The process of drug discovery and development requires substantial resources and time. The drug industry has tried to reduce costs by conducting appropriate animal studies together with molecular biological and genetic analyses. Basic science research has been limited to in vitro studies of cellular processes and ex vivo tissue examination using suitable animal models of disease. However, in the past two decades new technologies have been developed that permit the imaging of live animals using radiotracer emission, X-rays, magnetic resonance signals, fluorescence, and bioluminescence. The main objective of this review is to provide an overview of small animal molecular imaging, with a focus on nuclear imaging (single photon emission computed tomography and positron emission tomography). These technologies permit visualization of toxicodynamics as well as toxicity to specific organs by directly monitoring drug accumulation and assessing physiological and/or molecular alterations. Nuclear imaging technology has great potential for improving the efficiency of the drug development process.
Fluorine-18 is considered to be the radionuclide of choice for positron emission tomography (PET). Thus, the development of small molecule-based radiopharmaceuticals for use in diagnostic imaging relies heavily on efficient radiofluorination techniques. Until the early 2000s, diaryliodonium salts and aryliodonium ylides were widely employed as labeling precursors to yield aromatic PET radiotracers with cyclotron-produced [18F]fluoride ion. Rapid recent progress in the development of efficient borylation methods has led to a paradigm shift in 18F-labeling methods. In addition, deoxyfluorination has attracted a great deal of interest as an alternative approach to aryl ring activation with 18F-. In this review, methods for radiolabel development are discussed with a specific focus on the progress made in the last 5 years. Other interesting 18F-based protocols are also briefly introduced. New methods for exploiting 18F- are expected to increase the number of 18F-labeling methods, to allow applications in a range of chemical environments.
Azeotropic drying process is routinely applied to enhance nucleophilicity of $[^{18}F]$fluoride ion during the nucleophilic production of PET radiotracers; however, the drying process requires usually 15-25 min. Due to the high demand of employing fluorine-18 ($t_{1/2}=109.8min$) in PET radiopharmaceutical production, several research groups have focused on the method development, obviating tedious removal process of the residual target water ($[^{18}O]H_2O$) for $[^{18}F]$fluoride ion complex to be used in radiofluorination. Some development in radiofluorination in a mixed organic solvent system was demonstrated with various aliphatic substrates, but only kryptand as a phase transfer agent was utilized in the reported method. Here, we extend to investigate the development scope of applicability with basic alkyl ammonium salt as a phase transfer agent through the extensive elution efficiency study and radiofluorination outcome for aliphatic radiofluorination.
[$^{18}F$]FMBS는 도파민 $D_2$ 수용체 방사성추적자로서 유망한 성질을 지니고 있다. [$^{18}F$]FMBS는 비교적 높은 특이결합/비특이결합 비를 제공하며, 그 체내결합은 도파민 $D_2$ 수용체에 대하여 높은 특이성과 선택성을 보인다. 도파빈 $D_2$ 수용체 측정을 위한 보다 적합한 PET 방사성추적자를 얻기 위해서는 [$^{18}F$]FMBS의 낮은 뇌섭취와 느린 역학을 개선할 수 있는 화학적 구조의 변형이 시도되어야 하며, [$^{18}F$]FMBS는 이러한 시도의 골격이 될 수 있을 것으로 믿는다.
Lee, Ji Youn;Kim, Hoyoung;Lee, Boeun;Kim, Young Ju;Lee, Yun-Sang;Jeong, Jae Min
대한방사성의약품학회지
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제1권2호
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pp.104-108
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2015
Human serum albumin (HSA) has potential for diagnosis and therapy in clinical setting. The purpose of experiments was to develop and evaluate $^{68}Ga$-HSA as a PET agent for diagnosis of acute inflammation. NOTA-HSA was synthesized by conjugating 2-(p-isothiocyanatobenzyl)-1,4,7-triazacyclononane-1,4,7-triacetic acid to HSA in 0.1 M sodium carbonate buffer (pH 9.5) and then purified using a PD-10 size-exclusion column. NOTA-HSA was labeled with $^{68}Ga$ at room temperature for 10 min, and 8.4% sodium hydrogen carbonate buffer was added for neutralization. $^{68}Ga$-NOTA-HSA was purified using alumina N plus light cartridge and $0.22{\mu}m$ syringe filter. Labeling efficiency and radiochemical purity were determined by ITLC-SG with 0.1 M citric acid. Biodistribution study was performed in a male BALB/c mice model of Carrageenan-induced acute inflammation. Animal PET study was performed in acute inflammation mice model after tail vein injection of $^{68}Ga$-HSA. This radiotracer showed high labeling efficiency (>99%) around pH 7. Biodistribution study showed higher inflamed footpad uptake than control footpad uptake. Animal PET study revealed 2 times higher uptake on inflamed footpad compared to control footpad. In these experiments, we developed $^{68}Ga$-HSA for acute inflammation PET imaging and evaluated it in a mouse disease model. The results demonstrated that $^{68}Ga$-HSA has potential as a PET imaging agent for diagnosis of acute inflammation.
Choi, Jae Yong;Park, Ji-Ae;Kim, Jung Young;Lee, Ji Woong;Lee, Minkyung;Shin, Un Chol;Kang, Joo Hyun;An, Gwang Il;Lee, Kyo Chul;Ryu, Young Hoon;Kim, Kyeong Min
대한방사성의약품학회지
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제2권2호
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pp.108-112
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2016
Molecular imaging with the radiolabeled RGD peptides for ${\alpha}_v{\beta}_3$ integrin has been an increasing interest for tumor diagnosis and the treatment monitoring. Recently, $^{64}Cu$-NODAGA-gluco-E[c(RGDfK)]$_2$ was developed for quantification of ${\alpha}_v{\beta}_3$ integrin and its biological properties was elucidated. To better understand the molecular process in vivo, we performed the kinetic analysis for the $^{64}Cu$-NODAGA-gluco-E[c(RGDfK)]$_2$. After preparation of a radiotracer, dynamic PET images were obtained in the U87MG xenograft mice for 60 min (n = 6). Binding potential values were estimated from the 3-tissue compartment model, reference Logan and simplified reference tissue model. In the early time frame (0-20 min), the liver, kidney, intestine, urinary bladder and tumor were visualized but these uptakes were diminished as time went by. The tumors showed a good contrast at 40 min after administration. $^{64}Cu$-NODAGA-gluco-E[c(RGDfK)]$_2$ showed the 2-fold uptake in the tumor compared with that in the muscle. The parametric maps for binding values also provide the higher tumor-to-background contrast than the static images. A binding value obtained from the 3-tissue compartment model was comparable to other modeling methods. From these results, we conclude that $^{64}Cu$-NODAGA-gluco-E[c(RGDfK)]$_2$ may be a promising PET radiotracer for the evaluation of angiogenesis.
Chun, Joong-Hyun;Son, Jeongmin;Park, Jun Young;Yun, Mijin
대한방사성의약품학회지
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제3권1호
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pp.3-14
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2017
Nucleophilic aromatic fluorination has been one of the most explored methods in fluorin-18 based radiochemistry. Unlike electrophilic $[^{18}F]$fluorination methods, no-carrier-added nucleophilic radiofluorination with cyclotron-produced $[^{18}F]$fluoride ion offers better specific radioactivity which is essential aspect to obtain good quality images from positron emission tomography. Contrary to amenable aliphatic radiofluorination, the development of reliable aromatic $[^{18}F]$fluorination methods has been pursued by many research groups; however, no viable method has yet been established. Recently, hypervalent iodine compound draws increasing attention as versatile radiolabeling precursor for various $[^{18}F]$fluoroarenes, since it bears the capacity to introduce fluorine-18 either on electron-deficient or electron-rich aryl ring with enhanced regiospecificity. Other classes of hypervalent iodine congeners often utilized in radiochemistry are iodylarenes, iodonium ylides, and spirocyclic iodonium ylides. Recently developed spirocyclic iodonium ylides have already been avidly employed to provide various $[^{18}F]$aryl fluorides with high labeling efficiency. This metal-free protocol would afford efficient routes, replacing the traditional approaches to $[^{18}F]$fluoroarenes, from prosthetic labeling synthons to complex PET radiotracers.
As many new drug substances contained various aromatic rings and fluorine attached to an electron rich aromatic ring or on the meta-position, a strategy towards improvement in aromatic fluorination of these compounds is highly desirable. The introduction of fluorine-18 onto aromatic rings showed in the limited condition containing electron withdrawing group (EWG) on the para- or ortho-position to get reasonable radiochemical yield so far. No-carrier added (NCA) [$^{18}F$]fluoroarene syntheses by iodonium salts recently reported that has the potential to greatly increase the yield in systems or positions that normally not reactive enough to give sufficient yields in simple model reaction. This review describes the methodological approach towards effective aromatic fluorination by diaryliodonium salts and future prospects in an application of novel PET radiotracer.
동적 PET 데이터는 구획모델과 Nonlinear Least Squares(NLS)방법을 사용하여 분석함으로서 각종 생화학적 물질의 생체 대사율 등을 정량화 할 수 있다. 하지만 NLS방법은 변수의 초기 값이 적절하지 않을 경우 지역적인 최소점에 빠지거나 계산시간이 길어 동역학 변수들을 각 화소마다 구해야 하는 파라메터 영상(parametric image) 구성에는 효과적이지 않다. Patlak 도표분석법(PGA)은 비선형 방정식을 선형화하여 값을 추정함으로서 간단하면서 적은 계산량으로 인해 파라메터 영상을 구성하는데 많이 사용되고 있으나 잡음성분과 선형구간 선정에 따라 값이 영향을 받는 단점이 있다. 따라서 이 연구에서는 3구획 비가역 모델에 적합한 다중선형분석법(MLAIR)을 고안하였으며 3구획 비가역 모델의 대표적 예인 $[^{18}F]Fluoride$ PET을 이용하여 미니돼지에서의 뼈 섭취률을 계산하여 PGA방법과 비교 분석해 보았다. 대상 및 방법: 3마리의 미니돼지를 대상으로 100MBq의 $[^{18}F]Fluoride$를 대퇴부 정맥에 주사하면서 ECAT EXAET 47 PET 스캐너를 이용하여 60분간 PET 영상을 얻었다. 케타민과 자일라진을 이용하여 30분 간격으로 마취하였으며 실험동물을 진공 쿠션을 이용하여 반드시 누운 자세로 위치하도록 고정 시켰다. 입력함수인 혈장 내 농도곡선은 대퇴동맥으로부터 스캔 시작과 함께 혈액 채취를 통해 얻었다. ROI분석을 위해 대퇴골두, 척추 뼈, 근육에 ROI를 그려 조직 내 시간-방사능 곡선을 얻었다. $k_4$가 0인 3구획 비가역 모델로부터 MLAIR와 PGA방법을 사용하여 관심영역에서의 뼈 섭취률 $K_i$와 파라메터 영상을 구성하였다. PGA방법은 선형구간의 시작점인 $t^*$선택에 따른 영향을 보기 위해 분석구간을 변화시켜가며 분석하였다. 결과: ROI 분석결과 추정된 $K_i$값은 NLS방법에 비하여 MLAIR방법과 PGA방법 모두에서 과대 추정되었으나 두 분석방법 끼리는 비슷한결과를 보였다. Patlak 기울기는 $t^*$선택에 따라 값이 변하였으며 Patlak 상수는 Fluoride 섭취가 높은 대퇴골두나 척추뼈에서 30분이 지나서야 일정한 값으로 나타났고 섭취가 낮은 근육에서는 10분만에 일정해졌다. 파라메터 영상에서는 제안한 MLAIR방법이 PGA방법에 비해 영상의 질을 향상시킴을 알 수 있었다. 또한 PGA방법을 이용하여 구성한 파라메터 영상은 $t^*$값이 커질수록 급격히 영상의 질이 저하됨을 볼 수 있다. 특히 Fluoride 섭취가 높은 영역에서 Patlak 상수가 일정해지는 시간인 $t^*$값이 30분일 때 파라메터 영상은 MLAIR와 크게 차이가 났다. 결론 결론적으로 제안한 MLAIR방법은 선형구간을 정할 필요 없이 모든 데이터를 사용하는 이점이 있으며 선형적인 방법을 통해 $K_i$값을 얻을 수 있어 계산시간을 단축 시켜 줄 뿐 아니라 잡음성분에 강해 파라메터 영상의 질을 크게 향상 시켜 줌으로 비가역 3구획모델에서의 PGA방법을 대체할 새로운 파라메터 영상구성방법으로 적합할 것이다.
세로토닌 수용체 5-$HT_{1A}$에 대한 방사성추적자로 알려진 $^{18}F$-mefway를 개선된 방법으로 합성하고, 소 동물 뇌 microPET 연구를 통해서 이 수용체에 선택적으로 결합하는 지를 확인하려고 한다. 기존 합성 방법을 수정하여 전구체를 합성하고, $[^{18}F]^-$과 $130^{\circ}C$에서 30분간 교반하여 $^{18}F$-mefway를 합성하여, Solid phase extraction(SPE)과 HPLC를 이용해 정제한 다음, 소동물 뇌의 microPET 다이나믹 영상을 얻었다. Oxalyl chloride와 LAH/diethyl ether을 사용해서 기존 합성수율 9%에서 34%로 $^{18}F$-mefway 전구체를 향상된 수율로 합성할 수 있는 개선된 방법을 확립하였다. 이렇게 합성된 $^{18}F$-mefway는 세로토닌 5-$HT_{1A}$수용체 영상용 방사성 의약품으로서 신경정신질환 연구에 이용될 수 있을 것으로 사료된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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