líquida e a processo em fase gasosa. A partir deste precursor radioativo, radiofármacos no estado da arte como [11C]PiB e [11C]β-CITFE podem ser produzidos, usando o método de captura de solvente, para o estudo de doenças neurodegenerativas como Alzheimer e Parkinson. Após purificação por cromatografia líquida de alta performance, estes produtos foram reformulados e esterilizados para se obter uma solução injetável pronta para uso humano, após apropriados testes de controlo de qualidade. Foi nosso objetivo avaliar qual das técnicas de síntese era mais apropriada num contexto de rotina ativa bem como otimizar o método de fase gasosa e estabelecer procedimentos de manutenção de modo a ter um equipamento funcional e fiável.Foram obtidas atividades molares de 128.65 ± 56.73 GBq/µmol e 93.39 ± 48.83 GBq/µmol e atividades de 81.24 ± 29.83 mCi e 90.66 ± 41.47 mCi no fim de síntese para [11C]PiB e [11C]β-CITFE, respetivamente. As altas atividades molares alcançadas tornam a fase gasosa a técnica de eleição para a síntese de para [11C]PiB e [11C]β-CITFE, sendo que estes resultados devem ser aplicados a outros radiofármacos marcados com carbono-11. Além disso, este processo provou ser-se muito adequado numa ativa rotina de produção pela possibilidade da realização de várias sínteses sucessivas por dia, seguido uma simples rotina diária de manutenção. As manutenções preventivas adotadas refletiram-se num processo altamente reprodutível e fiável com uma taxa de sucesso de sínteses muito elevada (aproximadamente 100%).

Radiochemistry and engineering applied to synthesis are the foundations of radiopharmaceutical production and its further use in diagnostic imaging techniques such as positron emission tomography. The introduction of [11C]methyl iodide and [11C]methyl triflate as labelling molecules of biologically active compounds motivated not only the development of carbon-11 labelled radiopharmaceuticals but also of automated solutions for the synthesis of these radiolabelling agents.In this work, we studied the automated production of [11C]methyl triflate, starting from [11C]CO2 produced in a cyclotron by the nuclear reaction 14N(p,α)11C, by two different synthetic routes: the so-called “wet” method and the gas phase approach. From this radioactive precursor, state-of-the-art radiopharmaceuticals such as [11C]PiB and [11C]β-CITFE can be produced, using the captive solvent method, to study important neurodegenerative diseases such as Alzheimer’s and Parkinson’s. After purification using high performance liquid chromatography, these products were reformulated and sterilized to obtain an injectable solution ready for human use after the appropriate quality control tests. It was our goal to evaluate which of the synthesis techniques was more suitable in the routine context as well as to optimise the gas phase approach and establish maintenance procedures in order to have a functional and reliable equipment.Molar activities of 128.65 ± 56.73 GBq/µmol and 93.39 ± 48.83 GBq/µmol, and 81.24 ± 29.83 mCi and 90.66 ± 41.47 mCi activities were obtained in the end of synthesis for [11C]PiB and [11C]β-CITFE, respectively. High molar activities attained make the gas phase the technique of choice for [11C]PiB and [11C]β-CITFE synthesis and these results should be applicable to other 11C-radiopharmaceuticals. Additionally, this process proved to be very suitable in a busy production schedule due to the possibility of performing multiple synthesis per day following a very simple daily maintenance routine. The established preventive maintenance procedures have resulted in a highly reproducible and reliable process with a very high synthesis success rate (approximately 100%).