Damlacık Dizileri Kullanılarak Radyokimyasal Reaksiyonların Optimizasyonu
February 12th, 2021
Bu yöntem, nanomole miktarlarda reaktif kullanarak radyofarmasötiklerin hızlı ve ekonomik optimizasyonu için damlacık kimyasal reaksiyonlarına dayanan yeni bir yüksek verimli metodolojinin kullanımını açıklar.
Mevcut otomatik radyo sentezleyicileri, FDG gibi yaygın olarak kullanılan radyofarmasötiklerin büyük partilerini üretmek için tasarlanmıştır. Ancak, günde mümkün olan sınırlı sayıda sentez ve nispeten yüksek reaktif tüketimi nedeniyle, bu sistemler sentez optimizasyonu çalışmaları yapmak için uygun değildir. Bu teknikle, paralel olarak 16 adede kadar eşzamanlı reaksiyon gerçekleştirilerek verim önemli ölçüde artırılmıştır ve reaktif tüketimi yüz kat azaltılır.
Ayrıca, paralel reaksiyonlar gerçekleştirerek, bir çalışmayı tamamlamak için adil radyoizotop partilerine ihtiyaç vardır. Artan aktarım hızı, geleneksel aletlerin kullanımına kıyasla her biri daha fazla sayıda çoğaltma ile reaksiyon koşullarının daha geniş bir şekilde araştırılmasını sağlar. Bu protokol fallypride sentezinde öncül konsantrasyonun optimizasyonunu gösterirken, teknik diğer koşulları ve diğer radyofarmasötikleri optimize etmek için kullanılabilir.
Standart fotolithografi tekniklerini kullanarak dört inç silikon gofretlerden çok reaksiyonlu mikro damlacık çipleri üreterek başlayın. Bu protokolde, öncül konsantrasyonun yüksek verimli optimizasyonu radyofarmasötik Fallypride sentezi ile gösterilmiştir. Tek bir çip üzerinde 16 eşzamanlı reaksiyon gerçekleştirilebilir.
Karşılaştırılacak koşullar reaksiyon alanlarına eşlenir. Hacim karışımına göre birebir olarak toksil alkol ve asetonitrilden oluşan reaksiyon çözücünün bir stok çözeltisini hazırlayın. Hacmin planlanan seyreltme serisini oluşturmak için yeterli olduğundan emin olun.
Reaksiyon çözücüsün içinde keşfedilecek maksimum konsantrasyona sahip 30 mikrolitrelik bir öncül stok çözeltisi hazırlayın. Öncü stok çözeltisi ve reaksiyon çözücüden, öncü çözeltinin farklı konsantrasyonlarını hazırlamak için bir dizi mikrosantrifüj tüpünde iki kez seri seyreltmeler gerçekleştirir. Her bir tüpü benzersiz bir numarayla etiketlemek için kalıcı bir işaretleyici kullanarak her ham reaksiyon ürününü toplamak için başka bir mikrosantrifüj tüp seti hazırlayın.
Toplam mikrosantrifüj tüpü sayısının, çoğaltma sayısıyla çarpılan koşul sayısıyla eşleştiğinden emin olun. İyonize suya dokuz ila bir metanolden oluşan 10 mililitrelik bir toplama çözeltisi stoğu hazırlayın. Aliquot 50 mikrolitreden her biri toplama çözümü olarak etiketlenmiş 16 mikrosantrifüj tüpünden oluşan ek bir sete.
Florür kaynağının yaklaşık yedi milicuriesini 75 milimoler tetrabutylammonyum bikarbonat 56 mikrolitre ile karıştırarak ve 140 mikrolitreye kadar DI su ile seyrelterek bir Florür stok çözeltisi hazırlayın. Bir mikropipette kullanarak, çok reaksiyonlu bir çipin ilk reaksiyon noktasına sekiz mikroliter florür stok çözeltisi damlacık yükleyin. Çipi bir doz kalibratöre yerleştirerek aktivitesini ölçün ve ölçümün yapıldığı zamanı kaydedin.
Çipi doz kalibratörden çıkarın ve ikinci reaksiyon noktasına sekiz mikroliter florür stok çözeltisi damlacık yükleyin. Çip üzerindeki etkinliği ölçün ve ölçümün yapıldığı saati kaydedin. Diğer tüm reaksiyon siteleri için bu işlemi yineleyin.
Radyoizotopu yükledikten sonra aktivite ölçümünü alarak ve o bölge yüklenmeden önceki ölçümü çıkararak reaksiyon noktası başına yüklenen aktiviteyi hesaplayın. Çok reaksiyonlu çipi ısıtıcıya hizalamak için seramik ısıtıcının üzerine ince bir termal macun tabakası ekleyin. Çipin referans köşesini ısıtıcının referans köşesine hizalayan cımbız kullanarak çipi ısıtıcının üzerine dikkatlice yerleştirin.
Çip ısıtıcıyı az miktarda aşmalıdır. Damlacıkları buharlaştırmak için kontrol programında ısıtıcıyı 105 santigrat dereceye ayarlayarak talaşı bir dakika ısıtın, kurutulmuş florür ve tetrabutylammonyum bikarbonat kalıntısı bırakın. Daha sonra ısıtıcıyı 30 santigrat dereceye ayarlayarak ve kontrol programı ile soğutma fanını açarak çipi soğutundu.
Bir mikropipette kullanarak, ilk reaksiyon yerindeki kurutulmuş kalıntının üzerine altı mikrolitre fallypride öncüsü çözeltisi ekleyin. Çipteki diğer tüm reaksiyon siteleri için bunu tekrarlayın. Her reaksiyon bölgesi için seyreltme serisinin hangi konsantrasyonunun kullanıldığını belirlemek için optimizasyon planını kullanın.
Radyofluorinasyon reaksiyonunu gerçekleştirmek için kontrol programını kullanarak çipi yedi dakika boyunca 110 santigrat dereceye ısıtın, ardından ısıtıcıyı 30 santigrat dereceye ayarlayarak ve kontrol programı ile soğutma fanını açarak çipi soğutun. Belirlenen mikrosantrifüj tüpünden 10 mikrolitre toplama çözeltisi ekleyerek ham ürünü ilk reaksiyon yerinde toplayın. Beş saniye bekledikten sonra, seyreltilmiş ham ürünü aspire edin ve ilgili toplama mikrosantrifüj tüpüne aktarın.
Aynı pipet ucunu kullanarak bu işlemi toplam dört kez tekrarlayın ve ardından mikrosantrifüj tüpünü kapatın. Ham ürünü çipteki diğer tüm reaksiyon sitelerinden toplamak için bu adımları tekrarlayın. Çip üzerindeki ilk reaksiyonun toplama verimliliğini belirlemek için, mikrosantrifüj tüpünü, aktiviteyi ölçmek için doz kalibratörüne ilk reaksiyon noktasının toplanan ham ürünüyle yerleştirin.
Ölçümün ölçümünü ve zamanını kaydedin. Toplanan ham ürünlerin her biri için bu işlemi tekrarlayın. Toplanan ham ürünün aktivitesini aynı reaksiyon sitesi için ölçülen başlangıç etkinliğine bölerek toplama verimliliğini hesaplayın.
Çipteki diğer tüm reaksiyon siteleri için bunu tekrarlayın. Daha sonra, toplanan her ham ürünün bileşimini analiz edin. Bir kalemle, TLC plakasının alt kenarından 15 milimetre ve aynı kenardan 50 milimetre uzağa başka bir çizgi çizin.
İlk satır menşe çizgisi, ikincisi ise solvent ön cephe hattıdır. Sekiz şeridin her biri için örnek tespit pozisyonunu tanımlamak için beş milimetre aralıkta menşe çizgisi boyunca sekiz küçük X çizin. Bir mikropipette kullanarak, ilk ham ürünün 0,5 mikrolitresini ilk şerit için X'teki TLC plakasına aktarın.
Ek ham ürünler için bunu tekrarlayın, ardından lekelerin kurumasını bekleyin. Solvent ön cephe çözücü ön cepheye ulaşana kadar her TLC plakasını%1 TEA ile 25 milimoler amonyum formatında asetonitrilin %60'ının mobil fazını kullanarak geliştirin. O sırada TLC plakasını hazneden çıkarın ve TLC plakasındaki çözücünün kurumasını bekleyin, ardından TLC plakasını Cerenkov görüntüleme sistemine yerleştirin ve cam mikroskop kaydırağı ile örtün.
Cerenkov görüntüleme sistemini beş dakikalık pozlama olarak ayarlayarak her TLC plakasının radyoaktivite görüntüsünü elde edin, ardından görüntünün üretilen dosyasını TLC plakasına seçin ve standart görüntü düzeltmeleri gerçekleştirin. İlk TLC plakasının ilk şeridi için faiz analizi bölgesini kullanın. Şeritte görünen her bandın etrafına bölgeler çizin, ardından tüm bölgelerin toplam entegre yoğunluğuna kıyasla her bölgenin tümleşik yoğunluğunun kesirini hesaplanın.
Florasyon verimliliğini Fallypride bandındaki aktivitenin fraksiyonu olarak belirleyin. Tüm TLC plakalarındaki diğer tüm şeritler için bu analizi tekrarlayın. Daha sonra, her reaksiyon için ham radyokimyasal verimi hesapla ve öncül konsantrasyonun bir işlevi olarak ham radyokimyasal verimi inceleyerek en uygun öncül konsantrasyonu seçin.
Radyofarmasötik Fallypride'ın optimizasyon çalışmaları, epiktil alkol asetonitrilinde öncül konsantrasyonun değişmesiyle gerçekleştirildi. Reaksiyonlar yedi dakikada 110 santigrat derecede yapıldı. Toplama verimliliği ve örnek kompozisyon burada gösterilmiştir.
Florasyon verimliliği artan öncül konsantrasyon ile artmış ve aktif olmayan Florür konsantrasyonu azalmıştır. Düşük öncül konsantrasyonlarda az miktarda radyoaktif yan ürün vardı, bu da daha yüksek öncül konsantrasyonlarda oluşmadı. Toplama verimliliği çoğu koşul için neredeyse niceldi, ancak düşük öncül konsantrasyonlarda biraz düştü.
En yüksek ham radyokimyasal verim 39 milimolar öncül konsantrasyon ile elde edildi. Bu durumda florasyon verimliliği %96 ham RPB %87 idi ve gözlenen radyoaktif yan ürün oluşumu görülmedi. Hangi reaksiyon durumunun çipteki reaksiyon damlacıklarına karşılık geldiğine dair bir harita planına sahip olmak ve deney sırasında iki kez kontrol edilebilen reaktif tüpleri ve ürün toplama tüplerini uygun şekilde etiketlemek önemlidir.
Prosedür, baz miktarı, çözücü türü veya reaksiyon hacmi gibi diğer reaksiyon koşullarının optimizasyonu için kullanılabilir. Diğer radyofarmasötiklerin sentezini optimize etmek için de kullanılabilir.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Genel Bakış
Bu yöntem, damlacık kimyasal reaksiyonlarını kullanarak radyofarmasötiklerin optimize edilmesi için yüksek verimli bir yöntem tanımlar. Teknik, önemli ölçüde azaltılmış reaktif tüketimi ile hızlı ve ekonomik sentez optimizasyonuna olanak tanır.
Çalışmanın Temel Bileşenleri
Bilim Alanı
- Radyofarmasötikler
- Kimyasal reaksiyonlar
- Optimizasyon teknikleri
Arka Plan
- Mevcut otomatik radyo sentezleyiciler, büyük partiler halinde radyofarmasötikler üretir.
- Bu sistemler günlük olarak gerçekleştirebilecekleri sentez sayısı ile sınırlıdır.
- Yüksek reaktif tüketimi, onları sentez optimizasyon çalışmaları için uygunsuz kılar.
- Bu yeni yöntem, iş akışını artırır ve reaktif kullanımını önemli ölçüde azaltır.
Çalışmanın Amacı
- Radyofarmasötiklerin sentezini optimize etmek için bir yöntem geliştirmek.
- Reaksiyon koşullarının daha geniş bir şekilde araştırılmasını sağlamak.
- Konvansiyonel aletlere kıyasla çalışmalarda daha fazla tekrarlama olanak tanımak.
Kullanılan Yöntemler
- Yüksek verimli damlacık kimyasal reaksiyonları.
- Paralel olarak gerçekleştirilen eşzamanlı reaksiyonlar.
- Fallypride sentezinde öncül konsantrasyonun optimizasyonu.
- Tekniğin diğer radyofarmasötiklere uygulanması.
Ana Sonuçlar
- 16'ya kadar eşzamanlı reaksiyon gerçekleştirerek iş akışını artırdı.
- Reaktif tüketimi yüz kat azaldı.
- Radyoizotopun adil partileri ile çalışmaları tamamlama yeteneğini artırdı.
- Öncül konsantrasyonun optimizasyonunu gösterdi.
Sonuçlar
- Yeni yöntem, radyofarmasötikler için optimizasyon sürecini önemli ölçüde geliştirir.
- Sentez çalışmalarına daha verimli bir yaklaşım sağlar.
- Teknik çeşitli radyofarmasötikler için uygulanabilir ve esnektir.
Sıkça Sorulan Sorular
Executive Industry Relevance
High-throughput optimization of radiochemical reactions is a critical bottleneck in radiopharmaceutical discovery, where reagent cost, radioactive contamination, and instrument downtime limit experimental cycles. The droplet array chip platform enables parallel, miniaturized reaction screening, accelerating parameter optimization and reducing resource consumption. This capability enhances predictive confidence and supports rapid iteration at the early discovery and lead identification stages for novel radiotracer development.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables systematic interrogation of reaction parameters for new radiotracer candidates.
- Supports functional validation of synthetic routes with minimal radioactive waste.
- Facilitates rapid de-risking of chemical feasibility in target validation workflows.
- Improves predictive confidence for advancing promising radiopharmaceuticals.
Screening & Assay Development
- Prepares validated radiochemical conditions for downstream biological assays.
- Standardizes reaction outputs for reproducible compound evaluation.
- Enables scalable, parallel screening of multiple reaction variables.
- Reduces reagent and isotope consumption, supporting sustainable assay development.
Translational & Preclinical Research
- Aligns optimized radiochemical synthesis with preclinical imaging and biodistribution studies.
- Ensures continuity from discovery chemistry to translational radiotracer evaluation.
- Supports risk-adjusted advancement of candidates with robust synthetic profiles.
- Provides mechanistic insight into reaction efficiency and side product formation.
Pipeline & Workflow Integration
This droplet array platform fits at the interface of early discovery and lead optimization, bridging chemical feasibility with translational readiness for radiopharmaceuticals.
- Discovery Biology: Accelerates hypothesis testing by enabling rapid, parallel optimization of synthetic parameters.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative outputs for comparing reaction conditions and yields.
- Analytics: Provides standardized measurements of radiochemical yield and efficiency for data-driven decision making.
- Translational Research: Facilitates seamless transition from optimized synthesis to preclinical validation studies.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable platform for iterative optimization across diverse radiotracer programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in radiochemical synthesis.
- Operational Value: Standardizes and scales reaction optimization with minimal reagent and isotope use.
- Strategic Value: Enables faster go/no-go decisions and reduces late-stage risk in radiopharmaceutical portfolios.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of high-potential radiotracer candidates.
Implementation Considerations
- Requires expertise in radiochemistry and microfluidic chip handling.
- Needs access to dose calibrators, TLC, and Cerenkov imaging systems for analysis.
- Demands rigorous mapping and labeling for cross-team reproducibility.
- Adaptable to various reaction conditions and radiotracer chemistries.
- Limited by the number of parallel reactions per chip and analytical throughput.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Introduction
1:00
Planning and Optimizing the Study
1:37
Preparation of Reagents and Materials for Optimizing the Radiosynthesis of [18F]Fallypride
3:11
Parallel Synthesis of [18F]Fallypride with Different Precursor Concentrations
6:02
Synthesis Analysis to Determine Reaction Performance and Optimal Conditions
8:55
Results: Influence of Precursor Concentration on the Microdroplet Synthesis of [18F]Fallypride
10:08
Conclusion
