adiosynthèse des acides aminés marqués au [18F]

5 Conclusions et perspectives
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5
Conclusions et perspectives
5.1
Conclusions
Au début de ce travail, l’obtention d’acides aminés porteurs d’un noyau
aromatique riche en électron marqués au moyen de fluor-18 était un véritable
challenge.
Habituellement, ce genre de composés était préparé par voie électrophile. La
méthode proposée par Namavari est relativement simple puisqu’elle nécessite
uniquement une étape de marquage sur un précurseur organostannique suivie de
l’hydrolyse des groupements protecteurs. Malgré un rendement attractif de 40 % en
FDOPA 1 [104], la faible quantité de fluor [18F]F2 généré au moyen du cyclotron
(240 mCi soit 8,8 GBq) permet seulement la préparation de 70,3 mCi (2,6 GBq) de
FDOPA 1 après 50 minutes de synthèse. De plus, l’activité spécifique en fin de
synthèse est de maximum 1,1 mCi/µmol (39 MBq/µmol).
Diverses voies nucléophiles sont décrites dans la littérature.
Comparativement à l’approche électrophile, cette voie présente de nombreux
avantages en terme notamment d’activité disponible en fin de de synthèse et
d’activité spécifique. Une synthèse d’acide aminé par cette voie constituerait de ce
point de vue un progrès indéniable. Parmi les approches nucléophiles, celle décrite
en 2004 par C. Lemaire [160] (Figure 175) semblait la plus simple et la plus
prometteuse à mettre en œuvre pour synthétiser ces composés à haute activité. Le
but de ce travail a donc consisté à améliorer cette synthèse pour permettre son
implémentation sur un module de synthèse de type FASTlab développé par GE et
utilisant des composants à usages uniques. Cependant, trois points de cette
radiosynthèse étaient problématiques et devaient être améliorés préalablement à
toute automatisation.
Pour mener à bien celle-ci, il était indispensable de pouvoir :



Remplacer l’acide bromhydrique gazeux par un réactif plus simple à
manipuler
Préparer un nouveau catalyseur chiral pour pouvoir réaliser la réaction à
RT
Utiliser des groupements protecteurs pour la fonction phénol plus labiles.
Notons que ce dernier point est de loin le moins critique
213
5 Conclusions et perspectives
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Figure 175 : Voie de synthèse des
acides aminés marqués au fluor-18
En ce qui concerne le premier de ces points, l’objectif fixé a été atteint.
Nous avons montré dans la partie 4.2 de ce travail que l’utilisation d’acide halogéné
concentré en solution aqueuse en lieu et place d’acide halogénés gazeux permettait
d’automatiser très facilement cette partie de la synthèse. De ce fait, une nouvelle
méthode de synthèse des halogénures de benzyles sur support solide a été mises au
point (Figure 176).
Figure 176 : Préparation des
halogénures de [18F]fluorobenzyle
La transformation de l’aldéhyde en halogénure de [18F]fluorobenzyle
implique deux étapes (réduction et halogénation (Figure 177)). Elles sont toutes les
deux rapides (2’) et quasi-quantitatives (> 95 %) sur support solide. Dans tous les
cas, la réduction est toujours réalisée à température ambiante tandis que la réaction
d’halogénation nécessite parfois le chauffage de la cartouche à 60°C. Le dérivé
halogéné est décroché du support solide par un faible volume (2 – 3 mL) de solvant
organique (éther, dichlorométhane, toluène, …) et l’excès d’acide aisément éliminé
par une purification en ligne. Du fait des faibles volumes nécessaire à l’élution
aucune étape additionnelle d’évaporation n’est requise. Cette méthode rapide, simple
214
5 Conclusions et perspectives
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à mettre en œuvre et très facile à automatiser est applicable à de nombreux
composés. Ce mode de préparation fournit d’excellents rendements en dérivé
halogénés au départ du [18F]fluorobenzaldéhyde correspondant. Les réactifs mis en
œuvre sont facilement accessibles et peu coûteux : borohydrure de sodium en poudre
et acides halogénés en solution aqueuse (HI 57%, HBr 48%, HCl 37%) ou dans
l’acide acétique (HBr/AcOH 33%). La préparation des halogénures a été
implémentée sur un module de synthèse (FASTlab) provenant de chez GE. Par cette
méthode, les dérivés halogénés nécessaires à la synthèses de la FTYR 2 et de la
FDOPA 1 sont obtenus avec d’excellents rendements en moins de 25 minutes au
départ du [18F]fluorure, et d’un sel d’ammonium quaternaire (> 40% pour
l’halogénure de 2-[18F]fluoro-4,5-diméthoxybenzyle 12 et > 60% pour l’halogénure
de 2-[18F]fluoro 4-méthoxybenzyle 24.
La préparation des halogénures de 4-[18F]fluorobenzyle 28 a également été
réalisée moyen du module de synthèse. Pour l’halogénation, la cartouche a été
chauffée au moyen d’un flux d’air à 60°C produit par un pistolet à air chaud
commandé par l’opérateur. Le dérivé halogéné est disponible après 30 minutes avec
un rendement compris entre 40 % et 45 %. En attendant d’équiper le module d’un
système permettant de chauffer la cartouche C18 piloté par le software, cette
synthèse n’a pas été optimisée.
La seconde limitation de cette synthèse concernait la réaction d’alkylation,
uniquement réalisable avec une bonne énantiosélectivité à 0°C. Cette contrainte de
température compliquait fortement l’automatisation, c’est pourquoi six catalyseurs
de PTC ont été testés dont deux ont été préparés spécifiquement dans le but de ce
travail (figure 177).
Figure 177 : Structure des
catalyseurs chiraux 39 et 40
Le catalyseur 39 a aisément été préparé en 3 étapes avec un rendement de
25 % au départ de la cinchonidine 21 selon une procédure décrite dans la littérature.
Le catalyseur diphénique 40 est nettement plus difficile à préparer et sa synthèse
215
5 Conclusions et perspectives
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nettement plus complexe. Sa préparation au départ de l’acide (R)-3,3’,4,4’,5,5’
hexaméthoxydiphényl-2,2’-dicarboxylique 43 n’était que très mal documentée dans
la littérature. La première étape de la synthèse nécessite la préparation du diacide
racémique 43 au départ de l’acide 3,4,5-triméthoxybenzoïque 46 via un couplage de
Ullmann ainsi qu’une résolution du mélange racémique au moyen de la quinidine
pour obtenir l’énantiomère R. La voie de synthèse du catalyseur présentée dans
l’article de Maruoka n’a malheureusement pas pu être suivie. Une nouvelle voie de
synthèse s’inspirant des données reprises dans un brevet [200] a donc été utilisée.
Cette approche a permis d’obtenir le catalyseur 40 avec un rendement de 4 % au
départ de l’acide 3,4,5-triméthoxybenzoïque 46.
A température ambiante, ces deux catalyseurs possèdent une
énantiosélectivité remarquable. Tous les deux fournissent des excès énantiomérique
supérieur à 95 % que ce soit pour la synthèse de la FDOPA 1, de la FTYR 2 ou de la
4-FPhe 3. Leur efficacité à température élevée est même extraordinaire puisque le
catalyseur diphénique fournit un excès énantiomérique supérieur à 90 % à 90°C.
Le catalyseur diphénique 40 peut être utilisé avec de nombreux solvants de
type éthers (éthers diéthylique, éther diisopropylique, …) ou de type aromatique
(toluène, xylène, …). Par contre les solvants chlorés sont à éviter, l’excès
énantiomérique est généralement faible (< 73%). Dans la majorité des cas, la
réaction est complète après 5 minutes.
La troisième limitation de cette synthèse concerne l’hydrolyse des
groupements protecteurs méthyliques qui nécessite des conditions dures (HI 57%,
180°C, 20 minutes). L’automatisation serait grandement facilitée si les substrats de
départ possédaient des groupements protecteurs plus labiles. C’est pourquoi au cours
de ce travail nous avons évalué de nouveaux groupement protecteurs du type éther,
ester ou de de type acétal. Un certain nombre de précurseurs ammoniums de la
FTYR 2 et nitré de la FDOPA 1 porteurs de ces groupements protecteurs ont été
préparés.
Parmi ces résultats, les sels d’ammoniums quaternaires porteurs des
fonctions éther benzyloxyméthylique et éther cyclopentylique n’ont pas pu être
obtenus et ce contrairement aux dérivés nitrés correspondants dont la pureté s’est
avérée insuffisante que pour réaliser la réaction de marquage. La synthèse des
précurseurs porteurs de ces fonctions devra donc être améliorée avant toute
évaluation en radiochimie.
En radiochimie, les précurseurs porteurs des fonctions ester benzoïque, éther
4-méthoxybenzylique ou acétals ne résistent pas aux conditions de synthèse ou
n’ont pas pu être marqués. Les fonctions éther benzyliques et allylique sont
216
5 Conclusions et perspectives
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compatibles avec la synthèse mais n’ont pas pu être hydrolysée avec succès même
dans des conditions dures (HBr 48%, 180°C, 20 minutes).
Par contre le précurseur porteur de la fonction isopropylique semble le plus
avantageux. En effet, le groupement éther isopropylique n’est pas hydrolysé dans les
différentes conditions de la synthèse et peut être aisément éliminé au moyen d’une
solution aqueuse d’acide chlorhydrique 12M (140°C, 5 minutes) et ce avec un bon
rendement (76 %). Cependant, la synthèse du précurseur ammonium quaternaire
s’est avérée difficile et des essais complémentaires sur le précurseur nitré devront
être réalisés.
Sur base des améliorations de synthèses décrites ci-avant, la préparation de
la FDOPA 1 et de la FTYR 2 a pu être implémentée avec succès dans un module
FASTlab modifié par adjonction d’un second four permettant de réaliser l’hydrolyse
des groupements protecteurs à haute température (< 200°C) et d’un système
permettant le refroidissement du brut d’hydrolyse en fin de synthèse (Figure 178).
Figure 178 : Schéma de synthèse de la
FDOPA 1 et de la FTYR 2
Au moyen de ce module amélioré, la synthèse de la 6-[18F]fluoro-L-DOPA 1
et de la 2-[18F]fluoro-L-tyrosine 2 est rapide puisque celle-ci est généralement
terminée endéans l’heure de synthèse. Les rendements corrigés de la décroissance
sont de 50 % pour la FTYR 2 et de 45 % pour la FDOPA 1. Pour ces deux acides
aminés les excès énantiomériques obtenus avec le catalyseur diphénique 40 sont
supérieurs à 96 % et supérieur à 94 % avec le catalyseur à base de cinchonidine 39.
Hormis l’étape de récupération du fluor et de marquage qui était déjà implémentée
sur le module au début de ce travail, toutes les autres étapes de la synthèse ont été
217
5 Conclusions et perspectives
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optimisée d’un point de vue temps et rendement. Par exemple, l’étape d’hydrolyse
des groupements protecteurs nécessite de travailler à 180°C durant 20 minutes. Dans
ce travail, nous avons montré que la déprotection des acides aminés est possible à
140°C durant 9 minutes pour la FTYR 2 et à 160°C durant 13 minutes pour la
FDOPA 1. Cette radiosynthèse simplifiée peut maintenant être mise en œuvre sans
problème par un opérateur possédant une formation minimum.
Un dernier point non négligeable, est que la synthèse recourt uniquement à
l’utilisation de matériel disposable, facilement stérilisable. Le manifold, les
récipients de 11 et 13 mm, le réacteur de marquage, les différents tuyaux, le spike et
la pochette d’eau sont obtenus auprès de GE et satisfont aux normes GMP. Le
réacteur d’hydrolyse peut être stérilisé par irradiation gamma et les cathéters sont
garantis stériles par le fournisseur. Les cassettes peuvent être préparées par un
opérateur qualifié dans des conditions GMP sous flux laminaire en classe « C »
avant utilisation.
Les étapes de ce processus entièrement automatisé sont résumées dans le
tableau suivant (Tableau 51).
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5 Conclusions et perspectives
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FTYR 2
FDOPA 1
Etape
Temps
Min:sec
T°
Activité
Temps
Min:sec
T°
Activité
Activité dans le
module
0:0
RT
1 Ci
37 GBq
0:0
RT
1 Ci
37 GBq
Fin de la fixation
sur la QMA
2:30
RT
2:30
RT
Fin de l’élution du
18
F
3:30
RT
3:30
RT
Fin de
l’évaporation
13:10
120°C
13:10
120°C
Fin du marquage
15:40
140 °C
15:40
140 °C
Fin de la fixation
sur C18
18:22
RT
18:22
RT
Fin de la
réduction
20:50
RT
20:50
RT
Fin de
l’halogénation
22:10
RT
22:10
RT
Fin de l’élution de
l’halogénure de
benzyle (toluène)
24:12
RT
24:12
RT
Fin de
l’alkylation
29:12
RT
29:12
RT
Fin de l’ajout de
HI et de
l’évaporation du
toluène
35:25
RT →
140°C
35:25
RT →
140°C
Fin de l’hydrolyse
44:25
140°C
48:20
160°C
Fin de la synthèse
sur FASTlab
48:24
RT
52:13
RT
Fin de la
purification
(HPLC)
58:30
RT
62:30
RT
340 mCi
12,9 GBq
Tableau 51 : Déroulement de la synthèse
de la FDOPA 1 et de la FTYR 2 sur le module FASTlab
219
300 mCi
11,1GBq
5 Conclusions et perspectives
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Toutes les étapes de la synthèse se déroulent à température ambiante à
l’exception des étapes de marquages et d’hydrolyses des groupements protecteurs.
La voie de synthèse nucléophile proposée dans ce travail permet d’obtenir
des quantités importantes de FDOPA 1 (> 1 Ci (37 GBq)) et de FTYR 2 (> 1,5 Ci
(55,5 GBq)) avec une haute activité spécifique (> 20 Ci/µmol soit 318 GBq/µmol) et
ce en limitant au maximum la dose recue par l’opérateur lors de ces synthèse à très
haute activité (185 GBq / 5 Ci).
5.2
Perspectives
L’acide iodhydrique est toujours utilisé pour réaliser l’hydrolyse des
groupements protecteurs éther méthyliques. Des précurseurs possédant d’autres
groupements protecteurs sur la fonction phénol plus facilement hydrolysables ont été
envisagés. Parmi ceux-ci, le groupement éther isopropylique semble prometteur
mais le précurseur ammonium quaternaire est difficile à préparer. D’autres substrats
de marquage dont les phénols sont protégés par des éthers cyclopentylique et éthers
benzyloxyméthylique restent encore à préparer et à tester.
La purification sur HPLC semi-préparative doit être automatisée pour que
l’entièreté de la synthèse puisse être réalisée sans l’intervention d’un opérateur. Des
essais préliminaires laissent envisager la possibilité de réaliser cette étape au moyen
du même FASTlab ayant servi à la synthèse
L’automatisation de la préparation de la 2-[18F]fluoro-L-phénylalanine 4 et de
la 4-[18F]fluoro-L-phénylalanine 3 devrait pouvoir également être réalisée sur base
de cette stratégie
220