Name: optimization of radiochemical reactions using droplet arrays
Uploaded: 2021-02-12T14:15:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Optimization of Radiochemical Reactions using Droplet Arrays at JoVE.com

Vi tackar UCLA Biomedical Cyclotron Facility och Dr. Roger Slavik och Dr. Giuseppe Carlucci för att generöst tillhandahålla [18F] fluor för dessa studier och UCLA NanoLab för stöd med utrustning för chiptillverkning.

VARNING: Detta protokoll omfattar hantering av radioaktiva material. Experiment bör inte utföras utan nödvändig utbildning och personlig skyddsutrustning och godkännande från strålsäkerhetskontoret i din organisation. Experiment bör utföras bakom strålskärmning, helst i en ventilerad varmcellig
1. Tillverkning av multireaktionschips
OBS: Partier av mikrodropletchips med flera reaktioner tillverkas av 4"-kiselplattor med hjälp av standardfotolitografitekni...

<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>

På grund av begränsningar i konventionella radiokemisystem som endast tillåter en eller ett litet antal reaktioner per dag och förbrukar en betydande mängd reagenser per datapunkt kan endast en liten del av det totala reaktionsparameterutrymmet utforskas i praktiken, och många gånger rapporteras resultat utan upprepningar (n =1). Jämfört med konventionella system gör denna multireaktions droppradie radiosyntesplattform det praktiskt att utföra mer omfattande och rigorösa studier av radiosyntesförhållanden s...

Positron-emission tomography (PET) radiofarmaceutiska läkemedel används ofta som forskningsverktyg för att övervaka specifika in vivo biokemiska processer och studera sjukdomar, och för utveckling av nya läkemedel och terapier. Dessutom är PET ett kritiskt verktyg för att diagnostisera eller iscensätta sjukdom och övervaka en patients svar på terapi1,2,3. På grund av pet-radioisotopers korta halveringstid (t.ex. 110 min för fluor-18-märkta radioaktiva läkemedel) och strålningsrisken bereds dessa föreningar med hjälp av specialiserade automatiserade system som arbetar bakom strålskärmning och måste beredas strax före användning.
Nuvarande system som används för att syntetisera radioaktiva läkemedel är utformade för att producera stora partier som är uppdelade i många enskilda doser för att dela produktionskostnaden. Medan nuvarande system är lämpliga för produktion av allmänt använda radiotracers som [18F]FDG (eftersom flera patientskanningar och forskningsexperiment kan schemaläggas på en enda dag), kan dessa system vara slösaktiga för produktion av nya radiotracers under tidig utveckling, eller mindre vanliga radiotracers. Volymer som konventionella system använder ligger vanligtvis inom intervallet 1-5 ml, och reaktionerna kräver prekursormängder i intervallet 1-10 mg. Dessutom är användning av konventionella radiosynteser i allmänhet besvärlig under optimeringsstudier eftersom apparaten blir förorenad efter användning och användaren måste vänta på att radioaktiviteten sönderfaller innan nästa experiment utförs. Bortsett från utrustningskostnader kan kostnaden för radioisotope och reagenser därför bli mycket betydande för studier som kräver produktion av flera partier. Detta kan till exempel inträffa under optimeringen av syntesprotokoll för nya radiotracers för att uppnå tillräcklig avkastning och tillförlitlighet för inledande in vivo-avbildningsstudier.
Mikrofluidisk teknik har i allt högre grad använts inom radiokemi för att dra nytta av flera fördelar jämfört med konventionella system4,5,6. Mikrofluidiska plattformar, inklusive de som baseras på 1-10 μLreaktionsvolymer 7,8,9, har visat en betydande minskning av reagensvolymer och förbrukning av dyra prekursorer, liksom korta reaktionstider. Dessa minskningar leder till lägre kostnader, snabbare uppvärmnings- och avdunstningssteg, kortare och enklare nedströmsrening, en övergripande "grönare"kemiprocess 10och högre molaktivitet hos de producerade radiotracersna11. Dessa förbättringar gör det mer praktiskt att utföra mer omfattande optimeringsstudier genom att sänka reagenskostnaden för varje syntes. Ytterligare fördelar kan uppnås genom att utföra flera experiment från en enda sats radioisotope på en enda dag. Till exempel kan mikrofluidiska flödeskemiska radiosynteser som arbetar i "upptäcktsläge" i tur och med sekventiellt utföra dussintals reaktioner, var och en med endast 10s μLreaktionsvolym 12.
Inspirerad av dessa fördelar utvecklades ett flerreaktionsdroppar där mikrovolumreaktioner är begränsade till en rad ytspänningsfällor på en kiselyta, skapad med hjälp av en mönstrad Teflon-beläggning. Dessa chips gör det möjligt att utföra flera reaktioner på 1-20 μL-skalan samtidigt, vilket öppnar möjligheten att utforska 10-tal olika reaktionsförhållanden per dag, var och en med flera replikat. I det här dokumentet demonstreras nyttan av denna nya hög genomströmningsmetod för att utföra snabba och billiga radiokemioptimeringar. Användning av droppchips med flera reaktioner möjliggör bekväm utforskning av effekten av reagenskoncentrationer och reaktionsmedel, och användning av flera chips kan möjliggöra studier av reaktionstemperatur och reaktionstid, samtidigt som mycket låga mängder prekursor konsumeras.

<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

Nuvarande automatiserade radiosynteser är utformade för att producera stora kliniska partier av radioaktiva läkemedel. De är inte väl lämpade för reaktionsoptimering eller ny radiofarmaceutisk utveckling eftersom varje datapunkt innebär betydande reagensförbrukning, och kontaminering av apparaten kräver tid för radioaktivt sönderfall före nästa användning. För att hantera dessa begränsningar utvecklades en plattform för att utföra matriser av miniatyr droppbaserade reaktioner parallellt, var och en begränsad i en ytspänningsfälla på ett mönstrat polytetrafluoretylenbelagt kisel "chip". Dessa chips möjliggör snabba och praktiska studier av reaktionsparametrar inklusive reagenskoncentrationer, reaktionsmedel, reaktionstemperatur och tid. Denna plattform tillåter slutförandet av hundratals reaktioner på några dagar med minimal reagensförbrukning, istället för att ta månader med en konventionell radiosyntes.

Ett representativt experiment utfördes för att illustrera denna metod. Med hjälp av 16 reaktioner utfördes optimeringsstudier av radiofarmaceutiska [18F]fallypride genom varierande prekursorkoncentration (77, 39, 19, 9, 6, 4, 8, 2, 4, 1, 2 och 0, 6 mM) i thexylalkohol: MeCN (1:1, v/v) som reaktionslösningsmedel. Reaktioner utfördes vid 110 °C i 7 min. Insamlingseffektivitet, provsammansättning (dvs. proportioner av [18F]fallyprideprodukt, oredovisad [18<...

Watch this Scientific Journal Video about Optimization of Radiochemical Reactions using Droplet Arrays at JoVE.com

Optimization of Radiochemical Reactions using Droplet Arrays

Denna metod beskriver användningen av en ny metod med hög genomströmning, baserad på droppkemiska reaktioner, för snabb och ekonomisk optimering av radioaktiva läkemedel med hjälp av nanomolmängder av reagenser.

Optimering av radiokemiska reaktioner med droplet arrays

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

Nuvarande automatiserade radiosynteser är utformade för att producera stora partier av allmänt använda radiofarmaceutiska läkemedel, såsom FDG. På grund av det begränsade antalet synteser som är möjliga per dag, och relativt hög reagensförbrukning, är dessa system dock inte väl lämpade för att utföra syntesoptimeringsstudier. Med denna teknik ökas genomströmningen avsevärt genom att utföra upp till 16 samtidiga reaktioner parallellt och reagensförbrukningen minskas hundrafaldigt.Dessutom, genom att utföra reaktioner parallellt, behövs rättvisa partier av radioisotope för att slutföra en studie. Ökad genomströmning möjliggör bredare utforskning av reaktionsförhållanden med större antal replikat vardera jämfört med användningen av konventionella instrument. Medan detta protokoll visar optimering av prekursorkoncentrationen i syntesen av fallypride, kan tekniken användas för att optimera andra tillstånd och andra radioaktiva läkemedel.Börja med att tillverka partier av mikrodropletchips med flera reaktioner från fyra tums kiselplattor med hjälp av standardfotolitografitekniker. I detta protokoll demonstreras hög genomströmning optimering av prekursor koncentration med syntesen av radiopharmaceutical Fallypride. 16 samtidiga reaktioner kan utföras på ett enda chip.De villkor som ska jämföras mappas till reaktionsplatserna. Bered en stamlösning av reaktionslösningmedlet som består avetylalkohol och acetonitril i en blandning med en till en volym. Se till att volymen är tillräcklig för att skapa den planerade utspädningsserien.Bered en 30 mikroliter stamlösning av prekursorn i reaktionslösningen med den maximala koncentration som ska utforskas. Från föregångarens stamlösning och reaktionsmedel utför två gånger seriella utspädningar i en uppsättning mikrocentrifugrör för att förbereda de olika koncentrationerna av prekursorlösningen. Förbered en annan uppsättning mikrocentrifugrör för att samla varje råreaktionsprodukt med hjälp av en permanent markör för att märka varje rör med ett unikt nummer.Se till att det totala antalet mikrocentrifugrör matchar antalet villkor multiplicerat med antalet replikat. Förbered ett 10 milliliter lager av uppsamlingslösning bestående av nio till en metanol till avjoniserat vatten. Aliquot 50 mikroliter av varje i en extra uppsättning av 16 mikrocentrifugrör märkta som uppsamlingslösning.Förbered en fluorlagerlösning genom att blanda cirka sju millikurer fluorkälla med 56 mikroliter på 75 millimolt tetrabutylammoniumbikarbonat och späd med DI-vatten upp till 140 mikroliter. Använd en mikropipett och ladda en åtta mikroliterdroppe fluorlagerlösning på den första reaktionsplatsen för ett multireaktionschip. Mät chippets aktivitet genom att placera det i en doskalibrator och registrera vid vilken tidpunkt mätningen utförs.Ta bort chippet från doskalibratorn och ladda en åtta mikroliterdroppe fluorlagerlösning på den andra reaktionsplatsen. Mät aktiviteten på chippet och registrera vid vilken tidpunkt mätningen utförs. Upprepa denna process för alla andra reaktionsplatser.Beräkna aktiviteten som laddats per reaktionsplats genom att ta aktivitetsmätningen efter att ha laddat radioisotoper och subtrahera föregående mätning innan platsen laddades. För att rikta in multireaktionschipet på värmaren, tillsätt ett tunt lager termisk pasta ovanpå den keramiska värmaren. Placera försiktigt chipet ovanpå värmaren med pincett som justerar chipets referenshörn med värmarens referenshörna.Chippet ska hänga över värmaren med en liten mängd. Värm chippet i en minut genom att ställa in värmaren på 105 grader Celsius i kontrollprogrammet för att avdunsta dropparna, vilket lämnar en torkad rest av fluor och tetrabutylammoniumbikarbonat. Kyl sedan chipet genom att ställa in värmaren på 30 grader Celsius och slå på kylfläkten med styrprogrammet.Tillsätt en sex mikroliterlösning av fallypridprekursor ovanpå de torkade resterna på den första reaktionsplatsen med hjälp av en mikropipett. Upprepa detta för alla andra reaktionsplatser på chippet. Använd optimeringsplanen för att avgöra vilken koncentration av utspädningsserien som används för varje reaktionsställe.Värm chippet till 110 grader Celsius i sju minuter med hjälp av styrprogrammet för att utföra radiofluorinationsreaktionen, kyl sedan chipet genom att ställa in värmaren på 30 grader Celsius och slå på kylfläkten med styrprogrammet. Samla råprodukten på den första reaktionsplatsen genom att tillsätta 10 mikroliter uppsamlingslösning från det angivna mikrocentrifugröret. Efter att ha väntat i fem sekunder, aspirera den utspädda råprodukten och överför den till motsvarande samlingsmikrocentrifugrör.Upprepa denna process totalt fyra gånger med samma pipettspets och stäng sedan mikrocentrifugröret. Upprepa dessa steg för att samla råprodukten från alla andra reaktionsställen på chipet. För att bestämma insamlingseffektiviteten för den första reaktionen på chipet, placera mikrocentrifugröret med den insamlade råprodukten från den första reaktionsplatsen i doskalibratorn för att mäta aktiviteten.Registrera mätning och tid för mätningen. Upprepa denna process för var och en av de insamlade råprodukterna. Beräkna insamlingseffektiviteten genom att dividera aktiviteten hos den insamlade råprodukten med startaktiviteten som mäts för samma reaktionsställe.Upprepa detta för alla andra reaktionsplatser på chippet. Analysera sedan sammansättningen av varje insamlad råprodukt. Rita en linje 15 millimeter från TLC-plattans underkant och en annan linje 50 millimeter från samma kant med en penna.Den första linjen är ursprungslinjen och den andra är lösningsmedel frontlinjen. Rita åtta små kryss längs ursprungslinjen vid fem millimeters avstånd för att definiera provfläckningspositionen för vart och ett av de åtta körfälten. Använd en mikropipett och överför 0,5 mikroliter av den första råprodukten till TLC-plattan vid X för det första körfältet.Upprepa detta för ytterligare råa produkter och vänta sedan tills fläckarna torkar. Utveckla varje TLC-platta med en mobil fas på 60% acetonitril i 25 millimolärt ammoniumformat med 1%TEA tills lösningsmedelsfronten når lösningsmedelsfronten. Ta då bort TLC-plattan från kammaren och vänta tills lösningsmedlet på TLC-plattan torkar, placera sedan TLC-plattan i Cerenkovs bildsystem och täck den med en glasmikroskoprutschbana.Få en radioaktivitetsbild av varje TLC-platta genom att ställa in Cerenkovs bildsystem på en fem minuters exponering, välj sedan den producerade filen för bilden till TLC-plattan och utför standardbildkorrigeringar. Använd region av intresseanalys för det första körfältet på den första TLC-plattan. Rita regioner runt varje band som är synligt i körfältet och beräkna sedan fraktionen av integrerad intensitet i varje region jämfört med den totala integrerade intensiteten i alla regioner.Bestäm fluoreringseffektiviteten som en del av aktiviteten i Fallypride-bandet. Upprepa denna analys för alla andra körfält på alla TLC-plattor. Beräkna sedan det råa radiokemiska utbytet för varje reaktion och välj den optimala prekursorkoncentrationen genom att undersöka det råa radiokemiska utbytet som en funktion av prekursorkoncentrationen.Optimering studier av radiopharmaceutical Fallypride utfördes av varierande prekursor koncentration i thexyl alkohol acetonitrile. Reaktionerna utfördes vid 110 grader Celsius per sju minuter. Insamlingseffektivitet och provsammansättning visas här.Fluoreringseffektiviteten ökade med ökande prekursorkoncentration och koncentrationen av oredovisad fluor minskade. Det fanns en liten mängd radioaktiva sidoprodukter vid låga prekursorkoncentrationer, som inte bildades vid de högre prekursorkoncentrationerna. Insamlingseffektiviteten var nästan kvantitativ under de flesta förhållanden, även om den sjönk något vid låga prekursorkoncentrationer.Den högsta råa radiokemiska avkastningen uppnåddes med en 39 millimolar föregångare koncentration. Vid detta villkor var fluoreringseffektiviteten 96%Rå RCY var 87%och det fanns ingen observerad radioaktiv sidoproduktbildning. Det är viktigt att ha en kartplan för vilket reaktionstillstånd som motsvarar vilken reaktionsdroppe på chippet och att ha lämpligt märkta reagensrör och produktinsamlingsrör som kan dubbelkontrolleras under experimentet.Förfarandet kan användas för optimering av andra reaktionsförhållanden, såsom mängd bas, typ av lösningsmedel eller reaktionsvolym. Det kan också användas för att optimera syntesen av andra radioaktiva läkemedel.

Research

JoVE Journal

Chemistry

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

Mikrovågsassisterad Intramolekylära Dehydrogenative Diels-Alder-reaktioner för syntes av Funktionaliserade naftalener / Färgämnen Solvatochromic

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

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

Retropinacol / Kors pinacol Coupling Reactions - En katalytisk Tillgång till 1,2-Osymmetriska Dioler

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

Hot Biological Catalysis: Isothermal Titration Calorimetry to Characterize Enzymatic Reactions

Hot biologisk katalys: Isotermiska Titrering Calorimetry för att karaktärisera enzymatiska reaktioner

Isothermal titration calorimetry (ITC) is a well-described technique that measures the heat released or absorbed during a chemical reaction, using it as ...

Real-time Monitoring of Reactions Performed Using Continuous-flow Processing: The Preparation of 3-Acetylcoumarin as an Example

Realtidsövervakning av reaktionerna Bilds-flöde Bearbetning: Den Framställning av 3-acetylkoumarin som exempel

By using inline monitoring, it is possible to optimize reactions performed using continuous-flow processing in a simple and rapid way. It is also possible ...

Optimization of Synthetic Proteins: Identification of Interpositional Dependencies Indicating Structurally and/or Functionally Linked Residues

Optimering av syntetiska proteiner: Namnet på Interpositional beroenden Indikerings strukturellt och / eller funktionellt knutna Stoder

Protein alignments are commonly used to evaluate the similarity of protein residues, and the derived consensus sequence used for identifying functional ...

Curtain Flow Column: Optimization of Efficiency and Sensitivity

Gardin Flow-kolonn: Optimering av effektivitet och känslighet

Active Flow Technology (AFT) is a form of column technology that increases the separation performance of a HPLC column through the use of a specially ...

Improved Heterojunction Quality in Cu2O-based Solar Cells Through the Optimization of Atmospheric Pressure Spatial Atomic Layer Deposited Zn1-xMgxO

Improved Heterojunction Quality in Cu2O-based Solar Cells Through the Optimization of Atmospheric Pressure Spatial Atomic Layer Deposited Zn1-xMgxO

Förbättrad hetero Kvalitet i Cu<sub&gt; 2</sub&gt; O-baserade solceller genom optimering av Atmosfärstryck Spatial Atomic skikt avsatt<br /&gt; Zn<sub&gt; 1-x</sub&gt; Mg<sub&gt; x</sub&gt; O

Atmospheric pressure spatial atomic layer deposition (AP-SALD) was used to deposit n-type ZnO and Zn1-xMgxO thin films onto p-type thermally oxidized Cu2O ...

A Protocol for Safe Lithiation Reactions Using Organolithium Reagents

Ett protokoll för säker litiering Reaktioner Använda litiumorganisk Reagens

Organolithium reagents are powerful tools in the synthetic chemist&#39;s toolbox. However, the extreme pyrophoric nature of the most reactive reagents ...

Synthesis of Platinum-nickel Nanowires and Optimization for Oxygen Reduction Performance

Syntesen av Platinum-nickel nanotrådar och optimering för syre minskning prestanda

Platinum-nickel (Pt-Ni) nanowires were developed as fuel cell electrocatalysts, and were optimized for the performance and durability in the oxygen ...

Enzymatic Cascade Reactions for the Synthesis of Chiral Amino Alcohols from L-lysine

Enzymatisk Cascade reaktioner för syntesen av kirala Amino alkoholer från L-lysin

Amino alcohols are versatile compounds with a wide range of applications. For instance, they have been used as chiral scaffolds in organic synthesis. ...