Name: optimization of radiochemical reactions using droplet arrays
Uploaded: 2021-02-12T14:15:00
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Wir danken der UCLA Biomedical Cyclotron Facility und Dr. Roger Slavik und Dr. Giuseppe Carlucci für die großzügige Bereitstellung von [18F]fluorid für diese Studien und dem UCLA NanoLab für die Unterstützung mit Geräten für die Chipherstellung.

ACHTUNG: Dieses Protokoll beinhaltet den Umgang mit radioaktiven Stoffen. Experimente sollten nicht ohne die notwendige Schulung und persönliche Schutzausrüstung und Genehmigung durch die Strahlenschutzbehörde Ihrer Organisation durchgeführt werden. Versuche sollten hinter Strahlenabschirmung durchgeführt werden, vorzugsweise in einer belüfteten heißen Zelle
1. Herstellung von Multireaktionschips
HINWEIS: Chargen von Multireaktions-Mikrotröpfchenchips werden a...

<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. 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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>

Aufgrund der Einschränkungen herkömmlicher radiochemischer Systeme, die nur eine oder eine kleine Anzahl von Reaktionen pro Tag zulassen und eine signifikante Menge an Reagenzien pro Datenpunkt verbrauchen, kann in der Praxis nur ein winziger Teil des gesamten Reaktionsparameterraums untersucht werden, und oft werden Ergebnisse ohne Wiederholungen gemeldet (n = 1). Im Vergleich zu herkömmlichen Systemen macht es diese Multireaktions-Tröpfchen-Radiosyntheseplattform praktisch, umfassendere und strengere Studien der Ra...

Positronen-Emissions-Tomographie (PET) Radiopharmazeutika werden häufig als Forschungswerkzeuge zur Überwachung spezifischer biochemischer Prozesse in vivo und zur Untersuchung von Krankheiten sowie zur Entwicklung neuer Medikamente und Therapien eingesetzt. Darüber hinaus ist PET ein wichtiges Instrument zur Diagnose oder Staging von Krankheiten und zur Überwachung des Ansprechens eines Patienten auf die Therapie1,2,3. Aufgrund der kurzen Halbwertszeit von PET-Radioisotopen (z. B. 110 min für Fluor-18-markierte Radiopharmazeutika) und der Strahlengefährdung werden diese Verbindungen mit speziellen automatisierten Systemen hergestellt, die hinter der Strahlenabschirmung arbeiten und müssen kurz vor der Verwendung vorbereitet werden.
Aktuelle Systeme, die zur Synthese von Radiopharmazeutika verwendet werden, sind so konzipiert, dass sie große Chargen produzieren, die in viele Einzeldosen aufgeteilt werden, um die Produktionskosten zu teilen. Während aktuelle Systeme für die Herstellung weit verbreiteter Radiotracer wie [18F]FDG geeignet sind (da mehrere Patientenscans und Forschungsexperimente an einem einzigen Tag geplant werden können), können diese Systeme für die Herstellung neuartiger Radiotracer in der frühen Entwicklungsphase oder weniger häufig verwendeter Radiotracer verschwenderisch sein. Die Volumina, die herkömmliche Systeme verwenden, liegen typischerweise im Bereich von 1-5 ml, und die Reaktionen erfordern Vorläufermengen im Bereich von 1-10 mg. Darüber hinaus ist die Verwendung herkömmlicher Radiosynthesizer bei Optimierungsstudien in der Regel umständlich, da die Apparatur nach dem Gebrauch kontaminiert wird und der Benutzer vor dem nächsten Experiment auf den Zerfall der Radioaktivität warten muss. Abgesehen von den Ausrüstungskosten können die Kosten für das Radioisotop und die Reagenzien daher für Studien, die die Herstellung mehrerer Chargen erfordern, sehr hoch werden. Dies kann beispielsweise bei der Optimierung von Syntheseprotokollen für neuartige Radiotracer auftreten, um eine ausreichende Ausbeute und Zuverlässigkeit für erste in vivo Bildgebungsstudien zu erreichen.
Mikrofluidische Technologien werden zunehmend in der Radiochemie eingesetzt, um mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Systemen zu nutzen4,5,6. Mikrofluidische Plattformen, einschließlich solcher, die auf 1-10 μL Reaktionsvolumina7,8,9basieren, haben eine signifikante Reduzierung des Reagenzienvolumens und des Verbrauchs teurer Vorprodukte sowie kurze Reaktionszeiten gezeigt. Diese Reduzierungen führen zu niedrigeren Kosten, schnelleren Erhitzungs- und Verdampfungsschritten, kürzerer und einfacherer nachgeschalteter Reinigung, einem insgesamt "grüneren" chemischen Prozess10und einer höheren molaren Aktivität der produzierten Radiotracer11. Diese Verbesserungen machen es praktischer, umfangreichere Optimierungsstudien durchzuführen, indem die Reagenzkosten jeder Synthese gesenkt werden. Weitere Vorteile können durch die Durchführung mehrerer Experimente aus einer einzigen Charge von Radioisotopen an einem einzigen Tag erreicht werden. Zum Beispiel können mikrofluidische Strömungschemie-Radiosynthesizer, die im "Entdeckungsmodus" arbeiten, Dutzende von Reaktionen nacheinander durchführen, wobei jede nur 10s des μL-Reaktionsvolumens12verwendet.
Inspiriert von diesen Vorteilen wurde ein Multi-Reaction-Droplet-Array-Chip entwickelt, bei dem Mikrovolumenreaktionen auf eine Reihe von Oberflächenspannungsfallen auf einer Siliziumoberfläche beschränkt sind, die mit einer gemusterten Teflonbeschichtung erzeugt werden. Diese Chips ermöglichen die gleichzeitige Durchführung mehrerer Reaktionen auf der Skala von 1-20 μL, was die Möglichkeit eröffnet, 10 verschiedene Reaktionsbedingungen pro Tag mit jeweils mehreren Replikaten zu untersuchen. In diesem Artikel wird der Nutzen dieses neuen Hochdurchsatzansatzes für die Durchführung schneller und kostengünstiger radiochemischer Optimierungen demonstriert. Die Verwendung von Multireaktions-Tröpfchenchips ermöglicht eine bequeme Untersuchung der Auswirkungen von Reagenzkonzentrationen und Reaktionslösungsmitteln, und die Verwendung mehrerer Chips könnte die Untersuchung der Reaktionstemperatur und -zeit ermöglichen, während gleichzeitig sehr geringe Mengen an Vorläufern verbraucht werden.

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	<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

Aktuelle automatisierte Radiosynthesizer sind für die Herstellung großer klinischer Chargen von Radiopharmazeutika ausgelegt. Sie eignen sich nicht gut für die Reaktionsoptimierung oder die neuartige radiopharmazeutische Entwicklung, da jeder Datenpunkt einen erheblichen Reagenzienverbrauch mit sich bringt und die Kontamination des Geräts Zeit für den radioaktiven Zerfall vor der nächsten Verwendung benötigt. Um diese Einschränkungen zu beheben, wurde eine Plattform für die parallele Durchführung von Arrays von Miniatur-Tröpfchenreaktionen entwickelt, die jeweils in einer Oberflächenspannungsfalle auf einem gemusterten Polytetrafluorethylen-beschichteten Silizium-"Chip" eingeschlossen sind. Diese Chips ermöglichen schnelle und bequeme Untersuchungen von Reaktionsparametern wie Reagenzkonzentrationen, Reaktionslösungsmittel, Reaktionstemperatur und -zeit. Diese Plattform ermöglicht den Abschluss von Hunderten von Reaktionen in wenigen Tagen mit minimalem Reagenzienverbrauch, anstatt Monate mit einem herkömmlichen Radiosynthesizer zu dauern.

Zur Veranschaulichung dieser Methode wurde ein repräsentatives Experiment durchgeführt. Unter Verwendung von 16 Reaktionen wurden Optimierungsstudien des radiopharmazeutischen [18F]fallyprids durch unterschiedliche Vorläuferkonzentrationen (77, 39, 19, 9,6, 4,8, 2,4, 1,2 und 0,6 mM) in Thexylalkohol:MeCN (1:1, v/v) als Reaktionslösungsmittel durchgeführt. Reaktionen wurden bei 110 °C für 7 min durchgeführt. Die Sammlungseffizienz, die Probenzusammensetzung (d. h. die An...

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Optimization of Radiochemical Reactions using Droplet Arrays

Diese Methode beschreibt den Einsatz einer neuartigen Hochdurchsatzmethode, basierend auf tröpfchenchemischen Reaktionen, zur schnellen und wirtschaftlichen Optimierung von Radiopharmazeutika unter Verwendung von Nanomolmengen an Reagenzien.

Optimierung radiochemischer Reaktionen mit Droplet Arrays

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

Aktuelle automatisierte Radiosynthesizer sind für die Herstellung großer Chargen weit verbreiteter Radiopharmazeutika wie FDG ausgelegt. Aufgrund der begrenzten Anzahl von Synthesen, die pro Tag möglich sind, und des relativ hohen Reagenzienverbrauchs sind diese Systeme jedoch nicht gut geeignet, um Syntheseoptimierungsstudien durchzuführen. Mit dieser Technik wird der Durchsatz durch bis zu 16 gleichzeitige Reaktionen parallel deutlich erhöht und der Reagenzienverbrauch um das Hundertfache reduziert.Darüber hinaus werden durch parallele Reaktionen faire Chargen von Radioisotopen benötigt, um eine Studie abzuschließen. Ein erhöhter Durchsatz ermöglicht eine breitere Untersuchung der Reaktionsbedingungen mit einer größeren Anzahl von Replikaten im Vergleich zur Verwendung herkömmlicher Instrumente. Während dieses Protokoll die Optimierung der Vorläuferkonzentration bei der Synthese von Fallyprid zeigt, kann die Technik zur Optimierung anderer Bedingungen und anderer Radiopharmazeutika verwendet werden.Beginnen Sie mit der Herstellung von Chargen von Multireaktions-Mikrotröpfchenchips aus Vier-Zoll-Siliziumwafern unter Verwendung von Standard-Photolithographietechniken. In diesem Protokoll wird die Hochdurchsatzoptimierung der Vorläuferkonzentration mit der Synthese des radiopharmazeutischen Fallyprids demonstriert. 16 gleichzeitige Reaktionen können auf einem einzigen Chip durchgeführt werden.Die zu vergleichenden Bedingungen werden den Reaktionsstellen zugeordnet. Bereiten Sie eine Stammlösung des Reaktionslösungsmittels bestehend aus Thexylalkohol und Acetonitril in einem Eins-zu-Eins-Volumen-Gemisch vor. Stellen Sie sicher, dass das Volumen ausreicht, um die geplante Verdünnungsreihe zu erstellen.Bereiten Sie eine 30-Mikroliter-Stammlösung des Vorläufers im Reaktionslösungsmittel mit der maximal zu untersuchenden Konzentration vor. Aus der Vorläuferlösung und dem Reaktionslösungsmittel werden zwei serielle Verdünnungen in einem Satz von Mikrozentrifugenröhrchen durchgeführt, um die unterschiedlichen Konzentrationen der Vorläuferlösung herzustellen. Bereiten Sie einen weiteren Satz Mikrozentrifugenröhrchen vor, um jedes Rohreaktionsprodukt mit einem Permanentmarker zu sammeln, um jedes Röhrchen mit einer eindeutigen Nummer zu beschriften.Stellen Sie sicher, dass die Gesamtzahl der Mikrozentrifugenröhrchen mit der Anzahl der Bedingungen multipliziert mit der Anzahl der Replikate übereinstimmt. Bereiten Sie einen 10-Milliliter-Bestand an Sammellösung vor, der aus neun bis einem Methanol zu entionisiertem Wasser besteht. Aliquot 50 Mikroliter von jedem in einen zusätzlichen Satz von 16 Mikrozentrifugenröhrchen, die als Sammellösung gekennzeichnet sind.Bereiten Sie eine Fluorid-Stammlösung vor, indem Sie etwa sieben Millicuries der Fluoridquelle mit 56 Mikrolitern 75 Millimolar tetrabutylammoniumbicarbonat mischen und mit DI-Wasser auf bis zu 140 Mikroliter verdünnen. Laden Sie mit einer Mikropipette einen acht Mikroliter tröpfchen Fluorid-Stammlösung auf den ersten Reaktionspunkt eines Multireaktionschips. Messen Sie die Aktivität des Chips, indem Sie ihn in einen Dosiskalibrator legen und den Zeitpunkt aufzeichnen, zu dem die Messung durchgeführt wird.Entfernen Sie den Chip aus dem Dosiskalibrator und laden Sie einen acht Mikroliter tröpfchen Fluorid-Stammlösung auf die zweite Reaktionsstelle. Messen Sie die Aktivität auf dem Chip und notieren Sie den Zeitpunkt, zu dem die Messung durchgeführt wird. Wiederholen Sie diesen Vorgang für alle anderen Reaktionsstellen.Berechnen Sie die pro Reaktionsstelle belastete Aktivität, indem Sie die Aktivitätsmessung nach dem Laden des Radioisotops durchführen und die vorherige Messung subtrahieren, bevor diese Stelle geladen wurde. Um den Multireaktionschip auf der Heizung auszurichten, fügen Sie eine dünne Schicht Wärmeleitpaste auf die Keramikheizung hinzu. Legen Sie den Chip vorsichtig mit einer Pinzette auf die Heizung, um die Referenzecke des Chips mit der Referenzecke der Heizung auszurichten.Der Chip sollte die Heizung um einen kleinen Betrag überhängen. Erhitzen Sie den Chip für eine Minute, indem Sie die Heizung im Regelprogramm auf 105 Grad Celsius einstellen, um die Tröpfchen zu verdampfen und einen getrockneten Rückstand von Fluorid und Tetrabutylammoniumbicarbonat zu hinterlassen. Dann kühlte der Chip, indem sie die Heizung auf 30 Grad Celsius stellte und den Lüfter mit dem Steuerungsprogramm einschaltete.Fügen Sie mit einer Mikropipette eine Lösung von Fallypridenvorläufer mit sechs Mikrolitern auf den getrockneten Rückstand an der ersten Reaktionsstelle hinzu. Wiederholen Sie dies für alle anderen Reaktionsstellen auf dem Chip. Verwenden Sie den Optimierungsplan, um zu bestimmen, welche Konzentration der Verdünnungsreihe für jede Reaktionsstelle verwendet wird.Erhitzen Sie den Chip sieben Minuten lang mit dem Steuerungsprogramm auf 110 Grad Celsius, um die Radiofluorierungsreaktion durchzuführen, kühlen Sie dann den Chip, indem Sie die Heizung auf 30 Grad Celsius einstellen und den Lüfter mit dem Steuerungsprogramm einschalten. Sammeln Sie das Rohprodukt an der ersten Reaktionsstelle, indem Sie 10 Mikroliter Sammellösung aus dem dafür vorgesehenen Mikrozentrifugenröhrchen hinzufügen. Nachdem Sie fünf Sekunden gewartet haben, saugen Sie das verdünnte Rohprodukt an und geben Sie es in das entsprechende Auffang-Mikrozentrifugenröhrchen.Wiederholen Sie diesen Vorgang insgesamt viermal mit derselben Pipettenspitze und schließen Sie dann das Mikrozentrifugenröhrchen. Wiederholen Sie diese Schritte, um das Rohprodukt von allen anderen Reaktionsstellen auf dem Chip zu sammeln. Um die Sammeleffizienz für die erste Reaktion auf dem Chip zu bestimmen, legen Sie das Mikrozentrifugenröhrchen mit dem gesammelten Rohprodukt der ersten Reaktionsstelle in den Dosiskalibrator, um die Aktivität zu messen.Zeichnen Sie die Messung und den Zeitpunkt der Messung auf. Wiederholen Sie diesen Vorgang für jedes der gesammelten Rohölprodukte. Berechnen Sie die Sammeleffizienz, indem Sie die Aktivität des gesammelten Rohprodukts durch die für dieselbe Reaktionsstelle gemessene Startaktivität dividieren.Wiederholen Sie dies für alle anderen Reaktionsstellen auf dem Chip. Als nächstes analysieren Sie die Zusammensetzung jedes gesammelten Rohölprodukts. Zeichnen Sie mit einem Bleistift eine Linie, die 15 Millimeter von der Unterkante der TLC-Platte und eine weitere Linie 50 Millimeter von der gleichen Kante entfernt ist.Die erste Linie ist die Ursprungslinie und die zweite ist die Lösungsmittelfrontlinie. Zeichnen Sie acht kleine X entlang der Ursprungslinie im Abstand von fünf Millimetern, um die Probenposition für jede der acht Bahnen zu definieren. Übertragen Sie mit einer Mikropipette 0,5 Mikroliter des ersten Rohprodukts auf die TLC-Platte am X für die erste Spur.Wiederholen Sie dies für zusätzliche Rohölprodukte und warten Sie dann, bis die Stellen getrocknet sind. Entwickeln Sie jede TLC-Platte mit einer mobilen Phase von 60% Acetonitril in 25 Millimolar-Ammoniumformiat mit 1% TEA, bis die Lösungsmittelfront die Lösungsmittelfront erreicht. Entfernen Sie zu diesem Zeitpunkt die TLC-Platte aus der Kammer und warten Sie, bis das Lösungsmittel auf der TLC-Platte getrocknet ist, legen Sie die TLC-Platte dann in das Cerenkov-Bildgebungssystem und bedecken Sie sie mit einem Glasmikroskopobjektträger.Erhalten Sie ein Radioaktivitätsbild jeder TLC-Platte, indem Sie das Cerenkov-Bildgebungssystem auf eine fünfminütige Belichtung einstellen, dann die erzeugte Datei des Bildes auf der TLC-Platte auswählen und Standardbildkorrekturen durchführen. Verwenden Sie die Regionsanalyse für die erste Spur der ersten TLC-Platte. Zeichnen Sie Bereiche um jedes Band, das in der Spur sichtbar ist, und berechnen Sie dann den Anteil der integrierten Intensität jeder Region im Vergleich zur gesamten integrierten Intensität aller Regionen.Bestimmen Sie die Fluorierungseffizienz als Anteil der Aktivität im Fallypridenband. Wiederholen Sie diese Analyse für alle anderen Fahrspuren auf allen TLC-Platten. Berechnen Sie dann die rohe radiochemische Ausbeute für jede Reaktion und wählen Sie die optimale Vorläuferkonzentration, indem Sie die rohe radiochemische Ausbeute als Funktion der Vorläuferkonzentration untersuchen.Optimierungsstudien des radiopharmazeutischen Fallyprids wurden durch unterschiedliche Vorläuferkonzentrationen in Thexylalkoholacetonitril durchgeführt. Reaktionen wurden bei 110 Grad Celsius pro sieben Minuten durchgeführt. Die Sammlungseffizienz und die Probenzusammensetzung werden hier gezeigt.Die Fluorierungseffizienz nahm mit zunehmender Vorläuferkonzentration zu und die Konzentration von nicht umgesetztem Fluorid nahm ab. Bei niedrigen Vorläuferkonzentrationen gab es eine geringe Menge radioaktives Nebenprodukt, das bei den höheren Vorläuferkonzentrationen nicht gebildet wurde. Die Sammeleffizienz war für die meisten Bedingungen nahezu quantitativ, obwohl sie bei niedrigen Vorläuferkonzentrationen leicht zurückging.Die höchste rohe radiochemische Ausbeute wurde mit einer 39-millimolaren Vorläuferkonzentration erreicht. Unter dieser Bedingung betrug die Fluorierungseffizienz 96%Der rohe RCY betrug 87% und es gab keine beobachtete radioaktive Nebenproduktbildung. Es ist wichtig, einen Kartenplan zu haben, welcher Reaktionszustand welchem Reaktionströpfchen auf dem Chip entspricht, und entsprechend markierte Reagenzröhrchen und Produktsammelröhrchen zu haben, die während des Experiments überprüft werden können.Das Verfahren kann zur Optimierung anderer Reaktionsbedingungen wie Basenmenge, Lösungsmittelart oder Reaktionsvolumen eingesetzt werden. Es kann auch verwendet werden, um die Synthese anderer Radiopharmazeutika zu optimieren.

Research

JoVE Journal

Chemistry

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Forschung

Chemie

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