본 연구는 그리냐르 시약과 $[^{11}C]$$CO_2$ 가스의 반응온도를 최적화하여 $[^{11}C]$아세트산의 방사화학적 수율을 향상시킬 수 있는 방법을 개발하고자 하였다. 본 연구에서는 $TRACERlab^{TM}$$FX_{C-Pro}$ 자동합성장치에 기체포집 반응법과 고체상 추출 카트리지 분리정제법을 적용하여 $[^{11}C]$아세트산을 합성하였다. 그리냐르 시약으로 3.0 M $CH_3MgCl$를 사용하였으며, 표지반응 시 무수 tetrahydrofuran을 사용하여 0.5 M $CH_3MgCl$로 희석하여 사용하였다. 사이클로트론에서 생산된 $[^{11}C]$$CO_2$ 가스를 포집 후 반응용기에 담겨있는 그리냐르 시약에 불어넣을 때 반응용기를 액체질소로 냉각하여 $0^{\circ}C$, $-10^{\circ}C$, $-55^{\circ}C$가 각각 되게 한 후 표지반응을 진행하였다. 표지 반응 후 1 mM 아세트산 용액을 넣어 반응액을 희석한 후 고체상 추출 카트리지 IC-H와 IC-Ag를 차례로 통과시켜 불순물을 제거하고, 최종산물인 $[^{11}C]$아세트산은 SAX 카트리지에 통과시켜 흡착시킨 후 주사용수를 통과시켜 유기용매 및 불순물을 제거한 후 생리식염수로 용출하였다. 용출된 $[^{11}C]$ 아세트산은 $0.22-{\mu}m$ 멸균필터를 사용하여 멸균 후 HPLC로 방사화학적 순도를 측정하였다. 사이클로트론의 빔 전류를 $50{\mu}A$로 고정하고 빔 조사를 20분간 하여 생산된 $[^{11}C]$$CO_2$ 가스를 그리냐르 시약과 반응시킬 때 온도가 $0^{\circ}C$일 때 $15.2{\pm}1.6GBq$ (n=5)의 $[^{11}C]$아세트산이 합성되었고, 표지반응온도가 $-10^{\circ}C$일 때는 $18.7{\pm}2.1GBq$ (n=19)가 합성되었으며, $-55^{\circ}C$일 때는 $7.7{\pm}1.7GBq$ (n=19)가 합성되었다. 방사화학적 수율이 가장 높았던 $-10^{\circ}C$에서 빔 조사시간에 따른 $[^{11}C]$ 아세트산의 합성수율을 비교하였을 때 10분간 빔을 조사할 때보다 20분간 조사할 경우 약 1.9배 생산량이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구를 통해 $[^{11}C]$$CO_2$ 가스와 그리냐르 시약을 $-10^{\circ}C$에서 반응 할 경우 방사화학적 수율을 크게 개선할 수 있어 향후 임상에서 통상적으로 생산 시 유용한 표지조건으로 활용될 수 있을 것이라 기대된다.
본 연구는 그리냐르 시약과 $[^{11}C]$$CO_2$ 가스의 반응온도를 최적화하여 $[^{11}C]$아세트산의 방사화학적 수율을 향상시킬 수 있는 방법을 개발하고자 하였다. 본 연구에서는 $TRACERlab^{TM}$$FX_{C-Pro}$ 자동합성장치에 기체포집 반응법과 고체상 추출 카트리지 분리정제법을 적용하여 $[^{11}C]$아세트산을 합성하였다. 그리냐르 시약으로 3.0 M $CH_3MgCl$를 사용하였으며, 표지반응 시 무수 tetrahydrofuran을 사용하여 0.5 M $CH_3MgCl$로 희석하여 사용하였다. 사이클로트론에서 생산된 $[^{11}C]$$CO_2$ 가스를 포집 후 반응용기에 담겨있는 그리냐르 시약에 불어넣을 때 반응용기를 액체질소로 냉각하여 $0^{\circ}C$, $-10^{\circ}C$, $-55^{\circ}C$가 각각 되게 한 후 표지반응을 진행하였다. 표지 반응 후 1 mM 아세트산 용액을 넣어 반응액을 희석한 후 고체상 추출 카트리지 IC-H와 IC-Ag를 차례로 통과시켜 불순물을 제거하고, 최종산물인 $[^{11}C]$아세트산은 SAX 카트리지에 통과시켜 흡착시킨 후 주사용수를 통과시켜 유기용매 및 불순물을 제거한 후 생리식염수로 용출하였다. 용출된 $[^{11}C]$ 아세트산은 $0.22-{\mu}m$ 멸균필터를 사용하여 멸균 후 HPLC로 방사화학적 순도를 측정하였다. 사이클로트론의 빔 전류를 $50{\mu}A$로 고정하고 빔 조사를 20분간 하여 생산된 $[^{11}C]$$CO_2$ 가스를 그리냐르 시약과 반응시킬 때 온도가 $0^{\circ}C$일 때 $15.2{\pm}1.6GBq$ (n=5)의 $[^{11}C]$아세트산이 합성되었고, 표지반응온도가 $-10^{\circ}C$일 때는 $18.7{\pm}2.1GBq$ (n=19)가 합성되었으며, $-55^{\circ}C$일 때는 $7.7{\pm}1.7GBq$ (n=19)가 합성되었다. 방사화학적 수율이 가장 높았던 $-10^{\circ}C$에서 빔 조사시간에 따른 $[^{11}C]$ 아세트산의 합성수율을 비교하였을 때 10분간 빔을 조사할 때보다 20분간 조사할 경우 약 1.9배 생산량이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구를 통해 $[^{11}C]$$CO_2$ 가스와 그리냐르 시약을 $-10^{\circ}C$에서 반응 할 경우 방사화학적 수율을 크게 개선할 수 있어 향후 임상에서 통상적으로 생산 시 유용한 표지조건으로 활용될 수 있을 것이라 기대된다.
Purpose $[^{11}C]$acetate has been proved useful in detecting the myocardial oxygen metabolism and various malignancies including prostate cancer, hepatocellular carcinoma, renal cell carcinoma and brain tumors. The purpose of study was to improve the radiosynthesis ...
Purpose $[^{11}C]$acetate has been proved useful in detecting the myocardial oxygen metabolism and various malignancies including prostate cancer, hepatocellular carcinoma, renal cell carcinoma and brain tumors. The purpose of study was to improve the radiosynthesis yield of $[^{11}C]$acetate on a automated radiosynthesis module. Materials and Methods $[^{11}C]$acetate was prepared by carboxylation of grignard reagent, methylmagnesium chloride, with $[^{11}C]$$CO_2$ gas, followed by hydrolysis with 1 mM acetic acid and purification using solid phase extraction cartridges. The effect of the reaction temperature ($0^{\circ}C$, $10^{\circ}C$, $-55^{\circ}C$) and cyclotron beam time (10 min, 15 min, 20 min, 25 min) on the radiosynthesis yield were investigated in the $[^{11}C]$acetate labeling reaction. Results The maximum radiosynthesis yield was obtained at $-10^{\circ}C$ of reaction temperature. The radioactivities of $[^{11}C]$acetate acquired at $-10^{\circ}C$ reaction temperature was 2.4 times higher than those of $[^{11}C]$acetate acquired at $-55^{\circ}C$. Radiosynthesis yield of $[^{11}C]$acetate increased with increasing cyclotron beam time. Conclusion This study shows that radiosynthesis yield of $[^{11}C]$acetate highly dependent on reaction temperature. The best radiosynthesis yield was obtained in reaction of grignard reagent with $[^{11}C]$$CO_2$ at $-10^{\circ}C$. This radiolabeling conditions will be ideal for routine clinical application.
Purpose $[^{11}C]$acetate has been proved useful in detecting the myocardial oxygen metabolism and various malignancies including prostate cancer, hepatocellular carcinoma, renal cell carcinoma and brain tumors. The purpose of study was to improve the radiosynthesis yield of $[^{11}C]$acetate on a automated radiosynthesis module. Materials and Methods $[^{11}C]$acetate was prepared by carboxylation of grignard reagent, methylmagnesium chloride, with $[^{11}C]$$CO_2$ gas, followed by hydrolysis with 1 mM acetic acid and purification using solid phase extraction cartridges. The effect of the reaction temperature ($0^{\circ}C$, $10^{\circ}C$, $-55^{\circ}C$) and cyclotron beam time (10 min, 15 min, 20 min, 25 min) on the radiosynthesis yield were investigated in the $[^{11}C]$acetate labeling reaction. Results The maximum radiosynthesis yield was obtained at $-10^{\circ}C$ of reaction temperature. The radioactivities of $[^{11}C]$acetate acquired at $-10^{\circ}C$ reaction temperature was 2.4 times higher than those of $[^{11}C]$acetate acquired at $-55^{\circ}C$. Radiosynthesis yield of $[^{11}C]$acetate increased with increasing cyclotron beam time. Conclusion This study shows that radiosynthesis yield of $[^{11}C]$acetate highly dependent on reaction temperature. The best radiosynthesis yield was obtained in reaction of grignard reagent with $[^{11}C]$$CO_2$ at $-10^{\circ}C$. This radiolabeling conditions will be ideal for routine clinical application.
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문제 정의
표지반응 후 [11C]아세트산은 고성능 액체 크로마토그래피 (High-performance liquid chromatography, HPLC) 혹은 고체상 추출 (solid phase extraction, SPE) 카트리지로 분리정제 한다. 본 연구에서는 기체포집 반응법에서 그리냐르 시약과 [11C]CO2 가스의 반응온도를 최적화함에 따라 [11C]아세트산의 방사화학적 수율을 증가하는 방법을 소개하고자 한다.
양전자방출 방사성동위원소인 C-11은 20분의 비교적 짧은 반감기를 가지고 있어 C-11 방사성의약품의 표지, 분리정제, 멸균, 정도관리 및 배송까지의 시간을 고려하였을 때 임상에서는 높은 방사화학적 수율이 요구된다. 이에 본 연구에서는 기체포집 반응법을 이용하여 [11C]아세트산을 합성 시 [11C]CO2 가스와 그리냐르 시약의 반응을 다양한 온도에서 실시하여 [11C]아세트산의 방사화학적 수율을 증가시킬 수 있는 방법을 개발하고자 하였다.
제안 방법
본 연구에서는 [11C]아세트산의 합성을 위하여 기체포집 반응법과 고체상 추출카트리지 분리정제를 병행한 방법을 사용하였다. 그리냐르 시약으로 3.
사이클로트론의 빔 가속시간에 따른 [11C]아세트산의 생산량을 비교하기 위하여 빔 전류 (beam current)를 50 μA로 고정 후 10분, 15분, 20분, 25분간 각각 조사 후 -10℃로 냉각된 반응용기 담겨있는 0.5 M CH3MgCl에 [11C]CO2 가스를 불어넣어 [11C]아세트산을 표지하였다. 분리정제 방법은 동일하게 진행하였다.
제조완료 후 방사화학적 순도는 Bioscan사의 FC-200가 장착된 Waters사의 HPLC (Alliance e2695 HPLC system)를 사용하여 측정하였다. 고정상으로 역상 Zorbax SB-Aq 컬럼 (4.
성능/효과
본 실험에서[11C]CO2 가스와 그리냐르 시약의 표지반응 온도가 -10℃일 때 [11C]아세트산의 생산량은 표지반응 온도가 -55℃일 때보다 약 2.4배 증가하였고, 표지반응 온도가 0℃일 때보다 약 1.2배 증가함을 확인할 수 있었다. 또한, 빔 조사시간에 따라서도 [11C]아세트산의 합성수율이 증가하는 것을 확인할 수 있었는데, 10분간 빔을 조사할 때보다 20분간 조사할 경우 약 1.
후속연구
9배 생산량이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구를 통해 [11C]CO2 가스와 그리냐르 시약을 -10℃에서 반응 할 경우 방사화학적 수율을 크게 개선할 수 있어 향후 임상에서 통상적으로 생산 시 유용한 표지조건으로 활용될 수 있을 것이라 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
동화작용경로는 어디에 사용되는가?
1) 아세트산은 세포에 섭취 된 후 아세틸 조효소 A 합성효소 (acetyl CoA synthetase)에 의해 아세틸 조효소 A (acetyl coenzyme A, acetyl-CoA)로 변환하게 된다. 변환된 아세틸 조효소 A는 콜레스테롤과 지방산으로 합성되어 세포막의 성분으로 사용되는 동화작용경로 (anabolic pathway) 에 사용되거나, 미토콘드리아 내에서 트리카복실산 회로 (tricarboxylic acid cycle)에 의해 이산화탄소와 물로 산화되면서 에너지를 만드는 이화작용경로 (catabolic pathway)에사용된다.1-4) 생체 내 투여된 [11C]아세트산은 심장에 섭취되어 트리카복실산 회로를 통해 [11C]CO2로 대사되는데, 이때 심근에서 [11C]아세트산의 제거율은 심근의 산소 소모와 밀접한 연관성이 있어 [11C]아세트산을 이용해 산소 소비량을 비침습적으로 측정할 수 있다.
아세트산 양전자단층촬영의 필요성은?
[11C]아세트산 양전자단층촬영은 허혈성 심질환, 간세포암, 신세포암, 전립샘암, 뇌종양 등의 진단에 유효한 것으로 알려져 있다.1) 아세트산은 세포에 섭취 된 후 아세틸 조효소 A 합성효소 (acetyl CoA synthetase)에 의해 아세틸 조효소 A (acetyl coenzyme A, acetyl-CoA)로 변환하게 된다.
대부분의 종양세포와 달리 다른 간암, 전립선암이 특이점은?
5,6) 대부분의 종양세포는 정상세포보다 당대사가 증가되어 있어 [18F]flurodeoxyglucose ([18F]FDG)의 섭취가 증가된다. 하지만 간암이나 전립선암 등은 특이하게 포도당 섭취가 낮지만 아세트산의 섭취는 증가된다.7,8) 아세트산의 종양세포에서의 축척에 대한 정확한 기전은 밝혀지지 않았으나 Yoshimoto 등의 연구에 의하면 C-14이 표지된 아세트산은 종양세포에 섭취 시 포스파티딜콜린 (phosphatidylcholine)과 지질의 합성에 주로 사용된다고 보고하였고9), Vavere 등은 전립선암 세포에서 지방산 합성효소 (fatty acid synthase)를 억제할 경우 [11C]아세트산의 섭취가 감소되는 것을 보고하였다10).
참고문헌 (15)
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Choudhary, C., Weinert, B.T., Nishida, Y., Verdin, E., and Mann, M. The growing landscape of lysine acetylation links metabolism and cell signalling. Nat Rev Mol Cell Biol 2014:15;536-550.
Pietrocola F, Galluzzi L, Bravo-San Pedro JM, Madeo F, Kroemer G. Acetyl coenzyme A: a central metabolite and second messenger. Cell Metab 2015;21:805-821.
Arakawa K, Kudo T, Ikawa M, Morikawa N, Kawai Y, Sahashi K, et al., Abnormal myocardial energy-production state in mitochondrial cardiomyopathy and acute response to L-arginine infusion. $^{11}C$ -acetate kinetics revealed by positron emission tomography. Circ J 2010;74:2702-2711.
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Yoshimoto M, Waki A, Yonekura Y, Sadato N, Murata T, Omata N, et al., Characterization of acetate metabolism in tumor cells in relation to cell proliferation: acetate metabolism in tumor cells. Nucl Med Biol 2001;28:117-122.
Vavere AL, Kridel SJ, Wheeler FB, Lewis JS. $^{11}C$ -acetate as a PET radiopharmaceutical for imaging fatty acid synthase expression in prostate cancer. J Nucl Med 2008;49:327-334.
Roeda D, Dolle F, Crouzel C. An improvement of [ $^{11}C$ ]acetate synthesis non-radioactive contaminants by irradiation-induced species emanating from the [ $^{11}C$ ]carbon dioxide production target. Appl Radiat Isotopes 2002;57:857-860.
Davenport RJ, Dowsett K, Pike VW. A simple technique for the automated production of no-carrier-added [1- $^{11}C$ ]acetate. Appl Radiat Isotopes 1997;48:1117-1120.
Pike VW, Eakins MN, Allan RM, Selwyn AP. Preparation of [1- $^{11}C$ ]acetate-an agent for the study of myocardial metabolism by positron emission tomography. Int J Appl Radiat Isot 1982;33:505-512.
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