氟代脱氧葡萄糖

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氟代脱氧葡萄糖是2-脱氧葡萄糖的氟代衍生物。其完整的化学名称为2-氟-2-脱氧-D-葡萄糖,通常简称为F-FDGFDG。FDG最常用于正电子发射断层扫描(PET)类的医学成像设备:FDG分子之中的氟选用的是属于正电子发射型放射性同位素的氟-18(fluorine-18,F-18,F,氟),从而成为F-FDG(氟-[F]脱氧葡糖)。在向病人(患者,病患)体内注射FDG之后,PET扫描仪可以构建出反映FDG体内分布情况的图像。接着,核医学医师或放射医师对这些图像加以评估,从而作出关于各种医学健康状况的诊断。  

目录

历史

二十世纪70年代,美国布鲁克海文国家实验室(Brookhaven National Laboratory)的Tatsuo Ido首先完成了F-FDG的合成。1976年8月,宾夕法尼亚大学的Abass Alavi首次将这种化合物施用于两名正常的人类志愿者。其采用普通核素扫描仪(非PET扫描仪)所获得的脑部图像,表明了FDG在脑部的浓聚(参见下文所示的历史参考文献)。  

作用机理与代谢命运

作为一种葡萄糖类似物,FDG将为葡萄糖高利用率细胞(high-glucose-using cells)所摄取,如脑、肾脏以及癌细胞。在此类细胞内,磷酸化过程将会阻止葡萄糖以原有的完整形式从细胞之中释放出来。葡萄糖之中的2位氧乃是后续糖酵解所必需的;因而,FDG与2-脱氧-D-葡萄糖相同,在细胞内无法继续代谢;这样,在放射性衰变之前,所形成的FDG-6-磷酸将不会发生糖酵解。结果,F-FDG 的分布情况就会很好地反映体内细胞对葡萄糖的摄取和磷酸化的分布情况。

在FDG发生衰变之前,FDG的代谢分解或利用会因为其分子之中'位上的氟而受到抑制。不过,FDG发生放射性衰变之后,其中的氟将转变为O;而且,在从环境当中获取一个H之后,FDG的衰变产物就变成了葡萄糖-6-磷酸,而其2'位上的标记则变为无害的非放射性“重氧”(heavy oxygen,oxygen-18);这样,该衰变产物通常就可以按照普通葡萄糖的方式进行代谢。  

临床应用

正常葡萄糖分子的化学结构式

在PET成像方面,F-FDG可用于评估心脏、肺脏以及脑部的葡萄糖代谢状况。同时,F-FDG还在肿瘤学方面用于肿瘤成像。在被细胞摄取之后,F-FDG将由己糖激酶(在快速生长型恶性肿瘤之中,线粒体型己糖激酶显著升高)),加以磷酸化,并为代谢活跃的组织所滞留,如大多数类型的恶性肿瘤。因此,FDG-PET可用于癌症的诊断、分期(staging)和治疗监测(treatment monitoring),尤其是对于霍奇金氏病(Hodgkin's disease,淋巴肉芽肿病,何杰金病)、非霍奇金氏淋巴瘤(non-Hodgkin's lymphoma,非何杰金氏淋巴瘤)、结直肠癌(colorectal cancer)、乳腺癌黑色素瘤以及肺癌。另外,FDG-PET还已经用于阿耳茨海默氏病(Alzheimer's disease,早老性痴呆)的诊断。

在旨在查找肿瘤或转移性疾病(metastatic disease)的体部扫描应用当中,通常是将一剂FDG溶液(通常为5至10毫居里,或者说200至400兆贝克勒尔)迅速注射到正在向病人静脉之中滴注生理盐水的管路当中。此前,病人已经持续禁食至少6小时,且血糖水平适当较低(对于某些糖尿病病人来说,这是个问题;当血糖水平高于180 mg/dL = 10 mmol/L时,PET扫描中心通常不会为病人施用该放射性药物;对于此类病人,必须重新安排PET检查)。在给予FDG之后,病人必须等候大约1个小时,以便FDG在体内充分分布,为那些利用葡萄糖的器官和组织所摄取;在此期间,病人必须尽可能减少身体活动,以便尽量减少肌肉对于这种放射性葡萄糖的摄取(当我们所感兴趣的器官位于身体内部之时,这种摄取会造成不必要的伪影(artifacts,人工假象))。接着,就会将病人置于PET扫描仪当中,进行一系列的扫描(一次或多次);这些扫描可能要花费20分钟直至1个小时的时间(每次PET检查,往往只会对大约体长的四分进行成像)。  

生产与配送手段

1934年欧内斯特.劳伦斯专利之中的回旋加速器原理图

医用回旋加速器(medical cyclotron)之中用于产生F的高能粒子轰击条件(bombardment conditions)会破坏像脱氧葡萄糖(deoxyglucose,脱氧葡糖)或葡萄糖之类的有机物分子,因此必须首先在回旋加速器之中制备出氟化物形式的放射性F。这可以通过采用氘核(deuterons,重氢核)轰击氖-20来完成;但在通常情况下,F的制备是这样完成的:采用质子轰击富O水(O-enriched water,重氧水),导致O之中发生(p,n)核反应(中子脱出,或者说散裂(spallation)),从而产生出具有放射性核素标记的氢氟酸(hydrofluoric acid,HF)形式的F。接着,将这种不断快速衰变的F (18-氟化物,18-fluoride)收集起来,并立即在“热室(hot cell)(放射性同位素化学制备室)”之中,借助于一系列自动的化学反应(亲核取代反应或亲电取代反应),将其连接到脱氧葡萄糖之上。之后,采取尽可能最快的方式,将经过放射性核素标记的FDG化合物(F的衰变限定其半衰期仅为109.8分钟)迅速运送到使用地点。为了将PET扫描检查项目的地区覆盖范围拓展到那些距离生产这种放射性同位素标记化合物的回旋加速器数百公里之遥的医学分子影像中心,其中可能还会使用飞机空运服务。

最近,用于制备FDG,备有自屏蔽(integral shielding,一体化屏蔽,一体化防护)以及便携式化学工作站(portable chemistry stations)的现场式回旋加速器(on-site cyclotrons),已经伴随PET扫描仪落户到了偏远医院。这种技术在未来具有一定的前景,有望避免因为要将FDG从生产地点运送到使用地点而造成的忙乱.。

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