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한국방사선산업학회

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(1)

Clotrimazole [1-{(2-chlorophenyl)-diphenylmethyl}-1H-imidazole, CLT]은 종양 세포 자체의 분열을 억제하는 항-증식 활성(anti-proliferative activity)과 종양 세포 생장 에 필수적인 혈관 신생을 억제하는 항-혈관신생 활성 (anti-angiogenic activity)이 있다. 동물실험에서도 CLT의 종양 세포 억제 작용이 있음이 밝혀졌으며, CLT 유도체 및 유사체에 대한 항암효과에 대한 연구도 꾸준히 발표 되고 있다 (Benzaquen et al. 1995; Takahashi et al. 1998; Cao et al. 2004; Meira et al. 2005; Zancan et al. 2007).

─ 7 ── 18

F

을 표지 암 영상용 클로트리마졸 유도체의 합성

정순재1,2∙김인종1∙박정훈1∙이흥래1∙김상욱1∙허민구1 최상무1∙양승대1∙유국현2,* 1한국원자력연구원 정읍방사선과학연구소, 2동국대학교 화학과

Synthesis of

18

F Labeled Clotrimazole Derivatives

as a Potential PET Imaging Agent

Soon Jae Jung1,2, In Jong Kim1, Jeong Hoon Park1, Heung Nae Lee1, Sang Wook Kim1, Min Goo Hur1, Sang Moo Choi1, Seung Dae Yang1and Kook Hyun Yu2,*

1Advanced Radiation Technology Institute, Korea Atomic Energy Research Institute, Jeongeup 580-185, Korea

2Department of Chemistry, Dongguk University, Seoul 100-715, Korea

Abstract -- Clotrimazole [1-{(2-chlorophenyl)-diphenylmethyl}-1H-imidazole, CLT] has been reported to inhibit the proliferation of vascular endothelial and act as an in vitro anti-VEGF drug. It is also shown to inhibit angiogenesis in an animal model. The radioisotope labeled clotrimazole derivative can be utilized to monitor the physiologic processes of cancer. In this study, we synthe-sized [18F]fluoride labeled clotrimazole derivatives as a new tumor imaging agent for PET. The references were prepared by a refluxing with clotrimazole and an excess of fluoroalkyltosylate in acetonitrile for 36 h and clotrimazole reacted with ditosylalkane to give precursors. [18F]Fluoride labeled reaction was performed with precursor in Kryptofix[2.2.2]/K2CO3for 10 min at 80��C. The radiolabeling mixture was passed through a silica Sep-Pak cartridge to remove 18F--. The

[18F]F-clotrimazole derivatives were synthesized with a 20~~25% yield. In the radiofluorination step, we used acetonitrile and DMSO as a solvent and observed a higher yield at the acetonitrile (25%) reaction compared with the DMSO reaction (5%).

Key words : Clotrimazole, Anti-proliferation, Anti-angiogenesis, PET

* Corresponding authors: Kook Hyun Yu, Tel. +82-2-2260-3709, Fax. +82-2-2268-8204, E-mail. [email protected]

(2)

CLT는 세포주기 (cell cycle)의 G1단계의 cyclin

depen-dent protein kinase (CDK) 복합체 형성을 저해하여 종양 세포의 증식을 억제 한다(Aktas et al. 2004; Al-Qawasmeh

et al. 2004). 세포주기가 시작되면 세포는 세포분열에 필 요한 cyclin 단백질을 합성하고, cyclin은 CDK 인산화 효 소와 복합체를 형성하여 이들 kinase를 활성화하는 역할 을 한다. 많은 종양 조직에서 세포주기에 관여하는 이들 단백질의 조절이 제대로 이루어지지 않고 있음이 밝혀지 면서 CLT와 같은 CDK의 선택적 억제제가 주목 받고 있 다. 또한 CLT는 혈관신생 (angiogenesis) 억제제로도 작용 한다. 혈관신생이란 기존의 혈관으로부터 새로운 모세혈 관이 만들어지는 것으로, 특히 고형암 (혈액암을 제외한 덩어리로 이루어진 모든 암)과 관계가 있다 (Folkman 1971). 종양 세포에서의 혈관신생은 암세포에서 분비되는 혈관신생 유도인자 (angiogenic factor)에 의해 시작되며, 가장 잘 알려진 혈관신생 촉진 인자는 vascular

endothe-lial growth factor (VEGF)이다. VEGF는 여러 가지 종양에 서 발현이 증가되는데, CLT는 VEGF의 활성을 감소시키 는 방법으로 혈관신생 억제 작용을 한다는 것이 밝혀졌 다.

그러므로 항-종양 활성을 가진 CLT에 양전자를 방출

핵종인 [18F]fluoride를 표지 하면 양전자 방출 단층촬

영(Positron Emission Tomography, PET)에서 종양을 영상 화 할 수 있는 방사성 추적자를 개발할 수 있다. 본 연

구에서는 CLT에 [18F]fluoride를 표지함으로써 종양 진단

에 사용 될 수 있는 [18F]N-ω-fluoroalkylclotrimazolium 을 scheme 1과 같이 합성하였다. 또한 alkyl chain의 길이 에 따른 변화를 비교하기 위하여 alkyl chain의 탄소 수가 2개, 3개, 5개 및 6개인 물질을 이용하였다.

재료 및 방법

실험에서 사용된 clotrimazole, ethylene glycol, 1,3-pro-panediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, p-toluenesulfonyl-chloride (TsCl), tetrabutylammonium fluoride (TBAF), ace-tonitrile, pyridine, 4,7,13,16,21,24-hexaoxa-1,10-diazabicy-clo[8.8.8]hexacosane (Kryptofix [2.2.2.])와 potassium car-bonate는 Sigma-Aldrich (Milwaukee, Wi, USA)사로부터 실험실용 특급시약을 구매하여 정제 없이 사용하였다. 특 히 방사성 동위원소 표지 시에 용매로 사용된 acetonitrile 은 최고 0.003% 물이 포함된 Merck (Darmstadt, Germany) 사의 단백질 합성용 시약을 정제 없이 사용하였다. TLC 와 Gravity column chromatography용 silica gel은 Merck (Darmstadt, Germany)사의 silica gel 60 F254 glass plate

silica gel 60 (70~230 mesh ASTM)을 사용하였다. NMR spectra는 500 MHz JEOL ECA-500 FT-NMR Spectrometer 을 이용하였으며, 녹는점은 Laboratory Devices Ins.사의 Mel-Temp를 사용하였다. 방사성 동위원소 [18F]fluoride는 화순전남대학교병원에 설치된 GE PET tracer 사이클로트 론을 이용하여 농축된 H218O 표적에 양성자를 조사하여 얻었다. Radio chromatogram은 BIOSCAN FC-3200을 사용 하여 측정을 하였다. 또한 질량분석은 서울대학교 기초과 학교육 공동기기연구원의 GC-MS JEOL JMS-AX505WA (FAB)을 이용하였다.

1. 비교물질의 합성

1) α,ω-di-tosyloxyalkane (2)의 합성

25 ml의 pyridine에 45 mmol의 α,ω-alkanediol (1a~1d) 을 녹인 후 2.5당량의 p-toluenesulfonylchloride (TsCl)를 가해준 뒤 1시간 동안 교반한다. TLC로 반응이 종결됨을 확인한 후 분별깔때기를 이용하여 100 ml의 dichlorome-thane에 혼합한 뒤 200 ml의 1 M HCl을 넣고 교반하여 유 기층을 분리하였다. 분리된 유기층을 50 ml의 증류수로 두 번 씻어준 뒤 유기층을 모아 무수 Na2SO4로 물을 제 거한다. 용매를 감압 증류하여 제거하고 잔류물을 colu-mn chromatography로 분리하였다(EA : Hx==1 : 3). 1,2-di-tosyloxyethane (2a) White solid (yield, 48%); Rf==0.28 (EA : Hx==1 : 3); m.p. 124~126�C; 1H-NMR (500 MHz, CDCl3) δ 7.73 (d, 4H), 7.34 (d, 4H), 4.18 (s, 4H), 2.46 (s, 6H). 1,3-di-tosyloxypropane (2b) White solid (yield, 50%); Rf== 0.30 (EA : Hx==1 : 3); m.p. 90~92�C; 1H-NMR (500 MHz, CDCl3) δ 7.74 (d, 4H), 7.35 (d, 4H), 4.06 (t, 4H), 2.46 (s, 6H), 2.00 (m, 2H). 1,5-di-tosyloxypentane (2c) White solid (yield, 43%); Rf==0.35 (EA : Hx==1 : 3); m.p. 74~76�C; 1 H-NMR (500 MHz, CDCl3) δ 7.76 (d, 4H), 7.35 (d, 4H), 3.96 (t, 4H), 2.44 (s, 6H), 1.59 (m, 4H), 1.34 (m, 2H). 1,6-di-tosy-loxyhexane (2d) White solid (yield, 40%); Rf==0.48 (EA : Hx==1 : 3); m.p. 68~70�C; 1H-NMR (500 MHz, CDCl3) δ 7.77 (d, 4H), 7.35 (d, 4H), 3.98 (m, 4H), 2.44 (s, 6H), 1.59 (m, 4H), 1.26 (m, 4H).

2) ω-fluoroalkyl tosylate (3)의 합성

10 ml의 acetonitrile anhydrous에 10 mmol의 tetrabuty-lammonium fluoride (TBAF)를 녹인 뒤 감압 증류하여 수 분을 제거하였다. 이 과정을 두 번 반복하였다. 10 mmol의 α,ω-di-tosyloxyalkane (2a~2d)을 20 ml의 acetonitrile에 녹여 reaction flask에 가한 후 환류 장치를 이용하여 4시 간 동안 교반하였다. TLC로 반응이 종결됨을 확인한 후 용매를 감압 증류하여 제거하고 잔류물을 column

(3)

chro-matography로 분리하였다(EA : Hx==1 : 3).

2-fluoroethylto-sylate (3a) Oily product (yield, 70%); Rf==0.53 (EA : Hx==1

: 3 ); density 0.94 g ml-1; 1H-NMR (500 MHz, CDCl 3) δ 7.81 (d, 2H), 7.36 (d, 2H), 4.58 (dt, 2H, 2J HF==47 Hz), 4.27 (dt, 2H, 3J HF==25 Hz), 2.46 (s, 3H). 3-fluoropropyltosylate (3b) Oily

product (yield, 73%); Rf==0.57 (EA : Hx==1 : 3); density 0.96

g ml-1; 1H-NMR (500 MHz, CDCl 3) δ 7.80 (d, 2H), 7.34 (d, 2H), 4.48 (dt, 2H, 2J HF==47 Hz), 4.16 (t, 2H), 2.46 (s, 3H), 2.04 (dm, 2H, 3J HF==25 Hz). 5-fluoropentyltosylate (3c)

Oily product (yield, 45%); Rf==0.65 (EA : Hx==1 : 3); density

1.00 g ml-1; 1H-NMR (500 MHz, CDCl

3) δ 7.79 (d, 2H),

7.35 (d, 2H), 4.40 (dt, 2H, 2J

HF==47 Hz), 4.04 (t, 2H), 2.45

(s, 3H), 1.67 (m, 4H), 1.45 (m, 2H). 6-fluorohexyltosylate

(3d) Oily product (yield, 48%); Rf==0.69 (EA : Hx==1 : 3);

density 1.02 g ml-1; 1H-NMR (500 MHz, CDCl 3) δ 7.79 (d, 2H), 7.35 (d, 2H), 4.40 (dt, 2H, 2J HF==47 Hz), 4.03 (t, 2H), 2.45 (s, 3H), 1.65 (m, 4H), 1.36 (m, 4H). 3) 비교물질의 합성 N-(ω-fluoroalkyl)clotrimazolium의 합성 방법은 triaryl-methane의 합성 방법을 일부 수정하여 시행하였다

(Wulff et al. 2001). Acetonitrile anhydrous 5 ml에 500 mg

(1.45 mmol)의 CLT을 녹인 뒤 2 당량의 ω-fluoroalkyl

tosylate (3a~3d)을 첨가하여 환류 장치를 이용하여 60�C

에서 36시간 동안 교반하였다. TLC로 반응이 종결됨을 확인한 후 용매를 감압 증류하여 제거하고 잔류물을

column chromatography로 분리하였다(CH2Cl2: MeOH==9 :

1). N-(2-fluoroethyl)clotrimazolium (4a) White solid

(yield, 40%); Rf==0.47 (CH2Cl2: MeOH==9 : 1); m.p. 248

~250�C; 1H-NMR (500 MHz, CD

3OD) δ 7.01~7.79 (m,

16H), 4.65 (dt, 2H, 2J

HF==47 Hz), 4.33 (dt, 2H, 3JHF==27 Hz);

[C24H21ClFN2++] Calculated: 391.14, Measured: MS (FAB,

m-NBA) 391.138. N-(3-fluoropropyl)clotrimazolium (4b) White solid (yield, 36%); Rf==0.43 (CH2Cl2: MeOH==9 : 1);

m.p. 239~241�C; 1H-NMR (500 MHz, CD 3OD) δ 6.99 ~7.71 (m, 16H), 4.40 (dt, 2H, 2J HF==47 Hz), 4.17 (t, 2H), 2.15 (dm, 2H, 3J HF==26 Hz); [C25H23ClFN2++] Calculated:

405.15, Measured: MS (FAB, m-NBA) 405.154.

N-(5-fluo-ropentyl)clotrimazolium (4c) White solid (yield, 46%);

Rf==0.35 (CH2Cl2: MeOH==9 : 1); m.p. 237~239�C; 1

H-NMR (500 MHz, CD3OD) δ 7.12~8.01 (m, 16H), 4.50 (dt,

2H, 2J

HF==47 Hz), 4.42 (t, 1H), 4.37 (t, 1H), 2.12 (m, 2H);

[C27H27ClFN2++] Calculated: 433.18, Measured: MS (FAB,

m-NBA) 433.184. N-(6-fluorohexyl)clotrimazolium (4d) White solid (yield, 35%); Rf==0.32 (CH2Cl2: MeOH==9 : 1);

m.p. 228~230�C; 1H-NMR (500 MHz, CD

3OD) δ 6.97

~7.73 (m, 16H), 4.38 (dt, 2H, 2J

HF==47 Hz), 4.03 (t, 2H), 4.37

(t, 1H), 2.12 (m, 2H); [C28H29ClFN2++] Calculated: 447.20,

Measured: MS (FAB, m-NBA) 447.201.

2. 전구체의 합성

Acetonitrile anhydrous 5 ml에 500 mg (1.45 mmol)의 CLT

을 녹인 뒤 2 당량의α,ω-di-tosyloxyalkane (2a~2d)를 첨 가하여 환류 장치를 이용하여 60�C에서 36시간 동안 교 반하였다. TLC로 반응이 종결됨을 확인한 후 용매를 감 HO nOH TsCl TsO nOTs TsO n F N N Ph Ph Ph Ph Ph Ph F Cl Cl n N N OTs Cl n K 18F, Kryptofix 2.2.2. N N n 1 3 4 5 6 n= 2(a) 3(b) 5(c) 6(d) Clotrimazole Clotrimazole TBAF 2 18F

(4)

압 증류하여 제거하고 잔류물을 column chromatography 로 분리하였다(CH2Cl2: MeOH==9 : 1). N-(2-tosyloxyethyl) clotrimazolium (5a) White solid (yield, 37%); Rf==0.06

(CH2Cl2: MeOH==9 : 1); m.p. 260~262�C; 1H-NMR (500

MHz, CD3OD) δ 7.16~7.76 (m, 20H), 4.59 (t, 2H), 4.39 (t,

2H), 2.43 (s, 3H); [C31H28ClN2O3S++] Calculated: 543.15,

Measured: MS (FAB, m-NBA) 543.150.

N-(3-tosyloxypro-pyl)clotrimazolium (5b) White solid (yield, 21%); Rf==

0.06 (CH2Cl2: MeOH==9 : 1); m.p. 252~254�C; 1H-NMR

(500 MHz, CD3OD) δ 7.18~8.62 (m, 20H), 4.29 (m, 2H),

4.22 (m, 2H), 2.43 (s, 3H), 2.20 (m, 2H); [C32H30ClN2O3S++]

Calculated: 557.17, Measured: MS (FAB, m-NBA) 557.170. N-(5-tosyloxypentyl)clotrimazolium (5c) White solid (yield, 22%); Rf==0.06 (CH2Cl2: MeOH==9 : 1); m.p. 241~

243�C; 1H-NMR (500 MHz, CD

3OD) δ 7.18~8.62 (m,

20H), 4.29 (m, 2H), 4.22 (m, 2H), 2.43 (s, 3H), 2.20 (m, 2H); [C34 H34ClN2O3S++] Calculated: 585.20, Measured: MS

(FAB, m-NBA) 585.198.

N-(6-tosyloxyhexyl)clotrimazo-lium (5d) White solid (yield, 42%); Rf==0.06 (CH2Cl2:

MeOH==9 : 1); m.p. 233~235�C; 1H-NMR (500 MHz,

CD3OD) δ 7.18~8.62 (m, 20H), 4.29 (m, 2H), 4.22 (m, 2H),

2.43 (s, 3H), 2.20 (m, 2H); [C35H36ClN2O3S++] Calculated:

559.21, Measured: MS (FAB, m-NBA) 599.210.

3. 방사성 동위원소 18F의 표지반응

무담체 [18F]fluoride는 GE PET trace 사이클로트론을

이용해 H218O를 표적으로 하는 18O(p,n)18F 핵반응을 통

해 생산하였다. 무담체 [18F]fluoride를 reaction vessel에 취

한 후, 0.1 M potassium carbonate 100μl을 넣고 Kryptofix

[2.2.2.] (4,7,13,16,21,24-hexaoxa-1,10-diazabicyclo[8.8.8]-hexacosane) 4.0 mg이 녹아 있는 acetonitrile 900μl를 넣 었다. 이를 질소 분위기 하에서 100�C로 수차례 가열하여 공비 (azeotrope)에 의하여 무수 형태의 [18F]fluoride를 얻 었다. 건조된 [18F]fluoride에 acetonitrile (1.0 ml)에 10 mg 전구체 5를 녹인 용액을 첨가하여 80�C에서 10분 동안

반응 시켰다. 이 반응물을 solid phase cartridge (Sep-Pak®

Plus Silica cartridge, Waters)를 통해 분리 하였으며, 방사 화학적 순도는 90% 이상임을 radio TLC로 확인하였다.

[18F]N-(2-fluoroethyl)clotrimazolium (6a) radiochemical

yield; 25%. [18F]N-(3-fluoropropyl)clotrimazolium (6b)

radiochemical yield; 25%. [18F]N-(5-fluoropentyl) clotri-mazolium (6c) radiochemical yield; 20%. [18F] N-(6-fluo-rohexyl)clotrimazolium (6d) radiochemical yield; 20%.

결과 및 논의

표지 화합물 [18F]N-(ω-fluoroalkyl)clotrimazolium은 총 3단계에 거쳐 합성하였다. CLT에 alkyl chain을 도입하 는 단계의 반응 시간은 36시간으로 [18F]fluoride의 반감 기에 영향을 받게 된다. 따라서 무담체 [18F]fluoride 친핵성 치환반응에 의해 쉽게 표지 될 수 있도록 p-tolue-nesulfonate기를 도입하여 전구체를 합성한 뒤 표지 반응 을 진행하였다 (Yu et al. 2003). 생성물은 column

chroma-tography로 분리 및 정제하여 NMR 및 FAB-MS를 이용

하여 확인하였다. 표지 반응은 K2CO3와 Kryptofix[2.2.2]

을 이용하여 [18F]fluoride를 naked ion 상태로 활성화 하였

다. 활성화한 [18F]fluoride에 전구체 N-(ω-tosyloxyalkyl)

clotrimazolium을 가하여 80�C에서 10분 동안 반응 시킨 뒤 Sep-Pak cartridge를 이용해 분리 하였다. 방사화학적 수율은 20~25% (EOS: corrected for decay)였으며 방사

Fig. 1. Radio TLC chromatogram of [18F]N-(2-fluoroethyl)clotrimazolium. (a) [18F]Fluoride labeling reaction in acetonitrile. (b) [18F]Fluoride labeling reaction in DMSO

The yield was 25% as determined by radio TLC. The yield was 5% as determined by radio TLC. After purified with silica Sep-Pak cartridge got the 97% yield.

20000 15000 10000 5000 0 2500 2000 1500 1000 500 0 0 20 40 60 80 100 Position (mm) 0 20 40 60 80 100 Position (mm) Ph Cl Cl 18F 18F Ph Ph Ph Cl Cl Ph Ph Ph Ph N N N N OTs OTs 5 6 5 6 K18F, Kryptofix 2.2.2. K18F, Kryptofix 2.2.2. Acetonitrile DMSO N+ N+ N+ N+ Yield: 97% Yield: 5%

(5)

화학적 순도는 90% 이상임을 radio TLC로 확인하였다. 또한 표지 반응의 polar aprotic 용매로 dimethyl sulfoxide

(DMSO)와 acetonitrile을 이용하였다. Fig. 1에 나타낸 것 과 같이 DMSO 용매로 반응을 수행한 결과 표지 수율이 5%로 낮았으며, acetonitrile 용매 반응 시에는 20~25% 의 표지 수율을 보였다.

암을 진단할 수 있는 새로운 방사성의약품을 개발하 기 위해 항-종양활성이 있는 CLT에 방사성 동위원소 [18F]fluoride을 표지하여 [18F]N-(

ω-fluoroalkyl)clotrima-zolium을 합성하였다. Alkyl chain 길이에 따른 합성 수 율의 특징적인 변화는 관찰 할 수 없었으나 세포섭취에 대한 실험 결과는 다를 것으로 기대된다. 앞으로 이들 전 구체의 합성수율 및 표지 반응의 수율을 높이는 방법과

alkyl chain 수에 따른 [18F]N-ω-fluoroalkylclotrimazolium

의 세포섭취와 체내 분포에 대한 연구가 필요하다고 사 료된다.

본 연구는 2009년도 정부출연금(기본사업)의 지원으로 이루어졌으며, 이에 고마움을 전합니다.

참 고 문 헌

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Manuscript Received: December 24, 2009 Revision Accepted: January 12, 2010

수치

Fig. 1. Radio TLC chromatogram of [ 18 F]N-(2-fluoroethyl)clotrimazolium.(a) [18F]Fluoride labeling reaction in acetonitrile.(b) [18 F]Fluoride labeling reaction in DMSO

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세포 내 대사가 특이적으로 항진되거나 계속적인 성장,증식 및 분화가 일어나는 세포들에서는 아미노산 수송체들의 기능이 상승되어 단백질 합성을 위한 아미노산 공

According to above, liquid based cytology is considered to be adequate for routine oral examination or diagnostic tool for oral dysplasia and carcinoma

세포와 세포 사이의 불균형은 건선 아토피 피부염과 같은 자가면역 질환이나 염증성 질환의 경과나 예후에 연관되어 있으며 최근에는 두 세포 사이 의 불균형에