Name: optimization of radiochemical reactions using droplet arrays
Uploaded: 2021-02-12T14:15:00
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Agradecemos a la Instalación de Ciclotrón Biomédico de UCLA y al Dr. Roger Slavik y al Dr. Giuseppe Carlucci por proporcionar generosamente[18F]fluoruro para estos estudios y al NanoLab de UCLA por el apoyo con equipos para la fabricación de chips.

PRECAUCIÓN: Este protocolo implica la manipulación de materiales radiactivos. Los experimentos no deben llevarse a cabo sin la capacitación necesaria y el equipo de protección personal y la aprobación de la oficina de seguridad radiológica de su organización. Los experimentos deben realizarse detrás del blindaje contra la radiación, preferiblemente en una célula caliente ventilada
1. Fabricación de chips multirreaplicación
NOTA: Los lotes de chips de micro...

<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>

Debido a las limitaciones de los sistemas de radioquímica convencionales que permiten solo una o un pequeño número de reacciones por día y consumen una cantidad significativa de reactivos por punto de datos, solo se puede explorar en la práctica una pequeña porción del espacio total de parámetros de reacción, y muchas veces los resultados se informan sin repeticiones (n = 1). En comparación con los sistemas convencionales, esta plataforma de radiosíntesis de gotas multirrea reacción hace que sea práctico rea...

Los radiofármacos de tomografía por emisión de positrones (PET) se utilizan ampliamente como herramientas de investigación para monitorear procesos bioquímicos específicos in vivo y estudiar enfermedades, y para el desarrollo de nuevos fármacos y terapias. Además, la TEP es una herramienta crítica para diagnosticar o estadificar la enfermedad y monitorizar la respuesta de un paciente a la terapia1,2,3. Debido a la corta vida media de los radioisótopos PET (por ejemplo, 110 min para radiofármacos marcados con flúor-18) y al peligro de radiación, estos compuestos se preparan utilizando sistemas automatizados especializados que operan detrás del blindaje contra la radiación y deben prepararse justo antes de su uso.
Los sistemas actuales utilizados para sintetizar radiofármacos están diseñados para producir grandes lotes que se dividen en muchas dosis individuales para compartir el costo de producción. Mientras que los sistemas actuales son adecuados para la producción de radiosondas ampliamente utilizadas como [18F] FDG (porque se pueden programar múltiples exploraciones de pacientes y experimentos de investigación en un solo día), estos sistemas pueden ser un desperdicio para la producción de nuevos radiosondas durante el desarrollo en etapas tempranas, o radiosondas menos comúnmente utilizadas. Los volúmenes que utilizan los sistemas convencionales están típicamente en la gama de 1-5 mL, y las reacciones requieren cantidades del precursor en la gama del magnesio 1-10. Además, el uso de radiosíntesis convencionales es generalmente engorroso durante los estudios de optimización, ya que el aparato se contamina después de su uso y el usuario debe esperar a que la radiactividad se descomponga antes de realizar el siguiente experimento. Aparte del costo del equipo, el costo del radioisótopo y los reactivos puede, por lo tanto, llegar a ser muy sustancial para los estudios que requieren la producción de múltiples lotes. Esto puede ocurrir, por ejemplo, durante la optimización de los protocolos de síntesis para nuevos radiosondas para lograr un rendimiento y una fiabilidad suficientes para los estudios iniciales de imágenes in vivo.
Las tecnologías microfluídicas se han utilizado cada vez más en radioquímica para capitalizar varias ventajas sobre los sistemas convencionales4,5,6. Las plataformas microfluídicas, incluidas las basadas en volúmenes de reacción de 1-10 μL7,8,9,han mostrado una reducción significativa de los volúmenes de reactivos y el consumo de precursores costosos, así como tiempos de reacción cortos. Estas reducciones conducen a costos más bajos, pasos de calentamiento y evaporación más rápidos, una purificación más corta y directa aguas abajo, un proceso químico general "más verde"10,y una mayor actividad molar de los radiosondadores producidos11. Estas mejoras hacen que sea más práctico realizar estudios de optimización más extensos al reducir el costo del reactivo de cada síntesis. Se pueden lograr otros beneficios mediante la realización de múltiples experimentos a partir de un solo lote de radioisótopos en un solo día. Por ejemplo, los radiosíntesis de química de flujo microfluídico que operan en "modo de descubrimiento" pueden realizar secuencialmente docenas de reacciones, cada una utilizando solo 10s de volumen de reacción de μL12.
Inspirado por estas ventajas, se desarrolló un chip de matriz de gotas multirrea reacción en el que las reacciones de microvolúmenes se limitan a una matriz de trampas de tensión superficial en una superficie de silicio, creadas con un recubrimiento de teflón estampado. Estos chips permiten realizar múltiples reacciones en la escala de 1-20 μL simultáneamente, abriendo la posibilidad de explorar 10s de diferentes condiciones de reacción por día, cada una con múltiples réplicas. En este documento, se demuestra la utilidad de este nuevo enfoque de alto rendimiento para realizar optimizaciones de radioquímica rápidas y de bajo costo. El uso de chips de gotas multirrea reacción permite una exploración conveniente del impacto de las concentraciones de reactivos y el disolvente de reacción, y el uso de múltiples chips podría permitir el estudio de la temperatura y el tiempo de reacción, todo mientras se consumen cantidades muy bajas de precursor.

<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

Los radiosíntesis automatizados actuales están diseñados para producir grandes lotes clínicos de radiofármacos. No son adecuados para la optimización de la reacción o el desarrollo de nuevos radiofármacos, ya que cada punto de datos implica un consumo significativo de reactivos, y la contaminación del aparato requiere tiempo para la desintegración radiactiva antes del siguiente uso. Para abordar estas limitaciones, se desarrolló una plataforma para realizar matrices de reacciones en miniatura basadas en gotas en paralelo, cada una confinada dentro de una trampa de tensión superficial en un "chip" de silicio recubierto de politetrafluoroetileno estampado. Estos chips permiten estudios rápidos y convenientes de los parámetros de reacción, incluidas las concentraciones de reactivos, el disolvente de reacción, la temperatura y el tiempo de reacción. Esta plataforma permite completar cientos de reacciones en pocos días con un consumo mínimo de reactivos, en lugar de tomar meses utilizando un radiosíntesis convencional.

Un experimento representativo fue realizado para ilustrar este método. Usando 16 reacciones, los estudios de optimización del radiofármaco[18F]fallypride fueron realizados por la concentración variable del precursor (77, 39, 19, 9.6, 4.8, 2.4, 1.2, y 0.6 milímetros) en el alcohol delxyl: MeCN (1:1, v/v) como el solvente de la reacción. Las reacciones se realizaron a 110 °C durante 7 min. La eficiencia de la recolección, la composición de la muestra (es decir, las propo...

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Optimization of Radiochemical Reactions using Droplet Arrays

Este método describe el uso de una nueva metodología de alto rendimiento, basada en reacciones químicas de gotitas, para la optimización rápida y económica de radiofármacos utilizando cantidades de nanomoles de reactivos.

Optimización de reacciones radioquímicas utilizando matrices de gotitas

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

Los sintetizadores de radio automatizados actuales están diseñados para producir grandes lotes de radiofármacos ampliamente utilizados, como FDG. Debido al número limitado de síntesis posibles por día, y el consumo relativamente alto de reactivos, estos sistemas, sin embargo, no son adecuados para realizar estudios de optimización de la síntesis. Con esta técnica, el rendimiento se incrementa significativamente al realizar hasta 16 reacciones simultáneas en paralelo y el consumo de reactivos se reduce cien veces.Además, mediante la realización de reacciones en paralelo, se necesitan lotes justos de radioisótopos para completar un estudio. El aumento del rendimiento permite una exploración más amplia de las condiciones de reacción con un mayor número de réplicas cada una en comparación con el uso de instrumentos convencionales. Si bien este protocolo muestra la optimización de la concentración de precursores en la síntesis de falpírida, la técnica se puede utilizar para optimizar otras condiciones y otros radiofármacos.Comience fabricando lotes de chips de microgotas multirrea reacción a partir de obleas de silicio de cuatro pulgadas utilizando técnicas de fotolitografía estándar. En este protocolo, la optimización de alto rendimiento de la concentración de precursores se demuestra con la síntesis del radiofármaco Fallypride. Se pueden realizar 16 reacciones simultáneas en un solo chip.Las condiciones a comparar se asignan a los sitios de reacción. Preparar una solución común del disolvente de reacción que consiste en alcohol de xil y acetonitrilo en una mezcla de uno a uno por volumen. Asegúrese de que el volumen es suficiente para crear la serie de dilución planificada.Preparar una solución de 30 microlitros de precursor en el disolvente de reacción con la concentración máxima a explorar. A partir de la solución de stock precursor y disolvente de reacción realizar diluciones en serie dos veces en un conjunto de tubos de microcentrífuga para preparar las diferentes concentraciones de la solución precursora. Prepare otro conjunto de tubos de microcentrífuga para recoger cada producto de reacción crudo utilizando un marcador permanente para etiquetar cada tubo con un número único.Asegúrese de que el número total de tubos de microcentrífuga coincide con el número de condiciones multiplicado por el número de réplicas. Prepare un stock de 10 mililitros de solución de recolección que comprende de nueve a un metanol a agua desionizada. Alícuota 50 microlitros de cada uno en un conjunto adicional de 16 tubos de microcentrífuga etiquetados como solución de recolección.Prepare una solución común de fluoruro mezclando alrededor de siete milicuries de la fuente de fluoruro con 56 microlitros de 75 milimolares de bicarbonato de tetrabutilamonio y diluyendo con agua DI hasta 140 microlitros. Usando una micropipeta, cargue una gota de ocho microlitras de solución madre de fluoruro en el primer punto de reacción de un chip de reacción múltiple. Mida la actividad del chip colocándolo en un calibrador de dosis y registre el momento en que se realiza la medición.Retire el chip del calibrador de dosis y cargue una gota de ocho microlitros de solución madre de fluoruro en el segundo punto de reacción. Mida la actividad en el chip y registre el tiempo en el que se realiza la medición. Repita este proceso para todos los demás sitios de reacción.Calcule la actividad cargada por punto de reacción tomando la medición de actividad después de cargar el radioisótopo y restando la medición anterior antes de que se cargara ese sitio. Para alinear el chip multirretor en el calentador, agregue una capa delgada de pasta térmica en la parte superior del calentador de cerámica. Coloque cuidadosamente el chip en la parte superior del calentador usando pinzas alineando la esquina de referencia del chip con la esquina de referencia del calentador.El chip debe sobresalir del calentador por una pequeña cantidad. Calentar el chip durante un minuto poniendo el calentador a 105 grados Centígrados en el programa de control para evaporar las gotitas, dejando un residuo seco de fluoruro y tetrabutilamamonio bicarbonato. Luego, enfrió el chip ajustando el calentador a 30 grados Celsius y encendiendo el ventilador de enfriamiento con el programa de control.Usando una micropipeta, agregue una solución de seis microlitros de precursor de falypride encima del residuo seco en el primer sitio de reacción. Repita esto para todos los demás sitios de reacción en el chip. Utilice el plan de optimización para determinar qué concentración de la serie de dilución se utiliza para cada sitio de reacción.Caliente el chip a 110 grados Celsius durante siete minutos usando el programa de control para realizar la reacción de radiofluoración, luego enfríe el chip ajustando el calentador a 30 grados Celsius y encendiendo el ventilador de enfriamiento con el programa de control. Recoja el producto crudo en el primer sitio de reacción añadiendo 10 microlitros de solución de recolección del tubo de microcentrífuga designado. Después de esperar cinco segundos, aspirar el producto crudo diluido y transferirlo al tubo de microcentrífuga de recolección correspondiente.Repita este proceso un total de cuatro veces utilizando la misma punta de pipeta y luego cierre el tubo de microcentrífuga. Repita estos pasos para recoger el producto crudo de todos los demás sitios de reacción en el chip. Para determinar la eficiencia de recolección para la primera reacción en el chip, coloque el tubo de microcentrífuga con el producto crudo recogido del primer punto de reacción en el calibrador de dosis para medir la actividad.Registre la medición y el tiempo de la medición. Repita este proceso para cada uno de los productos crudos recogidos. Calcular la eficiencia de recolección dividiendo la actividad del producto crudo recolectado por la actividad inicial medida para el mismo sitio de reacción.Repita esto para todos los demás sitios de reacción en el chip. A continuación, analice la composición de cada producto crudo recolectado. Con un lápiz, dibuje una línea a 15 milímetros del borde inferior de la placa TLC y otra línea a 50 milímetros del mismo borde.La primera línea es la línea de origen y la segunda es la primera línea de disolvente. Dibuje ocho X pequeñas a lo largo de la línea de origen con un espaciado de cinco milímetros para definir la posición de detección de la muestra para cada uno de los ocho carriles. Usando una micropipeta, transfiera 0.5 microlitros del primer producto crudo a la placa TLC en la X para el primer carril.Repita esto para productos crudos adicionales, luego espere a que las manchas se sequen. Desarrolle cada placa TLC utilizando una fase móvil del 60% de acetonitrilo en formiato de amonio 25 milimolares con TEA al 1% hasta que el frente del solvente alcance la primera línea del solvente. En ese momento, retire la placa TLC de la cámara y espere a que el disolvente en la placa TLC se seque, luego coloque la placa TLC en el sistema de imágenes Cerenkov y cúbrala con un portaobjetos de microscopio de vidrio.Obtenga una imagen de radiactividad de cada placa TLC configurando el sistema de imágenes Cerenkov a una exposición de cinco minutos, luego seleccione el archivo producido de la imagen en la placa TLC y realice correcciones de imagen estándar. Utilice el análisis de la región de interés para el primer carril de la primera placa TLC. Dibuje regiones alrededor de cada banda visible en el carril y, a continuación, calcule la fracción de intensidad integrada de cada región en comparación con la intensidad integrada total de todas las regiones.Determinar la eficiencia de fluoración como la fracción de actividad en la banda de Falypride. Repita este análisis para todos los demás carriles en todas las placas TLC. Luego, calcule el rendimiento radioquímico crudo para cada reacción y elija la concentración óptima de precursores examinando el rendimiento radioquímico crudo en función de la concentración de precursores.Los estudios de optimización del fallypride radiofarmacéutico se realizaron variando la concentración de precursores en el acetonitrilo de alcohol xil. Las reacciones fueron realizadas en 110 grados de centígrado por siete minutos. La eficiencia de la recolección y la composición de la muestra se muestran aquí.La eficacia de la fluoración aumentó con el aumento de la concentración del precursor y la concentración de fluoruro sin reaccionar disminuyó. Había una pequeña cantidad de producto secundario radiactivo a bajas concentraciones de precursores, que no se formó a las concentraciones más altas de precursores. La eficiencia de la recolección fue casi cuantitativa para la mayoría de las condiciones, aunque disminuyó ligeramente a bajas concentraciones de precursores.El mayor rendimiento radioquímico crudo se logró con una concentración de precursores de 39 milimolares. En esta condición, la eficiencia de fluoración fue del 96%El RCY crudo fue del 87% y no se observó formación de productos secundarios radiactivos. Es fundamental tener un plan de mapa de qué condición de reacción corresponde a qué gota de reacción en el chip y tener tubos reactivos debidamente etiquetados y tubos de recolección de productos que se puedan verificar dos veces durante el experimento.El procedimiento se puede utilizar para la optimización de otras condiciones de reacción, como la cantidad de base, el tipo de disolvente o el volumen de reacción. También se puede utilizar para optimizar la síntesis de otros radiofármacos.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Microwave-assisted Intramolecular Dehydrogenative Diels-Alder Reactions for the Synthesis of Functionalized Naphthalenes/Solvatochromic Dyes

Asistida por microondas intramoleculares Dehydrogenative Diels-Alder para la síntesis de naftalenos funcionalizados / Tintes solvatocrómico

Functionalized naphthalenes have applications in a variety of research fields ranging from the synthesis of natural or biologically active molecules to ...

Investigación

Química

Retropinacol/Cross-pinacol Coupling Reactions - A Catalytic Access to 1,2-Unsymmetrical Diols

Retropinacol / Cross-pinacol reacciones de acoplamiento - Un acceso catalítica a 1,2-dioles asimétricos

Unsymmetrical 1,2-diols are hardly accessible by reductive pinacol coupling processes. A successful execution of such a transformation is bound to a clear ...

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Monitoreo en tiempo real de reacciones realizadas Utilizando Procesamiento de flujo continuo: La Preparación de 3-Acetylcoumarin como ejemplo

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