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PET显像剂代谢研究能否顺利进行, 主要取决于分析方法和分析技术的可行性。PET显像剂代谢研究中常用的样品分析技术主要有: 核医学显像技术、放射自显影技术、薄层色谱法、液相色谱法、LC-MS等技术。
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PET是重要的核医学诊断技术, 利用解剖形态方式进行功能、代谢和受体显像, 具有很高的敏感性和特异性, 可以从体外无损伤、定量和动态地测定PET显像剂在各组织器官中不同时刻的放射性, 从而得到放射性-时间曲线, 进而可以用适当的模型计算药代动力学参数。PET技术已经用于动物和人体药代动力学研究。近年来, micro-PET技术的发展为PET显像剂在小动物体内药代动力学的研究提供了便利[17-18]。Bading等[19-21]采用micro-PET技术研究11C标记的胸苷类似物11C-氟甲基阿糖呋喃尿嘧啶在荷瘤鼠的心脏、肾、膀胱、肝、骨髓、肿瘤中的生物学分布和药代动力学, 证明11C-氟甲基阿糖呋喃尿嘧啶可以进行组织DNA合成显像。
虽然PET技术灵敏度高, 可在活体内进行显像, 操作简便, 但是它检测的是放射性强度, 不能提供化学结构信息, 因此只能分析PET显像剂在体内的分布情况和消除快慢, 不能区分PET显像剂原型和放射性代谢物, 不能提供其在体内的生物转化信息。
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放射性自显影技术是利用放射性核素所发射的带电粒子作用于感光材料卤化银晶体, 从而产生潜影, 这种潜影可以用显影液显示, 成为可见的“像”。该技术可以使研究达到亚细胞和分子水平, 并以图像形式表示其生理功能。放射性自显影技术灵敏度高, 定位准确, 可以区分内源性物质和外源性物质, 操作简便, 特别适合于进行药物的组织分布研究, 还可定位观察标记药物的微观分布。其缺点是专属性不强, 难以区分原型药和代谢产物, 不能给出化学结构信息[22]。有人采用放射自显影方法分析18F-氟代氟马西尼和18F-氟马西尼在大鼠脑中的分布, 发现18F-氟代氟马西尼在大鼠脑中没有特异性结合, 而18F-氟马西尼表现出很好的区域结合[23]。
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TLC是一种常规的分析方法, 具有一定的分离能力, 可以将极性差异较大的放射性代谢产物和原型药分离开来, 通过检测不同比移值处化合物的放射性强度的差异, 对PET显像剂的代谢情况进行初步的定性和定量分析[24]。此法优点是操作简便易行, 分析快速; 缺点是灵敏度不高, 对于极性相差较小的代谢产物不易分离, 分析结果比较粗略, 不能得到代谢产物的结构信息。TLC常用来初步分析有无代谢产物的生成。
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HPLC是药物分析中最常用的方法之一, 可与放射活性检测器联合组成Radio-HPLC在线检测系统。PET显像剂经HPLC分离以后, 采用放射性检测器检测放射性核素发出的射线强度, 利用保留时间的不同, 可以区分原药和代谢产物。该方法具有适用范围广、分离性能好、分析速度快、灵敏度高等优点, 是PET显像剂代谢研究中广泛使用的分析方法。Gillings等[25]用Radio-HPLC方法分析了11C标记的血浆中4种PET显像剂的代谢情况。Radio-HPLC方法也只能检测放射活性, 而无法给出结构信息。目前常用的方法是将PET显像剂代谢产物的放射性峰与相应的含稳定同位素的标准品的紫外吸收峰对应, 若两个峰的保留时间吻合, 即可据此推测代谢产物的结构; 也可通过合成和标记得到可能的放射性代谢产物, 然后与生物样品的检测结果比对保留时间, 确证放射性代谢产物结构。
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MS是强有力的结构分析工具, 能为结构定性提供较多的信息, 不仅特异性高, 而且具有极高的检测灵敏度, 是理想的色谱检测器。LC-MS和LCMS/MS技术已经成为药物代谢研究中最重要的方法之一, 它不仅可以对浓度极低的代谢产物进行定量分析, 还可以对代谢产物进行结构鉴定[26-27]。对于PET显像剂代谢研究, 目前常用的方法是通过研究冷标记的含稳定同位素的标准品的代谢来得到PET药物的代谢结果, 稳定同位素的标准品与PET药物的理化性质一致, 因此认为它们在体内的生物转化方式是一致的。
近年来, 人们在LC-MS的基础上加入放射性检测器, 组成Radio-LC-MS分析系统, 将LC的高分离能力与MS的结构分析能力以及随机存储的高灵敏度和专属特异性合为一体, 促进了PET显像剂代谢的研究[28]。Boswell等[29]研究了64Cu-CB-TE2A和64Cu-TETA(两种64Cu标记的Azamacrocyclic配合物)在大鼠肝中的生物转化, 他们采用Radio-LC-MS研究推测64Cu-TETA的主要代谢途径, 是分子中两个没有配位的羧基发生了丙酯化反应。表 1总结了PET显像剂代谢研究中使用的代谢模型, 发生代谢反应的类型以及采用的分析技术。
化合物 靶组织 代谢模型 代谢类型 分析技术 参考文献 5-羟色胺受体 体外人肝微粒 酰胺水解 高效液相色谱 [30] 5-羟色胺受体 体内猴: 血, 尿 羟基化, N-去苯基化 高效液相色谱法, 液相色谱-质谱联用法, PET [9] 5-羟色胺受体 体内人: 血 还原, 去烷基化 高效液相色谱法, PET [5, 16] 5-羟色胺受体 体内小鼠: 骨, 血, .肝: 体外小鼠S9肝切片, 肝微粒体 羟基化, 去氟化 薄层色谱法, 高效液相色谱法, 液相色谱-质谱联用法 [4] 多巴胺转运体 体内大鼠: 脑: 体内猴, 人: 血 N-去烷基化 高效液相色谱法, 液相色谐-质谱联用法 [31] 多巴胺转运体 体内大鼠: 脑, 血, 尿 羟基化, N-去烷基化, 酯水解 高效液相色谱法, 薄层色谱法, 液相色谱-质谱联用法 [6] 苯二氮䓬受体 体内大鼠: 脑, 血 酯水解 高效液相色谱法, 薄层色谱法, 固相萃取法 [23, 32] 苯二氮䓬受体 体内人: 血 去甲基化, 酰胺水解 高效液相色谱法, 薄层色谱法, 核磁共振成像, PET [33] 腺苷受体 体内大鼠, 人: 血; 体外大鼠, 人肝微粒体 氧化 薄层色谱法, 高效液相色谱法, 液相色谱-质谱联用法 [34] 胆碱受体 体内人: 血 N-氧化, S-氧化, N-去甲基化 薄层色谱法, 高效液相色谱法 [15] 内皮素受体 体内小鼠, 大鼠: 血, 尿: 体外小鼠心室膜 去氟乙基化 高效液相色谱法, PET [35] 乙酰胆碱酯酶 体内大鼠: 脑, 血 酯水解 薄层色谱法 [24] 淀粉样蛋白斑块和神经原纤维缠结 体内大鼠: 脑; 体内人: 血; 体外人肝细胞 N-去烷基化, N-去甲基化 PET, 高效液相色谱法 [36] 表 1 PET显像剂代谢模型、代谢类型和分析技术总结表
正电子放射性显像剂代谢及其研究方法进展
The progress on researching method and metabolism of positron radiopharmaceutical
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摘要: 正电子放射性显像剂主要用于PET的研究,能在分子水平上反映细胞代谢、细胞受体活性、细胞核内的核酸合成以及细胞基因的改变,在临床疾病诊断和治疗中有重要的地位和作用。PET显像剂进入生物体内后会发生代谢转化,了解PET显像剂的代谢途径和转化过程,对于准确分析和解释显像结果及设计开发新型PET显像剂非常重要。该文总结了目前PET显像剂代谢研究的现状,并对PET显像剂代谢研究方法以及分析技术等进行了综述。
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关键词:
- 正电子发射断层显像术 /
- 放射性药物 /
- 生物转化 /
- 药物代谢
Abstract: Positron radiopharmaceuticals are mainly used for PET studies, which are used in the field of nuclear medicine as tracers in the diagnosis and treatment of many diseases.They have important position and fuction in the clinical diagnosis and treatment.Metabolism or biotransformation will happen when PET radiopharmaceuticals enter into the body.Understanding the metabolic fate of radio-pharmaceutical probes is essential for an accurate analysis and interpretation of positron emission tomography imaging.The recent research progress on PET radiopharmaceuticals metabolism was reviewed in this paper, including the metabolism characteristics, research methods, analytical techniques and so on.-
Key words:
- Positron-emission tomography /
- Radiopharmaceuticals /
- Biotransformation /
- Metabolism
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表 1 PET显像剂代谢模型、代谢类型和分析技术总结表
化合物 靶组织 代谢模型 代谢类型 分析技术 参考文献 5-羟色胺受体 体外人肝微粒 酰胺水解 高效液相色谱 [30] 5-羟色胺受体 体内猴: 血, 尿 羟基化, N-去苯基化 高效液相色谱法, 液相色谱-质谱联用法, PET [9] 5-羟色胺受体 体内人: 血 还原, 去烷基化 高效液相色谱法, PET [5, 16] 5-羟色胺受体 体内小鼠: 骨, 血, .肝: 体外小鼠S9肝切片, 肝微粒体 羟基化, 去氟化 薄层色谱法, 高效液相色谱法, 液相色谱-质谱联用法 [4] 多巴胺转运体 体内大鼠: 脑: 体内猴, 人: 血 N-去烷基化 高效液相色谱法, 液相色谐-质谱联用法 [31] 多巴胺转运体 体内大鼠: 脑, 血, 尿 羟基化, N-去烷基化, 酯水解 高效液相色谱法, 薄层色谱法, 液相色谱-质谱联用法 [6] 苯二氮䓬受体 体内大鼠: 脑, 血 酯水解 高效液相色谱法, 薄层色谱法, 固相萃取法 [23, 32] 苯二氮䓬受体 体内人: 血 去甲基化, 酰胺水解 高效液相色谱法, 薄层色谱法, 核磁共振成像, PET [33] 腺苷受体 体内大鼠, 人: 血; 体外大鼠, 人肝微粒体 氧化 薄层色谱法, 高效液相色谱法, 液相色谱-质谱联用法 [34] 胆碱受体 体内人: 血 N-氧化, S-氧化, N-去甲基化 薄层色谱法, 高效液相色谱法 [15] 内皮素受体 体内小鼠, 大鼠: 血, 尿: 体外小鼠心室膜 去氟乙基化 高效液相色谱法, PET [35] 乙酰胆碱酯酶 体内大鼠: 脑, 血 酯水解 薄层色谱法 [24] 淀粉样蛋白斑块和神经原纤维缠结 体内大鼠: 脑; 体内人: 血; 体外人肝细胞 N-去烷基化, N-去甲基化 PET, 高效液相色谱法 [36] -
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