Hoàn thiện quy trình sản xuất thuốc phóng xạ ¹¹ C-Acetate tại bệnh viện chợ rẫy

Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 18 * Phụ bản của Số 2 * 2014 Nghiên cứu Y học Hội Nghị Khoa Học Kỹ Thuật BV. Chợ Rẫy 2013 553 HOÀN THIỆN QUY TRÌNH SẢN XUẤT THUỐC PHÓNG XẠ 11C-ACETATE TẠI BỆNH VIỆN CHỢ RẪY Nguyễn Thị Phương Nam*, Nguyễn Công Đức*, Ngô Thanh Linh*, Hoàng Công Khu* TÓM TẮT Mục tiêu: Dung dịch tiêm Sodium Acetate ((1-11C)) gọi tắt là 11C-Acetate là một loại thuốc phóng xạ được sử dụng trong ghi hình sử dụng máy chụp hình positron cắt lớp (PET: Positron Emission Tomography) để chẩn đoán và theo dõi một số bệnh lý ung thư và tim mạch, đặc biệt trong ung thư gan và ung thư tiền liệt tuyến. Do đồng vị phóng xạ 11C có thời gian bán hủy ngắn (khoảng 20 phút) nên để sử dụng các dược chất gắn với đồng vị phóng xạ 11C này phục vụ cho công việc nghiên cứu, chẩn đoán bệnh thì sự lựa chọn duy nhất là sản xuất tại những nơi có trang bị máy gia tốc, như bệnh viện Chợ Rẫy. Chúng tôi mong muốn chia sẻ kinh nghiệm của chúng tôi trong việc xây dựng và hoàn thiện quy trình sản xuất 11C-Acetate đơn giản và đáng tin cậy, đáp ứng tiêu chuẩn cơ sở (TCCS) được xây dựng dựa theo dược điển Hoa Kỳ - U.S. Pharmacopeia 31-2008 (USP 31) (1) và dược điển Anh quốc - British Pharmacopoeia BP online 2008. Phương pháp: 11C-Acetate được tổng hợp bởi sự carboxyl hóa của thuốc thử Grignard (CH3MgBr) với (11C)CO2 được sản xuất từ máy gia tốc, sau đó là sự thủy phân bằng acid phosphoric (H3PO4) và sự tinh chế sản phẩm. Khi chiếu xạ 20-25 phút từ máy gia tốc Cyclotron Eclipse – HP Siemens 11 MeV với dòng proton từ 40-50 µA sẽ tổng hợp được 160-280 mCi (5920-10360 MBq) dung dịch tiêm 11C-Acetate sau 12 phút tổng hợp trên hệ Acetate Explora AC Siemens. Kết quả: Tính đến nay, bệnh viện Chợ Rẫy đã tiến hành sản xuất và kiểm tra chất lượng 07 lô thuốc phóng xạ 11C-Acetate với độ tinh khiết hóa phóng xạ của sản phẩm cuối 11C-Acetate là > 95% và đã ghi hình cho 13 bệnh nhân trên máy PET-CT scan. Kết luận: Quy trình sản xuất 11C-Acetate mà chúng tôi đưa ra là một quy trình đơn giản và đáng tin cậy. Trong tương lai, chúng tôi sẽ tiếp tục sản xuất thuốc phóng xạ 11C-Acetate với chất lượng tốt hơn để phục vụ cho nhiều bệnh nhân hơn. Từ khóa: (11C)Acetate, Sodium Acetate ((1-11C)), Dược chất phóng xạ cho PET, Kiểm tra chất lượng. ABSTRACT COMPLETE THE SYNTHESIS PROCEDURE OF 11C-ACETATE RADIOPHARMACEUTICAL IN CHO RAY HOSPITAL Nguyen Thi Phuong Nam, Nguyen Cong Duc, Ngo Thanh Linh, Hoang Cong Khu * Y Hoc TP. Ho Chi Minh * Vol. 18 - Supplement of No 2 - 2014: 553-558 Objectives: Sodium Acetate C11 Injection (11C-Acetate) is a radiopharmaceutical used for PET (Positron Emission Tomography) imaging for diagnosis and follow-up cancer and cardiac diseases, especially liver cancer and prostate cancer. Since the half-life of 11C is short (about 20 minutes), 11C labelled radiopharmaceuticals must be produced in facilities where cyclotrons are equipped and Cho Ray hospital satisfies all requirements. We wish to share our experiences in establishing and improving a simple and reliable procedure for 11C-Acetate synthesis, meeting the SOPs (Standard Operating Procedures) built according to United State Pharmacopeia 31-2008 and British Pharmacopoeia BP online 2008. * Đơn vị PET-CT và Cyclotron, Bệnh viện Chợ Rẫy Tác giả liên hệ: ThS.KS. Nguyễn Thị Phương Nam, ĐT: 0982628371; Email: phuongnamnguyen_nri@yahoo.com Nghiên cứu Y học Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 18 * Phụ bản của Số 2 * 2014 Hội Nghị Khoa Học Kỹ Thuật BV. Chợ Rẫy 2013 554 Methods: 11C-Acetate is synthesized by carboxylation of Grignard (CH3MgBr) with cyclotron-produced (11C)CO2, following by hydrolysis with phosphoric acid (H3PO4) and purification. For a 20-25 minute irradiation from 11 MeV Eclipse HP Cyclotron using a 40-50 µA proton beam, 160-280 mCi (5920-10360 MBq) of 11C- Acetate is produced within 12 minutes from Explora AC Acetate Module. Results: Up to now, 07 batches of 11C-Acetate have been successfully produced with radiochemical purities were more than 95% and 13 patients were imaged by PET-CT scanner in Cho Ray hospital. Concolusions: This is a simple and reliable procedure for 11C-Acetate synthesis. In the future, we hope that we will continue to produce more 11C-acetate batches with higher radiochemical yields and purities for serving more patients. Keywords: (11C)Acetate, Sodium Acetate ((1-11C)), PET radiopharmaceuticals, Quality control. GIỚI THIỆU Dung dịch tiêm Sodium Acetate ((1-11C)) gọi tắt là 11C-Acetate là dung dịch vô trùng thích hợp để tiêm tĩnh mạch, trong đó một phần của phân tử carboxyl được đánh dấu với (11C)carbon phóng xạ. Đồng vị phóng xạ carbon 11C phát positron (β+) có thời gian bán hủy vật lý là 20,4 phút. Positron (β+) di chuyển được vài mm trong mô trước khi nó va chạm với electron của nguyên tử vật chất. Lúc này, positron và electron sẽ tạo ra hiện tượng tức thì cỡ khoảng 10-10 giây gọi là hiện tượng “positronium” trước khi xảy ra hiện tượng hủy cặp và sinh ra 2 tia gamma theo hướng ngược nhau gần 1800, mỗi tia gamma có năng lượng 511 KeV theo định luật bảo toàn năng lượng và xung lượng, các tia gamma này sau đó sẽ được ghi lại bằng các đầu dò PET bao quanh bệnh nhân. Khi đi vào cơ thể, Acetate nhanh chóng chuyển hóa thành acetyl-CoA trong các tế bào. Acetyl-CoA là một chất chuyển hóa trung gian cho sự tổng hợp cholesterol và các acid béo. Acetyl-CoA tham gia vào chu trình tricarboxylic acid (TCA) tạo thành carbon dioxide và nước(11,9,4,5). Trong cơ tim, Acetate bị chuyển hóa thành carbon dioxide. Ngược lại, trong các tế bào khối u, Acetate bị chuyển hóa thành acid béo bởi enzyme FAS (Fatty Acid Synthetase). Hiện nay, 11C-Acetate được sử dụng trong PET cho việc nghiên cứu quá trình trao đổi chất oxy hóa cơ tim và lưu lượng máu khu vực cơ tim. Ngoài ra, 11C-Acetate được xem là một thuốc phóng xạ đầy hứa hẹn trong ghi hình PET-CT do độ nhạy cao trong chẩn đoán ung thư tiền liệt tuyến và ung thư gan(4,6,5). THỰC NGHIỆM Hóa chất - Thuốc thử Methyl magnesium bromide (CH3MgBr) 3M - Dung dịch Sodium bicarbonate (NaHCO3) 8,4% - Dung dịch nước muối NaCl 0,9% - Dung dịch acid Phosphoric (H3PO4) 10% - Diethyl ether - Acetone Tất cả các hóa chất này đều đạt độ tinh khiết cao. Hệ thống sản xuất và kiểm tra chất lượng Đồng vị (11C) CO2 trước tiên được tạo ra từ máy gia tốc Eclipse HP 11MeV của hãng Siemens, sau đó được chuyển qua hệ tổng hợp Acetate Explora AC (Hình 1), hệ tổng hợp này được đặt trong tủ kín có che chắn phóng xạ của hãng Comecer, Ý. Hoạt độ phóng xạ của sản phẩm cuối cùng được xác định bằng máy đo hoạt độ phóng xạ PET-Dose, Comecer. Việc kiểm tra chất lượng sản phẩm cuối cùng bao gồm xác định pH, nội độc tố vi khuẩn, độ tinh khiết hóa phóng xạ bằng máy sắc ký lỏng cao áp Agilent 1200, lượng dung môi còn dư trong sản phẩm bằng máy sắc ký khí hiệu Agilent Technologies 7890A, độ sạch hạt nhân bằng máy phân tích phổ đa kênh MCA. Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 18 * Phụ bản của Số 2 * 2014 Nghiên cứu Y học Hội Nghị Khoa Học Kỹ Thuật BV. Chợ Rẫy 2013 555 Sản xuất (11C)CO2 Điểm đặc trưng của đồng vị phóng xạ Carbon-11 (11C): năng lượng β+ cực đại Emax (β+) = 0,96 MeV (99,78%); năng lượng tia gamma E(γ) = 0,511 MeV (199,5%); thời gian bán phân rã vật lý T1/2 = 20,48 phút. (11C)CO2 được sản xuất bằng việc chiếu xạ hỗn hợp khí N2O2 (97,5% N2 + 2,5% O2) với tỷ lệ hỗn hợp là 39:1 thông qua phản ứng hạt nhân 14N(p,α)11C, dùng proton năng lượng 11 MeV từ máy gia tốc Eclipse HP với cường độ dòng tại bia là 40-50 µA và thể tích của bia khí là 9,5 mL. Sau khi chiếu xạ, bia được chuyển từ máy gia tốc sang hệ tổng hợp hóa học, quá trình được thực hiện tự động bằng cách dùng khí heli đẩy bia trong đường ống có che chắn chì. Qui trình tổng hợp 11C-Acetate (10) Quá trình tổng hợp 11C-Acetate gồm 03 giai đoạn: Giai đoạn 1 Trong giai đoạn đầu của quá trình sản xuất, (11C)CO2 từ bia đã chiếu xạ đi qua van kim (để điều khiển tốc độ bọt khí trong quá trình chuyển đồng vị phóng xạ) chuyển đến bình phản ứng đã được đóng kín bằng nút cao su có chứa sẵn dung dịch methylmagnesium bromide (CH3MgBr) trong diethyl ether. Dung dịch được làm lạnh trong bình phản ứng để ngăn sự bay hơi của dung môi trong suốt quá trình chuyển đồng vị phóng xạ. (11C)CO2 phản ứng với CH3MgBr để tạo ra anion (11C) acetate ((11C)CH3CO2–) theo phản ứng sau: (11C)CO2 + CH3MgBr→(11C)CH3CO2– Sau khi hoàn tất quá trình chuyển bia, một lượng nhỏ nước được thêm vào bình phản ứng để ngăn chặn phần CH3MgBr không phản ứng. Bình phản ứng sau đó được làm nóng đến 135oC và dung môi bay hơi dưới dòng khí helium thổi từ bia tới. Trong những giai đoạn cuối của quá trình bay hơi, dòng khí helium chạy trực tiếp vào bình phản ứng. Dung môi sẽ đi vào lọ giữ chất thải lỏng, trong khi đó anion (11C) Acetate không bay hơi vẫn còn trong bình phản ứng. Sau khi kết thúc quá trình bay hơi dung môi, chất trung gian trong bình phản ứng sẽ bị thủy phân bằng việc thêm dung dịch acid phosphoric (H3PO4). Acid sẽ phản ứng với anion (11C)acetate để tạo ra (11C)CH3CO2H theo phản ứng sau: (11C)CH3CO2– + H+ → (11C)CH3CO2H Giai đoạn 2 (11C)CH3CO2H được chưng cất từ bình phản ứng sang lọ sản phẩm trung gian có chứa hỗn hợp kiềm gồm nước muối NaCl 0,9% và dung dịch Sodium bicarbonate (NaHCO3). (11C)CH3CO2H phản ứng với bicarbonate để tạo ra (11C)CH3CO2– theo phản ứng sau: (11C)CH3CO2H + HCO3– → (11C)CH3CO2– Giai đoạn 3 Trong giai đoạn cuối của quá trình sản xuất, lọ sản phẩm trung gian được nén bằng nitrogen để đẩy dung dịch (11C)CH3CO2– từ hệ tổng hợp sang lọ chứa sản phẩm cuối cùng, thông qua một phin lọc vô trùng 0,22 µm. Kiểm tra chất lượng sản phẩm 11C-Acetate Nhận diện nhân phóng xạ Nhân phóng xạ được nhận diện bằng cách tính toán thời gian bán rã của đồng vị (11C)Carbon từ phép đo hoạt độ phóng xạ của bình sản phẩm đặt trong buồng đo của máy đo hoạt độ phóng xạ PET-Dose, xác định hoạt độ phóng xạ, biểu thị dưới dạng mCi (MBq), theo những khoảng thời gian xác định, tối thiểu bằng 1/5 thời gian bán rã của đồng vị (11C)Carbon. Thời gian bán rã của (11C)Carbon là 20,4 ± 0,5 phút. Độ tinh khiết hạt nhân phóng xạ Dùng một mẫu dung dịch 11C-Acetate cần kiểm tra đặt vào buồng ion hóa của phổ kế gamma MCA (Multi Channel Analyzer), ghi phổ tia gamma của mẫu. Phổ tia gamma của dung dịch phải đồng nhất với phổ tia gamma của một mẫu chuẩn (11C) Carbon trong đó nó biểu thị một đỉnh lớn ở 0,511 MeV. Nghiên cứu Y học Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 18 * Phụ bản của Số 2 * 2014 Hội Nghị Khoa Học Kỹ Thuật BV. Chợ Rẫy 2013 556 Hình 1. Hệ tổng hợp Acetate Explora AC Hình 2. Sơ đồ hệ thống điều khiển hệ tổng hợp hóa học 11C-Acetate Độ tinh khiết hóa học Xác định dư lượng dung môi Ether trong dung dịch 11C-Acetate bằng máy sắc ký khí hiệu Agilent Technologies GC 7890A. Hệ cột DB- WAX: Dài 30 (m); I.D. 0,250 (mm); Film 0,25 (µm); Giới hạn nhiệt độ: từ 20oC đến 250oC (Durabond) USA. Thời gian lưu của Ether chuẩn và mẫu chỉ được chênh lệch trong khoảng ± 10%. Không có đỉnh lạ xuất hiện trên phổ. Dung môi còn dư trong mỗi lô: CEther < 0,5g/100 mL Độ tinh khiết hóa phóng xạ Xác định độ tinh khiết hóa phóng xạ của dung dịch 11C-Acetate bằng máy sắc ký lỏng cao áp HPLC hiệu Agilent 1200. - Điều kiện chạy máy sắc ký: + Cột: Zobrax – Eclipse plus C18 (4,6 mm x 250 mm, 5 µm) + Pha động: Acetonitrile : H2O (20:80) + Detector: UV, bước sóng 210 nm + Radiation detector + Tốc độ dòng: 1,2 mL/phút + Bơm mẫu bằng tay, thể tích buồng tiêm: 20 µL + Thời gian chạy: 10 phút. Bơm 20 µL dung dịch 11C-Acetate vào hệ sắc ký, ghi lại phổ sắc ký và đo diện tích của các đỉnh chính. Diện tích đỉnh phóng xạ của 11C- Acetate không được nhỏ hơn 95% tổng diện tích của các đỉnh có trong mẫu. Sai số của thời gian lưu giữa dung dịch 11C-Acetate và dung dịch chuẩn là ± 10%. Các chỉ tiêu sinh học: Để xác định độ vô trùng, sản phẩm sau khi lưu giữ để phân rã hết phóng xạ được gửi đến phòng thí nghiệm vi sinh học để xác định sự hiện diện của vi khuẩn và nấm mốc. Nội độc tố vi khuẩn được xác định bằng phương pháp LAL test (Limulus amebocyte lysate) dùng máy Endosafe Portable Test System (PTS). KẾT QUẢ Tổng hợp 11C-Acetate Sau khi chiếu xạ, khí (11C)CO2 từ bia sẽ đi qua van kim vào trong lọ phản ứng, tốc độ dòng nhỏ hơn 100 mL/phút. Dòng khí helium có chứa (11C)CO2 được thổi qua 140 µL dung dịch methylmagnesium bromide (CH3MgBr) 3M pha loãng với 2 mL diethyl ether chứa sẵn trong bình Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 18 * Phụ bản của Số 2 * 2014 Nghiên cứu Y học Hội Nghị Khoa Học Kỹ Thuật BV. Chợ Rẫy 2013 557 phản ứng 10mm x 75mm đã được đóng kín bằng nút cao su. Nước vô trùng được thêm vào bình phản ứng và sau đó bình phản ứng được làm nóng lên đến 1350C. Sử dụng dòng khí helium để làm bay hơi diethyl ether. Chất trung gian sẽ bị thủy phân bằng việc thêm 0,5 mL dung dịch acid phosphoric (H3PO4) 10% vào bình phản ứng. Sau đó bình phản ứng được làm nóng ở nhiệt độ 1350C trong để chưng cất 11C-Acetate vào lọ sản phẩm trung gian có chứa sẵn hỗn hợp 5 mL nước muối NaCl 0,9% và 40 µL dung dịch Sodium bicarbonate (NaHCO3) 8,4%. Sản phẩm cuối cùng được cho qua phin lọc vô trùng 0,22 µm. Hoạt độ phóng xạ trung bình của sản phẩm 11C-Acetate thu được là 160-280 mCi (5920-10360 MBq) trong thời gian tổng hợp 12 phút tính từ lúc kết thúc chiếu bia khi chiếu xạ trên máy gia tốc Eclipse – HP 11 MeV với cường độ dòng là 40-50 µA và thời gian chiếu là 20-25 phút. Kiểm tra chất lượng sản phẩm 11C-Acetate Độ tinh khiết hạt nhân phóng xạ - nhận dạng hạt nhân phóng xạ Sử dụng máy đo hoạt động phóng xạ để xác định thời gian bán phân rã (11C)Carbon của sản phẩm cuối. Kết quả thời gian bán phân rã của (11C)Carbon nằm trong khoảng 20,2 ± 0,2 phút. Phổ gamma của mẫu hiện diện ở vị trí đỉnh 0,511 MeV (Hình 3). Độ tinh khiết hóa học Hình 3: Phổ gamma của sản phẩm 11C-Acetate xác định trên phổ kế gamma MCA. Kết quả phân tích hàm lượng Ether còn dư trong mẫu bằng máy sắc kí khí là 0,006 ± 0,002 g/100 mL. Sai số giữa thời gian lưu của Ether chuẩn và mẫu là 0,37 ± 0,02 %. Không có đỉnh lạ xuất hiện trên phổ (Hình 4 và 5). Hình 4: Phổ phân tích sắc ký khí xác định hàm lượng Etherchuẩn Hình 5: Phổ phân tích sắc ký khí xác định hàm lượng Ether có trong mẫu Độ tinh khiết hóa phóng xạ Bơm 20 µL mẫu 11C-Acetate vào buồng tiêm HPLC. Tín hiệu sẽ được ghi nhận qua detector VWD (Variable Wavelength Detector, λ = 210 nm) và detector phóng xạ với thời gian lưu của Sodium Acetate chuẩn là 1,924 ± 0,030 phút và mẫu 11C-Acetate là 1,918 ± 0,007 phút. Độ tinh khiết hóa phóng xạ của sản phẩm cuối 11C-Acetate là 98,18 ± 1,48 %. Sai số phần trăm về thời gian lưu của chuẩn Sodium Acetate và sản phẩm cuối là 0,323 %. Ngoài ra, không có đỉnh lạ nào xuất hiện trong phổ sắc ký (Hình 6 và 7). Hình 6: Phổ phân tích sắc ký lỏng cao ápcủa chuẩn Sodium Acetate Nghiên cứu Y học Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 18 * Phụ bản của Số 2 * 2014 Hội Nghị Khoa Học Kỹ Thuật BV. Chợ Rẫy 2013 558 Hình 7: Phổ phân tích sắc ký lỏng cao ápcủa sản phẩm 11C-Acetate Các chỉ tiêu sinh học Kết quả kiểm tra độ vô trùng của các lô sản phẩm đều đạt. Sản phẩm không chứa chất gây sốt, giới hạn hàm lượng endotoxin < 5,0 EU/mL. KẾT LUẬN Quy trình sản xuất 11C-Acetate mà chúng tôi đưa ra là một quy trình đơn giản và đáng tin cậy khi so sánh với các quy trình khác (9,6,8,11,7,1,5), đáp ứng tiêu chuẩn cơ sở (TCCS) được xây dựng dựa theo dược điển Hoa Kỳ - U.S. Pharmacopeia 31-2008 (USP 31) và dược điển Anh quốc - British Pharmacopoeia BP online 2008 (3,2). Tổng hợp 11C-Acetate tại đơn vị PET-CT và Cyclotron, Bệnh viện Chợ Rẫy được thực hiện trên các thiết bị hiện đại gồm máy gia tốc Cyclotron Eclipse – HP 11MeV, hệ tổng hợp Acetate Explora AC, hệ thống kiểm tra chất lượng, hệ thống cảnh báo an toàn bức xạ. Quy trình cho hoạt độ phóng xạ dung dịch tiêm11C-Acetate tương đối ổn định 160-280 mCi (5920-10360 MBq) trong thời gian tổng hợp ngắn 12 phút khi chiếu xạ 20-25 phút từ máy gia tốc với dòng proton 40-50 µA; Độ tinh khiết hóa phóng xạ của sản phẩm cuối 11C- Acetate cao > 95%. Chúng tôi đã sản xuất thành công 07 lô thuốc và ghi hình 13 bệnh nhân trên máy PET-CT. Trong tương lai, chúng tôi sẽ tiếp tục sản xuất thuốc phóng xạ 11C-Acetate với chất lượng tốt hơn để phục vụ cho nhiều bệnh nhân hơn. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Berridge MS., Cassidy EH., Miraldi F. (1995). “(11C)Acetate and (11C)Methionine: Improved synthesis and quality control”. Appl. Radiat. Isot.; 46(3): 173-175. 2. Dược điển Anh quốc - British Pharmacopoeia BP online 2008. 3. Dược điển Hoa Kỳ. U. S. Pharmacopeia 31 (2008) (USP 31); 2: 1642. 4. Grassi I, Nanni C, Allegri V, Morigi JJ, Montini GC, Castellucci P, Fanti S (2012). “The clinical use of PET with 11C-acetate”. Am J Nucl Med Mol Imaging; 2(1): 33-47. 5. Imaging & Contrast Agent Database. 6. Kruijer PS., Ter Linden T, Mooij R, Visser FC. (1995). “A practical method for the preparation of (11C)Acetate”. Appl. Radiat. Isot. ; 46(5): 317-321. 7. Le Bars D., Malleval M., Bonnefoi F., Tourvieille C. (2006). “Simple synthesis of (1-11C) acetate”. J Label Compd Radiopharm 2006; 49: 263–267. 8. Moerlein SM., Gaehle GG., Welch MJ. (2002). “Robotic preparation of Sodium Acetate C 11 Injection for use in clinical PET”. Nucl Med Biol. 2002 Jul; 29(5): 613-621. 9. Oberdorfer F., Theobald A. and Prenant C.(1996). “Simple Production of (1-Carbon-11)Acetate”. J Nucl Med.; 37: 341-342. 10. RDS ECLIPSE Operating Instructions. Part Number 9300074- 00 Revision A. Software version 3.0.EI 11. Soloviev D, Tamburella C (2006). “Captive solvent (11C)Acetate synthesis in GMP conditions”. Applied Radiation and Isotopes 2006; 64: 995–1000. Ngày nhận bài: 12/03/2013 Ngày phản biện đánh giá bài báo: 19/08/2013 Ngày bài báo được đăng: 30/05/2014