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| 名前 | |
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| IUPAC名
2-デオキシ-2-[ 18 F]フルオログルコース
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| 識別子 | |
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3Dモデル（JSmol）
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| 略語 | [ 18 F]FDG |
| 2047723 | |
| チェビ |
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| チェムBL |
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| ケムスパイダー |
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| ケッグ |
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パブケム CID
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| ユニ |
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CompTox ダッシュボード ( EPA )
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| プロパティ | |
| C 6 H 11 18 FO 5 | |
| モル質量 | 181.1495 グラムモル−1 |
| 融点 | 170～176 [1] °C (338～349 °F; 443～449 K) |
| 薬理学 | |
| V09IX04 ( WHO ) | |
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| 静脈内 | |
| 薬物動態: | |
| 6-リン酸化 | |
| 110分（70%時） 16分（20%） | |
| 2時間以内に20%の放射能が腎臓から排出される | |
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。
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[ 18 F]フルオロデオキシグルコース( INN )、またはフルオロデオキシグルコース F 18 ( USANおよびUSP ) は、一般にフルオロデオキシグルコースとも呼ばれ、 [ 18 F]FDG、2-[ 18 F]FDG 、またはFDGと略される放射性医薬品、具体的には放射性トレーサーであり、医療用画像診断法である陽電子放出断層撮影(PET)で使用されます。化学的には、 2-デオキシ-2-[ 18 F]フルオロ- D -グルコースであり、グルコース分子の C-2 位の通常のヒドロキシル基が 陽電子放出放射性核種フッ素-18に置換されたグルコース類似体 です。
組織による [ 18 F]FDGの取り込みは、組織によるグルコースの取り込みの指標であり、これは特定の種類の組織代謝と密接に相関しています。 [ 18 F]FDG を患者に注入すると、PET スキャナーで体内の [ 18 F]FDGの分布の 2 次元または 3 次元画像を形成できます。
1976年の開発以来、[ 18 F]FDGは神経科学の研究に大きな影響を与えてきました。[2]その後1980年に[ 18 F]FDGが腫瘍に蓄積するという発見が、がん診断における主要な臨床ツールとしてのPETの進化の基礎となりました。[3] [ 18 F]FDGは現在、PET神経画像診断やがん患者管理に使用される標準的な放射性トレーサーです。[4]
画像は核医学医師または放射線科医によって評価され、さまざまな病状の診断に使用されます。
歴史
1968年、チェコスロバキアのカレル大学有機化学科のヨゼフ・パチャク博士、ズデネック・トチーク、ミロスラフ・チェルニーが初めてFDGの合成について説明しました。[5]その後、1970年代に、ブルックヘブン国立研究所のタツオ・イドとアル・ウルフが初めてフッ素18で標識されたFDGの合成について説明しました。[6]この化合物は、1976年8月にペンシルバニア大学でアバス・アラビによって2人の正常な人間のボランティアに初めて投与されました。通常の（PETではない）核スキャナーで得られた脳画像により、その臓器における[ 18F ]FDGの濃度が示されました（下記の歴史の参照を参照）。
1990年8月から1991年を通して、FDGの原料である酸素18の不足により、同位体の供給を制限せざるを得なくなった。イスラエルの酸素18施設は湾岸戦争のために閉鎖され、米国政府はロスアラモス国立研究所の炭素、酸素、窒素の同位体施設を閉鎖したため、アイソテックが主な供給元となった。[7]
合成
[ 18 F]FDGは、最初に[ 18 F]F 2による求電子フッ素化によって合成されました。[6]その後、同じ放射性同位体を使用した「求核合成」が考案されました。
すべての放射性 18 F 標識放射性リガンドと同様に、フッ素 18 は最初にサイクロトロン内でフッ化物アニオンとして生成する必要があります。サイクロトロン衝撃により、リガンドに通常使用されるタイプの有機分子が破壊され、特にグルコースが破壊されるため、 完全な [ 18 F]FDG放射性トレーサーの合成は、未結合のフッ化物放射性トレーサーの合成から始まります。
サイクロトロンによるフッ素 18 の生成は、ネオン 20に重陽子を衝突させることで達成される場合もありますが、通常は18 O 濃縮水に陽子を衝突させて18 O 内で(pn) 反応(「ノックアウト反応」と呼ばれることもあります。これは、入射する陽子が中性子を「ノックアウト」する確率が高い一般的なタイプの核反応です) を引き起こすことによって行われます。これにより、水中に「キャリアフリー」の溶解した [ 18 F] フッ化物 ([ 18 F]F − ) イオンが生成されます。フッ素 18 の半減期は109.8 分であるため、この時点以降は迅速かつ自動化された化学反応が必要になります。
無水フッ化物塩はフッ素ガスよりも扱いやすく、サイクロトロンで生成することができます。[8]この化学反応を達成するために、[ 18 F]F − をイオン交換カラムに捕捉して水性溶媒から分離し、2,2,2-クリプタンドと炭酸カリウムのアセトニトリル溶液で溶出します。溶出液を蒸発させると、[(クリプト-222)K] + [ 18 F]F − ( 2 ) が得られます。
フッ化物アニオンは求核性であるため、同じく優れた求核剤である水酸化物との競合反応を避けるために無水条件が必要です。カリウムイオンを隔離するためにクリプタンドを使用すると、遊離カリウムイオンとフッ化物イオン間のイオン対形成が回避され、フッ化物アニオンの反応性が高まります。
中間体2は保護されたマンノース トリフラート（1 ）で処理され、フッ化物アニオンがS N 2反応でトリフラート脱離基を置換し、保護されたフッ素化デオキシグルコース（3）を与える。塩基加水分解によりアセチル保護基が除去され、イオン交換によりクリプタンドが除去された後、目的の生成物（4）が得られる：[9] [10]
作用機序、代謝最終産物、代謝率
[ 18 F]FDG はブドウ糖類似体として、脳、褐色脂肪細胞、腎臓、癌細胞などのブドウ糖を多く利用する細胞に取り込まれ、そこでリン酸化によって、いったん吸収されたブドウ糖が細胞から再び放出されるのを防ぎます。通常のブドウ糖の 2-ヒドロキシル基 (-OH) は、さらなる解糖(ブドウ糖を分解して代謝すること) に必要ですが、[ 18 F]FDG にはこの 2-ヒドロキシル基がありません。そのため、姉妹分子である2-デオキシ- D -グルコースと同様に、FDG は細胞内でそれ以上代謝されません。[ 18 F]FDG が細胞に入ると形成される [ 18 F] FDG-6-リン酸は、放射性崩壊する前に細胞から出ることができません。その結果、[ 18 F]FDG の分布は、体内の細胞によるブドウ糖の取り込みとリン酸化の分布をよく反映しています。
[ 18 F]FDGのフッ素は、ベータ崩壊により放射性崩壊して18 O −になります。水性環境中のヒドロニウムイオンから陽子H + を拾った後、分子は C-2 位のヒドロキシルに無害な非放射性の「重酸素」で標識されたグルコース-6-リン酸になります。2-ヒドロキシルが新たに追加されたことで、通常のグルコースと同じように正常に代謝され、非放射性の最終生成物が生成されます。
理論上はすべての [ 18 F]FDG が上記のように代謝され、放射能消失半減期は 110 分（フッ素 18 と同じ）ですが、臨床研究では [ 18 F]FDG の放射能は 2 つの主要な部分に分かれることが示されています。フッ素 18 の放射能の約 75% は組織に残り、半減期 110 分で消失します。これはおそらく[要出典] 、その場で O-18 に崩壊して非放射性の [ 18 O]O-グルコース-6-リン酸を形成することによって行われます（この分子は、フッ素から酸素への核変換が停止して代謝が妨げられると、すぐに二酸化炭素と水に代謝されます）。 [ 18 F]FDG の別の部分は、注射によるフッ素 18 の総活性の約 20% を占め、約 16 分という短い半減期で [ 18 F]FDG投与後 2 時間で腎臓から排泄されます(この部分により、通常の PET スキャンでは腎臓の集合系と膀胱が顕著になります)。この短い生物学的半減期は、フッ素 18 トレーサーの総活性のこの 20% の部分が、同位体自体が崩壊するよりもはるかに速く腎臓から除去されることを示しています。通常のグルコースとは異なり、FDG は腎臓で完全に再吸収されません。[11]この急速に排泄される尿18 Fのため、PET スキャンを受けている患者の尿は、同位体の投与後数時間は特に放射能を帯びる可能性があります。[12]
[ 18 F]FDGの放射能はすべて、検査後の最初の数時間の尿で急速に排泄される 20% と患者の体内に残る 80% の両方が、半減期 110 分 (2 時間弱) で減衰します。したがって、24 時間以内 (注射後半減期の 13 回) に、患者の体内の放射能と、PET 検査後に寝具や物体を汚染している可能性のある最初に排泄された尿の放射能は、投与量の初期放射能の 2 −13 = 1 ⁄ 8192に減衰します。実際には、[ 18 F]FDGを注射された患者は、少なくとも 12 時間 (半減期の 7 回、または最初の放射能量の1 ⁄ 128に減衰) は、特に放射線に敏感な乳児、子供、妊婦などの近くには近づかないように指示されます。
生産
アライアンス・メディカルとシーメンス・ヘルスケアは、英国で唯一の製造業者である。[要出典]イングランド でのFDGの1回分の費用は[要出典]約130ポンドである。北アイルランドでは、供給業者が1社しかないが、1回分の費用は最大450ポンドである。[13]イリノイ保健科学局（IBAMは2015年8月1日に買収）が所有するIBAモレキュラー・ノース・アメリカとゼバコール・モレキュラー、シーメンスのPETNETソリューションズ（シーメンス・ヘルスケアの子会社）、カーディナル・ヘルス[14]は、米国で製造業者である[15] [16] [17] [18]
分布
標識された [ 18 F]FDG 化合物の保存期間は比較的短く、半減期は 109.8 分、つまり 2 時間弱のフッ素 18 の物理的崩壊が主な原因です。それでも、この半減期は、炭素 11 などの他の医療用放射性同位元素とは対照的に、遠隔地の PET スキャン施設に化合物を輸送できるほど十分に長いです。放射性化合物の輸送規制により、配送は通常、特別に認可された道路輸送によって行われますが、輸送手段には専用の小型商用ジェット機サービスも含まれる場合があります。航空輸送により、[ 18 F]FDG 製造現場周辺の配送エリアを拡大し、数百マイル離れた PET スキャン センターに化合物を配送することができます。
最近、一体型シールドとポータブル化学ステーションを備えたオンサイトサイクロトロンがPETスキャナーに搭載され、遠隔地の病院で[ 18F ]FDGを製造することができるようになりました。この技術は、将来的には[ 18F ]FDGを製造場所から使用場所まで輸送するための混乱を一部解消するものとして有望視されています。[19]
アプリケーション
PET画像診断では、[ 18 F]FDGは主に腫瘍学における腫瘍の画像診断に使用され、静的[ 18 F]FDG PETスキャンが実行され、腫瘍の[ 18 F]FDG取り込みが標準化取り込み値（SUV）の観点から分析されます。FDG PET/CTは、心臓と脳におけるグルコース代謝の評価に使用できます。[ 18 F]FDGは細胞に取り込まれ、続いてヘキソキナーゼによってリン酸化されます（急速に増殖する悪性腫瘍では、ミトコンドリア型が大幅に増加します）。 [20]リン酸化[ 18 F]FDGはそれ以上代謝されず、ほとんどの種類の悪性腫瘍など、代謝活性の高い組織に保持されます。その結果、FDG-PETは癌の診断、病期分類、治療のモニタリングに使用でき、[21]特にホジキン病、非ホジキンリンパ腫、大腸癌、乳癌、黒色腫、肺癌に使用できます。また、アルツハイマー病の診断にも承認されています。
腫瘍や転移性疾患の探索におけるボディスキャンの用途では、通常、6時間以上絶食し、血糖値が適度に低い患者に、[ 18 F]-FDG溶液（通常5～10ミリキュリーまたは200～400 MBq）を静脈に流れ込む生理食塩水点滴に急速に注入します。（これは一部の糖尿病患者にとって問題となります。通常、PETスキャンセンターでは血糖値が約180 mg/dL = 10 mmol/Lを超える患者には同位元素を投与しないため、そのような患者は再スケジュールする必要があります）。その後、患者は糖が分配され、ブドウ糖を使用する臓器に取り込まれるまで約1時間待たなければなりません。この間、放射性糖の筋肉への取り込みを最小限に抑えるため、身体活動を最小限に抑える必要があります（これによりスキャンに不要なアーティファクトが発生し、特に対象の臓器が頭蓋骨内ではなく体内にある場合に読み取りが妨げられます）。次に、患者は PET スキャナーに入れられ、一連の 1 回以上のスキャンが行われます。これには 20 分から 1 時間ほどかかる場合があります (多くの場合、一度に体長の約 4 分の 1 しか画像化されません)。
参考文献
- ^ パチャク J、トチク Z、チェルニー M (1969)。 「2-デオキシ-2-フルオロ-D-グルコースの合成」。化学会誌 D: 化学コミュニケーション。1969 (2): 77.土井:10.1039/C29690000077.
- ^ Newberg A、Alavi A 、Reivich M (2002年1月)。「神経精神疾患におけるFDG-PET画像による局所脳機能の判定」。核医学セミナー。32 ( 1 ) : 13–34。doi : 10.1053 /snuc.2002.29276。PMID 11839066 。
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- ^ 「『独占』、3億5000万ポンドのスキャン契約をめぐる懸念」 Local Government Chronicle。2015年2月12日。 2015年2月22日閲覧。
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- ^ Matthews M (2013年9月19日). 「シーメンスのPETNETソリューションが米国の腫瘍学ネットワークを支援」Axis Imaging News . 2016年2月5日閲覧。
- ^ Lisa Fratt (2003). 「放射線検査とPET、放射性医薬品の保管に注意」。医療用画像。2008年11月20日時点のオリジナルよりアーカイブ。
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- ^ Hofman MS、Hicks RJ （2016年10月） 。「腫瘍FDG PET/CTの読み方」。Cancer Imaging。16 （1）：35。doi ： 10.1186 / s40644-016-0091-3。PMC 5067887。PMID 27756360。
