Development of radiosynthesis methods for 18F-labelled radiopharmaceuticals : General considerations and production of a dopamine transporter radioligand

Positron emission tomography (PET) is a molecular imaging technique that utilises radiopharmaceuticals (radiotracers) labelled with a positron-emitting radionuclide, such as fluorine-18 (18F). Development of a new radiotracer requires an appropriate radiosynthesis method: the most common of which with 18F is nucleophilic substitution with [18F]fluoride ion. The success of the labelling reaction is dependent on various factors such as the reactivity of [18F]fluoride, the structure of the target compound in addition to the chosen solvent. The overall radiosynthesis procedure must be optimised in terms of radiochemical yield and quality of the final product. Therefore, both quantitative and qualitative radioanalytical methods are essential in developing radiosynthesis methods. Furthermore, biological properties of the tracer candidate need to be evaluated by various pre-clinical studies in animal models. In this work, the feasibility of various nucleophilic 18F-fluorination strategies were studied and a labelling method for a novel radiotracer, N-3-[18F]fluoropropyl-2beta-carbomethoxy-3beta-4-fluorophenyl)nortropane ([18F]beta-CFT-FP), was optimised. The effect of solvent was studied by labelling a series of model compounds, 4-(R1-methyl)benzyl R2-benzoates. 18F-Fluorination reactions were carried out both in polar aprotic and protic solvents (tertiary alcohols). Assessment of the 18F-fluorinated products was studied by mass spectrometry (MS) in addition to conventional radiochromatographic methods, using radiosynthesis of 4-[18F]fluoro-N-[2-[1-(2-methoxyphenyl)-1-piperazinyl]ethyl-N-2-pyridinyl-benzamide (p-[18F]MPPF) as a model reaction. Labelling of [18F]beta-CFT-FP was studied using two 18F-fluoroalkylation reagents, [18F]fluoropropyl bromide and [18F]fluoropropyl tosylate, as well as by direct 18F-fluorination of sulfonate ester precursor. Subsequently, the suitability of [18F]beta-CFT-FP for imaging dopamine transporter (DAT) was evaluated by determining its biodistribution in rats. The results showed that protic solvents can be useful co-solvents in aliphatic 18F-fluorinations, especially in the labelling of sulfonate esters. Aromatic 18F-fluorination was not promoted in tert-alcohols. Sensitivity of the ion trap MS was sufficient for the qualitative analysis of the 18F-labelled products; p-[18F]MPPF was identified from the isolated product fraction with a mass-to-charge (m/z) ratio of 435 (i.e. protonated molecule [M+H]+). [18F]beta-CFT-FP was produced most efficiently via [18F]fluoropropyl tosylate, leading to sufficient radiochemical yield and specific radioactivity for PET studies. The ex vivo studies in rats showed fast kinetics as well as the specific uptake of [18F]beta-CFT-FP to the DAT rich brain regions. Thus, it was concluded that [18F]beta-CFT-FP has potential as a radiotracer for imaging DAT by PET.

Desorptio/fotoionisaatio ilmanpaineessa takavarikoitujen huumausaineiden, steroidien ja räjähdysaineiden tutkimuksessa

Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää desorptio/fotoionisaatio ilmanpaineessa tekniikan (engl. desorption atmospheric pressure photoionization, DAPPI) soveltuvuutta rikosteknisen laboratorion näytteiden analysointiin. DAPPI on nopea massaspektrometrinen ionisaatiotekniikka, jolla voidaan tutkia yhdisteitä suoraan erilaisilta pinnoilta. DAPPI:ssa käytetään lämmitettyä mikrosirua, joka suihkuttaa höyrystynyttä liuotin- ja kaasuvirtausta kohti näytettä. Näytteen pinnan komponentit desorboituvat lämmön vaikutuksesta, jonka jälkeen ionisoituminen tapahtuu VUV-lampun emittoimien fotonien avulla.DAPPI:lla tutkittiin takavarikoituja huumausaineita, anabolisia steroideja ja räjähdysaineita sekä niiden jäämiä erilaisilta pinnoilta. Lisäksi kartoitettiin DAPPI:n mahdollisuuksia ja rajoituksia erilaisille näytematriiseille ilman näytteiden esikäsittelyä. Takavarikoitujen huumausaineiden tutkimuksessa analysoitiin erilaisia tabletteja, jauheita, kasvirouheita, huumekasveja (khat, oopium, kannabis) ja sieniä. Anabolisia steroideja tunnistettiin tableteista sekä ampulleista, jotka sisälsivät öljymäistä nestettä. Jauheet ripoteltiin kaksipuoliselle teipille ja analysoitiin siltä. Muut näytteet analysoitiin sellaisenaan ilman minkäänlaista esikäsittelyä, paitsi nestemäisten näytteiden kohdalla näyte pipetoitiin talouspaperille, joka analysoitiin DAPPI:lla. DAPPI osoittautui nopeaksi ja yksinkertaiseksi menetelmäksi takavarikoitujen huumausaineiden ja steroidien analysoimisessa. Se soveltui hyvin rikoslaboratorion erityyppisten näytteiden rutiiniseulontaan ja helpotti erityisesti huumekasvien ja öljymäisten steroidiliuosten tutkimusta. Massaspektrometrin likaantuminen pystyttiin ehkäisemään säätämällä näytteen etäisyyttä sen suuaukosta. Likaantumista ei havaittu huolimatta näytteiden korkeista konsentraatioista ja useita kuukausia jatkuneista mittauksista. Räjähdysaineiden tutkimuksessa keskityttiin seitsemän eri räjähdysaineen DAPPI-MS-menetelmän kehitykseen; trinitrotolueeni (TNT), nitroglykoli (NK), nitroglyseriini (NG), pentriitti (PETN), heksogeeni (RDX), oktogeeni (HMX) ja pikriinihappoä Nämä orgaaniset räjähteet ovat nitraattiyhdisteitä, jotka voidaan jakaa rakenteen puolesta nitroamiineihin (RDX ja HMX), nitroaromaatteihin (TNT ja pikriinihappo) sekä nitraattiestereihin (PETN, NG ja NK). Menetelmäkehityksessä räjähdysainelaimennokset pipetoitiin polymetyylimetakrylaatin (PMMA) päälle ja analysoitiin siitä. DAPPI:lla tutkittiin myäs autenttisia räjähdysainejäämiä erilaisista matriiseista. DAPPI:lla optimoitiin jokaiselle räjähdysaineelle sopiva menetelmä ja yhdisteet saatiin näkymään puhdasaineina. Räjähdysainejäämien analysoiminen erilaisista rikospaikkamateriaaleista osoittautui haastavammaksi tehtäväksi, koska matriisit aiheuttivat itsessään korkean taustan spektriin, josta räjähdysaineiden piikit eivät useimmiten erottuneet tarpeeksi. Muut desorptioionisaatiotekniikat saattavat soveltua paremmin haastavien räjähdysainejäämien havaitsemiseksi.