전립선암은 방광 아래에서 요도를 둘러싸고 있는 기관에 발생하는 악성 종양으로, 주요 원인으로는 고령, 가족력, 유전력, 기름진 육류 중심의 식생활, 남성호르몬 등이 있다[1, 2]. 2021년 기준, 전립선암은 미국에서 남성 암 중 발생률 1위이며, 대한민국에서도 남성 암 중 4위로 보고되었다[3, 4]. 전 세계적으로 인구 고령화와 기대수명 증가로 인해 새로운 전립선암 환자는 2020년 140만 명에서 2040년 290만 명으로 증가할 것으로 예측되었으며, 사망률도 높은 것으로 보고되었다[5]. 전립선암의 조기 발견을 위한 선별검사로는 직장수지검사(digital rectal exam)와 혈중 전립선특이항원(prostate specific antigen) 검사가 있으며, 경직장 전립선 초음파검사(transrectal ultrasound), 전산화 단층촬영(computed tomography, CT), 자기공명영상(magnetic resonance imaging, MRI) 등의 영상진단법이 주로 이용되지만, 각각의 정확도는 높지 않다[6, 7].

재발 병소 확인을 위해 99mTc methylene diphosphonate 뼈스캔(bone scan), CT, MRI 등이 사용되지만, 이들 방법은 민감도와 특이도에서 제한점이 있다. 예를 들어, 뼈전이의 경우 bone scan은 79%의 민감도와 82%의 특이도를 보이며, 림프절 전이의 경우 CT는 7%∼42%의 민감도와 82%∼100%의 특이도, MRI는 18.8%∼69.7%의 민감도와 78.6%∼97.6%의 특이도를 보인다[7]. 이러한 기존 영상 검사의 한계를 극복하기 위해 양전자 단층 촬영(positron emission tomography, PET)을 이용한 기능적 영상법들이 개발되었으며, 특히 전립선특이막항원(prostate-specific membrane antigen, PSMA)을 표적으로 한 방사성의약품들이 개발되면서 PET를 이용한 전립선암 진단법이 주목 받고 있다[8-10].

PSMA는 750개의 아미노산으로 이루어진 type II transmembrane glycoprotein으로, 세포외 COOH 말단 부위가 세포내 NH2 말단 부위에 비해 비대칭적으로 큰 구조를 가지고 있으며, folate hydrolase I 또는 glutamate carboxypeptidase II로도 불린다[11-13]. PSMA의 효소활성화 부위 대부분은 세포외 공간에 위치해 있으며, 결합 포켓을 포함한 형태를 띠고 있다. 이러한 독특한 PSMA의 구조는 PSMA를 표적으로 하는 영상학적 진단 및 치료제 개발의 중요한 열쇠가 된다. 1980년대 이후로, 핵의학 영상을 위해 다양한 동위원소를 부착한 단일클론 항체를 이용해 PSMA의 세포내 또는 세포외 영역을 표적하는 노력이 지속되었다.

1994년, 7E11 항체를 표적으로 한 방사능표지 항 PSMA 항체(ProstaScint; Jazz Pharmaceuticals)가 개발되어 미국식품의약국(U.S. Food and Drug Administration)의 승인을 받았다[14]. 1997년에는 PSMA의 외부 도메인을 표적으로 하는 단일클론 항체인 J591이 개발되었으며, 이는 진단 및 치료에 사용되었다[15]. 2000년대 초반부터는 PSMA에 결합하는 저분자 리간드가 개발되기 시작했다. MIP-1095와 MIP-1404는 각각 131I 및 Tc-99m과 결합하여 진단과 치료에 사용되었으며[16-19], 2010년대 초반에는 18F와 결합한 DCFPyL이 PET 스캔을 통해 전립선암 진단에 효과적임을 입증했다[20]. 2010년대 중반에는 ⁶⁸Ga과 결합한 PSMA-11이 개발되어 전립선암의 재발 및 전이 진단에 사용되었고[21], 177Lu 및 225Ac와 결합한 PSMA-617은 전이성 전립선암 치료에서 유망한 결과를 보였다[22].

1980년에 Gleason 등[23]에 의해 tin(II) dioxide 기반 흡착제에 1 M 염산을 사용하여 ⁶⁸Ga을 용출하는 germanium-68/gallium-68 (⁶⁸Ge/⁶⁸Ga) 제너레이터가 소개된 이후, 이를 활용한 다양한 ⁶⁸Ge/⁶⁸Ga 제너레이터가 개발되어 상용화되었다[21, 22]. ⁶⁸Ga은 쉽게 용출될 뿐만 아니라 킬레이트(chelator)와 안정적으로 배위결합(coordinate bonds)을 형성할 수 있어 다양한 진단용 방사성의약품 개발에 활용되고 있다[23-25]. ⁶⁸Ga은 금속성 방사성동위원소로서 생리적 조건에서 Ga3+의 산화 상태를 띠며, 배위결합을 통해 킬레이트와 안정적으로 결합할 수 있어 저분자유기 화합물(small organic molecules)이나 고분자물질(macromolecules)에 간단한 화학반응으로 표지할 수 있는 장점이 있다.

⁶⁸Ga 표지 방사성의약품의 합성 방법은 수기법(manual method)과 자동합성장치를 사용하는 자동합성법(automated synthesis method)으로 나눌 수 있다. 자동합성법은 다시 1회용 카세트를 사용하는 카세트법(cassette-based system)과 고정된 튜빙 시스템을 사용하는 방법(fixed tubing system)으로 분류된다. ⁶⁸Ga은 68분의 비교적 짧은 반감기를 가지고 있어 빠른 시간 내에 표지되어야 하며, 높은 에너지의 양전자를 방출하므로 방사성의약품 합성 시 작업자의 피폭을 고려해야 한다. 특히 방사성의약품은 임상 적용을 위해 동일한 품질로 반복적으로 생산해야 하므로, 수기법보다 자동합성법이 선호된다[26-29].

하지만 수기법보다 자동합성장치를 이용할 경우 많은 시간이 소요되는데, 자동합성장치를 이용하여 ⁶⁸Ga 용출부터 품질관리시험 결과가 나올 때까지 평균 60분이 소요되어, 이는 ⁶⁸Ga의 반감기(half-life) 68분과 거의 일치하는 시간이다. ⁶⁸Ga PSMA-11 양전자방출단층촬영이 대한민국에서 신의료기술로 고시된 이후, 처방 건수는 계속해서 증가하고 있다. ⁶⁸Ge/⁶⁸Ga 제너레이터는 1,110 MBq (30 mCi)의 명목상 활성을 제공하지만, 제너레이터의 용출 횟수와 시간이 지남에 따라 활성이 감소하고, 이로 인해 표지 수율이 불규칙적으로 저하되는 문제가 발생하여 추가 조제가 필요한 상황이 발생하고 있다. 이에 본 연구에서는 추가 조제로 인한 작업자의 피폭 문제를 줄이고, 다양한 방사성의약품 간 제조 스케줄 조정 및 환자의 촬영 대기시간을 단축하기 위해 ⁶⁸Ga-PSMA-11 조제시간 단축을 통한 자동합성장치의 최적화 및 안정성 연구를 목표로 한다. 조제 단계에서 ⁶⁸Ga과 PSMA-11 전구체의 반응시간 단축과 SEP-PAK C18 plus light cartridge (Waters)에 붙어있는 불순물 및 4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonic acid (HEPES) buffer 제거를 위한 세척 단계의 횟수를 줄이는 방법에 대한 안전성 검증을 실시하였다.

1.⁶⁸Ga-PSMA-11합성

BIK Therapeutics사에서 개발한 카세트형 자동합성장치 BIK BOX^Ⓡ를 이용하였으며 정해진 프로토콜에 따라 방사성의약품을 제조하였다(Figure 1A). 10 mL syringe에 0.6 N 염산 용액 6 mL가 담긴 용액을 2 mL/min 의 속도로 용출하였으며, 처음 나오는 용출액 1.5 mL는 폐수 용기로 용출시켜 버리고, 이어 나오는 볼륨당 방사능량이 제일 많은 중간 2.5 mL 용출액을 반응 용기로 이동시켜 표지반응을 진행하였으며(Figure 1B), 반응 용기 내에서 ⁶⁸Ga 용출액과 PSMA-11 전구체 30 μg, pH를 조절하는 완충액 1.2 mL를 100℃에서 10분에서 7분으로 표지반응하였다. 7분간의 반응을 마친 후 반응 용기를 55℃ 이하로 냉각시킨 후, 표지 반응이 끝난 혼합액에 증류수 3 mL를 더해 희석 후 이를 C18 plus light cartridge에 흡착시켰으며, C18 plus light cartridge에 세척을 4번에서 2번으로 줄여 ⁶⁸Ga-PSMA-11을 조제하였다(Table 1).

Table 1

Protocol phase and time

Protocol phase	30 min synthesized	20 min synthesized
SEP-PAK loading	70 s	40 s
SEP-PAK washing-1	20 s	15 s
SEP-PAK washing-2	20 s	1 s
Elute the product from SEP-PAK	50 s	20 s
Dilute the product with saline	20 s	10 s
Precursor PSMA-11 reaction takes	100℃, 600 s	100℃, 420 s

SEP-PAK C18 cartridge loading process to absorb ⁶⁸Ga-PSMA-11 onto the cartridge, followed by a water wash to remove HEPES buffer and other impurities from the mixture. Elution of ⁶⁸Ga-PSMA-11 from the cartridge using eluent, followed by dilution of the final product with 0.9% saline. By reducing the time and unnecessary steps in the steps corresponding to Table 1 , the synthesis time was reduced from 30 minutes to 20 minutes.

Abbreviation: PSMA, prostate-specific membrane antigen.

Fig. 1. Synthesis of ⁶⁸Ga PSMA-11 using the automated synthesis module. (A) Photograph of the automated synthesis module for ⁶⁸Ga-PSMA-11 radiopharmaceuticals. BIK auto synthetic device connected to ⁶⁸Ge/⁶⁸Ga generator. (B) Structures of ⁶⁸Ga PSMA-11.
Abbreviations: ⁶⁸Ga, gallium-68; PSMA, prostate-specific membrane antigen; ⁶⁸Ge, germanium-68.

2.HEPES 함량 검사

European Pharmacopoeia (EP) 약전에 명시된 HEPES의 적합 기준은 200 μg/V 이하로, ⁶⁸Ga-PSMA-11의 HEPES 함량을 측정하기 위해 Shimadzu사의 liquid chromatography (LC)-20AR 장비를 이용하였으며 분석용 컬럼은 Luna 5μ C18 (250 × 10.00 mm, 5 μm; Phenomenex)을, 이동상은 ammonium formate (20 mM)를 사용하여 컬럼 온도는 30℃에서 유속 1.2 mL/min로 검출 파장은 195 nm에서 검출하였다. 고성능 액체크로마토 그래피(high-performance liquid chromatography, HPLC) 방법을 검증하기 위해 HEPES, 99+% (dry basis), Ultrapure (J16926-30;Thermo Fisher Scientific)를 사용해서 25 μg/mL, 50 μg/mL, 100 μg/mL, 200 μg/mL 4가지 농도를 ammonium formate (20 mM)에 녹여서 측정하였다. HEPES의 평균 체류 시간은 11.643분이었다. 측정된 크로마토그램에서 피크 면적을 결정하고 농도에 대한 이러한 값을 그래픽으로 플롯하여 검량선을 얻었다. 회귀분석 결과 선형 방정식(y = 2253.29x ‒ 2768.26)이 얻어졌으며, 검량선의 상관 계수(R²)값은 0.999이다.

3.잔류용매 검사

EP 약전에 명시된 잔류용매 ethanol (EtOH)에 대한 기준은 <10% v/v로 ⁶⁸Ga-PSMA-11의 EtOH 함량을 측정하기 위해 Shimadzu사의 가스 크로마토그래피[gas chromatography (GC)]-2030 장비를 이용하였다. GC의 조작조건은 Table 2에 표시한다. EtOH, 99+% (dry basis), Ultrapure를 사용해서 625 ppm, 1,250 ppm, 2,500 ppm, 3,750 ppm, 5,000 ppm에 해당하는 검액을 제조하여 측정한다. 측정된 크로마토그램에서 피크 면적을 결정하고 농도에 대한 이러한 값을 그래픽으로 플롯하여 검량선을 얻었다. 회귀분석 결과 선형 방정식(y = 443.975x ‒ 44814.9)이 얻어졌으며, R²값은 0.999이다. Vial에 ⁶⁸Ga-PSMA-11을 1 mL 취하여 검액으로 사용한다.

Table 2

Operating conditions of gas chromatography

Parameter	Condition
Injection volume	1 μm
Detector	Flame ionization detector
Detector temperature	220℃
Column	30 m, 0.53 mmID, 1 μm df
Column temperature	75℃
Injector temperature	200℃
Carrier gas	He
Total flow rate	3 mL/min

Abbreviations: mmID, millimeter internal diameter; μm df, micrometer film thickness; He, helium; mL/min, milliliter per minute.

4.방사화학적 순도 검사

Thin-layer chromatography (TLC) silica gel F254 plate (1.05715.0001; Merck)에 ⁶⁸Ga-PSMA-11을 1 μL 점적하여, 물, 메탄올, 아세톤나이트릴(10:15:75 V/V/V) 비율로 전개액을 만들고 Iodine heated to 35℃에서 4분간 전개시키고 건조시킨 뒤 Eckert & Ziegler사의 AR-2000 장비를 이용하여 방사화학적 순도를 측정하였다. 이후, instant thin-layer chromatography on silica gel impregnated glass fiber sheets (iTLC-SG, SGI0001; Agilent Technologies)에 ⁶⁸Ga-PSMA-11을 1 μL 점적하여, 물, 메탄올(50:50 V/V)에 용해된 아세트산암모늄 용액 77 g/L를 전개액으로 이용하여 전개시키고 건조시킨 뒤 AR-2000 장비를 이용하여 방사화학적 순도를 측정하였다.

1.⁶⁸Ga-PSMA-11 제조

조제 단계에서 ⁶⁸Ga과 PSMA-11 전구체의 반응시간 단축과 SEP-PAK C18 plus light cartridge에 붙어있는 불순물 및 HEPES buffer 제거를 위한 세척 단계의 횟수를 줄이는 방법에 대한 안전성 검증을 실시하였다. 전구체의 반응시간을 10분에서 7분으로 단축시켰고, 카트리지 세척단계를 4회에서 2회로 줄였으며, 기존 30분 제조과정과 단축된 20분 제조과정의 ⁶⁸Ga-PSMA-11로 주사액의 품질관리는 EP 약전(European pharmacopoeia monograph No. 3044) 지침에 따라 진행하였다.

2.HEPES Thin Layer Chromatography Data

제조된 ⁶⁸Ga-PSMA-11과 EP 약전에 명시된 HEPES의 양을 기준으로 TLC silica gel F254 plate에 30분 합성한 ⁶⁸Ga-PSMA-11과 20분 합성한 ⁶⁸Ga-PSMA-11의 HEPES의 양을 정성 검사하였다. 그 결과 20분 합성한 ⁶⁸Ga-PSMA-11의 HEPES 양이 30분 합성한 ⁶⁸Ga-PSMA-11의 HEPES보다는 진하게 나타났고 EP 약전 기준 HEPES 500 µg의 양보다는 연하게 나타남을 확인하였다(Figure 2).

Fig. 2. TLC chromatogram of qualitative analysis of isolated HEPES, using silica gel F254 as adsorbent and methanol R, water R, acetonitrile R (10:15:75 V/V/V) a as a mobile phase.
Abbreviations: TLC, thin-layer chromatography; HEPES, 4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonic acid; R, R 1.6; H, reference solution (500 μg); 30, ⁶⁸Ga-PSMA-11 synthesized for 30 minutes; 20, ⁶⁸Ga-PSMA-11 synthesized for 20 minutes.

3.HEPES HPLC Data

HEPES, 99+% (dry basis), Ultrapure를 사용해서 25 μg/mL, 50 μg/mL, 100 μg/mL, 200 μg/mL 4가지 농도를 ammonium formate에 녹여서 측정 후 HEPES 함량이 어느 지점에서 나오는지 확인 후에 검량선을 그려 정량화하였다(Figure 3A, 3B). 30분 합성한 ⁶⁸Ga-PSMA-11의 HEPES 함량은 5.81 μg/mL, 5.86 μg/mL, 7.73 μg/mL 평균 6.50 μg/mL이고, 20분 합성한 ⁶⁸Ga-PSMA-11의 HEPES 함량은 75.81 μg/mL, 85.82 μg/mL, 81.17 μg/mL 평균 80.53 μg/mL가 측정되었다. 여기서 실제 ⁶⁸Ga-PSMA-11 방사성의약품 생산 시 평균 15 mCi/9 mL 기준으로, 최대 투여량 7 mCi 기준으로 환산하였다. 본 연구에서는 PSMA PET (Discovery IQ, Discovery 600; GE HealthCare) 장비 표준지침서 기준으로(최소 투여량 3 mCi, 최대 투여량 7 mCi) 할 경우 환자 주입량은 4.28 mL이다. 즉 HPLC data에 4.28을 곱하고 30분 합성한 ⁶⁸Ga-PSMA-11의 HEPES 함량은 24.87 μg/V, 25.08 μg/V, 33.08 μg/V, 평균 27.68 μg/V이며, 20분 합성한 ⁶⁸Ga-PSMA-11의 HEPES 함량은 324.47 μg/V, 367.31 μg/V, 347.41 μg/V, 평균 346.40 μg/V로 측정되었다(Figure 3C). 이는 EP 약전 기준 500 μg/V 이하로 30분 또는 20분 합성한 ⁶⁸Ga-PSMA-11은 EP 약전 기준에 적합한 결과 수치이다.

Fig. 3. Representative HPLC chromatogram of HEPES. (A) HPLC chromatograms showing the retention times of 11.643 minutes for HEPES. The x-axis is HEPES concentrations 25, 50, 75, 100 μg/mL. The y-axis of the chromatogram is a measure of the intensity of absorbance. (B) Calibration curve for HPLC. Calibration curves for four HEPES concentrations 25, 50, 75, 100 μg/mL. The x-axis is retention times of 11.643 minutes for HEPES from ⁶⁸Ga-PSMA-11 synthesized for 30 minutes and 20 minutes. The y-axis of the chromatogram is a measure of the intensity of absorbance. (C) HEPES concentration by HPLC from 30 minutes synthesized ⁶⁸Ga-PSMA-11 (left) and 20 minutes synthesized ⁶⁸Ga-PSMA-11 (right). The y-axis of the chromatogram is a measure of the intensity of absorbance (in units of mAU, or milli-absorbance units). The x-axis is in units of time (typically minutes), and is used to determine the retention time for each peak.
Abbreviations: Conc., concentrations; HPLC, high-performance liquid chromatography; HEPES, 4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonic acid; ⁶⁸Ga-PSMA, gallium-68-prostate-specific membrane antigen.

4.EtOH HPLC Data

EtOH를 사용해서 625 μg/mL, 1,250 μg/mL, 2,500 μg/mL, 3,750 μg/mL, 5,000 μg/mL 5가지 농도를 멸균 증류수에 희석하여 측정 후 검량선을 그려 정량화 하였다(Figure 4A). 각 30분, 20분 합성한 ⁶⁸Ga-PSMA-11 안에서의 EtOH 함량을 GC로 검사한 결과(Figure 4B) 30분 제조한 ⁶⁸Ga-PSMA-11 안에서의 EtOH 함량은 5.59%, 4.50%, 3.93%, 3.19%, 3.57%, 평균 4.15%이며, 20분 제조한 ⁶⁸Ga-PSMA-11 안에서의 EtOH 함량은 5.23%, 5.30%, 5.10%, 5.26%, 5.03%, 평균 5.18%로 측정되었다. 이는 EP 약전 EtOH 함량 10% 이하로 30분 또는 20분 합성한 ⁶⁸Ga-PSMA-11은 EP 약전 기준에 적합함을 확인하였다.

Fig. 4. Representative HPLC chromatogram of EtoH. (A) Calibration curve for HPLC. Calibration curves for five EtoH concentrations 625, 1,250, 2,500, 3,750, 5,000 μg/mL. The x-axis is EtoH concentrations 625, 1,250, 2,500, 3,750, 5,000 μg/mL. The y-axis of the chromatogram is a measure of the intensity of absorbance. (B) EtoH concentration by HPLC from 30 minutes synthesized ⁶⁸Ga-PSMA-11 (left) and 20 minutes synthesized ⁶⁸Ga-PSMA-11 (right). The x-axis is EtoH from ⁶⁸Ga-PSMA-11 synthesized for 30 minutes and 20 minutes. The y-axis of the chromatogram is a measure of the intensity of absorbance.
Abbreviations: HPLC, high-performance liquid chromatography; EtoH, ethanol; ⁶⁸Ga-PSMA, gallium-68-prostate-specific membrane antigen.

5.Thin Layer Chromatography Data 및 정도관리평가

최종적으로 방사화학적 순도검사를 진행하였으며 그 결과 순도 100%로 합성 시간에 따른 차이를 두지 않았음을 확인하였다(Figure 5). 또한, 30분 합성한 ⁶⁸Ga-PSMA-11과 20분 합성한 ⁶⁸Ga-PSMA-11 주사액 모두 품질 시험 시 EP 약전 기준 모든 검사에서 기준을 만족하였다(Table 3). 성상은 무색 투명하였으며, 불용성 이물 시험 시 부유물은 관찰되지 않았다. pH는 Merck사의 pH indicator strip (Catalog no. 1.09535.0001)을 사용하여 육안으로 확인한 후 Thermo Fisher Scientific사의 pH 측정기(Orion Star^TM A211)를 사용하여 확인하였을 때 기준 범위를 만족하였다. 그리고 방사화학적 이물(순도) 시험을 방사능박층크로마토그래피(radio-thin layer chromatography)로 평가하였다. 이때 방사화학적 순도는 Agilent Technologies사의 iTLC-SG를 고정상으로 하고 1 M ammonium acetate∙methanol 혼합액(1:1, v/v)을 이동상으로 사용하여 전개한 후 Eckert & Ziegler사의 방사능박층크로마토그래피 스캐너 AR-2000으로 분석하였으며, 순도는 99% 이상이였고, 방사능측정기로 10분간 방사능을 측정하여 반감기를 산출한 결과 ⁶⁸Ga의 반감기 기준(62∼74분)에 부합하였다. GC를 사용하여 잔류용매시험을 수행한 결과 EtOH를 제외한 어떠한 유기용매도 검출되지 않았고, EtOH는 10% 미만으로 검출되어 기준범위를 만족하였다. 무균 시험에서 ⁶⁸Ga-PSMA-11 주사액에서는 어떠한 호기성균, 혐기성균 및 진균의 증식은 관찰되지 않았고, 엔도톡신 시험은 Charles River Laboratories사의 Endosafe^Ⓡ nexgen-PTS^TM를 사용하였으며, 17.5 EU/mL 미만으로 임상적용 기준에 부합하였다.

Table 3

Data summary of the QC for ⁶⁸Ga-PSMA-11

QC test	Method	Acceptance criteria	30 min results	20 min results	Guideline
Appearance	Visual inspection	Clear, colorless	Pass	Pass	EP
pH	pH meter	4.0∼8.0	5.0∼7.5	5.0∼7.5	EP
Radionuclidic identity	Half-life Gamma spectroscopy	62∼74 min 511, 1.077 keV	62∼74 min 511 Kev	62∼74 min 511 Kev	EP
Radiochemical purity	Radio-iTLC	>91%	>99%	>99%	EP
Radionuclidic purity	Gamma spectroscopy	511 keV>99.9%	>99%	>99%	EP
Chemical purity	Spot test	HEPES<20 μg/mL	Pass	Pass	EP
Membrane filter integrity	Bubble point test	Pall Medical≥46 psi	Pass	Pass	EP
Foreign insoluble matter	Visual inspection	No particles	Pass	Pass	EP
Bacterial endotoxin	Limulus amebocyte lysate test	17.5 EU/Vmax	≤1.0 EU/mL	≤1.0 EU/mL	EP
Sterility	Tryptic soy broth at 20℃∼25℃ Fluid thioglycolate medium at 30℃∼35℃	No growth observed after 14 days	Sterile	Sterile	EP

Abbreviations: QC, quality control; ⁶⁸Ga-PSMA, gallium-68-prostate-specific membrane antigen; keV, kilo-electronvolt; iTLC, instant thin-layer chromatography; HEPES, 4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonic acid; psi, pounds per square inch; EU, endotoxin units; V_max, maximum volume; EP, European Pharmacopoeia.

Fig. 5. Radio-iTLC-chromatogram of ⁶⁸Ga-PSMA-11. (A) ⁶⁸Ga-PSMA-11 synthesized for 30 minutes, (B) ⁶⁸Ga-PSMA-11 synthesized for 20 minutes.
Abbreviations: iTLC, instant thin-layer chromatography; ⁶⁸Ga-PSMA, gallium-68-prostate-specific membrane antigen; Reg, region; RF, retention factor; CPM, count per minute; ROI, region of interest.

본 연구에서는 자동합성장치를 이용한 합성 절차 중 ⁶⁸Ga과 PSMA-11 전구체의 반응 시간을 단축하고, SEP-PAK C18 plus light cartridge를 이용한 불순물 및 HEPES buffer 제거 세척 단계를 단축함으로써 최종 합성 시간을 기존 30분에서 20분으로 최적화할 수 있었다. 이 과정에서 발생할 수 있는 HEPES 함량, 잔류 용매 EtOH 함량, 방사화학적 순도의 변화를 분석했다. EP 약전에 명시된 HEPES의 적합 기준인 200 μg/V 이하를 기준으로, ⁶⁸Ga -PSMA-11의 HEPES 함량을 LC-20AR 장비를 이용하여 25 μg/mL, 50 μg/mL, 100 μg/mL, 200 μg/mL의 네 가지 농도로 측정하고 검량선을 정량화 하였다. 본 연구에서 사용된 PET 장비에 최적화된 ⁶⁸Ga-PSMA-11의 권장 투여량은 3 mCi/3 mL였다. LC 측정 결과, 30분 합성 시 HEPES 함량은 6.467 μg/mL, 20분 합성 시 80.527 μg/mL로 측정되어 기준에 적합한 수치임을 확인하였다. 잔류 용매 EtOH 분석 결과, 30분 합성 시 평균 5.184% v/v, 20분 합성 시 평균 4.156% v/v로 측정되어 EP 약전 기준인 <10% v/v에 적합 기준이었다. 마지막으로 방사화학적 순도 검사를 진행한 결과, 순도 100%로 합성 시간에 따른 차이가 없음을 확인했다. 따라서 최종 수율에서도 차이가 없음을 확인하였으며, 이는 추가 조제로 인한 작업자의 피폭 문제를 줄이고 환자의 대기 시간을 단축하며, 제조 스케줄 조정에 문제가 없는 최적화된 방법임을 제시한다.

HEPES 완충액은 생체 적합성 pH 안정제로 널리 사용되지만, 최근 보고에 따르면 HEPES가 세포 흡수, 리소좀 자가포식 활성화, 가시광선에 의한 세포독성 등의 부작용을 일으킬 수 있다고 알려졌으며 인체 내에서의 독성 작용 기전은 아직 명확하게 밝혀지지 않았다[30]. 따라서 대한민국에서는 EP 약전 기준의 불순물 관리를 통해 인체 내 허용되는 투여량 기준을 충족하는 검증단계를 거치고 있다. 본 연구에서는 PSMA PET 표준작업지침서에 따른 최소 투여량 3 mCi, 최대 투여량 7 mCi를 기준으로 환자 주입량을 4.28 mL로 가정하였다. 이 경우, 30분 합성한 ⁶⁸Ga-PSMA-11의 HEPES 함량은 평균 27.68 μg/V, 20분 합성한 ⁶⁸Ga-PSMA-11의 HEPES 함량은 평균 346.40 μg/V로, 10배 이상의 차이를 보였으나, EP 약전 기준인 500 μg/V 이하로 적합성을 유지하였으며, 환자에게 사용시 이상 소견이 없었다. 구체적으로는 알레르기 반응, 주사 부위 통증 및 염증, 신경학적 증상(두통, 어지러움), 간기능 이상 및 소화기계 이상 증후 등이 관찰되지 않았다. 향후 HEPES의 영향을 더욱 최소화할 수 있는 합성 절차의 최적화 연구가 필요할 것으로 보인다.

⁶⁸Ga-PSMA-11은 전립선특이막항원(PSMA)에 결합하는 Glu-urea-Lys 기반 리간드에 ⁶⁸Ga 방사성동위원소를 표지한 PET 제제로, 재발성 전립선암 및 전이의 진단과 치료를 위한 영상화에 널리 사용한다. 그러나 의료기관에서 ⁶⁸Ga-PSMA-11을 제조하고 품질검사 시험 결과가 나올 때까지의 시간은 평균 60분 이상 소요되어, 하루에 사용할 수 있는 ⁶⁸Ge/⁶⁸Ga 제너레이터 용량이 제한된다. 또한 제너레이터의 1,110 MBq (30 mCi)의 명목상 활성을 제공하지만 시간이 지남에 따라 감소하고, 표지 수율이 불규칙적으로 저하된다. 이로 인해 의료기관에서는 추가 조제를 통해 동일한 용출을 유지해야 하며, 이 과정에서 작업자의 피폭 위험이 증가하고, 환자의 대기 시간이 길어지며, 제조 스케줄 조정이 불가피한 임상적 문제가 발생한다. 본 연구는 이러한 문제를 해결하기 위해 ⁶⁸Ga-PSMA-11의 조제 시간을 단축하고 자동합성장치를 최적화하는 것을 목표로 하였다. 자동합성장치를 이용한 합성 절차에서 ⁶⁸Ga과 PSMA-11 전구체의 반응 시간을 단축하고 불순물 제거 세척 단계의 횟수를 조절하여 동일한 품질을 유지하면서도 더 신속하고 경제적인 방법을 시험했다. 그 결과, 최종 합성 시간을 30분에서 20분으로 단축하였고, HEPES 함량, 잔류용매 EtOH 함량, 방사화학적 순도 등의 품질 기준을 만족시켰다. 이는 추가 조제로 인한 작업자의 피폭 문제와 환자의 대기 시간을 줄이고, 제조 스케줄 조정에도 문제가 없는 최적의 절차로 임상에서 적용할 수 있음을 시사한다.

This paper was supported by the Korean Association of Medical Technologists in 2024 and proceeded by support project for thesis submission by member practitioners. Proofreading performed by Im KI.

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Kang JH, Clinical laboratory technologist; Shin SM, Clinical laboratory technologist; Park YS, Clinical laboratory technologist; Kim HJ, Researcher; Jang HY, Clinical laboratory technologist.

- Conceptualization: Kang JH, Shin SM.

- Data curation: Kang JH, Kim HJ.

- Formal analysis: Kang JH, Kim HJ.

- Methodology: Kang JH, Park YS.

- Software: Kang JH, Shin SM.

- Validation: Kang JH, Shin SM.

- Investigation: Jang HY.

- Writing - original draft: Kang JH.

- Writing - review & editing: Kang JH, Shin SM, Park YS, Kim HJ, Jang HY.

This article does not require IRB/IACUC approval because there are no human and animal participants.