Name: 液滴アレイを用いた放射化学反応の最適化 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-02-12T14:15:00.000+00:00
Duration: 10 min 54 s
Description: 学ぶ 液滴アレイを用いた放射化学反応の最適化手法。シリコンチップ上で16個の並列反応を行い、試薬消費を1/100に削減しながらFallyprideなどの放射性医薬品合成条件を迅速に探索する方法です。

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我々は、UCLA生物医学サイクロトロン施設とロジャー・スラヴィック博士とジュゼッペ・カルッチ博士がこれらの研究のためにフッ化物を寛大に提供し、UCLA NanoLabにチップ製造のための機器のサポートに感謝します。

注意: このプロトコルは放射性物質の取り扱いを含みます。実験は、必要な訓練と個人の保護具とあなたの組織の放射線安全事務所からの承認なしに行われるべきではありません。放射線遮蔽の背後で実験を行う必要があります, 好ましくは換気ホットセルで
1. 多反応チップの製造
注:多反応マイクロドロップレットチップのバッチは、以前に10(図1) に記載されているように、標準的なフォトリソグラフィ技術を使用して4インチシリコンウエハーから製造されています(図1)。この手順は、反応部位の4 x 4配列を有する7チップをそれぞれ生成する。
<ol><li>シリコンウェーハをスピンコーターチャックに置き、中央に配置します。3mLのポリテトラフルオロエチレン溶液をウェーハの中心に移管ピペットを用いて、3000rpmでウエハーをコート(500rpm/sランプ)に塗布する。</li>
	<li>コーティングを固めるには、ウエハーを160°Cのホットプレートに10分間置き、245°Cのホットプレートに10分間移します。</li>
	<li>窒素雰囲気下で340°Cの高温オーブンでコーティングをアニールし、続いて10°C/分ランプで70°Cまで冷却します。</li>
	<li>シリコンウェーハをスピンコーターチャックに置き、中央に配置します。転写ピペットを用いてウェハ中央に2mLの正のフォトレジストを注ぎ、3000rpmで3000rpm(1000 rpm/sランプ)でコーティングを行う。</li>
	<li>ウエハのソフトベークを115°Cのホットプレートで3分間行い、フォトレジストを固める。</li>
	<li>マスクアライナにウエハーとフォトマスクを取り付け、12 mW/cm2 ランプ強度、356 nm波長で14s露光をハードコンタクトモードで行います。このステップは、負の最終ポリテトラフルオロエチレンパターンを含む透明マスク、すなわち、16反応チップの4コピーの直径パターンを使用し、反応部位は透明であり、その他すべての領域は不透明な色で。</li>
	<li>20 mLのフォトレジスト現像液を使用してウエハーを3分間のガラス容器に入れ、わずかな攪拌で露出パターンを開発する。</li>
	<li>20 mLのDI水を用いたガラス容器にウエハーをわずか撹拌で3分間浸して、開発液を洗い流します。ウェハを窒素銃で乾かします。</li>
	<li>30 s露光、100 mTorr圧、200Wパワー、50 sccm酸素流の下で酸素プラズマを用いて、露出したポリテトラフルオロエチレン領域を酸素プラズマで除去します。</li>
	<li>シリコンウェーハカッターを使用して、ウェハを個々のチップ(ウエハーあたり合計7個)にダイスします。</li>
	<li>各チップをアセトンに1分間沈め、フォトレジストを取り除き、イソプロパノールを1分間浸します。最後に、各チップを窒素銃で乾燥させます。</li>
	<li>ガラス容器にドライチップを入れ、使用するまで保管するためにアルミホイルで覆います。</li>
</ol>2. 最適化スタディの計画
注: このプロトコルでは、高スループット最適化を例にした例として放射性医薬品[18F] の合成が使用されます (図 2)。単一のチップを使用すると、16の同時反応を、例えば、様々な前駆体濃度(8つの異なる濃度、n=2はそれぞれ複製)で行うことができる。条件は 、図 3Aの反応部位にマッピングされます。このプロトコルを調整して、他の反応パラメータ(例えば反応溶媒、反応量、TBAHCO3の量など)または他の放射性医薬品を最適化することができます。
<ol><li>変化するリアクションパラメータ、使用する特定の値、および反復の数を選択します。</li>
	<li>実験を実行するために必要なチップの数を計算します。</li>
	<li>各チップについて、各反応部位でどの反応条件を使用するかを示す地図を用意し、試薬の調製や液滴反応を行う際に役立ちます。</li>
</ol>3.[18F]ファリープリドの放射線合成を最適化するための試薬と材料の調製
注:液滴ベースの放射線合成[18F]ファリープリド(図2)は、反応部位にフッ化物と相転移触媒(TBAHCO3)を添加し、続いて加熱して水を蒸発させ、乾燥残渣を残す。次に、反応溶媒中の前駆体(トシル・フォールプリド)の液滴(セキシルアルコールおよびアセトニトリル)を加え、加熱して、蛍光化反応を行う。最後に、粗生成物を分析用チップから回収します。試薬の調製および合成手順は、別のトレーサーの最適化を行う場合に適合する必要があります。
<ol><li>反応溶媒のストック溶液を調製し、1:1の体積混合物でセキシルアルコールとアセトニトリルからなる。ボリュームが計画された希釈シリーズを作成するのに十分であることを確認します。この最適化例では、〜30 μLで十分です。</li>
	<li>探索する最大濃度(77 mM)の反応溶媒に、前駆体(トシル-ファリープリド)の30μLストック溶液を調製します。計画された実験を実行するのに十分なボリュームがあることを確認します。この最適化例では、〜30 μLで十分です。</li>
	<li>前駆体ストック溶液および反応溶媒から、2x連続希釈を行い、前駆体溶液の異なる濃度を調製する。各希釈のボリュームが、各条件に対して必要な反復数を実行するのに十分であることを確認します。この最適化例では、各濃度の〜15μLで十分である。</li>
	<li>マイクロ遠心チューブを準備し、パーマネントマーカーを使用して各粗反応生成物を回収し、各チューブに固有の番号を付けます。マイクロ遠心管の総数が、反復数(8 x 2 = 16)を掛けた条件の数と一致することを確認します。</li>
	<li>9:1 メタノール:DI 水 (v/v) を含む回収液 (10 mL) のストックを準備します。アリコート50μLは、16個の追加標識マイクロ遠心チューブ(チップ上の反応部位ごとに1個)のそれぞれに。</li>
	<li>フッ化物ストック溶液を500 μLマイクロ遠心分離チューブに用意し、[18F]フッ化物/18O]H2O(〜260 MBq[7 mCi])を75 mM TBAHCO3溶液(56 μL)で混合し、DI水で140μLまで希釈します。 この溶液の8μLは、各反応部位にロードされる(〜15 MBq[0.40 mCi]の活性、および240 nmolのTBAHCO3を含む)。</li>
</ol>4.[18F]の並列合成は、異なる前駆体濃度を有するファリープライド
注:チップは、フィードバックのための内部熱電対信号を使用してオンオフ温度コントローラを使用して制御される25 mm x 25 mmセラミックヒーターからなる加熱プラットフォーム(前述の13)の上で動作します。ヒーター表面温度は、熱画像を用いて較正された。このようなプラットフォームが利用できない場合は、ホットプレート(105°Cで1枚、110°C)を使用できます。
<ol><li>負荷[18F]フッ化物ストック溶液(相転移触媒付き)。<ol>
<li>マイクロピペットを使用して、多反応チップの第1反応スポットに[18F]フッ化物ストック溶液の8μL液滴をロードします。チップを用量校正器に入れることでチップの活性を測定し、測定が行われた時間を記録します。</li>
		<li>用量校正器からチップを取り出し、2番目の反応スポットに[18F]フッ化物ストック溶液の8μL液滴をロードします。チップ上の活性を再度用量校正器に入れ、測定が行われた時間を記録して測定します。</li>
		<li>チップ上の他のすべての反応部位について繰り返します。</li>
		<li>放射性同位元素をロードした後にアクティビティ測定を行い、そのサイトがロードされる前に以前の測定値(減衰補正)を差し引いて、反応スポットごとにロードされたアクティビティを計算します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>ヒーターのマルチリアクションチップを位置合わせします。<ol>
<li>セラミックヒーターの上に熱ペーストの薄い層を追加します。</li>
		<li>ピンセットを使用してチップをヒーターの上に慎重に配置して、液滴のこぼれを避け、チップの基準コーナーをヒーターの基準コーナーに合わせます( 図3Bを参照)。チップはヒーターを少しだけ張り出します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>フッ化物及び相転移触媒を乾燥する[18F]<ol>
<li>コントロールプログラムでヒーターを105°Cに設定して1分間チップを加熱し、水滴を蒸発させて[18F]フッ化物とTBHACO3の乾燥残渣を乾燥させた。1分後、ヒーターをオフにして、コントロールプログラムで冷却ファンをオンにしてチップを冷却します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>前駆体ソリューションを追加します。<ol>
<li>マイクロピペットを使用して、第1反応部位の乾燥残渣の上にファリプリド前駆体の6μL溶液を加える。</li>
		<li>チップ上の他のすべての反応部位について繰り返します。各反応部位に希釈系列のどの濃度が使用されているかを決定するには、最適化計画を使用します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>フッ素化反応を行う。<ol>
<li>コントロールプログラムを使用して、各チップを110°Cに加熱し、7分間、蛍光化反応を行います。その後、ヒーターをオフにして、コントロールプログラムで冷却ファンをオンにして、チップを冷却します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>反応部位から粗製品を収集します。<ol>
<li>マイクロピペットを介して指定されたマイクロ遠心分離管から10μLの回収液を加えて、最初の反応部位で粗生成物を回収します。5 sを待った後、マイクロピペット(同じチップを取り付けた状態)を使用して希釈された粗製品を吸引し、対応するラベル付きコレクションマイクロ遠心チューブに移します。</li>
		<li>すべての操作に同じピペットチップを使用して、このプロセスを合計4回繰り返します。</li>
		<li>チップ上の他のすべての反応部位に対して収集プロセスを繰り返します。</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. 合成分析による反応性能と最適条件の決定
<ol><li>チップ上の最初の反応に対する「回収効率」を決定します。<ol>
<li>マイクロ遠心チューブを、第1反応スポットの回収粗生成物を用量キャリブレーターに入れ、活性を測定する。測定の測定と時間を記録します。</li>
		<li>収集した粗生成物の活性を同じ反応部位で測定した開始活性で割って回収効率を算出する(活性値を同じタイムポイントに減衰補正)。</li>
		<li>チップ上の他のすべての反応部位について繰り返します。</li>
	</ol></li>
	<li>採取した各粗製品の組成(フッ素化効率)を分析します。 注:短時間ですべてのサンプルの分析を実用的にするために、フッ素化効率は、前述のハイスループット無線薄層クロマトグラフィー(radio-TLC)アプローチ14を使用して分析される。この技術は、1つのTLCプレート上で並べて(5mmピッチ、0.5μL)を同時に見つけ、次いで一緒に開発し、セレンコフイメージング14、15を用いて一緒に読み出しを行うことによって、最大8個のサンプルを並列処理することを可能にする。16の並列反応による最適化の例では、2つのTLCプレートが必要です。別のオプションは、分析にラジオ-高性能液体クロマトグラフィー(radio-HPLC)を使用することですが、分離、洗浄、および平衡化の時間は分析できるサンプルの数を制限する可能性があります。<ol>
<li>TLCプレート(50mm x 60mm)ごとに、鉛筆で、1本の50mmの端(下)から15mm離れたところに線を引き、同じ端から50mm離れたところにもう1本の線を引きます。最初の行は原点線です。2番目は溶媒の最前線です。5 mm 間隔の原点線に沿って 8 つの小さな "X" を描き、8 つの「レーン」のそれぞれに対してサンプルスポッティング位置を定義します。</li>
		<li>マイクロピペットを使用して、最初の粗製品の0.5 μLを最初のレーンの「X」のTLCプレートに移します。追加の粗製品(TLCプレートあたり最大8)について繰り返します。TLCプレートで粗製品スポットが乾燥するのを待ちます。</li>
		<li>TLCプレートごとに、溶媒前線が溶媒の前線に到達するまで、25 mM NH4HCO2 で 60% MeCN の移動相を使用して開発します。TLCプレートの溶剤が乾燥するのを待ってから、ガラス顕微鏡スライド(76.2 mm x 50.8 mm、厚さ1mm)で覆います。</li>
		<li>セレンコフイメージングシステムにプレートを5分間露出させることにより、各TLCプレートの放射能画像を得る。標準の画像補正(暗電流減算、フラットフィールド補正、中央値フィルタリング、背景減算)を実行します。</li>
		<li>最初の TLC プレートの最初のレーンに関心領域(ROI)解析を使用します。レーンに表示される各バンドの周りに領域を描画します。ソフトウェアは、すべての領域(バンド)の合計の統合強度と比較して、各領域(バンド)の積分強度の割合を計算します。</li>
		<li>この移動相では、示された保持係数で以下のバンドが期待されます: Rf = 0.0: 未反応[18F]フッ化物;Rf = 0.9: [18F] ファリープライド;Rf = 0.94: 副産物。[18F]ファリープライドバンドの活性の割合としてフッ素化効率を決定する。</li>
		<li>すべての TLC プレート上の他のすべてのレーンに対してこの解析を繰り返します。 注:セレンコフイメージングチャンバーが利用できない場合、小さな動物(前臨床)イン ビボ 光学イメージングシステムを使用してTLCプレートを画像化することができます。あるいは、2次元TLCスキャナを使用することもできます。また、1次元TLCスキャナしか利用できない場合は、TLCプレートを、はさみ(レーンあたり1本)でストリップに切り取り、各ストリップを個別にスキャンすることで分析できます。</li>
	</ol></li>
	<li>各反応部位の粗な放射化学収率(粗RCY)を決定します。<ol>
<li>集積効率とフッ素化効率を掛けることで、最初の粗製品の粗RCYを求めます。</li>
		<li>他のすべての反応部位についても繰り返します。</li>
	</ol></li>
	<li>結果を分析する<ol>
<li>反復実験の値を平均および標準偏差に集約します。</li>
		<li>採集効率、フッ素化効率、粗RCYを可変したパラメータの関数としてプロットします(この例では前駆体濃度)。</li>
		<li>希望の条件に基づいて最適条件を選択します。通常、これは最大粗RCYです。さらに、グラフの傾きが比較的平坦な領域でポイントが選択されることが多く、パラメータの小さな変化に対して無神経であることを示し、より堅牢なプロトコルを提供します。</li>
	</ol></li>
</ol>

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</ol>

カリフォルニア大学リージェンツは、ヴァンダム博士によって発明されたSofie, Inc.に技術をライセンスし、ライセンス取引の一環としてソフィー社の株式を取得しました。ドクター・ファン・ダムは、ソフィー社の創設者兼コンサルタントです。残りの著者は利益相反を宣言しません。この研究の一部は、国立がん研究所(R33 240201によってサポートされました。

1日あたり1回または少数の反応しか許可されず、データポイント当たりの試薬を大量に消費する従来の放射線化学システムの制限により、実際には反応パラメータ空間全体のごく一部しか探索されず、繰り返しなしの結果が何度も報告されます(n=1)。従来のシステムと比較して、この多反応液滴放射合成プラットフォームは、前駆体の時間と量を非常に少なくしながら、より包括的で厳格な放射線合成条件の研究を行うことを可能にし、製品収量および副産物形成に影響を与えるパラメータに関する新しい洞察を可能にする可能性がある。この情報は、最高の製品収量または最も堅牢な合成をもたらす条件を選択するために使用することができます。低い前駆体消費は、少量の前駆体しか利用できない場合や前駆体が高価な場合に、新規の放射線トレーサの初期の開発に特に有用である可能性がある。チップの開放性は、迅速な合成時間とピペットによるアクセスの容易さに寄与する一方で、揮発性分子の大幅な損失を招き、揮発性前駆体、中間体、または製品を有する放射性医薬品の合成を最適化する際には実用的ではない可能性があります。
放射線被ばくの危険のために、これらの実験は適切...

陽電子放出断層撮影(PET)放射性医薬品は、生体内の特定の生化学的プロセスを監視し、疾患を研究するための研究ツールとして広く使用されており、新薬や治療法の開発に使用されています。さらに、PETは疾患を診断またはステージングし、患者の治療1、2、3に対する応答を監視するための重要なツールである。PET放射性同位元素の半減期(例えば、フッ素-18標識放射性医薬品の場合は110分)と放射線の危険のために、これらの化合物は放射線遮蔽の背後で動作する特殊な自動化システムを使用して調製され、使用直前に準備する必要があります。
放射性医薬品の合成に使用される現在のシステムは、生産コストを共有するために多くの個々の用量に分割された大きなバッチを生成するように設計されています。現在のシステムは[18F]FDGのような広く使用されている放射線トレーサーの生産に適しているが(複数の患者のスキャンおよび研究実験は1日でスケジュールすることができるので)、これらのシステムは初期段階の開発中に新しい放射線トレーサーの生産のために無駄であり、またはあまり一般的に使用される放射性トレーサーである。従来のシステムが使用する体積は、通常1〜5 mLの範囲であり、反応は1〜10mgの範囲で前駆体量を必要とする。さらに、通常の無線シンセサイザーを使用すると、装置が使用後に汚染され、ユーザは次の実験を行う前に放射能が崩壊するのを待たなければならないので、最適化研究の間に一般的に面倒です。機器コストとは別に、放射性同位元素および試薬のコストは、したがって、複数のバッチの生産を必要とする研究のために非常に実質的になる可能性があります。これは、例えば、初期in vivoイメージング研究のための十分な収率と信頼性を達成するために、新しい放射線トレーサのための合成プロトコルの最適化中に発生する可能性があります。
マイクロ流体技術は、従来のシステム4、5、6よりもいくつかの利点を活用するために、放射線化学でますます使用されています。マイクロ流体プラットフォームは、1-10 μL反応容積7,8,9に基づくものを含め、試薬量の大幅な減少と高価な前駆体の消費、ならびに短い反応時間を示しています。これらの削減は、低コスト、より速い加熱および蒸発ステップ、より短く、より簡単な下流浄化、全体的な「より緑の」化学プロセス10、および生産された放射線トレーサー11のより高いモル活性につながる。これらの改良により、各合成の試薬コストを下げることにより、より広範な最適化研究を行うことがより実用的になります。さらなる利点は、1日に放射性同位元素の単一のバッチから複数の実験を行うことによって達成することができる。例えば、「発見モード」で動作するマイクロ流体流量化学無線シンセサイザは、それぞれ10sのμL反応体積12のみを使用して、数十の反応を順次行うことができる。
これらの利点に触発され、マイクロボリューム反応がパターン化されたテフロンコーティングを使用して作成されたシリコン表面上の表面張力トラップの配列に閉じ込められる多反応液滴アレイチップが開発されました。これらのチップは、1-20 μLスケールで同時に複数の反応を行い、1日あたり10種類の異なる反応条件を探索する可能性を開き、それぞれが複数の反復を伴います。本論文では、迅速かつ低コストの放射化学最適化を行うためのこの新しいハイスループットアプローチの有用性を実証する。多反応液滴チップを使用すると、試薬濃度と反応溶媒の影響を簡単に探索することができ、複数のチップを使用すると、非常に少量の前駆体を消費しながら、反応温度と時間の研究を可能にします。

<table><tbody><tr><td>2,3-ジメチル-2-ブタノール(テキシルアルコール)</td><td>シグマアルドリッチ</td><td>594-60-5</td><td>98%</td></tr><tr><td>アセトン</td><td>KMGケミカル</td><td></td>ズ<td>クリーンルームLPグレード</td></tr><tr><td>ギ酸アンモニウム(NH<サブ>4</サブ>HCO<サブ>2</サブ>)</td><td>シグマアルドリッチ</td><td>540-69-2</td><td>97%</td></tr><tr><td>無水アセトニトリル(MeCN)</td><td>シグマアルドリッチ</td><td>75-05-8</td><td>99.80%</td></tr><tr><td>陶磁器のヒーター</td><td>Watlow</td><td>Utramic CER-1-01-0093</td><td>25 mm x 25 mm</td></tr><tr><td>Cerenkovのイメージ投射の部屋</td><td>顧客造られる</td><td></td><td>他の器械はTLCの版の読み出しのために下記のものを含んで使用することができる: 小動物生体内の光学イメージ投射システム、2D無線TLCの走査器、1D無線TLCの走査器</td></tr><tr><td>の純水</td><td>ΣΣAldrich</td><td>7732-18-5</td><td></td></tr><tr><td>使い捨て可能な移動ピペット、3つのmL</td><td>の鷹</td><td>13-680-50</td><td></td></tr><tr><td>線量校正器</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 参照標準、>95%</td></tr><tr><td>[18F]フッ化物 [18O]H2O</td><td>UCLA Ahmanson Biomedical Cyclotron Facility</td><td></td> 半<td>減期が短いため、これは地元の放射化学研究所または商業放射性医薬品</td></tr><tr><td>から入手する必要がありますガラスカバープレート(76.2mm×50.8mm×厚さ1mm)</td><td>C&Scientific</td><td>6101</td><td></td></tr><tr><td>Headwayスピンコーター</td><td>Headway Research, Inc.</td><td>PWM50-PS-R790 シッパーシステム</td><td>PWM50-コントロールボックス、PSモーター、R790ボウル</td></tr><tr><td>高温オーブン</td><td>カーボライト</td><td>HTCR 6 28</td><td></td></tr><tr><td>ホットプレート</td><td>Thermo Scientific</td><td>Super-Nuova HP133425</td><td></td></tr><tr><td>イソプロパノール (IPA)</td> <td>KMG ケミカル</td><td></td><td>ズ クリーンルーム LPグレード</td></tr><tr><td>マスクアライナー</td><td>カール・サス</td><td>MA/BA6</td><td></td></tr><tr><td>メタノール (MeOH)</td><td>シグマ-アルドリッチ</td><td>67-56-1</td><td>&GE;99.9%</td></tr><tr><td>マイクロ遠心チューブ</td><td>Eppendorf</td><td>0030 123.301</td><td>500 &micro;L、無色、ポリプロピレン</td></tr><tr><td>マイクロピペット(0.5-10&マイクロ;L)</td> <td>Labnet</td><td>BioPette P3940-10</td><td></td></tr><tr><td>マイクロピペット (100-1000 &micro;L)</td> <td>Labnet</td><td>BioPette P3940-1000</td><td></td></tr><tr><td>マイクロピペット (10-100 &micro;L)</td><td>Labnet</td><td>BioPette P3940-100</td><td></td></tr><tr><td>マイクロピペットチップ(0.1-10 &micro;L)</td><td>USA Scientific Inc</td>のヒント<td>11113810</td><td></td></tr><tr><td>マイクロピペットのヒント(2-200 & micro;L)</td><td>BrandTech</td><td>13-889-143</td><td></td></tr><tr><td>マイクロピペットチップ(50-1000&micro;L)</td><td>BrandTech</td><td>13-889-145</td><td></td></tr><tr><td>フォトレジスト現像液</td><td>MicroChem</td><td>MEGAPOSIT MF-26A</td><td></td></tr><tr><td>ポジフォトレジスト</td><td>MicroChem</td><td>MEGAPOSIT 220-7.0</td><td></td></tr><tr><td>反応性イオンエッチング機 (RIE)</td><td>オックスフォード・インスツルメンツ</td><td>プラズマラボ 80 Plus</td><td></td></tr><tr><td>シリコンウェーハカッター</td><td>Euro Tool</td><td>CSCB-431.00</td><td></td></tr><tr><td>シリコンウェーハ; 4"</td><td>直径 シリコンバレーマイクロエレクトロニクス株式会社&nbsp;</td><td>0017227-048</td><td>P型、ホウ素ドープ、厚さ525 &plusmn; 25 &micro;m</td></tr><tr><td>テフロンAF 2400</td><td>Chemours(ケマーズ)&nbsp;</td><td>D14896765</td><td>1% 固形分</td></tr><tr><td>重炭酸テトラブチルアンモニウム (TBAHCO3)</td><td>ABX Advanced Biochemical Compounds</td><td>808</td><td>エタノールで安定化した水溶液、0.075 M</td></tr><tr><td>熱伝導ペースト</td><td>OMEGA</td><td>OT-201-2</td><td></td></tr><tr><td>TLC プレート</td><td>Merck KGaA</td><td>1.05554.0001</td><td>シリカゲル 60 F254、50 mm x 60 mm、アルミニウムバック</td></tr><tr><td>Tosyl-fallypride</td><td>ABXの高度の生化学的な混合物</td><td>1550.004.000</td><td>Fallyprideの前駆体、>90%</td></tr><tr><td>トリメチルアミン(茶)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>75-50-3</td><td>&ge; 99%</td></tr><tr><td>ピンセットの</td><td>コールパー</td><td>マーUX-07387-08</td><td>ステンレス鋼、細い先端</td></tr></tbody></table>

液滴アレイを用いた放射化学反応の最適化

Optimization of Radiochemical Reactions using Droplet Arrays

現在の自動無線シンセサイザーは、放射性医薬品の大規模な臨床バッチを生成するように設計されています。各データポイントは、重要な試薬の消費を伴うため、反応最適化や新しい放射性医薬品開発に適しておらず、装置の汚染には次の使用前に放射性崩壊に時間が必要です。これらの制限に対処するために、小型液滴ベースの反応のアレイを並列に行うためのプラットフォームであり、それぞれがパターン化されたポリテトラフルオロエチレンコーティングされたシリコン「チップ」上の表面張力トラップ内に閉じ込められたものが開発された。これらのチップは、試薬濃度、反応溶媒、反応温度および時間を含む反応パラメータの迅速かつ便利な研究を可能にします。このプラットフォームは、従来の無線シンセサイザーを使用して数ヶ月を取るのではなく、最小限の試薬消費で数日で何百もの反応を完了することができます。

この方法を例示するために代表的な実験を行った。16の反応を用いて、放射性薬[18F]ファリプリプライドの最適化研究は、反応溶媒として、前駆体濃度(77、39、19、9.6、4.8、2.4、1.2、0.6mM)を反応溶媒として行った。反応は110°Cで7分間行った。回収効率、サンプル組成(すなわち、ファリープライド生成物の[18F]の割合、未反応[18F]フッ化物、および副産物)を 表1 に集計し、 図4に図示する。
この研究は、前駆体濃度の増加に伴ってフッ素化効率([18F]ファリプリドの割合)が増加し、残りの未反応[18F]フッ化物が反比例して変化することを示した(図4A)。低い前駆体濃度で...

本手法は、ナノモル量の試薬を用いた放射性医薬品の迅速かつ経済的最適化のための液滴化学反応に基づく新規ハイスループット方法論の使用を説明する。

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

現在の自動無線シンセサイザーは、FDGなど広く使用されている放射性医薬品の大規模なバッチを生成するように設計されています。1日あたりの合成の数が限られており、比較的高い試薬消費のために、これらのシステムは、しかし、合成最適化研究を行うためには適していません。この技術により、並列で最大16の同時反応を行うことでスループットが大幅に向上し、試薬の消費量は100倍に減少します。さらに、並行して反応を行うことにより、研究を完了するために放射性同位元素の公平なバッチが必要である。スループットの向上により、従来の計測器の使用に比べて、各反復回数が多く、反応条件をより広く探索できます。このプロトコルは、fallyprideの合成における前駆体濃度の最適化を示していますが、この技術は他の条件および他の放射性医薬品を最適化するために使用することができます。標準フォトリソグラフィ技術を用いて、4インチシリコンウエハからマルチ反応マイクロドロップレットチップのバッチを製造することから始めます。このプロトコルでは、前駆体濃度のハイスループット最適化が放射性医薬品Fallyprideの合成と共に実証される。16の同時反応は、単一のチップ上で行うことができる。比較する条件は、反応部位にマッピングされる。セキシルアルコールとアセトニトリルからなる反応溶媒のストック溶液を1対1の体積混合物で調製する。ボリュームが計画された希釈シリーズを作成するのに十分であることを確認します。探索する最大濃度の反応溶媒中に前駆体の30マイクロリットルのストック溶液を調製する。前駆体ストック溶液および反応溶媒から、マイクロ遠心分離管のセットで2回連続希釈を行い、前駆体溶液の異なる濃度を調製する。マイクロ遠心チューブの別のセットを準備し、パーマネントマーカーを使用して各粗反応生成物を収集し、各チューブに固有の番号を付けます。マイクロ遠心管の総数が、条件の数に反復数を掛けたものと一致することを確認します。9~1メタノールからなる10ミリリットルの回収液を脱イオン水に調製する。アリコート50マイクロリットルの各々は、コレクション溶液として標識された16マイクロ遠心分離管の追加セットに。フッ化物源の約7ミリキュリーと重炭酸75ミリモルのテトラブチランモニウム56マイクロリットルを混合し、最大140マイクロリットルのDI水で希釈してフッ化物ストック液を調製します。マイクロピペットを使用して、フッ化物ストック溶液の8マイクロリットルの液滴をマルチ反応チップの最初の反応スポットにロードします。チップを用量校正器に入れることでチップの活性を測定し、測定が行われた時間を記録します。用量校正器からチップを取り出し、フッ化物ストック溶液の8マイクロリットルの液滴を第2の反応スポットにロードする。チップ上のアクティビティを測定し、測定が行われた時間を記録します。他のすべての反応部位に対してこのプロセスを繰り返します。放射性同位元素をロードした後にアクティビティ測定を行い、そのサイトがロードされる前に以前の測定値を引くことによって、反応スポットごとにロードされたアクティビティを計算します。ヒーターのマルチリアクションチップを整列させるには、セラミックヒーターの上に熱ペーストの薄い層を追加します。チップのリファレンスコーナーをヒーターの基準コーナーに合わせてピンセットを使用して、チップをヒーターの上に慎重に配置します。チップはヒーターを少しずつ張り出すはずです。コントロールプログラムでヒーターを摂氏105度に設定して1分間加熱し、フッ化物と重炭酸テトラブチランモニウムの乾燥残渣を残します。次に、ヒーターを摂氏30度に設定し、制御プログラムで冷却ファンをオンにしてチップを冷却した。マイクロピペットを使用して、第1反応部位の乾燥残渣の上にファリプリド前駆体の6マイクロリットル溶液を加える。チップ上の他のすべての反応部位に対してこれを繰り返します。各反応部位に希釈系列のどの濃度が使用されているかを決定するには、最適化計画を使用します。コントロールプログラムを使用してチップを摂氏110度に7分間加熱し、給熱器を摂氏30度に設定し、制御プログラムで冷却ファンをオンにしてチップを冷却します。指定マイクロ遠心チューブから10マイクロリットルの回収液を添加して、第1反応部位で粗生成物を回収します。5秒間待った後、希釈した粗製品を吸引し、対応するコレクションマイクロ遠心分離管に移します。同じピペットチップを使用して合計4回このプロセスを繰り返し、マイクロ遠心分離チューブを閉じます。チップ上の他のすべての反応部位から粗物を収集するには、これらの手順を繰り返します。チップ上の最初の反応の回収効率を決定するために、マイクロ遠心分離管を第1反応スポットの回収粗生成物と共に用量キャリブレーターに入れ、活性を測定する。測定の測定と時間を記録します。収集した粗品ごとにこのプロセスを繰り返します。回収効率を、収集した粗生成物の活性を同じ反応部位について測定した開始活性で割って算出する。チップ上の他のすべての反応部位に対してこれを繰り返します。次に、各回収粗物の組成を分析する。鉛筆で、TLCプレートの下端から15ミリメートル離れた線を引き、同じ端から50ミリメートル離れた別の線を引きます。最初の線は原点線で、2番目の線は溶媒の最前線です。原点線に沿って 5 ミリメートル間隔で 8 つの小さな X を描画し、8 つのレーンのそれぞれに対してサンプルスポッティング位置を定義します。マイクロピペットを使用して、最初の粗製品の0.5マイクロリットルを最初のレーンのXのTLCプレートに移します。これを追加の粗製品に対して繰り返し、スポットが乾燥するのを待ちます。溶媒前線が溶媒の最前線に到達するまで1%TEAで25ミリモルアンモニウムのフォーマットでアセトニトリルの60%の移動相を使用して各TLCプレートを開発します。その際、チャンバーからTLCプレートを取り出し、TLCプレートの溶剤が乾燥するのを待ち、次いでTLCプレートをセレンコフイメージングシステムに入れ、ガラス顕微鏡スライドで覆います。セレンコフ撮像システムを5分間露光して各TLCプレートの放射能画像を取得し、その画像の生成ファイルをTLCプレートに選択し、標準画像補正を行います。最初の TLC プレートの最初のレーンに対して、対象領域分析を使用します。レーンに表示される各バンドの周りに領域を描画し、すべての領域の合計の統合強度と比較して、各領域の積分強度の割合を計算します。ファリープライドバンドの活動の割合としてフッ素化効率を決定します。すべての TLC プレート上の他のすべてのレーンに対してこの解析を繰り返します。次に、各反応の粗放射性化学収率を計算し、前駆体濃度の関数として粗放射性化学収率を調べることにより最適な前駆体濃度を選択する。放射性医薬品ファリプライドの最適化研究は、セキシルアルコールアセトニトリル中の前駆体濃度を変化させることによって行った。反応は7分あたり摂氏110度で行った。収集効率とサンプル構成をここに示します。前駆体濃度の上昇に伴いフッ素化効率が向上し、未反応フッ化物濃度が低下した。低い前駆体濃度では少量の放射性側製品があり、これはより高い前駆体濃度では形成されなかった。回収効率はほとんどの条件でほぼ定量的であったが、低い前駆体濃度でわずかに低下した。最高の粗放射性化学収率は39ミリモル前駆体濃度で達成された。この条件では、フッ素化効率は96%で粗RCYは87%であり、放射性側製品形成は認められなかった。どのような反応条件がチップ上のどの反応液滴に対応するかのマップ計画を立て、実験中に再確認できる試薬チューブと製品回収チューブを適切に標識することが重要です。この手順は、塩基量、溶媒の種類、反応量などの他の反応条件の最適化に使用できます。また、他の放射性医薬品の合成を最適化するために使用することができます。

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ループ法を用いた臨床研究のための炭素11放射性配位子の効率と放射性標識収率の向上

学ぶ 液滴アレイを用いた放射化学反応の最適化手法。シリコンチップ上で16個の並列反応を行い、試薬消費を1/100に削減しながらFallyprideなどの放射性医薬品合成条件を迅速に探索する方法です。

液滴アレイを用いた放射化学反応の最適化

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