Фотохимическая реакция упростила синтез контрастных агентов для томографии

ПЭТ-снимки мышей со злокачественными опухолями, яркий цвет указывает на накопление меченого производного тирозина

Nicewicz et al. / Nature Chemistry, 2021

Химики из США разработали метод введения в молекулу радиоактивного изотопа 18F. Фотохимическая реакция позволила заменять галогены, связанные с ароматическими кольцами, на фтор, а полученные фторированные соединения ученые использовали в качестве контрастных агентов для позитронно-эмиссионной томографии. Исследование опубликовано в Nature Chemistry.

Соединения, содержащие изотоп фтора 18F, используют в позитронно-эмисионной томографии. Они могут накапливаться в тканях живого организма, и испускать позитроны, которые аннигилируют с электронами с выделением энергии. Эту энергию можно детектировать и, с помощью компьютерной обработки, получать объемные изображения внутренних органов.

Чтобы контролировать место накопления такого вещества, радионуклиды вводят в распространенные метаболиты. В частности, фтор-18 можно вводить в ароматические системы аминокислот, но способов проведения такого превращения существует довольно мало, потому что для его успешного протекания часто требуются специальные условия: электронодефицитность ароматического кольца или катализ комплексами переходных металлов.

Химики под руководством Дэвида Ницевича (David A. Nicewicz) и Цзыбо Ли (Zibo Li) из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилле решили использовать методы фотохимии для введения радиоактивного фтора-18 в насыщенные электронной плотностью ароматические кольца. Им было известно, что некоторые фотокатализаторы способны окислять арены с образованием катион-радикала, и они предположили, что в такой частице сможет протекать замещение одного галогена на другой.

Чтобы проверить эту гипотезу, химики провели реакцию 1-хлоро-4-метоксибензола с меченым 18F тетрабутиламмонийфторидом в присутствии фотокатализатора. Сначала продукт реакции образовался с выходом всего в 2 процента, однако, когда ученые повторили реакцию в инертной атмосфере, выход повысился до 13 процентов. Затем химики провели скрининг различных уходящих групп, и оказалось, что лучше всего реакция протекает с фторпроизводными, то есть радиоактивный фтор-18 из тетрабутиламмонийфторида замещает исходный фтор-19 в ароматическом кольце.

После дополнительного подбора условий и изучения региоселективности своей реакции, химики решили применить ее для синтеза меченых фтором-18 производных аминокислоты тирозина. Они получили 10 таких производных, а затем попробовали использовать их для визуализации опухолей лабораторных мышей. Многие полученные вещества оказались эффективны: они быстро накапливались в опухолях, а затем вымывались в течение трех часов. Часть из них накапливалась также в поджелудочной железе, но введение дополнительных атомов фтора в ароматическое кольцо позволило избежать этой проблемы.

В результате химики разработали эффективный метод введения радиоактивного изотопа фтора 18F в электронодонорные ароматические кольца. Один из недостатков этого метода заключается в том, что разделить исходное вещество с 19F и продукт с 18F невозможно, и доля радиоактивного изотопа в полученных веществах получается меньше, чем при использовании других методов. Несмотря на это, авторам удалось успешно применить полученные соединения в позитронно-эмиссионной томографии. Кроме того, на основе своей реакции химики разработали синтез часто применяемого радиофармпрепарата [18F]FDOPA (меченая леводопа). Его радиохимический выход на стадии замены галогена составил около 40 процентов.

Ранее мы рассказывали, как врачи применили ПЭТ с меченой фтором-18 леводопой для анализа содержания дофамина в ЦНС курильщиков.

Михаил Бойм

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.