本文是一篇关于正电子发射断层扫描（PET）在人类肿瘤研究中的应用的原创性研究论文，主要探讨了使用碳-11标记的腐胺（putrescine）作为PET示踪剂在脑肿瘤代谢成像中的潜力。以下是对该研究的详细报告。

作者及发表信息

本研究的主要作者包括D. W. McPherson、J. S. Fowler、A. P. Wolf、C. D. Arnett、J. D. Brodie和N. Volkow。他们分别来自美国布鲁克海文国家实验室（Brookhaven National Laboratory）的化学部门和纽约大学医学院的精神病学部门。该研究于1985年10月发表在《The Journal of Nuclear Medicine》上。

学术背景

多胺（polyamines）被认为是恶性肿瘤的良好生化标志物。腐胺作为一种多胺，与细胞生长和增殖密切相关。Volkow等人（1983年）提出，由于成年脑实质通常不分裂，腐胺应仅被脑肿瘤摄取和代谢。他们通过实验验证了这一假设，发现腐胺在移植的大鼠胶质瘤中的摄取量是正常脑组织的35倍，并且肿瘤能够迅速将其代谢为精胺（spermine）。这些发现表明，碳-11标记的腐胺可能是一种用于脑肿瘤选择性代谢成像的有效PET示踪剂。

研究流程

本研究主要包括以下几个步骤：

1. 合成碳-11标记的腐胺：

   • 研究人员通过迈克尔加成反应（Michael addition）将无载体添加的（no-carrier-added, NCA）钾[11C]氰化物与丙烯腈（acrylonitrile）反应，生成[11C]琥珀腈（succinonitrile）。
   • 随后，使用硼烷-甲基硫醚复合物（borane-methyl sulfide complex）将[11C]琥珀腈还原为[1-11C]腐胺。
   • 整个合成过程耗时约50分钟，放射化学产率为20%。

2. 放射化学纯度检测：

   • 通过薄层色谱法（thin-layer chromatography, TLC）和高效液相色谱法（high-performance liquid chromatography, HPLC）检测[1-11C]腐胺的放射化学纯度。
   • 结果显示，[1-11C]腐胺的纯度超过97%，主要杂质为[11C]标记的3-氨基丁腈。

3. 生物分布研究：

   • 研究人员将[1-11C]腐胺注射到瑞士白化小鼠的尾静脉中，分别在5分钟、30分钟和60分钟后处死小鼠，取出各器官并测定放射性分布。
   • 结果显示，[1-11C]腐胺在正常脑组织中的摄取量较低，而在肝脏、肾脏和小肠中的摄取量较高。

主要结果

1. 合成结果：

   • [1-11C]腐胺的合成成功，放射化学产率为20%，纯度超过97%。
   • 该合成方法避免了使用载体添加的氰化物，确保了产物的高比活度，适合用于人体研究。

2. 生物分布结果：

   • [1-11C]腐胺在正常脑组织中的摄取量显著低于其他组织，表明其在脑肿瘤成像中具有潜在的选择性。
   • 在肝脏、肾脏和小肠中的高摄取量表明，这些器官可能是[1-11C]腐胺的主要代谢场所。

结论

本研究成功合成了高纯度和高比活度的[1-11C]腐胺，并验证了其在正常小鼠中的生物分布特性。结果表明，[1-11C]腐胺在脑肿瘤成像中具有潜在的应用价值，特别是在量化肿瘤生长速率和监测放化疗反应方面。未来的研究需要进一步开发适用于人体的示踪动力学模型，并确定[1-11C]腐胺在动脉血浆中的时间进程和化学形式。

研究亮点

1. 创新性合成方法：本研究开发了一种新的合成方法，通过迈克尔加成反应和硼烷还原反应成功合成了无载体添加的[1-11C]腐胺，确保了产物的高比活度和纯度。
2. 潜在的应用价值：研究结果表明，[1-11C]腐胺在脑肿瘤成像中具有选择性，可能成为一种有效的PET示踪剂，用于量化肿瘤生长速率和监测治疗效果。
3. 生物分布研究：通过小鼠实验，研究人员详细描述了[1-11C]腐胺在正常组织中的分布特性，为其在人体中的应用提供了重要参考。

其他有价值的内容

本研究还提到，未来的研究需要进一步开发适用于人体的示踪动力学模型，并确定[1-11C]腐胺在动脉血浆中的时间进程和化学形式。这些工作将有助于更好地理解[1-11C]腐胺在肿瘤成像中的应用潜力。

总结

本研究为脑肿瘤的PET成像提供了一种新的示踪剂——[1-11C]腐胺，并通过实验验证了其合成方法和生物分布特性。该研究不仅具有重要的科学价值，还为脑肿瘤的诊断和治疗提供了新的工具和方法。