Radioaktiv märkning

RADIOFARMACI
RADIOAKTIVA LÄKEMEDEL
”HOMEOPATISKA LÄKEMEDEL”

12 C är en av två stabila isotoper av kol (99 %)
12 C
12 C har 6 protoner och 6 neutroner i kärnan (6+6=12)

13 C är den andra stabila isotopen av kol (1 %)
13 C
13 C har 6 protoner och 7 neutroner i kärnan (6+7=13)

14 C är radioaktiv med en halveringstid på 5730 år
14 C
14 C har 6 protoner och 8 neutroner i kärnan (6+8=14)

11 C är radioaktiv med en halveringstid på 20 minuter
11 C
11 C har 6 protoner och 5 neutroner i kärnan (6+5=11)

11 C

Antalet märkta molekyler
Totala antalet molekyler
Uttrycks oftast som GBq/ μmol
= Specifik radioaktivitet
Genom relationen Ao = λλλλ * No kan vi koppla radioaktivitet och
antalet radioaktiva atomer. 400 MBq är en vanlig radioaktivitet
vid patientundersökningar med 11 C och motsvarar 7*10 11
atomer. En 11 C-atom per molekyl ger då c:a 1 pmol av
radioaktivt märkta molekyler.
Om inga omärkta molekyler är närvarande blir den specifika
radioaktiviteten 400 MBq/pmol eller 400 000 GBq/μmol

Radiofarmacin arbetar med små mängder
Antalet radioaktiva atomer 1-100 pmol
Oftast 1 radioaktiv atom per märkt molekyl
Mängden av substans är oftast något större
(var 10:e eller 100:e molekyl är märkt)
Fortfarande små mängder i storleken nmol
Farmaceutiskt verksamma mängder μmol-mmol

Organiskt-kemiskt syntesarbete t.ex. med 11 C.

Gastarget
N 2
N 2
Kvävgas under högt tryck
N2
N 2
N 2
N 2
11 C
N 2
N2 N2 N 2
O 2
N 2
N 2
N 2
N 2

Gastarget
N 2
N 2
Kvävgas under högt tryck
N2
N 2
N 2
N N 2
2
N
11 2
CO2
N2 N 2
N 2
N 2
N 2
N 2

En produktion ger c:a 100 GBq 11 C
Detta motsvarar 1.8 * 10 14 11 C-atomer eller c:a 0,3 nmol
Vi injicerar c:a 300 MBq eller 1 pmol
Med känsligare instrument mäter vi c:a 3 Bq eller 0,01
attomol (10 -18 mol) av 11 C-märkt molekyl
Dock, det är svårt att undvika stabilt kol så mängden
substans ligger i allmänhet 100—1000 ggr högre

11 C-märkta små molekyler kan göras på några minuter

För större molekyler används följande strategi
� Du vill märka aminosyran methionin med 11 C
� Metionin innehåller en metylgrupp
CH 3 S-CH 2 – CH 2 – CH – CO 2 H
NH 2
• Gör en precursor utan metylgruppen (homocystein)
S-CH 2 – CH 2 – CH – CO 2 H
NH 2
• Gör 11 CH 3I (metyljodid)
• Via ett enda syntessteg kan du då koppla
metylgruppen till homosystein
11 CH3 S-CH 2 – CH 2 – CH – CO 2H
NH 2
Tid: 5 min

Biomedical Radiation Sciences
Radioaktiv märkning
Egenskaper hos den ideala märkningen
Kärnfysikaliska egenskaper
• α och β för terapi, β+ och γ för diagnostik
• halveringstid – skall idealt vara nära den biologiska halveringstiden
• tillgänglighet
Kemi
• effektiv och enkel märkning
• stabil märkning under fysiologiska förhållanden
Biologi
• inga biologiska förändringar
• lång uppehållstid intracellulärt
• snabb elimination av kataboliter
Det finns ingen generell metod
Märkningen måste optimeras
för varje given tillämpning

11 C Metylering
Metionin
Racloprid
Spiperon
Efedrin
etc
AUTOMATED SYNTHESIS

2-[ 18 F] FDG
Glykosanalog

Lokalisation av primär tumör med
PET och 18 FDG
Coronalt snitt Sagittalt snitt

Radioaktiv märkning med halogener
I < 0.03
Br = 0.44
F = 81
I < 0.03
Br = 3.7
F = 103
Estradiol
HO
OH
I -
Br = 3.1
F = 51
I = 59
Br = 91
F = 110

Biomedical Radiation Sciences
Märkningsmetoder
Märkning av proteiner
Märkning av proteiner:
- biosyntes;
- halogen-märkning:
• direkt
• indirekt
- metall-märkning
• direkt
• indirekt

Biomedical Radiation Sciences
Labeling methods
Halogen labeling
Direct iodination (through tyrosine)
NH
OH
CH 2
CH C
O
Iodogen
Chloramine-T “+”simple and
*I - + oxidant *I +
NH
OH
CH 2
CH C
O
I*
rapid
“-” structure and
properties can be
damaged by ox-red
processes

Biomedical Radiation Sciences
Labeling methods
Halogen labeling
Indirect labelling
(Bolton-Hunter reagent)
+
protein NH2 N
O
protein NH C
pH 9.5-9.0
CH2 CH2
O
O
O
O C
CH2 CH2
I*
OH
I*
OH
“+” mild labelling conditions
“-” lower yield in comparison
with direct labelling

X
Biomedical Radiation Sciences
SnMe 3
O
C
O
O N
O
O
C
O
O
N
O
NH 2
oxidant
acid.cond.
protein
pH 9.1
Labeling methods
Halogen labelling
N-succinimidyl-halobenzoate
X
X = *I, *Br, 211 At
X
X
O
C
O N
O
C
O
O
H
N
protein
“+” 1. Mild labelling conditions
2. Higher yield compared
to Bolton- Hunter
3. Rapid excretion of
radiocatabolites
“-” 1. Yield is lower compared
to direct labelling.
2. Dehalogenation plays a
minor role in cell
excretion of
radioactivity

O
OH
OH
O
Märkning med metaller
N N N
OH
O
HOOC
HOOC
SCN
OH
O
N
Me
N
N N
N
O
N
CO2H CO2H OH DTPA
COOH
COOH
CO 2H
N
CO 2H
CO 2H
DOTA
CHX-DTPA

Structural Formula of DOTA-[Tyr 3 ]-
Octreotide (DOTA-TOC)
HO
O
HO
O N
111 In, 90 In, 90Y
67Ga, 68 Ga
177 Lu
213 Bi
N N
N
OH
O
O
N
H
HO
O
H
N
H
N
S
O
S
N
H
N
H
O
O
HO HO
our gold standard for the targeting of
neuroendocrine tumors
O
H
N
H
N
HN
OH
O
O
NH
NH 2

Midgut carcinoid tumor with liver metastases
21.5 MBq 68 Ga-OctreoScan
Projection

Biomedical Radiation Sciences
Labeling methods
Labeling of proteins
Biosynthetic labeling of proteins
• radioactive amino acids ( 3 H, 14 C, 75 Se) are added to a
cell culture media;
• cells synthesize radioactive proteins;
• a protein of interest (antibody, enzyme, signaling
protein etc.) is separated from cell culture media or
from cell homogenate.
“+” the structure of protein is not changed by chemical modification.
“-” specific radioactivity is usually low.

Biomedical Radiation Sciences
Labeling methods
Radiometal labelling
Direct labelling of proteins with radiometals:
•Labelling of protein with
intrinsic complexing properties
(e.g. in vivo labelling of
transferrin with 67 Ga);
•Labelling with 99m Tc or 188 Re
by reduction of disulfide bridges:
“+”simplicity and rapidity
“-” 1. structure and properties
can be damaged;
2. limited applicability

Fråga 4 Du vill märka en antikropp (molekylvikt 70 000) med
I-125. Du utgår ifrån 0.1 mg antikropp och 100 MBq av I-
125.
a. Ange någon eller några lämpliga märkningsmetoder? (2p)
b. Ange någon lämplig metod att bestämma märkningsutbytet
(märkningseffektiviteten)? (2p)
c. Du får en märkningseffektivitet på 60 %. Beräkna hur
många I-125 atomer som Du i medeltal fäster per molekyl
antikropp? (3p)
d. Du vill utföra experiment med Din märkta antikropp en
vecka senare. Är det lämpligt? Vilka åtgärder bör man vidtaga
för att försäkra sig om ett bra resultat? (2p)

Viktigt att veta: Avogadros tal: 1 mol = 6*10 23 molekyler.
Chloramin-T ger en direkt märkning av tyrosin. Fungerar i de
flesta fall. Har man bekymmer med förlust av biologisk funktion
kan andra alternativa metoder prövas som IodoGen, Iodobeans,
indirekta märkningsmetoder som Bolton-Hunter och ATE.
Avsaltningskolonn separerar mellan låg och högmolekylärt. Man
mäter radioaktiviteten i % av den radioaktivitet som sätts på
kolonnen.
1 mol av antikroppen är 70 000 g = 6*10 23 molekyler. 0.1 mg
motsvarar 6/7*10 15 molekyler.
100 MBq motsvarar 10 8 *1.44*60.14*24*3600=7.48*10 14 atomer.
Märkningseffektiviteten är 60% vilket innebär att 4.49*10 14
atomer fördelar sig på 6/7*10 15 proteinmolekyler. I medeltal så får
vi en 125-I på varannan antikropp.