新型环烯衍生螯合剂DOTThia与DOTI-Me在212Pb、213Bi及225Ac放射性标记中的性能评估与应用前景

本刊推荐：研究人员针对α核素212Pb、213Bi和225Ac在靶向α治疗（TAT）中缺乏高效专用螯合剂的问题，系统评估了两种新型环烯衍生螯合剂DOTThia（四甲基噻唑臂）和DOTI-Me（四甲基咪唑臂）的放射性标记性能。研究发现DOTThia在室温下即可实现212Pb的定量标记，性能媲美金标准TCMC；DOTI-Me对213Bi的标记效率显著优于macropa，且能从225Ac溶液中直接分离213Bi。该研究为开发新型212Pb/213Bi标记放射性药物提供了重要依据。

　　

在癌症治疗领域，靶向α粒子治疗（Targeted Alpha Therapy, TAT）正展现出革命性的潜力。与传统β射线或γ射线相比，α粒子具有更高的线性能量转移（Linear Energy Transfer, LET），能够在极短距离内（约50-100μm）释放巨大能量，精准杀伤肿瘤细胞的同时最大限度保护周围健康组织。其中，铅-212（²¹²Pb）、铋-213（²¹³Bi）和锕-225（²²⁵Ac）因其独特的衰变特性和可通过发生器获取的便利性，成为TAT中最受关注的核素。

然而，这些放射性核素的临床应用面临一个关键挑战：需要高效稳定的双功能螯合剂（Bifunctional Chelators, BFCs）将其与靶向分子（如抗体、肽类等）牢固结合。目前最常用的螯合剂DOTA（1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四乙酸）及其衍生物虽然广泛应用，但在某些情况下仍存在标记条件苛刻、稳定性不足等问题。特别是对于²¹²Pb，目前的金标准TCMC（1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四乙酰胺）虽然效果良好，但仍需要开发更多样化的螯合平台。

在此背景下，德国萨尔大学核医学科的研究团队在《Nuclear Medicine and Biology》上发表了他们的最新研究成果。他们基于环烯（cyclen）母核设计并合成了两种新型螯合剂：带有四个甲基咪唑臂的DOTI-Me和带有四个甲基噻唑臂的DOTThia，并系统评估了它们与²¹²Pb、²¹³Bi和²²⁵Ac的放射化学性能。

研究人员采用了一系列关键技术方法：通过还原胺化反应合成螯合剂；使用高效液相色谱（HPLC）进行纯化和分析；利用即时薄层色谱（radio-iTLC）评估放射化学转化率（RCC）；通过体外稳定性实验（包括血清稳定性、金属离子竞争实验等）评估复合物稳定性；使用核磁共振（NMR）和质谱（MS）进行结构表征。放射性核素来源包括：²¹²Pb来自²²⁸Th发生器，²¹³Bi来自²²⁵Ac/²¹³Bi发生器系统，²²⁵Ac购自商业供应商。

2.3. Preparation of non-radioactive metal complexes

研究人员首先制备了非放射性金属复合物作为参考标准，使用乙醇或水作为溶剂，在特定条件下（如95°C加热15分钟）制备了Pb²⁺和Bi³⁺与DOTI-Me和DOTThia的复合物，并通过半制备HPLC进行纯化。

2.7. ²¹²Pb labeling experiments

在²¹²Pb标记实验中，团队系统评估了不同pH值（4.0-8.2）、不同缓冲体系（NaAc、MES、NH₄Ac、HEPES、PBS等）、不同温度（室温和80°C）以及不同配体浓度（10^-3至10^-7 M）下的标记效率。

3.1. Radiolabeling and stability experiments with ²¹²Pb

结果显示DOTThia表现出卓越的²¹²Pb标记性能：在室温下即可在大多数缓冲体系中实现定量标记（RCC >95%），仅在PBS中略降至87±5%。即使在极低配体浓度（10μM）下，DOTThia仍能保持高标记效率，摩尔活度可达～1.5 MBq nmol^-1，与金标准TCMC相当。相比之下，DOTI-Me对²¹²Pb的标记效率较差，在任何条件下都无法实现定量标记。

稳定性实验表明，[²¹²Pb]Pb-DOTThia复合物在体外各种挑战条件下（EDTA、天然Pb²⁺过量、生理金属离子混合物）均表现出高稳定性，24小时内完整性保持在95%以上，48小时后仍保持88±2%（EDTA挑战）和90±3%（混合金属挑战）。在人血清中37°C孵育18小时后，复合物完整性仍达98±1%。

3.2. Radiolabeling experiments with ²¹³Bi

对于²¹³Bi，两种配体表现出截然不同的特性：DOTI-Me在pH 5.5的MES缓冲液中表现出优异的标记性能，即使在极低浓度（0.1μM）下仍能达到>90%的RCC，显著优于当前的金标准macropa（在相同条件下仅26±2%）。相反，DOTThia对²¹³Bi的标记效率较差，需要高达1mM的浓度才能实现有效标记。

3.3. Radiolabeling experiments with ²²⁵Ac

令人意外的是，两种配体对²²⁵Ac的标记效果均不理想。在最佳条件（pH 5.5，80°C）下，DOTI-Me的RCC仅为22±10%，而DOTThia几乎不结合²²⁵Ac（3±2%）。

3.4. Radiolabeling experiments of DOTI-TVA methyl ester with ²²⁵Ac

这一发现促使研究人员探索了一个创新性应用：利用DOTI-Me对²¹³Bi的高选择性，直接从²²⁵Ac溶液中分离²¹³Bi。他们使用功能化衍生物DOTI-TVA甲酯（具有C₁₈柱保留能力）进行实验，成功从²²⁵Ac溶液中分离出²¹³Bi标记的化合物，测得半衰期为35.0±2.9分钟（与²¹³Bi的45.6分钟半衰期相符），证明该方法可直接从²²⁵Ac溶液制备²¹³Bi标记化合物，无需传统的²²⁵Ac/²¹³Bi发生器。

研究结论表明，DOTThia是一种极具前景的²¹²Pb螯合剂，其性能与当前金标准TCMC相当，但合成可能更为简便；而DOTI-Me则是²¹³Bi的高效螯合剂，性能优于macropa。两种配体对²²⁵Ac均不适用，但这反而成为一个优势：能够选择性结合²²⁵Ac衰变子体²¹³Bi，从而开发直接从²²⁵Ac溶液制备²¹³Bi标记药物的新方法。

这项研究的重要意义在于：首先，为²¹²Pb和²¹³Bi的放射性药物开发提供了新型高效螯合剂选项；其次，开创了直接从²²⁵Ac溶液制备²¹³Bi标记化合物的新策略，简化了²¹³Bi药物的制备流程；最后，这些螯合剂还可能用于²²⁵Ac的纯化，通过选择性去除子体核素²¹³Bi和²⁰⁹Pb来提高²²⁵Ac的纯度。这些发现为推进靶向α治疗的临床转化提供了重要的化学工具和方法学支持。