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第一部分18F-Al-NOTA-MAL-Cys39-exendin-4的合成、标记与质控目的:采用氟化铝标记法制备针对胰高血糖素肽-1受体(GLP-1R)的胰岛β细胞显像剂18F-Al-NOTA-MAL-Cys39-exendin-4,并进行质量控制分析。方法:首先将Cys39-exendin-4与MAL-NOTA连接,制备成标记前体NOTA-MALCys39-exendin-4,并通过冻干工艺制作分装。将已经制备好的NOTA-MAL-Cys39-exendin-4通过Al18F一步法标记法进行合成反应。通过高效液相色谱仪(HPLC)检测与前体NOTA-MAL-Cys39-exendin-4紫外峰对照,并通过分析型HPLC方法测定放射化学纯度,并测定其体外稳定性。将18F-Al-NOTA-MAL-Cys39-exendin-4用PBS稀释成1μCi/μl后加入0.5ml的正辛醇,离心、分层后用γ计数仪测放射性活度(CPM值),计算其油水分配系数。经ICR小鼠尾静脉注射18F-Al-NOTA-MAL-Cys39-exendin-4注射液3.7×107Bq/0.2ml,观察48h,后处死并解剖,观察各器官受损情况。结果:制备成功NOTA-MAL-Cys39-exendin-4,经冻干工艺分装于西林瓶中保存。其分子质量经LC-MS确定。Al18F一步法标记NOTA-MAL-Cys39-exendin-4,全部过程可在30 min以内完成,获得产物18F-Al-NOTA-MAL-Cys39-exendin-4。经分析型HPLC检测,放射性峰保留时间与前体NOTA-MAL-Cys39-exendin-4紫外峰保留时间一致。经分析型HPLC检测18F-Al-NOTA-MAL-Cys39-exendin-4,体外5.5h稳定性较好,未见脱氟。其油水分配系数为-1.86,提示为亲水性。实验结果示:注射了18F-AlNOTA-MAL-Cys39-exendin-4的小鼠,在观察期内未见死亡和异常。经解剖内脏器官未见损伤。病理HE染色示各细胞形态与正常对照组细胞无明显差异。结论:合成标记前体NOTA-MAL-Cys39-exendin-4,然后用Al18F一步法标记合成18F-Al-NOTA-MAL-Cys39-exendin-4,具备方法简单、产率高、放化纯度高、体外稳定性好等优点,且安全可靠、毒性小,可进行细胞、动物等实验,易于临床转化使用。第二部分18F-Al-NOTA-MAL-Cys39-exendin-4胰岛β细胞显像实验研究目的:行细胞摄取和阻断实验验证GLP-1R靶向正电子显像剂18F-Al-NOTAMAL-Cys39-exendin-4与β细胞是否特异性结合并计算结合率。分析该药物在大鼠体内的生物学分布特征,并行micro PET显像验证其进行胰岛β细胞显像的可行性。方法:通过胰腺内分泌β细胞系INS-1细胞和外分泌细胞系PANC-1细胞与18FAl-NOTA-MAL-Cys39-exendin-4一起培育不同时间,测量计算各时间两种细胞对该药物的结合率。另应用非放射性标记的Cys39-exendin-4对靶点GLP-1R阻断后,测量两种细胞对18F-Al-NOTA-MAL-Cys39-exendin-4的结合率变化。6只小鼠尾静脉注射各50μCi 18F-Al-NOTA-MAL-Cys39-exendin-4溶液,分别于注射后不同时间尾尖部取血,然后同样品管一起进行γ计数,根据药代动力学软件DAS 2.1.1计算药代动力学参数。建立正常组、糖尿病组、阻断组三组(各4只)大鼠模型,注射18F-Al-NOTA-MALCys39-exendin-4 60 min后行micro PET静态显像,行视觉分析胰腺显影情况,并ROI半定量分析胰腺、肺、肝脏、肾脏、肌肉组织的放射性分布;显像结束后解剖分离各主要器官,并测量该药物在三组大鼠体内的生物分布;最后获得胰腺病理和免疫组化结果,与micro PET静态显像对照验证。结果:INS-1细胞对18F-NOTA-MAL-Cys39-exendin-4的摄取在60 min左右达峰,并持续至120 min,细胞摄取可被大剂量的Cys39-exendin-4有效阻断。PANC-1细胞对18F-NOTA-MAL-Cys39-exendin-4的摄取随时间延长持续增高,120 min达峰,但其摄取程度一直低于INS-1细胞。虽然在30min时的细胞阻断实验表明阻断组与正常组摄取程度有差异,但60min时两组结果基本无差异。正常小鼠在尾静脉静脉注射18F-Al-NOTA-MAL-Cys39-exendin-4后,血药浓度迅速下降,分布半衰期t1/2α=1.786min,消除半衰期t1/2β=11.557min。18F-Al-NOTA-MAL-Cys39-exendin-4 micro PET显像视觉分析结果示:正常组大鼠胰腺组织可见放射性摄取,而糖尿病组大鼠和阻断组大鼠胰腺均没有明显的放射性摄取。ROI半定量分析显示:注射药物60 min后正常组大鼠胰腺组织的放射性摄取值为(1.02±0.15)%ID/g,糖尿病组大鼠胰腺组织的放射性摄取值为(0.23±0.05)%ID/g,阻断组大鼠胰腺组织的放射性摄取值为(0.21±0.07)%ID/g。正常组和糖尿病组大鼠肾脏组织的放射性浓聚分别为(19.61±2.15)%ID/g和(18.75±3.30)%ID/g,阻断组大鼠肾脏的放射性浓聚未见明显受抑,较前两组略高,摄取值为(21.2±3.19)%ID/g。体外放射性生物分布结果示18F-Al-NOTA-MAL-Cys39-exendin-4在血液及主要脏器(心脏、肝脏、肌肉、骨骼)中可迅速清除。正常组、糖尿病组和阻断组大鼠胰腺组织注射百分剂量率分别为(0.97±0.13)%ID/g、(0.22±0.06)%ID/g和(0.20±0.07)%ID/g。HE染色显示正常组大鼠的胰岛细胞形态正常,免疫组化染色表明其有丰富的GLP-1R表达。而糖尿病组大鼠的胰岛细胞萎缩且数量减少,GLP-1R表达明显降低。结论:细胞结合与阻断实验证明18F-Al-NOTA-MAL-Cys39-exendin-4可与β细胞表面的GLP-1R特异性结合。活体micro PET显像及体外放射性分布测定结果表明,由于胰岛细胞的放射性摄取较高,肝、肺等其他器官的放射性摄取较低,所以可以取得较满意的显像效果。第三部分18F-PC-10的合成、标记与质控目的:使用住友CFN氟多功能合成模块制备18F-PC-10(N-(4-[18F]Fluorobenzoyl)-N’-{2-[5-(4-fluoro-benzyl)-1-(4-methoxy-benzyl)-4,6-dioxo-1,4,5,6-tetrahydro-[1,3,5]triazin-2-ylamino]-ethyl}-guanidine),并进行质量控制分析。方法:通过制备标记中间体N-琥珀亚酰胺-4-[18F]氟苯甲酸酯(18F-SFB),将标记前体PC-7与中间体18F-SFB在N,N-二异丙基乙胺(DIPEA)的条件下反应得到18FPC-10粗产品,使用半制备HPLC纯化获得产品,除去溶剂后注入生理盐水得到18FPC-10注射液。与标准品紫外峰对照,并通过分析型HPLC方法测定放射化学纯度并测定其它质量控制指标。对ICR小鼠注射18F-PC-10注射液3.7×107Bq/0.2ml,观察48h后处死并解剖,观察各器官受损情况。结果:半自动化合成18F-PC-10总耗时100~120min,放射化学合成产率约为(15±3)%(未衰变校正,n=3),放射性化学纯度大于99%(n=3),6h后放射性化学纯度依然大于99%。18F-PC-10注射液呈无色透明状,p H值6~8之间,分析型HPLC检测18FPC-10保留时间为20min。18F-PC-10紫外吸收与标准对照品19F-PC-10保留时间一致。18F-PC-10的血浆蛋白结合率为25.54%。异常毒性实验结果示注射了18F-PC-10的小鼠在观察期内未见死亡和异常。解剖后,内脏器官未见损伤。病理HE染色示各细胞形态与正常对照组细胞无明显差异。结论:基于住友CFN多功能合成模块的18F-PC-10半自动化合成方法稳定,产率较高,放射化学稳定性好,化学纯度高,脂水分配系数结果表明18F-PC-10有较强的亲脂性,且该药物安全可靠、毒性小,符合体内外实验使用要求。第四部分18F-PC-10胰岛β细胞显像的实验研究目的:验证PROK1R靶向正电子显像剂18F-PC-10与β细胞是否特异性结合,并计算结合率;研究该药物在小鼠体内的药代动力学表现;并行micro PET显像显示其生物学分布特征,验证其进行胰岛β细胞显像的可行性。方法:通过胰腺内分泌β细胞系INS-1细胞和外分泌细胞系PANC-1细胞与18FPC-10一起培育不同时间,测量计算各时间点两种细胞对该药物的结合率。另应用非放射性标记的前体PC-7对靶点PROK1R阻断后,测量两种细胞对18F-PC-10的结合率变化情况。6只小鼠尾静脉注射各50μCi 18F-PC-10溶液,分别于注射后不同时间尾尖部取血,然后同样品管一起进行γ计数,根据药代动力学软件DAS 2.1.1计算药代动力学参数。3只正常小鼠注射18F-PC-10后在5、15、30、60min时各进行10min的micro PET静态显像,然后行视觉分析胰腺及体内各器官显影情况,并在各时间段PET图像上勾画各器官ROI,计算放射性分布。结果:细胞学实验结果示18F-PC-10与胰腺内分泌β细胞系INS-1细胞的结合率较高,其与胰腺外分泌细胞PANC-1细胞的结合率与INS-1细胞相似。两种细胞的阻断实验示阻断效果并不明显。药代动力学结果示正常小鼠在尾静脉注射18F-PC-10后,血药浓度迅速下降,约10min后血药浓度下降速率明显减慢,分布半衰期t1/2α=1.419min,消除半衰期t1/2β=75.338min。小鼠动物实验示胰腺对18F-PC-10的摄取随时间延长而下降。在5min时显影清晰。在随着肠道放射性摄取逐渐增加,胰腺组织放射性摄取逐渐下降,越来越难以分清轮廓和勾画测量。从生物学分布结果和micro PET图像看,18F-PC-10主要经过肝脏进行代谢,胆囊、肠道为其主要排泄途径,泌尿系统为其次要排泄途径。结论:细胞结合实验证明18F-PC-10可与β细胞表面的PROK1R结合。其药代动力学结果表明该药物在体内清除较慢。生物学分布结果表明胰腺对该药物的摄取较高。进行活体micro PET显像示胰腺对该药物的放射性摄取较高,但受肠道的放射性排泄影响较大,仅在5min PET显像时可清晰观察。