Name: optimization of radiochemical reactions using droplet arrays
Uploaded: 2021-02-12T14:15:00
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Nous remercions l’installation biomédicale de cyclotron de l’UCLA et les Drs Roger Slavik et Giuseppe Carlucci d’avoir généreusement fourni du fluorure[18F] pour ces études et le NanoLab de l’UCLA pour son soutien avec de l’équipement pour la fabrication de puces.

ATTENTION : Ce protocole implique la manipulation de matières radioactives. Les expériences ne devraient pas être entreprises sans la formation et l’équipement de protection individuelle nécessaires et sans l’approbation du bureau de radioprotection de votre organisation. Les expériences doivent être effectuées derrière un blindage contre les rayonnements, de préférence dans une cellule chaude ventilée
1. Fabrication de puces multi-réactions
REMARQUE ...

<ol>
	<li>Matthews, P. M., Rabiner, E. A., Passchier, J., Gunn, R. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Positron+emission+tomography+molecular+imaging+for+drug+development.">Positron emission tomography molecular imaging for drug development.</a> British Journal of Clinical Pharmacology. 73 (2), 175-186 (2012).</li><li>Piel, M., Vernaleken, I., R&#246;sch, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Positron+emission+tomography+in+CNS+drug+discovery+and+drug+monitoring.">Positron emission tomography in CNS drug discovery and drug monitoring.</a> Journal of Medicinal Chemistry. 57 (22), 9232-9258 (2014).</li><li>Cherry, S. R., Sorenson, J. A., Phelps, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Physics in Nuclear Medicine. , (2012).</li><li>Knapp, K. -. A., Nickels, M. L., Manning, H. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+current+role+of+microfluidics+in+radiofluorination+chemistry.">The current role of microfluidics in radiofluorination chemistry.</a> Molecular Imaging and Biology. 22 (3), 463-475 (2020).</li><li>Rensch, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidics:+A+groundbreaking+technology+for+PET+tracer+production.">Microfluidics: A groundbreaking technology for PET tracer production.</a> Molecules. 18 (7), 7930-7956 (2013).</li><li>Pascali, G., Watts, P., Salvadori, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidics+in+radiopharmaceutical+chemistry.">Microfluidics in radiopharmaceutical chemistry.</a> Nuclear Medicine and Biology. 40 (6), 776-787 (2013).</li><li>Keng, P. Y., van Dam, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Digital+microfluidics:+A+new+paradigm+for+radiochemistry.">Digital microfluidics: A new paradigm for radiochemistry.</a> Molecular Imaging. 14, 579-594 (2015).</li><li>Wang, J., Chao, P. H., Janet, S., van Dam, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Performing+multi-step+chemical+reactions+in+microliter-sized+droplets+by+leveraging+a+simple+passive+transport+mechanism.">Performing multi-step chemical reactions in microliter-sized droplets by leveraging a simple passive transport mechanism.</a> Lab on a Chip. 17 (24), 4342-4355 (2017).</li><li>Wang, J., Chao, P. H., van Dam, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultra-compact,+automated+microdroplet+radiosynthesizer.">Ultra-compact, automated microdroplet radiosynthesizer.</a> Lab on a Chip. (19), 2415-2424 (2019).</li><li>Rios, A., Wang, J., Chao, P. H., van Dam, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+novel+multi-reaction+microdroplet+platform+for+rapid+radiochemistry+optimization.">A novel multi-reaction microdroplet platform for rapid radiochemistry optimization.</a> RSC Advances. 9 (35), 20370-20374 (2019).</li><li>Sergeev, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Performing+radiosynthesis+in+microvolumes+to+maximize+molar+activity+of+tracers+for+positron+emission+tomography.">Performing radiosynthesis in microvolumes to maximize molar activity of tracers for positron emission tomography.</a> Communications Chemistry. 1 (1), 10 (2018).</li><li>Pascali, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimization+of+nucleophilic+18F+radiofluorinations+using+a+microfluidic+reaction+approach.">Optimization of nucleophilic 18F radiofluorinations using a microfluidic reaction approach.</a> Nature Protocols. 9 (9), 2017-2029 (2014).</li><li>Lisova, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microscale+radiosynthesis,+preclinical+imaging+and+dosimetry+study+of+[18F]AMBF3-TATE:+A+potential+PET+tracer+for+clinical+imaging+of+somatostatin+receptors.">Microscale radiosynthesis, preclinical imaging and dosimetry study of [18F]AMBF3-TATE: A potential PET tracer for clinical imaging of somatostatin receptors.</a> Nuclear Medicine and Biology. 61, 36-44 (2018).</li><li>Wang, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-throughput+radio-TLC+analysis.">High-throughput radio-TLC analysis.</a> Nuclear Medicine and Biology. 82-83, 41-48 (2020).</li><li>Dooraghi, A. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimization+of+microfluidic+PET+tracer+synthesis+with+Cerenkov+imaging.">Optimization of microfluidic PET tracer synthesis with Cerenkov imaging.</a> Analyst. 138 (19), 5654-5664 (2013).</li><li>Collins, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Production+of+diverse+PET+probes+with+limited+resources:+24+18F-labeled+compounds+prepared+with+a+single+radiosynthesizer.">Production of diverse PET probes with limited resources: 24 18F-labeled compounds prepared with a single radiosynthesizer.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 114 (43), 11309-11314 (2017).</li><li>Lazari, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fully+automated+production+of+diverse+18F-labeled+PET+tracers+on+the+ELIXYS+multireactor+radiosynthesizer+without+hardware+modification.">Fully automated production of diverse 18F-labeled PET tracers on the ELIXYS multireactor radiosynthesizer without hardware modification.</a> Journal of Nuclear Medicine Technology. 42 (3), 203-210 (2014).</li><li>Lisova, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid,+efficient,+and+economical+synthesis+of+PET+tracers+in+a+droplet+microreactor:+application+to+O-(2-[18F]fluoroethyl)-L-tyrosine+([18F]FET).">Rapid, efficient, and economical synthesis of PET tracers in a droplet microreactor: application to O-(2-[18F]fluoroethyl)-L-tyrosine ([18F]FET).</a> EJNMMI Radiopharmacy and Chemistry. 5 (1), 1 (2019).</li><li>Wang, J., Holloway, T., Lisova, K., van Dam, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Green+and+efficient+synthesis+of+the+radiopharmaceutical+[18F]FDOPA+using+a+microdroplet+reactor.">Green and efficient synthesis of the radiopharmaceutical [18F]FDOPA using a microdroplet reactor.</a> Reaction Chemistry &amp; Engineering. 5 (2), 320-329 (2020).</li><li>Lisova, K., Wang, J., Rios, A., van Dam, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adaptation+and+optimization+of+[F-18]+Florbetaben+([F-18]+FBB)+radiosynthesis+to+a+microdroplet+reactor.">Adaptation and optimization of [F-18] Florbetaben ([F-18] FBB) radiosynthesis to a microdroplet reactor.</a> Journal of Labelled Compounds and Radiopharmaceuticals. 62, 353-354 (2019).</li><li>Wang, J., Chao, P. H., Slavik, R., van Dam, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multi-GBq+production+of+the+radiotracer+[18F]fallypride+in+a+droplet+microreactor.">Multi-GBq production of the radiotracer [18F]fallypride in a droplet microreactor.</a> RSC Advances. 10 (13), 7828-7838 (2020).</li></ol>

En raison des limites des systèmes de radiochimie conventionnels qui ne permettent qu’une ou un petit nombre de réactions par jour et consomment une quantité importante de réactifs par point de données, seule une infime partie de l’espace global des paramètres de réaction peut être explorée dans la pratique, et de nombreuses fois les résultats sont rapportés sans répétition (n = 1). Par rapport aux systèmes conventionnels, cette plate-forme de radiosynthèse de gouttelettes à réactions multiples perme...

Les produits radiopharmaceutiques de tomographie par émission de positons (TEP) sont largement utilisés comme outils de recherche pour surveiller des processus biochimiques in vivo spécifiques et étudier des maladies, ainsi que pour le développement de nouveaux médicaments et thérapies. De plus, la TEP est un outil essentiel pour diagnostiquer ou stadification de la maladie et surveiller la réponse d’un patient au traitement1,2,3. En raison de la courte demi-vie des radio-isotopes TEP (p. ex. 110 min pour les produits radiopharmaceutiques marqués au fluor 18) et des dangers liés aux rayonnements, ces composés sont préparés à l’aide de systèmes automatisés spécialisés fonctionnant derrière le blindage contre les rayonnements et doivent être préparés juste avant utilisation.
Les systèmes actuels utilisés pour synthétiser des produits radiopharmaceutiques sont conçus pour produire de grands lots qui sont divisés en plusieurs doses individuelles pour partager le coût de production. Bien que les systèmes actuels conviennent à la production de radiotraceurs largement utilisés comme[18F]FDG (parce que plusieurs balayages de patients et expériences de recherche peuvent être programmés en une seule journée), ces systèmes peuvent être gaspilleurs pour la production de nouveaux radiotraceurs au cours du développement précoce, ou de radiotraceurs moins couramment utilisés. Les volumes utilisés par les systèmes conventionnels se situent généralement entre 1 et 5 mL, et les réactions nécessitent des quantités de précurseurs de l’ordre de 1 à 10 mg. De plus, l’utilisation de radiosynthétiseurs conventionnels est généralement lourde lors des études d’optimisation puisque l’appareil est contaminé après utilisation et que l’utilisateur doit attendre que la radioactivité se désintègre avant d’effectuer l’expérience suivante. Outre le coût de l’équipement, le coût du radio-isotope et des réactifs peut donc devenir très important pour les études nécessitant la production de plusieurs lots. Cela peut se produire, par exemple, lors de l’optimisation des protocoles de synthèse pour les nouveaux radiotraceurs afin d’obtenir un rendement et une fiabilité suffisants pour les études d’imagerie in vivo initiales.
Les technologies microfluidiques ont été de plus en plus utilisées en radiochimie pour capitaliser sur plusieurs avantages par rapport aux systèmes conventionnels4,5,6. Les plates-formes microfluidiques, y compris celles basées sur des volumes de réaction de 1 à 10μL 7,8,9,ont montré une réduction significative des volumes de réactifs et de la consommation de précurseurs coûteux, ainsi que des temps de réaction courts. Ces réductions conduisent à des coûts plus faibles, à des étapes de chauffage et d’évaporation plus rapides, à une purification en aval plus courte et plus simple, à un processus chimique global « plus vert »10,et à une activité molaire plus élevée des radiotraceurs produits11. Ces améliorations rendent plus pratique la production d’études d’optimisation plus approfondies en réduisant le coût des réactifs de chaque synthèse. D’autres avantages peuvent être obtenus en effectuant plusieurs expériences à partir d’un seul lot de radio-isotopes en une seule journée. Par exemple, les radiosynthétiseurs de chimie d’écoulement microfluidique fonctionnant en « mode découverte » peuvent effectuer séquentiellement des dizaines de réactions, chacune utilisant seulement 10s de volume de réaction μL12.
Inspiré par ces avantages, une puce de réseau de gouttelettes multi-réactions dans laquelle les réactions de microvolume sont confinées à un réseau de pièges de tension superficielle sur une surface de silicium, créée à l’aide d’un revêtement en téflon à motifs, a été développée. Ces puces permettent d’effectuer simultanément plusieurs réactions à l’échelle de 1 à 20 μL, ouvrant la possibilité d’explorer 10s de différentes conditions de réaction par jour, chacune avec plusieurs répétitions. Dans cet article, l’utilité de cette nouvelle approche à haut débit pour effectuer des optimisations de radiochimie rapides et à faible coût est démontrée. L’utilisation de puces de gouttelettes multi-réactions permet une exploration pratique de l’impact des concentrations de réactifs et du solvant de réaction, et l’utilisation de plusieurs puces pourrait permettre l’étude de la température et du temps de réaction, tout en consommant de très faibles quantités de précurseurs.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>2,3-dimethyl-2-butanol (thexyl alcohol)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>594-60-5</td>
			<td>98%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetone</td>
			<td>KMG Chemicals</td>
			<td></td>
			<td>Cleanroom LP grade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ammonium formate (NH4HCO2)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>540-69-2</td>
			<td>97%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anhydrous acetonitrile (MeCN)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>75-05-8</td>
			<td>99.80%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ceramic heater</td>
			<td>Watlow</td>
			<td>Utramic CER-1-01-0093</td>
			<td>25 mm x 25 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cerenkov imaging chamber</td>
			<td>Custom built</td>
			<td></td>
			<td>Other instruments can be used for TLC plate readout including: small animal in vivo optical imaging system, 2D radio-TLC scanner, 1D radio-TLC scanner</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DI water</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>7732-18-5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Disposable transfer pipets, 3 mL</td>
			<td>Falcon</td>
			<td>13-680-50</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dose calibrator</td>
			<td>Capintec, Inc.</td>
			<td>CRC-25 PET</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fallypride</td>
			<td>ABX Advanced Biochemical Compounds</td>
			<td>1560.0010.000</td>
			<td>Fallypride reference standard, &#62;95%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>[18F]fluoride in [18O]H2O</td>
			<td>UCLA Ahmanson Biomedical Cyclotron Facility</td>
			<td></td>
			<td>Due to short half-life this must be obtained from local radiochemistry lab or commercial radiopharmacy</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass cover plates (76.2 mm x 50.8 mm x 1 mm thick)</td>
			<td>C&#38;A Scientific</td>
			<td>6101</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Headway spin coater</td>
			<td>Headway Research, Inc.</td>
			<td>PWM50-PS-R790 Sipinner system</td>
			<td>PWM50-control box, PS-motor, R790-bowl</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High temperature oven</td>
			<td>Carbolite</td>
			<td>HTCR 6 28</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hot plate</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>Super-Nuova HP133425</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isopropanol (IPA)</td>
			<td>KMG Chemicals</td>
			<td></td>
			<td>Cleanroom LP grade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mask aligner</td>
			<td>Karl Suss</td>
			<td>MA/BA6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methanol (MeOH)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>67-56-1</td>
			<td>&#8805;99.9%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microcentrifuge tube</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td>0030 123.301</td>
			<td>500 &#181;L, colorless, polypropylene</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micropipette (0.5-10 &#181;L)</td>
			<td>Labnet</td>
			<td>BioPette P3940-10</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micropipette (100-1000 &#181;L)</td>
			<td>Labnet</td>
			<td>BioPette P3940-1000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micropipette (10-100 &#181;L)</td>
			<td>Labnet</td>
			<td>BioPette P3940-100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micropipette tips (0.1-10 &#181;L)</td>
			<td>USA Scientific Inc Tips</td>
			<td>11113810</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micropipette tips (2-200 &#181;L)</td>
			<td>BrandTech</td>
			<td>13-889-143</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micropipette tips (50-1000 &#181;L)</td>
			<td>BrandTech</td>
			<td>13-889-145</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Photoresist developer solution</td>
			<td>MicroChem</td>
			<td>MEGAPOSIT MF-26A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Positive photoresist</td>
			<td>MicroChem</td>
			<td>MEGAPOSIT 220-7.0</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Reactive-ion etcher (RIE)</td>
			<td>Oxford Instruments</td>
			<td>Plasma Lab 80 Plus</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicon wafer cutter</td>
			<td>Euro Tool</td>
			<td>CSCB-431.00</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicon wafer; 4&#34; diameter</td>
			<td>Silicon Valley Microelectronics Inc.&#160;</td>
			<td>0017227-048</td>
			<td>P type, boron doped, thickness 525 &#177; 25 &#181;m</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Teflon AF 2400</td>
			<td>Chemours&#160;</td>
			<td>D14896765</td>
			<td>1% solids</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tetrabutylammonium bicarbonate (TBAHCO3)</td>
			<td>ABX Advanced Biochemical Compounds</td>
			<td>808</td>
			<td>Aqueous solution stabilized with ethanol, 0.075 M</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Themal conducting paste</td>
			<td>OMEGA</td>
			<td>OT-201-2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TLC plates</td>
			<td>Merck KGaA</td>
			<td>1.05554.0001</td>
			<td>Silica gel 60 F254, 50 mm x 60 mm, aluminum back</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tosyl-fallypride</td>
			<td>ABX Advanced Biochemical Compounds</td>
			<td>1550.004.000</td>
			<td>Fallypride precursor, &#62;90%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trimethylamine (TEA)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>75-50-3</td>
			<td>&#8805; 99%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tweezers</td>
			<td>Cole-Parmer</td>
			<td>UX-07387-08</td>
			<td>Stainless steel, fine tip</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

optimization of radiochemical reactions using droplet arrays

Les radiosynthétiseurs automatisés actuels sont conçus pour produire de grands lots cliniques de produits radiopharmaceutiques. Ils ne sont pas bien adaptés à l’optimisation de la réaction ou au développement de nouveaux produits radiopharmaceutiques, car chaque point de données implique une consommation importante de réactifs et la contamination de l’appareil nécessite du temps pour la désintégration radioactive avant la prochaine utilisation. Pour remédier à ces limitations, une plate-forme permettant d’effectuer des réseaux de réactions miniatures à base de gouttelettes en parallèle, chacune confinée dans un piège de tension superficielle sur une « puce » de silicium recouverte de polytétrafluoroéthylène à motifs, a été développée. Ces puces permettent des études rapides et pratiques des paramètres de réaction, y compris les concentrations de réactifs, le solvant de réaction, la température et le temps de réaction. Cette plate-forme permet de compléter des centaines de réactions en quelques jours avec une consommation minimale de réactifs, au lieu de prendre des mois à l’aide d’un radiosynthétiseur conventionnel.

Une expérience représentative a été réalisée pour illustrer cette méthode. À l’aide de 16 réactions, des études d’optimisation du produit radiopharmaceutique[18F]fallypride ont été réalisées en faisant varier la concentration de précurseurs (77, 39, 19, 9,6, 4,8, 2,4, 1,2 et 0,6 mM) dans l’alcool thexylique : MeCN (1:1, v/v) comme solvant de réaction. Les réactions ont été réalisées à 110 °C pendant 7 min. L’efficacité de la collecte, la composit...

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Optimization of Radiochemical Reactions using Droplet Arrays

Cette méthode décrit l’utilisation d’une nouvelle méthodologie à haut débit, basée sur des réactions chimiques de gouttelettes, pour l’optimisation rapide et économique des produits radiopharmaceutiques à l’aide de quantités nanomoles de réactifs.

Optimisation des réactions radiochimiques à l’aide de réseaux de gouttelettes

Current automated radiosynthesizers are designed to produce large clinical batches of radiopharmaceuticals. They are not well suited for reaction ...

Les synthétiseurs radio automatisés actuels sont conçus pour produire de grands lots de produits radiopharmaceutiques largement utilisés, tels que le FDG. En raison du nombre limité de synthèses possibles par jour et de la consommation relativement élevée de réactifs, ces systèmes ne sont cependant pas bien adaptés à la réalisation d’études d’optimisation de la synthèse. Avec cette technique, le débit est considérablement augmenté en effectuant jusqu’à 16 réactions simultanées en parallèle et la consommation de réactifs est réduite au centuple.En outre, en effectuant des réactions en parallèle, des lots équitables de radio-isotopes sont nécessaires pour compléter une étude. L’augmentation du débit permet une exploration plus large des conditions de réaction avec un plus grand nombre de répétitions chacune par rapport à l’utilisation d’instruments conventionnels. Alors que ce protocole montre l’optimisation de la concentration des précurseurs dans la synthèse du fallypride, la technique peut être utilisée pour optimiser d’autres conditions et d’autres produits radiopharmaceutiques.Commencez par fabriquer des lots de puces de microgouttelettes multi-réactions à partir de plaquettes de silicium de quatre pouces à l’aide de techniques de photolithographie standard. Dans ce protocole, l’optimisation à haut débit de la concentration des précurseurs est démontrée avec la synthèse du Fallypride radiopharmaceutique. 16 réactions simultanées peuvent être réalisées sur une seule puce.Les conditions à comparer sont cartographiées aux sites de réaction. Préparer une solution mère du solvant réactionnel constitué de l’alcool théxylique et de l’acétonitrile dans un mélange un-à-un en volume. Assurez-vous que le volume est suffisant pour créer la série de dilution prévue.Préparer une solution mère de précurseur de 30 microlitres dans le solvant réactionnel avec la concentration maximale à explorer. À partir de la solution mère précurseur et du solvant réactionnel, effectuer deux fois des dilutions en série dans un ensemble de tubes microcentrifugés pour préparer les différentes concentrations de la solution précurseur. Préparez un autre ensemble de tubes à microcentrifugation pour recueillir chaque produit de réaction brut à l’aide d’un marqueur permanent pour étiqueter chaque tube avec un numéro unique.S’assurer que le nombre total de tubes à microcentrifugation correspond au nombre de conditions multiplié par le nombre de répétitions. Préparer un stock de 10 millilitres de solution de collecte comprenant neuf à un méthanol à l’eau désionisée. Aliquote 50 microlitres de chacun dans un ensemble supplémentaire de 16 tubes de microcentrifugation étiquetés comme solution de collecte.Préparer une solution mère de fluorure en mélangeant environ sept millicuries de la source de fluorure avec 56 microlitres de bicarbonate de tétrabutylammonium de 75 millimolaires et en diluant avec de l’eau DI jusqu’à 140 microlitres. À l’aide d’une micropipette, chargez une gouttelette de huit microlitres de solution mère de fluorure sur le premier point de réaction d’une puce multi-réaction. Mesurer l’activité de la puce en la plaçant dans un calibrateur de dose et enregistrer l’heure à laquelle la mesure est effectuée.Retirez la puce de l’étalonneur de dose et chargez une gouttelette de huit microlitres de solution mère de fluorure sur le deuxième point de réaction. Mesurez l’activité sur la puce et enregistrez l’heure à laquelle la mesure est effectuée. Répétez ce processus pour tous les autres sites de réaction.Calculer l’activité chargée par point de réaction en prenant la mesure d’activité après avoir chargé le radio-isotope et en soustrayant la mesure précédente avant le chargement de ce site. Pour aligner la puce multi-réaction sur le chauffage, ajoutez une fine couche de pâte thermique sur le chauffage en céramique. Placez soigneusement la puce sur le dessus de l’appareil de chauffage à l’aide d’une pince à épiler alignant le coin de référence de la puce avec le coin de référence de l’appareil de chauffage.La puce devrait surplomber le chauffage d’une petite quantité. Chauffer la puce pendant une minute en fixant le chauffage à 105 degrés Celsius dans le programme de contrôle pour évaporer les gouttelettes, laissant un résidu séché de fluorure et de bicarbonate de tétrabutylammonium. Ensuite, refroidissez la puce en fixant le chauffage à 30 degrés Celsius et en allumant le ventilateur de refroidissement avec le programme de contrôle.À l’aide d’une micropipette, ajouter une solution de six microlitres de précurseur de fallypride sur le résidu séché sur le premier site de réaction. Répétez cette opération pour tous les autres sites de réaction sur la puce. Utilisez le plan d’optimisation pour déterminer quelle concentration de la série de dilution est utilisée pour chaque site de réaction.Chauffer la puce à 110 degrés Celsius pendant sept minutes à l’aide du programme de contrôle pour effectuer la réaction de radiofluoration, puis refroidir la puce en fixant le chauffage à 30 degrés Celsius et en allumant le ventilateur de refroidissement avec le programme de contrôle. Recueillir le produit brut au premier site de réaction en ajoutant 10 microlitres de solution de collecte à partir du tube de microcentrifuge désigné. Après avoir attendu cinq secondes, aspirer le produit brut dilué et le transférer dans le tube de microcentrifugation de collecte correspondant.Répétez ce processus un total de quatre fois en utilisant la même pointe de pipette, puis fermez le tube de microcentrifugation. Répétez ces étapes pour recueillir le produit brut de tous les autres sites de réaction sur la puce. Pour déterminer l’efficacité de la collecte de la première réaction sur la puce, placez le tube de microcentrifugation avec le produit brut collecté du premier point de réaction dans l’étalonneur de dose pour mesurer l’activité.Enregistrez la mesure et l’heure de la mesure. Répétez ce processus pour chacun des produits bruts collectés. Calculer l’efficacité de la collecte en divisant l’activité du produit brut collecté par l’activité de départ mesurée pour le même site de réaction.Répétez cette opération pour tous les autres sites de réaction sur la puce. Ensuite, analysez la composition de chaque produit brut collecté. Avec un crayon, tracez une ligne à 15 millimètres du bord inférieur de la plaque TLC et une autre ligne à 50 millimètres du même bord.La première ligne est la ligne d’origine et la seconde est la ligne de front de solvant. Dessinez huit petits X le long de la ligne d’origine à un espacement de cinq millimètres pour définir la position de repérage de l’échantillon pour chacune des huit voies. À l’aide d’une micropipette, transférer 0,5 microlitres du premier produit brut sur la plaque TLC au X pour la première voie.Répétez cette opération pour d’autres produits bruts, puis attendez que les taches sèchent. Développer chaque plaque TLC en utilisant une phase mobile de 60% d’acétonitrile dans un formate d’ammonium 25 millimolaire avec 1% TEA jusqu’à ce que le front du solvant atteigne la ligne de front du solvant. À ce moment-là, retirez la plaque TLC de la chambre et attendez que le solvant sur la plaque TLC sèche, puis placez la plaque TLC dans le système d’imagerie Cerenkov et couvrez-la d’une lame de microscope en verre.Obtenez une image de radioactivité de chaque plaque TLC en définissant le système d’imagerie Cerenkov sur une exposition de cinq minutes, puis sélectionnez le fichier produit de l’image sur la plaque TLC et effectuez des corrections d’image standard. Utilisez l’analyse de la région d’intérêt pour la première voie de la première plaque TLC. Dessinez des régions autour de chaque bande visible dans la voie, puis calculez la fraction d’intensité intégrée de chaque région par rapport à l’intensité totale intégrée de toutes les régions.Déterminer l’efficacité de la fluoration en tant que fraction d’activité dans la bande de Fallypride. Répétez cette analyse pour toutes les autres voies sur toutes les plaques TLC. Ensuite, calculez le rendement radiochimique brut pour chaque réaction et choisissez la concentration optimale de précurseurs en examinant le rendement radiochimique brut en fonction de la concentration de précurseurs.Des études d’optimisation du fallypride radiopharmaceutique ont été réalisées en variant la concentration de précurseur dans l’acétonitrile d’alcool thrylique. Des réactions ont été exécutées à 110 degrés Celsius par sept minutes. L’efficacité de la collecte et la composition de l’échantillon sont présentées ici.L’efficacité de la fluoration augmentait avec l’augmentation de la concentration de précurseurs et la concentration de fluorure n’ayant pas réagi diminuait. Il y avait une petite quantité de produit secondaire radioactif à de faibles concentrations de précurseurs, qui ne s’est pas formée aux concentrations de précurseurs les plus élevées. L’efficacité de la collecte était presque quantitative pour la plupart des conditions, bien qu’elle ait légèrement diminué à de faibles concentrations de précurseurs.Le rendement radiochimique brut le plus élevé a été réalisé avec une concentration millimolaire de précurseur de 39. Dans ces conditions, l’efficacité de fluoration était de 96%Le RCY brut était de 87% et aucune formation de produit secondaire radioactif n’a été observée. Il est essentiel d’avoir un plan cartographique de quelle condition de réaction correspond à quelle gouttelette de réaction sur la puce et d’avoir des tubes réactifs et des tubes de collecte de produits étiquetés de manière appropriée qui peuvent être revérifiés pendant l’expérience.La procédure peut être utilisée pour l’optimisation d’autres conditions de réaction, telles que la quantité de base, le type de solvant ou le volume de réaction. Il peut également être utilisé pour optimiser la synthèse d’autres produits radiopharmaceutiques.

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