Способ получения натрия бутирата, 11c

Способ получения натрия бутирата, ¹¹С относится к лекарственным средствам, точнее к соединениям, меченным радионуклидами, и может найти применение при получении радиофармацевтических препаратов (РФП) для позитронной эмиссионной томографии (ПЭТ). Способ включает ядерную реакцию ¹⁴N(p,α)¹¹C путем облучения азота природного изотопного состава протонами с энергией 13÷15 МэВ на циклотроне, взаимодействие полученного при этом углерода-11 с кислородом с образованием диоксида углерода-11, реакцию диоксида углерода-11 с пропилмагнийбромидом в безводном диэтиловом эфире, выделение масляной кислоты, ¹¹С добавлением к реакционной смеси стехиометрического количество 0,2 М раствора соляной кислоты, выделение целевого продукта методом твердофазной экстракции на микроколонке, заполненной обращеннофазной смолой, с последующим элюированием его раствором гидрокарбоната натрия. Способ обеспечивает высокий и стабильный выход целевого продукта (60±2%), сокращение времени синтеза до 12 минут (против 20 мин в прототипе), создание автоматизированного модуля синтеза препарата, значительное снижение радиационной нагрузки на персонал, осуществляющий синтез. 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к лекарственным средствам, точнее к соединениям, меченным радионуклидами, и может найти применение при получении радиофармацевтических препаратов (РФП) для позитронной эмиссионной томографии (ПЭТ).

В настоящее время известно большое количество меченных различными позитронно-излучающими радионуклидами соединений для ПЭТ, среди которых наиболее широко применяемыми являются РФП на основе глюкозы и ее производных. Данные РФП используются для диагностики заболеваний головного мозга, а также онкологических заболеваний различной локализации. Что касается исследований миокарда и новообразований других органов, то наряду с препаратами глюкозы нередко используются другие соединения. В энергетическом обеспечении жизнедеятельности сердечной мышцы большую роль играют жирные кислоты, окисление которых является основным источником энергии для сердца в аэробных условиях. Жирные кислоты обеспечивают 60% энергетических потребностей сердечной мышцы. При увеличении потребления миокардом кислорода увеличивается утилизация жирных кислот, тогда как метаболизм остальных субстратов остается неизменным. В связи с этим для исследования миокарда, в частности оценки интенсивности потребления кислорода, используются жирные кислоты, а именно приготовленные из них РФП. С помощью меченых жирных кислот возможно получение информации о метаболических процессах, протекающих в миокарде, что чрезвычайно важно при диагностике инфарктов миокарда, миокардиопатий, миокардитов, при исследовании сердца после операций по его трансплантации и других клинических ситуаций.

Ранее Центральным научно-исследовательским рентгенорадиологическим институтом (ЦНИРРИ) г.Санкт-Петербурга совместно с Институтом теоретической и экспериментальной физики (ИТЭФ) г. Москвы был создан РФП для ПЭТ, представляющий собой натрия бутират, ¹¹С, используемый для диагностики заболеваний сердца, объемных образований головного мозга (патент РФ №2138991), патологических состояний поджелудочной железы (патент РФ №2134545), а также для выявления злокачественных опухолей молочной железы (патент РФ №2134546).

Была разработана технологическая схема производства натрия бутирата, ¹¹С (прототип), включающая следующие стадии его синтеза (патент РФ №2121368):

1. получение радионуклида углерода-11;

2. получение диоксида углерода, углерод-11 (¹¹СО₂);

3. взаимодействие ¹¹СО₂ с пропилмагнийбромидом с образованием промежуточного комплекса CH₃CH₂CH₂ ¹¹CO₂MgBr;

4. разложение полученного комплекса соляной кислотой с получением масляной кислоты, ¹¹С;

5. получение натриевой соли масляной кислоты, ¹¹C (натрия бутират, ¹¹С).

Радионуклид углерод-11 получают по ядерной реакции ¹⁴N(р,α)¹¹С при облучении азота природного изотопного состава протонами с энергией 13-15 МэВ.

Химической формой стабилизации атомов углерода-11 является диоксид углерода, углерод-11, который образуется при взаимодействии «горячих» атомов углерода-11 с кислородом, имеющимся в качестве примеси в мишенном газе.

Диоксид углерода, углерод-11 из мишени циклотрона транспортируется в реакционный сосуд с находящимся в нем эфирным раствором пропилмагнийбромида (реактив Гриньяра) и вступает с ним во взаимодействие. Эфирный раствор реактива Гриньяра помещают в реакционный сосуд, заполненный инертным газом перед самым пропусканием ¹¹CO₂.

После окончания реакции в сосуд подают водный раствор 6 М соляной кислоты и смесь барботируют. После расслоения реакционной массы нижний солянокислый слой удаляют. Верхний слой представляет собой эфирный раствор масляной кислоты, ¹¹C.

В этот же сосуд затем подают водный раствор гидрокарбоната натрия и смесь барботируют. После расслоения реакционной массы эфир упаривают. Полученный раствор натрия бутират, ¹¹С с помощью шприца перемещается из реакционного сосуда в приемный через стерилизующий фильтр «Millipor».

Время синтеза препарата составляет 20 минут.

Такой способ приводит к получению натрия бутирата, ¹¹С с радиохимической чистотой не менее 95%. Однако выход целевого продукта невелик и колеблется от синтеза к синтезу в пределах 30÷40% что объясняется тем, что выделение и очистка препарата путем разделения кислотного и эфирного слоев при получении масляной кислоты, ¹¹С трудно поддается автоматизации. Разделение слоев проводят в режиме ручного управления процессом, что приводит к неизбежным и невоспроизводимым потерям целевого продукта. Неполная автоматизация процесса синтеза РФП приводит также к дополнительной радиационной нагрузке на персонал, осуществляющий синтез препарата. Кроме того, для лучшего разделения слоев требуется использование большого избытка соляной кислоты, что приводит к значительному загрязнению конечного продукта ионами хлора.

Кроме того, порции препарата, полученного за один синтез, в связи с низким выходом целевого продукта достаточно для обследования посредством ПЭТ только одного пациента, т.е. для каждого обследования приходится проводить отдельный синтез.

Технический результат настоящего изобретения состоит в повышении выхода и его стабильности, а также в автоматизации синтеза натрия бутирата, ¹¹C за счет твердофазной экстракции целевого продукта.

Этот результат достигается тем, что в известном способе получения натрия бутирата, ¹¹С, включающем ядерную реакцию ¹⁴N (р,α)¹¹С путем облучения азота природного изотопного состава протонами с энергией 13÷15 МэВ на циклотроне, взаимодействие полученного при этом углерода-11 с кислородом с образованием диоксида углерода-11, реакцию диоксида углерода, углерод-11 с пропилмагнийбромидом в безводном диэтиловом эфире, выделение масляной кислоты, ¹¹С добавлением к реакционной смеси раствора соляной кислоты, выделение целевого продукта и стерилизацию его с помощью фильтра «Millipor», в котором согласно изобретению при выделении масляной кислоты ¹¹С используют стехиометрическое количество 0,2 М раствора соляной кислоты, а выделение целевого продукта осуществляют методом твердо-фазной экстракции на микроколонке, заполненной обращенно-фазной смолой, с последующим элюированием его раствором гидрокарбоната натрия.

Целесообразно прошедший через колонку солянокислый раствор удалить, а колонку промыть раствором гидрокарбоната натрия, отбрасывая при этом первые 0,5 мл промывного раствора, после чего элюировать целевой продукт тремя порциями по 1 мл 1,38% раствора гидрокарбоната натрия.

Использование для выделения масляной кислоты, ¹¹C стехиометрического количества соляной кислоты в виде 0,2 М раствора значительно снижает избыточное количество ионов хлора, в результате чего уменьшается вероятность попадания их в конечный продукт.

Использование для выделения целевого продукта твердофазной экстракции его на микроколонке, заполненной обращенно-фазной смолой, исключает необходимость разделения эфирного и солянокислого слоев, полученных при получении масляной кислоты, ¹¹С. Таким образом, выделение и очистка целевого продукта проходит в одну стадию. Это значительно снижает его потери, соответственно повышая выход до 60±2% (практически в 2 раза) и одновременно сокращает время синтеза до 12 минут (против 20 мин в прототипе), что уменьшает потери целевого продукта за счет радиоактивного распада его за время синтеза. В результате этого порции препарата, полученной за один синтез, хватает на 2 обследования даже при наличии одного томографа. Кроме того, использование твердофазной экстракции целевого продукта позволяет автоматизировать весь синтез натрия бутирата, ¹¹С, что обеспечивает стабильность его выхода и снижает радиационную нагрузку на персонал.

Разработанный нами технологический процесс получения препарата состоит из следующих основных этапов, осуществляемых в автоматическом режиме:

- облучение газовой мишени для получения углерода-11 в форме диоксида углерода, углерод-11 (¹¹CO₂);

- транспортировка ¹¹CO₂ из мишени в реакционный сосуд;

- взаимодействие ¹¹СО₂ с пропилмагнийбромидом с образованием промежуточного комплекса CH₃CH₂CH₂ ¹¹CO₂MgBr;

- разложение промежуточного комплекса соляной кислотой;

- получение натриевой соли масляной кислоты, ¹¹С и ее очистка.

Получение углерода-11 осуществляется на ускорителе протонов по ядерной реакции ¹⁴N (р,α)¹¹С (энергия протонов 15 МэВ). Мишень представляет собой герметичный металлический цилиндр, в котором под давлением 6÷7 атмосфер находится газообразный азот природного изотопного состава. Химической формой стабилизации атомов углерода-11 является диоксид углерода, углерод-11, которая образуется при взаимодействии «горячих» атомов углерода-11 с кислородом, имеющимся в качестве примеси в мишенном газе.

Для синтеза масляной кислоты, ¹¹C, меченной по карбоксильному атому углерода используется реакция карбонизации пропилмагнийбромида (реакция Гриньяра).

Раствор пропилмагнийбромида в безводном эфире (реактив Гриньяра) получают по реакции:

Взаимодействие диоксида углерода, углерод-11 с 2 мл 0,10÷0,13 М эфирного раствора пропилмагнийбромида при 20÷25°С приводит к образованию магнийорганического комплекса [CH₃CH₂CH₂ ¹¹CO₂MgBr], при гидролизе которого под действием 1,0 мл 0,2 М соляной кислоты, образуется масляная кислота, ¹¹C.

Для удаления из реакционной массы остаточного растворителя (диэтилового эфира) через смесь барботируют азот в течение трех минут при температуре 60°С.

Образовавшуюся меченую масляную кислоту выделяют из реакционной смеси путем твердофазной экстракции, пропуская смесь через микроколонку, заполненную обращенно-фазной смолой типа HRP (полистиролдивинилбензольный адсорбент) (фирма «Macherey-Nagel») или аналогичной смолой. Прошедший через колонку солянокислый раствор, содержащий соли магния, удаляют как радиоактивные отходы. Затем колонку промывают 1,0 мл воды и 0,5 мл 1,38% раствора гидрокарбоната натрия. Промывные растворы, содержащие остатки соляной кислоты и неорганических солей, удаляют как радиоактивные отходы. Далее тремя порциями по 1,0 мл 1,38% раствора натрия гидрокарбоната элюируют с колонки целевой продукт.

Полученный продукт (раствор натрия бутирата, ¹¹С) стерилизуют фильтрованием через стерилизующий фильтр типа «Millipor».

Весь синтез проводят в автоматическом режиме, процесс занимает не более 12 минут.

Получают 2,4÷2,5 мл готового продукта, радиохимическая чистота препарата не менее 95%, объемная активность - 1,0÷1,4 ГБк/мл, что достаточно для выполнения 2-х исследований (на одном или одновременно двух томографах). Радиохимический выход целевого продукта составляет 60±2%.

Существенным достоинством разработанного метода является полная автоматизация синтеза натрия бутирата, ¹¹С.

Исследования раствора натрия бутирата, ¹¹С показали, что по показателям радиохимической чистоты и токсичности препарат безвреден для организма человека при внутривенном введении. Натрия бутират, ¹¹С является кардиотропным и неспецифическим туморотропным РФП и по своим диагностическим свойствам пригоден для проведения позитронной эмиссионной томографии с целью исследования перфузии и метаболизма миокарда, диагностики опухолей и контроля эффективности лечения пациентов с объемными образованиями головного мозга, а также злокачественными новообразованиями некоторых других органов (молочной железы, поджелудочной железы, органов малого таза).

В рамках клинических испытаний натрия бутирата, ¹¹С было обследовано 123 пациента, из них 62 пациентам провели исследование миокарда, а 61 - исследования по поводу новообразований. Пациенты были направлены из ЦНИРРИ (70 больных), из Военно-Медицинской Академии (13 больных), из Санкт-Петербургского Государственного Медицинского Университета (12 больных), из Научно-исследовательского института кардиологии (23 больных), из Научно-исследовательского института скорой помощи (5 больных).

В целом использование метода ПЭТ с натрия бутиратом, ¹¹С у различных категорий больных обеспечивает получение неинвазивным путем уникальных данных, которые не могут быть получены альтернативными способами, выводит на качественно новый уровень диагностику и контроль эффективности лечения заболеваний, что обогащает возможности врачей-клиницистов в решении этих проблем.

Таким образом, диагностический радиофармацевтический препарат, представляющий собой раствор натрия бутирата, ¹¹C является оригинальным препаратом, предназначенным для использования в позитронной, эмиссионной томографии с целью установления нарушений метаболизма миокарда и головного мозга, а также визуализации опухолей различной локализации.

Препарат прошел государственную регистрацию (Рег. №0011367/01-2002) (ФСП 42 0190140701), разрешен для медицинского применения и промышленного выпуска.

С 2002 г препарат, полученный по описанной технологии, активно используется в клинике ЦНИРРИ, и к настоящему времени число обследованных с его применением пациентов составляет более 300 человек.

Предлагаемый способ его получения по сравнению с известным имеет ряд существенных преимуществ.

1. Обеспечение высокого выхода целевого продукта до 60%, вдвое превосходящего его выход по способу-прототипу.

2. Достижение стабильного выхода при получении препарата от синтеза к синтезу в пределах ±2%, что очень важно для планирования количества обследуемых больных с его использованием.

3. Сокращение времени синтеза до 12 минут (против 20 мин в прототипе), что уменьшает потери целевого продукта за счет радиоактивного распада его за время синтеза.

4. Обеспечение возможности создания автоматизированного модуля синтеза препарата, что не только обуславливает стабильный его выход, но и значительно снижает радиационную нагрузку на персонал, осуществляющий синтез.

Способ разработан в отделении циклотронных РФП в ФГУ ЦНИРРИ и используется для получения и диагностики заболеваний сердца и опухолей молочной железы, поджелудочной железы, органов малого таза с помощью ПЭТ.

1. Способ получения натрия бутирата, ¹¹С, включающий ядерную реакцию ¹⁴N(p,α)¹¹C путем облучения азота природного изотопного состава протонами с энергией 13-15 Мэв, взаимодействие полученного при этом углерода-11 с кислородом с образованием диоксида углерода-11, реакцию диоксида углерода-11 с пропилмагнийбромидом в безводном диэтиловом эфире, выделение масляной кислоты, ¹¹С добавлением к реакционной смеси раствора соляной кислоты, выделение целевого продукта и стерилизацию его с помощью фильтра «Millipor», отличающийся тем, что при выделении масляной кислоты, ¹¹С используют стехиометрическое количество 0,2 М раствора соляной кислоты, а выделение целевого продукта осуществляют методом твердофазной экстракции на микроколонке, заполненной обращеннофазной смолой, с последующим элюированием его раствором гидрокарбоната натрия.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что прошедший через колонку солянокислый раствор удаляют, а колонку промывают раствором гидрокарбоната натрия, удаляя при этом первые 0,5 мл промывного раствора, после чего элюируют целевой продукт тремя порциями по 1 мл 1,38%-ного раствора гидрокарбоната натрия.