氟代脫氧葡萄糖
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氟代脫氧葡萄糖是2-脫氧葡萄糖的氟代衍生物。其完整的化學(xué)名稱為2-氟-2-脫氧-D-葡萄糖，通常簡稱為F-FDG或FDG。FDG最常用于正電子發(fā)射斷層掃描（PET）類的醫(yī)學(xué)成像設(shè)備：FDG分子之中的氟選用的是屬于正電子發(fā)射型放射性同位素的氟-18（fluorine-18，F(xiàn)-18，F(xiàn)，氟），從而成為F-FDG（氟-[F]脫氧葡糖）。在向病人（患者，病患）體內(nèi)注射FDG之后，PET掃描儀可以構(gòu)建出反映FDG體內(nèi)分布情況的圖像。接著，核醫(yī)學(xué)醫(yī)師或放射醫(yī)師對(duì)這些圖像加以評(píng)估，從而作出關(guān)于各種醫(yī)學(xué)健康狀況的診斷。
目錄 |
歷史
二十世紀(jì)70年代，美國布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室（Brookhaven National Laboratory）的Tatsuo Ido首先完成了F-FDG的合成。1976年8月，賓夕法尼亞大學(xué)的Abass Alavi首次將這種化合物施用于兩名正常的人類志愿者。其采用普通核素掃描儀（非PET掃描儀）所獲得的腦部圖像，表明了FDG在腦部的濃聚（參見下文所示的歷史參考文獻(xiàn)）。
作用機(jī)理與代謝命運(yùn)
作為一種葡萄糖類似物，F(xiàn)DG將為葡萄糖高利用率細(xì)胞（high-glucose-using cells）所攝取，如腦、腎臟以及癌細(xì)胞。在此類細(xì)胞內(nèi)，磷酸化過程將會(huì)阻止葡萄糖以原有的完整形式從細(xì)胞之中釋放出來。葡萄糖之中的2位氧乃是后續(xù)糖酵解所必需的；因而，F(xiàn)DG與2-脫氧-D-葡萄糖相同，在細(xì)胞內(nèi)無法繼續(xù)代謝；這樣，在放射性衰變之前，所形成的FDG-6-磷酸將不會(huì)發(fā)生糖酵解。結(jié)果，F(xiàn)-FDG 的分布情況就會(huì)很好地反映體內(nèi)細(xì)胞對(duì)葡萄糖的攝取和磷酸化的分布情況。
在FDG發(fā)生衰變之前，F(xiàn)DG的代謝分解或利用會(huì)因?yàn)槠浞肿又?位上的氟而受到抑制。不過，F(xiàn)DG發(fā)生放射性衰變之后，其中的氟將轉(zhuǎn)變?yōu)镺；而且，在從環(huán)境當(dāng)中獲取一個(gè)H之后，F(xiàn)DG的衰變產(chǎn)物就變成了葡萄糖-6-磷酸，而其2'位上的標(biāo)記則變?yōu)闊o害的非放射性“重氧”（heavy oxygen，oxygen-18）；這樣，該衰變產(chǎn)物通常就可以按照普通葡萄糖的方式進(jìn)行代謝。
臨床應(yīng)用
正常葡萄糖分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)式
在PET成像方面，F(xiàn)-FDG可用于評(píng)估心臟、肺臟以及腦部的葡萄糖代謝狀況。同時(shí)，F(xiàn)-FDG還在腫瘤學(xué)方面用于腫瘤成像。在被細(xì)胞攝取之后，F(xiàn)-FDG將由己糖激酶（在快速生長型惡性腫瘤之中，線粒體型己糖激酶顯著升高）),加以磷酸化，并為代謝活躍的組織所滯留，如大多數(shù)類型的惡性腫瘤。因此，F(xiàn)DG-PET可用于癌癥的診斷、分期（staging）和治療監(jiān)測（treatment monitoring），尤其是對(duì)于霍奇金氏病（Hodgkin's disease，淋巴肉芽腫病，何杰金病）、非霍奇金氏淋巴瘤（non-Hodgkin's lymphoma，非何杰金氏淋巴瘤）、結(jié)直腸癌（colorectal cancer）、乳腺癌、黑色素瘤以及肺癌。另外，F(xiàn)DG-PET還已經(jīng)用于阿耳茨海默氏病（Alzheimer's disease，早老性癡呆）的診斷。
在旨在查找腫瘤或轉(zhuǎn)移性疾病（metastatic disease）的體部掃描應(yīng)用當(dāng)中，通常是將一劑FDG溶液（通常為5至10毫居里，或者說200至400兆貝克勒爾）迅速注射到正在向病人靜脈之中滴注生理鹽水的管路當(dāng)中。此前，病人已經(jīng)持續(xù)禁食至少6小時(shí)，且血糖水平適當(dāng)較低（對(duì)于某些糖尿病病人來說，這是個(gè)問題；當(dāng)血糖水平高于180 mg/dL = 10 mmol/L時(shí)，PET掃描中心通常不會(huì)為病人施用該放射性藥物；對(duì)于此類病人，必須重新安排PET檢查）。在給予FDG之后，病人必須等候大約1個(gè)小時(shí)，以便FDG在體內(nèi)充分分布，為那些利用葡萄糖的器官和組織所攝取；在此期間，病人必須盡可能減少身體活動(dòng)，以便盡量減少肌肉對(duì)于這種放射性葡萄糖的攝取（當(dāng)我們所感興趣的器官位于身體內(nèi)部之時(shí)，這種攝取會(huì)造成不必要的偽影（artifacts，人工假象））。接著，就會(huì)將病人置于PET掃描儀當(dāng)中，進(jìn)行一系列的掃描（一次或多次）；這些掃描可能要花費(fèi)20分鐘直至1個(gè)小時(shí)的時(shí)間（每次PET檢查，往往只會(huì)對(duì)大約體長的四分進(jìn)行成像）。
生產(chǎn)與配送手段
1934年歐內(nèi)斯特.勞倫斯專利之中的回旋加速器原理圖
醫(yī)用回旋加速器（medical cyclotron）之中用于產(chǎn)生F的高能粒子轟擊條件（bombardment conditions）會(huì)破壞像脫氧葡萄糖（deoxyglucose，脫氧葡糖）或葡萄糖之類的有機(jī)物分子，因此必須首先在回旋加速器之中制備出氟化物形式的放射性F。這可以通過采用氘核（deuterons，重氫核）轟擊氖-20來完成；但在通常情況下，F(xiàn)的制備是這樣完成的：采用質(zhì)子轟擊富O水（O-enriched water，重氧水），導(dǎo)致O之中發(fā)生(p,n)核反應(yīng)（中子脫出，或者說散裂（spallation）），從而產(chǎn)生出具有放射性核素標(biāo)記的氫氟酸（hydrofluoric acid，HF）形式的F。接著，將這種不斷快速衰變的F （18-氟化物，18-fluoride）收集起來，并立即在“熱室（hot cell）（放射性同位素化學(xué)制備室）”之中，借助于一系列自動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)（親核取代反應(yīng)或親電取代反應(yīng)），將其連接到脫氧葡萄糖之上。之后，采取盡可能最快的方式，將經(jīng)過放射性核素標(biāo)記的FDG化合物（F的衰變限定其半衰期僅為109.8分鐘）迅速運(yùn)送到使用地點(diǎn)。為了將PET掃描檢查項(xiàng)目的地區(qū)覆蓋范圍拓展到那些距離生產(chǎn)這種放射性同位素標(biāo)記化合物的回旋加速器數(shù)百公里之遙的醫(yī)學(xué)分子影像中心，其中可能還會(huì)使用飛機(jī)空運(yùn)服務(wù)。
最近，用于制備FDG，備有自屏蔽（integral shielding，一體化屏蔽，一體化防護(hù)）以及便攜式化學(xué)工作站（portable chemistry stations）的現(xiàn)場式回旋加速器（on-site cyclotrons），已經(jīng)伴隨PET掃描儀落戶到了偏遠(yuǎn)醫(yī)院。這種技術(shù)在未來具有一定的前景，有望避免因?yàn)橐獙DG從生產(chǎn)地點(diǎn)運(yùn)送到使用地點(diǎn)而造成的忙亂.。
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