Hoàn thiện quy trình sản xuất thuốc phóng xạ 11C-Acetate tại Bệnh viện Chợ Rẫy

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