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

Les synthétiseurs radio automatisés actuels sont conçus pour produire de grands lots de produits radiopharmaceutiques largement utilisés, tels que le FDG. En raison du nombre limité de synthèses possibles par jour et de la consommation relativement élevée de réactifs, ces systèmes ne sont cependant pas bien adaptés à la réalisation d’études d’optimisation de la synthèse. Avec cette technique, le débit est considérablement augmenté en effectuant jusqu’à 16 réactions simultanées en parallèle et la consommation de réactifs est réduite au centuple.

En outre, en effectuant des réactions en parallèle, des lots équitables de radio-isotopes sont nécessaires pour compléter une étude. L’augmentation du débit permet une exploration plus large des conditions de réaction avec un plus grand nombre de répétitions chacune par rapport à l’utilisation d’instruments conventionnels. Alors que ce protocole montre l’optimisation de la concentration des précurseurs dans la synthèse du fallypride, la technique peut être utilisée pour optimiser d’autres conditions et d’autres produits radiopharmaceutiques.

Commencez par fabriquer des lots de puces de microgouttelettes multi-réactions à partir de plaquettes de silicium de quatre pouces à l’aide de techniques de photolithographie standard. Dans ce protocole, l’optimisation à haut débit de la concentration des précurseurs est démontrée avec la synthèse du Fallypride radiopharmaceutique. 16 réactions simultanées peuvent être réalisées sur une seule puce.

Les conditions à comparer sont cartographiées aux sites de réaction. Préparer une solution mère du solvant réactionnel constitué de l’alcool théxylique et de l’acétonitrile dans un mélange un-à-un en volume. Assurez-vous que le volume est suffisant pour créer la série de dilution prévue.

Préparer une solution mère de précurseur de 30 microlitres dans le solvant réactionnel avec la concentration maximale à explorer. À partir de la solution mère précurseur et du solvant réactionnel, effectuer deux fois des dilutions en série dans un ensemble de tubes microcentrifugés pour préparer les différentes concentrations de la solution précurseur. Préparez un autre ensemble de tubes à microcentrifugation pour recueillir chaque produit de réaction brut à l’aide d’un marqueur permanent pour étiqueter chaque tube avec un numéro unique.

S’assurer que le nombre total de tubes à microcentrifugation correspond au nombre de conditions multiplié par le nombre de répétitions. Préparer un stock de 10 millilitres de solution de collecte comprenant neuf à un méthanol à l’eau désionisée. Aliquote 50 microlitres de chacun dans un ensemble supplémentaire de 16 tubes de microcentrifugation étiquetés comme solution de collecte.

Préparer une solution mère de fluorure en mélangeant environ sept millicuries de la source de fluorure avec 56 microlitres de bicarbonate de tétrabutylammonium de 75 millimolaires et en diluant avec de l’eau DI jusqu’à 140 microlitres. À l’aide d’une micropipette, chargez une gouttelette de huit microlitres de solution mère de fluorure sur le premier point de réaction d’une puce multi-réaction. Mesurer l’activité de la puce en la plaçant dans un calibrateur de dose et enregistrer l’heure à laquelle la mesure est effectuée.

Retirez la puce de l’étalonneur de dose et chargez une gouttelette de huit microlitres de solution mère de fluorure sur le deuxième point de réaction. Mesurez l’activité sur la puce et enregistrez l’heure à laquelle la mesure est effectuée. Répétez ce processus pour tous les autres sites de réaction.

Calculer l’activité chargée par point de réaction en prenant la mesure d’activité après avoir chargé le radio-isotope et en soustrayant la mesure précédente avant le chargement de ce site. Pour aligner la puce multi-réaction sur le chauffage, ajoutez une fine couche de pâte thermique sur le chauffage en céramique. Placez soigneusement la puce sur le dessus de l’appareil de chauffage à l’aide d’une pince à épiler alignant le coin de référence de la puce avec le coin de référence de l’appareil de chauffage.

La puce devrait surplomber le chauffage d’une petite quantité. Chauffer la puce pendant une minute en fixant le chauffage à 105 degrés Celsius dans le programme de contrôle pour évaporer les gouttelettes, laissant un résidu séché de fluorure et de bicarbonate de tétrabutylammonium. Ensuite, refroidissez la puce en fixant le chauffage à 30 degrés Celsius et en allumant le ventilateur de refroidissement avec le programme de contrôle.

À l’aide d’une micropipette, ajouter une solution de six microlitres de précurseur de fallypride sur le résidu séché sur le premier site de réaction. Répétez cette opération pour tous les autres sites de réaction sur la puce. Utilisez le plan d’optimisation pour déterminer quelle concentration de la série de dilution est utilisée pour chaque site de réaction.

Chauffer la puce à 110 degrés Celsius pendant sept minutes à l’aide du programme de contrôle pour effectuer la réaction de radiofluoration, puis refroidir la puce en fixant le chauffage à 30 degrés Celsius et en allumant le ventilateur de refroidissement avec le programme de contrôle. Recueillir le produit brut au premier site de réaction en ajoutant 10 microlitres de solution de collecte à partir du tube de microcentrifuge désigné. Après avoir attendu cinq secondes, aspirer le produit brut dilué et le transférer dans le tube de microcentrifugation de collecte correspondant.

Répétez ce processus un total de quatre fois en utilisant la même pointe de pipette, puis fermez le tube de microcentrifugation. Répétez ces étapes pour recueillir le produit brut de tous les autres sites de réaction sur la puce. Pour déterminer l’efficacité de la collecte de la première réaction sur la puce, placez le tube de microcentrifugation avec le produit brut collecté du premier point de réaction dans l’étalonneur de dose pour mesurer l’activité.

Enregistrez la mesure et l’heure de la mesure. Répétez ce processus pour chacun des produits bruts collectés. Calculer l’efficacité de la collecte en divisant l’activité du produit brut collecté par l’activité de départ mesurée pour le même site de réaction.

Répétez cette opération pour tous les autres sites de réaction sur la puce. Ensuite, analysez la composition de chaque produit brut collecté. Avec un crayon, tracez une ligne à 15 millimètres du bord inférieur de la plaque TLC et une autre ligne à 50 millimètres du même bord.

La première ligne est la ligne d’origine et la seconde est la ligne de front de solvant. Dessinez huit petits X le long de la ligne d’origine à un espacement de cinq millimètres pour définir la position de repérage de l’échantillon pour chacune des huit voies. À l’aide d’une micropipette, transférer 0,5 microlitres du premier produit brut sur la plaque TLC au X pour la première voie.

Répétez cette opération pour d’autres produits bruts, puis attendez que les taches sèchent. Développer chaque plaque TLC en utilisant une phase mobile de 60% d’acétonitrile dans un formate d’ammonium 25 millimolaire avec 1% TEA jusqu’à ce que le front du solvant atteigne la ligne de front du solvant. À ce moment-là, retirez la plaque TLC de la chambre et attendez que le solvant sur la plaque TLC sèche, puis placez la plaque TLC dans le système d’imagerie Cerenkov et couvrez-la d’une lame de microscope en verre.

Obtenez une image de radioactivité de chaque plaque TLC en définissant le système d’imagerie Cerenkov sur une exposition de cinq minutes, puis sélectionnez le fichier produit de l’image sur la plaque TLC et effectuez des corrections d’image standard. Utilisez l’analyse de la région d’intérêt pour la première voie de la première plaque TLC. Dessinez des régions autour de chaque bande visible dans la voie, puis calculez la fraction d’intensité intégrée de chaque région par rapport à l’intensité totale intégrée de toutes les régions.

Déterminer l’efficacité de la fluoration en tant que fraction d’activité dans la bande de Fallypride. Répétez cette analyse pour toutes les autres voies sur toutes les plaques TLC. Ensuite, calculez le rendement radiochimique brut pour chaque réaction et choisissez la concentration optimale de précurseurs en examinant le rendement radiochimique brut en fonction de la concentration de précurseurs.

Des études d’optimisation du fallypride radiopharmaceutique ont été réalisées en variant la concentration de précurseur dans l’acétonitrile d’alcool thrylique. Des réactions ont été exécutées à 110 degrés Celsius par sept minutes. L’efficacité de la collecte et la composition de l’échantillon sont présentées ici.

L’efficacité de la fluoration augmentait avec l’augmentation de la concentration de précurseurs et la concentration de fluorure n’ayant pas réagi diminuait. Il y avait une petite quantité de produit secondaire radioactif à de faibles concentrations de précurseurs, qui ne s’est pas formée aux concentrations de précurseurs les plus élevées. L’efficacité de la collecte était presque quantitative pour la plupart des conditions, bien qu’elle ait légèrement diminué à de faibles concentrations de précurseurs.

Le rendement radiochimique brut le plus élevé a été réalisé avec une concentration millimolaire de précurseur de 39. Dans ces conditions, l’efficacité de fluoration était de 96%Le RCY brut était de 87% et aucune formation de produit secondaire radioactif n’a été observée. Il est essentiel d’avoir un plan cartographique de quelle condition de réaction correspond à quelle gouttelette de réaction sur la puce et d’avoir des tubes réactifs et des tubes de collecte de produits étiquetés de manière appropriée qui peuvent être revérifiés pendant l’expérience.

La procédure peut être utilisée pour l’optimisation d’autres conditions de réaction, telles que la quantité de base, le type de solvant ou le volume de réaction. Il peut également être utilisé pour optimiser la synthèse d’autres produits radiopharmaceutiques.