Prüfung von Radiopharmaka am Beispiel FDG
Welche Arzneibuchprüfungen ein Radiopharmakon durchläuft und warum FDG als Halbacetal in Lösung zwischen Ring- und Kettenform wechselt.
Das Wichtigste in Kürze
- Radiopharmaka wie [\(\ce{^{18}F}\)]FDG werden nach Arzneibuch auf Identität, Aktivität, Reinheit und spezifische Radioaktivität geprüft.
- Die radionukleare Reinheit bezieht sich auf Fremdnuklide, die radiochemische Reinheit auf den Anteil der Aktivität in der gewünschten chemischen Form.
- Radiochemische Verunreinigungen von FDG sind freies Fluorid und teilacetylierte Zwischenstufen, erfasst per Radiochromatographie.
- Die spezifische Radioaktivität ist die Aktivität pro Masse, etwa in GBq/µmol.
- FDG ist am anomeren C1 ein Halbacetal, öffnet den Ring zur Aldehydform und zeigt Mutarotation zwischen α- und β-Pyranose.
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Worum es geht
[\(\ce{^{18}F}\)]FDG (2-Desoxy-2-[\(\ce{^{18}F}\)]fluor-D-glucose) ist das wichtigste Radiopharmakon der PET. Wie jedes Arzneimittel wird es vor der Anwendung geprüft, allerdings unter großem Zeitdruck. Chemisch bleibt es ein Zucker und verhält sich in Lösung auch so.
Prüfungen nach Arzneibuch
Das Arzneibuch prüft Radiopharmaka auf Identität, Aktivität und Reinheit. Die Identität des Radionuklids zeigt sich an seiner Halbwertszeit und an seinem γ-Spektrum. Bei \(\ce{^{18}F}\) als Positronenstrahler dominiert die Vernichtungsstrahlung bei 511 keV. Die Aktivität wird in Becquerel gemessen und immer auf einen Bezugszeitpunkt angegeben.
Bei der Reinheit unterscheidet man zwei Ebenen:
- Radionukleare Reinheit: Anteil der Aktivität, der vom gewünschten Radionuklid stammt, an der Gesamtaktivität. Fremdnuklide aus der Herstellung mindern sie.
- Radiochemische Reinheit: Anteil der Aktivität des Radionuklids, der in der gewünschten chemischen Form vorliegt.
Für FDG bestimmt man die radiochemische Reinheit mit Radio-DC oder Radio-HPLC. Typische Verunreinigungen sind freies Fluorid \(\ce{^{18}F-}\) und teilacetylierte Zwischenstufen der Synthese. Man erfasst alle radioaktiven Peaks und setzt den FDG-Peak ins Verhältnis zur Gesamtaktivität.
Die spezifische Radioaktivität ist die Aktivität bezogen auf die Masse des Elements oder der Verbindung, etwa in GBq/µmol. Je höher sie ist, desto weniger nicht markierte Substanz begleitet die markierten Moleküle.
\(\ce{^{18}F}\) hat eine Halbwertszeit von rund 110 Minuten. Manche Prüfungen sind deshalb erst abgeschlossen, wenn das Präparat schon angewendet ist, etwa die Sterilitätsprüfung. Jede Aktivitätsangabe braucht Datum und Uhrzeit.
Struktur von FDG
Im FDG ersetzt Fluor die OH-Gruppe an C2 der Glucose. Der Rest des Moleküls bleibt ein Zucker. Entscheidend ist C1, das anomere Kohlenstoffatom. Es trägt eine OH-Gruppe und ist zugleich an den Ringsauerstoff gebunden. Ein C-Atom mit einer OR- und einer OH-Gruppe ist ein Halbacetal.
Anders als ein cyclischer Ether wie Tetrahydropyran kann ein Halbacetal den Ring öffnen. Dabei entsteht die offenkettige Aldehydform. Schließt sich der Ring wieder, steht die OH-Gruppe an C1 entweder axial (α-Anomer) oder äquatorial (β-Anomer). Man kann sich die Kettenform wie eine Drehtür zwischen beiden Ringformen vorstellen.
Über dieses Ring-Ketten-Gleichgewicht wandeln sich α- und β-Pyranose in Lösung ineinander um. Diese Mutarotation verändert den Drehwert der Lösung, bis sich das Gleichgewicht eingestellt hat.
Halbacetal in der Sesselformel erkennen: Suche das C-Atom neben dem Ringsauerstoff, das zusätzlich eine OH-Gruppe trägt. Zwei Sauerstoffe an einem C, davon einer als OH, bedeuten Halbacetal. Ein Ether-C trägt nur einen Sauerstoff.
Quiz
Aussage 1
FDG ist ein cyclischer Ether, dessen Ring sich in wässriger Lösung nicht öffnen kann.
FDG ist am anomeren C1 ein Halbacetal. Es steht mit der offenkettigen Aldehydform im Gleichgewicht, und α- und β-Anomer wandeln sich durch Mutarotation ineinander um.
Aussage 2
Freies \(\ce{^{18}F-}\) in einer FDG-Lösung mindert die radionukleare Reinheit.
Fluorid enthält dasselbe Radionuklid \(\ce{^{18}F}\), nur in falscher chemischer Form. Es mindert daher die radiochemische Reinheit.
Aussage 3
Die radiochemische Reinheit gibt an, welcher Anteil der Aktivität des Radionuklids in der gewünschten chemischen Form vorliegt.
Genau so ist sie definiert. Die radionukleare Reinheit betrifft dagegen den Anteil des gewünschten Radionuklids an der Gesamtaktivität.
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