符合GMP规范的临床级[18F]3-(3-氟丙基)-2-苯基-2,3-二氢苯并[d]噻唑([18F]FPBT)的生产、验证及辐射剂量学研究用于氧化应激PET成像

《British Journal of Pharmacology》：GMP-compliant production, validation and dosimetry of clinical grade [18F]3-(3-fluoropropyl)-2-phenyl-2,3-dihydrobenzo[d]thiazole ([18F]FPBT) for oxidative stress PET imaging

　　

背景与目的：氧化应激在多种疾病的病理生理学中发挥关键作用，然而目前用于其非侵入性检测的方法仍然有限。本研究旨在系统性地验证一种超氧化物选择性PET（positron emission tomography）示踪剂[¹⁸F]FPBT，用于氧化应激相关疾病的早期诊断和治疗监测。
实验方法：在Trasis AllinOne平台上，采用符合GMP（Good Manufacturing Practices）规范的自动化生产方案合成[¹⁸F]FPBT。对产品进行全面的质量控制（quality control, QC）测试以确保临床适用性。在LPS（lipopolysaccharide）和多柔比星（doxorubicin）处理的家兔中使用临床PET扫描仪进行临床前成像，以评估示踪剂在受氧化应激影响器官中的摄取。在健康家兔中测量辐射剂量学（radiation dosimetry）以估算人体有效剂量。使用非放射性FPBT在KM小鼠中评估急性毒性（1.875 mg·kg^-1）。
关键结果：以19.20–68.45 GBq氟-18为起始，[¹⁸F]FPBT成功生产，批次产量范围为2.69–4.64 GBq。PET成像清晰显示LPS和多柔比星处理家兔心脏氧化应激。估算的人体有效辐射剂量为男性0.022 ± 0.004 mSv·MBq^-1，女性0.028 ± 0.005 mSv·MBq^-1，与[¹⁸F]FDG相当。在给予FPBT剂量相当于人类150 MBq [¹⁸F]FBPT PET扫描预计非放射性质量剂量8896倍的小鼠中，未观察到与治疗相关的不良反应。
结论与意义：[¹⁸F]FPBT符合人类使用的监管和生物学安全标准，并显示出用于首次人体PET成像研究的强大潜力。该示踪剂能够实现以氧化应激升高为特征的心血管疾病的早期诊断、监测和治疗评估。

**论文解读：符合GMP规范的[¹⁸F]FPBT生产、验证及辐射剂量学研究——用于氧化应激PET成像的临床转化**

**研究背景与问题**

氧化应激（oxidative stress）是活性氧（reactive oxygen species, ROS）产生超过细胞抗氧化防御能力时所导致的病理状态，涉及脂质过氧化、蛋白质氧化及DNA损伤，已被证实与阿尔茨海默病、动脉粥样硬化、慢性阻塞性肺疾病和癌症等多种疾病的发生发展密切相关。然而，目前临床上缺乏能够非侵入性检测体内氧化应激的可靠影像学手段。尽管已有多种针对不同氧化应激生物学靶点的PET示踪剂（如[⁶⁸Ga]-Galuminox、[¹⁸F]FEDV、[¹¹C]DHQ等）在临床前模型中展现出潜力，但均因复杂的放射合成步骤、体内稳定性不足、药代动力学不理想或监管障碍等原因，尚未转化为常规临床使用。因此，开发一种稳健、可重复且具备临床转化潜力的氧化应激PET示踪剂成为迫切需求。研究人员此前已报道了一种超氧化物选择性ROS-PET示踪剂[¹⁸F]3-(3-氟丙基)-2-苯基-2,3-二氢苯并[d]噻唑（[¹⁸F]FPBT），并在多柔比星诱导的急性心脏毒性大鼠模型中验证了其检测氧化应激的能力。本研究旨在系统解决[¹⁸F]FPBT临床转化中的关键挑战，包括优化前体化学合成、建立符合GMP的自动化生产、进行全面的质量控制、在两种兔子模型中验证其成像能力、估算人体辐射剂量学以及评估急性毒性，为首次人体研究奠定基础。该论文发表在《British Journal of Pharmacology》。

**主要关键技术方法**

研究人员采用以下关键技术方法：（1）在前体IPBT（3-(3-iodopropyl)-2-phenyl-2,3-dihydrobenzo[d]thiazole）合成中，将还原剂从NaBH₄改为聚合物负载的氰基硼氢化物（BH₃CN），实现选择性还原。（2）在Trasis AllinOne自动化合成模块上开发[¹⁸F]FPBT的GMP合规生产流程，包括HPLC纯化和制剂。（3）采用LPS（脂多糖）诱导的急性全身炎症家兔模型（每组n=5）和多柔比星诱导的慢性心脏毒性家兔模型（n=7，2只死亡）进行PET成像验证，使用临床Siemens Biograph TruePoint 64 PET/CT扫描仪进行30分钟动态扫描。（4）基于MIRD（Medical Internal Radiation Dose）方案，通过健康家兔（n=5）的PET数据估算人体器官剂量和有效剂量，使用Olinda软件。（5）在KM小鼠（每组6雄6雌）中进行非放射性FPBT的急性毒性研究，剂量为1.875 mg·kg^-1，相当于临床预计剂量的8896倍，进行30天观察、血液学和病理学分析。

**研究结果**

**3.1 合成化学与放射化学**
通过使用聚合物负载的氰基硼氢化物替代NaBH₄，成功优化了前体IPBT的合成，产率67%，避免碘化物被还原生成副产物。在Trasis AllinOne模块上开发了自动化生产流程，5个批次平均合成时间约81.6分钟，非衰变校正放射化学产率（radiochemical yield, RCY）为10±3%，从19.20–68.45 GBq氟-18可获得2.69–4.64 GBq的[¹⁸F]FPBT。质量控制测试显示：放射化学纯度>97%，放射性核素纯度>99%，摩尔活性48±14 GBq·μmol^-1，Kryptofix 222残留<25 mg·L^-1，乙腈残留<410 mg·L^-1，无菌且内毒素<0.005 EU·ml^-1，4小时内稳定性良好，全部符合欧洲药典（European Pharmacopoeia, Eur. Ph.）标准。

**3.2 LPS诱导急性全身炎症家兔模型的建立**
LPS处理后6小时，家兔血清氧化应激标志物分析显示：总超氧化物歧化酶（total superoxide dismutase, T-SOD）水平升高2.21倍（609.8 vs 275.9 U·ml^-1，P<0.01），丙二醛（malondialdehyde, MDA）水平升高2.36倍（6.95 vs 2.95 μmol·L^-1，P<0.01），谷胱甘肽（glutathione, GSH）水平升高1.50倍（21.43 vs 14.28 μmol·L^-1，但未达统计学显著性），证实LPS诱导了显著的氧化应激。

**3.3 [¹⁸F]FPBT PET成像检测LPS诱导的急性心脏炎症**
LPS处理组家兔心脏中[¹⁸F]FPBT的摄取显著高于对照组，且滞留时间延长（P<0.05）。时间-标准化摄取值（standardised uptake values, SUV_mean）曲线显示，LPS组心脏SUV_mean在多个时间点显著高于对照组，表明该示踪剂能够非侵入性检测急性心脏氧化应激。

**3.4 多柔比星诱导慢性心脏毒性家兔模型的建立**
多柔比星处理9周后，血清T-SOD水平从基线374.6±56.2 U·ml^-1降至治疗结束时298.3±77.4 U·ml^-1，并在停药4周后进一步降至235.8±77.1 U·ml^-1。MDA水平在治疗结束时小幅上升，停药4周后显著升高至8.24±3.01 μmol·L^-1（vs 基线3.20±0.88 μmol·L^-1）。GSH水平先升后降，停药4周后低于基线（6.57±1.67 vs 8.23±1.22 μmol·L^-1），提示抗氧化防御系统逐渐衰竭。

**3.5 超声心动图与[¹⁸F]FPBT PET成像检测多柔比星诱导的慢性心脏毒性**
超声心动图显示：左心室射血分数（left ventricular ejection fraction, LVEF）从基线68.0±6.2%降至治疗结束时65.9±2.8%，停药4周后显著下降至53.8±6.8%（P<0.001）；缩短分数（fractional shortening, FS）呈类似趋势。PET成像显示，在多柔比星治疗结束时及停药4周后，心脏[¹⁸F]FPBT摄取和滞留均显著高于基线（P<0.05）。H&E染色组织病理学检查显示心肌细胞出现淋巴细胞浸润、胞质苍白、细胞内水肿、气球样变性、核碎裂及脂质空泡等病理改变，与氧化应激介导的心肌损伤一致。

**3.6 [¹⁸F]FPBT人体辐射剂量学估算**
基于健康家兔PET数据，使用Olinda软件估算人体有效剂量：男性为0.022±0.004 mSv·MBq^-1，女性为0.028±0.005 mSv·MBq^-1，与[¹⁸F]FDG相当。膀胱壁接受最高吸收剂量，其次为直肠、小肠和肾脏，符合肝胆和肾脏排泄途径。

**3.7 FPBT在健康小鼠中的毒性研究**
KM小鼠接受非放射性FPBT（1.875 mg·kg^-1，相当于临床预计剂量8896倍）后，30天观察期内无死亡或不良反应，体重稳定，血液学参数（白细胞、红细胞、血小板、中性粒细胞等）与对照组无显著差异，主要器官（心、肝、肾、肺、脑、脾）组织学检查未见异常。

**讨论与结论**

研究人员在讨论中指出，[¹⁸F]FPBT在多个方面优于现有氧化应激PET示踪剂：其采用氟-18标记（半衰期110分钟，适合临床物流），具有化学稳定的骨架结构，能够在体内报告病理相关的氧化应激。其药代动力学特征——快速靶组织积累、非靶组织有效清除、与临床PET工作流程兼容——支持稳健的图像定量和纵向评估。此外，[¹⁸F]FPBT设计用于直接报告病理性的氧化还原失衡（redox imbalance），而非下游代谢或炎症变化，提供机制特异性。LPS和慢性多柔比星模型的结果表明，PET信号变化早于超声心动图测得的左心室功能下降，提示该示踪剂对亚临床心肌损伤敏感。人体辐射剂量估算与[¹⁸F]FDG相当，毒性研究在高达8896倍临床剂量下未发现不良反应，均支持其安全性。目前研究人员正在乳腺癌患者中开展首次人体临床试验（伦理批准号PJ-KS-Y-2025-944），以评估[¹⁸F]FPBT在化疗患者中量化心肌氧化应激的能力及其监测心脏保护干预效果的潜力。

**研究结论翻译**：研究人员解决了[¹⁸F]FPBT作为氧化应激PET示踪剂的关键转化挑战。优化了放射标记前体IPBT的化学合成。在Trasis AllinOne平台上建立了符合GMP的自动化生产流程。该系统持续生产出临床级[¹⁸F]FPBT，并成功通过严格的质量控制测试。此外，[¹⁸F]FPBT在LPS和多柔比星处理的家兔模型中检测到氧化应激升高，凸显了其体内可视化氧化变化的能力。健康家兔的辐射剂量学研究显示，[¹⁸F]FPBT的有效剂量与[¹⁸F]FDG相当，支持其在临床试验中的安全性。此外，非放射性参考化合物FPBT的毒性研究未显示不良反应，即使在计算临床化学剂量8896倍的高剂量下，进一步强化了其安全性。这项工作为首次人体研究奠定了基础，有望在氧化应激相关疾病中实现早期诊断、监测和治疗评估。