A Study on the Automation and Optimization of 9-(4-[$^{18}F$] Fluoro-3-hydroxymethylbutyl) Guanine Synthesis

9-(4-[$^{18}F$] Fluoro-3-hydroxymethylbutyl) guanine 합성의 자동화와 최적화에 관한 연구

Purpose: The HSV1-tk reporter gene system is the most widely used system because of its advantage is that it is possible to monitor directly without the introduction of a separate reporter gene in case of HSV1-tk suicide gene therapy. This study was performed to automate 9-(4-[$^{18}F$] Fluoro-3-hydroxymethylbutyl) guanine ([$^{18}F$] FHBG) that are widely used as substrate for the HSV1-tk reporter gene in living organisms with positron emission tomography (PET) and find the optimized conditions of synthesis. Materials and Methods: Fully automated synthesis of [$^{18}F$] FHBG was performed using Explora-RN (CTI, USA) module. We have changed of reaction time (3, 5, 10 min) and temperature (110, 120, $130^{\circ}C$) for the optimized conditions of synthesis. Also we experimented to find the optimal concentration of precursor (5, 7, 10 mg). Results: [$^{18}F$] FHBG was purified by HPLC system and collected at around 10-12 min. Synthesis using Explora-RN module showed a $32.0{\pm}1.2%$ yield of radiochemical (decay corrected), the purity was greater than 98%. And the entire synthesis time was less than 48 min. Temperature of the highest synthesis yield was $130^{\circ}C$, reaction time was 5 minutes and concentration of precursor was 10 mg (recommended volume in manual) (n=36). In contrast to radiochemical yield of precursor 10 mg ($32{\pm}1.2%$), yield of 5 and 7 mg precursor was unstable. Conclusion: Automation of [$^{18}F$] FHBG synthesis at Explora-RN module has been completed. In addition, we were able to obtain optimized reaction time, temperature and concentration of precursor. Therefore this study would be provided more rapid synthesis and higher radiochemical yield.

단순 헤르페즈 제1형 티미딘 키나제(Herpes simplex virus type 1 thymidine kinase. HSV1-tk) 유전자는 보고 유전자(reporter gene)로서 필요한 조건뿐만 아니라 별도의 치료 유전자를 따로 이입할 필요가 없다는 장점을 가지고 있어 유전자 영상과 치료에서 가장 널리 사용되는 유전자 중 하나이다. 본 연구는 HSV1-tk 보고 유전자의 기질로서 많이 사용하고 있는 9-(4-[$^{18}F$] Fluoro-3-hydroxymethylbutyl) guanine ([$^{18}F$] FHBG) 합성의 자동화와 더불어 최적의 합성 조건을 구현하기 위하여 실행하게 되었다. [$^{18}F$] FHBG 합성의 자동화를 위해 Explora-RN (CTI, USA) module을 사용하였다. 최적의 합성수율 조건을 찾기 위하여 반응시간의 변화(3 min, 5 min, 10 min)와 반응온도의 변화($110^{\circ}C$, $120^{\circ}C$, $130^{\circ}C$)를 주었다. 또한 precursor 용량의 변화(5 mg, 7 mg, 10 mg)에도 합성수율이 어떻게 영향을 미치는지 알아보았다. [$^{18}F$] fluorination 단계에서 가장 높은 합성수율을 보인 반응온도는 $130^{\circ}C$였고, 반응시간은 5분이었다. 반면 precursor의 용량 변화 실험에서는 10 mg을 넣었을 때의 합성 수율($32{\pm}1.2%$)에 비하여 5 mg과 7 mg의 양에서는 안정된 값을 얻지 못하였다. [$^{18}F$] FHBG 합성의 Explora-RN 모듈에서의 자동화를 완성하였고 최적의 합성수율을 재현할 수 있는 반응시간과 반응온도, precursor의 농도를 찾았다. 하지만 감량 precursor 방법은 낮은 농도에서 비교적 큰 편차를 보여 안정된 값을 얻지는 못하였다. 이에 따라 임상에 직접 적용하기 위해서 더 많은 연구가 시행되어져야 할 것이다.