Optimalisatie van radiochemische reacties met behulp van droplet arrays

Huidige geautomatiseerde radiosynthesizers zijn ontworpen om grote partijen veelgebruikte radiofarmaceutica te produceren, zoals FDG. Vanwege het beperkte aantal syntheses per dag en het relatief hoge reagensverbruik zijn deze systemen echter niet geschikt voor het uitvoeren van syntheseoptimalisatiestudies. Met deze techniek wordt de doorvoer aanzienlijk verhoogd door tot 16 gelijktijdige reacties parallel uit te voeren en wordt het reagensverbruik honderdvoudig verminderd.

Bovendien zijn, door parallel reacties uit te voeren, eerlijke partijen radio-isotoop nodig om een studie af te ronden. Verhoogde doorvoer maakt een bredere verkenning van reactieomstandigheden mogelijk met elk een groter aantal replica’s in vergelijking met het gebruik van conventionele instrumenten. Hoewel dit protocol de optimalisatie van de precursorconcentratie in de synthese van fallypride laat zien, kan de techniek worden gebruikt om andere omstandigheden en andere radiofarmaceutica te optimaliseren.

Begin met het fabriceren van batches van multi-reaction microdroplet chips van vier inch silicium wafers met behulp van standaard fotolithografie technieken. In dit protocol wordt de high-throughput optimalisatie van de precursorconcentratie gedemonstreerd met de synthese van de radiofarmaceutische Fallypride. 16 gelijktijdige reacties kunnen op één chip worden uitgevoerd.

De te vergelijken voorwaarden worden in kaart gebracht met de reactielocaties. Bereid een stamoplossing van het reactiemiddel bestaande uit thexylalcohol en acetonitril in een één-op-één volumemengsel. Zorg ervoor dat het volume voldoende is om de geplande verdunningsreeks te maken.

Bereid een voorraadoplossing van 30 microliter precursor in het reactieoplosmiddel met de maximaal te onderzoeken concentratie. Voer vanuit de precursorvoorraadoplossing en het reactieoplosmiddel twee keer seriële verdunningen uit in een set microcentrifugebuizen om de verschillende concentraties van de precursoroplossing voor te bereiden. Bereid een andere set microcentrifugebuizen voor om elk ruw reactieproduct te verzamelen met behulp van een permanente marker om elke buis met een uniek nummer te labelen.

Zorg ervoor dat het totale aantal microcentrifugebuizen overeenkomt met het aantal omstandigheden vermenigvuldigd met het aantal replica’s. Bereid een voorraad van 10 milliliter opvangoplossing voor die bestaat uit negen tot één methanol tot gedeioneerd water. Aliquot 50 microliter van elk in een extra set van 16 microcentrifugebuizen gelabeld als opvangoplossing.

Bereid een fluoridevoorraadoplossing door ongeveer zeven millicuries van de fluoridebron te mengen met 56 microliter tetrabutylammoniumbicarbonaat van 75 millimolar en te verdunnen met DI-water tot 140 microliter. Laad met behulp van een micropipet een druppel fluoridevoorraadoplossing van acht microliter op de eerste reactievlek van een chip met meerdere reacties. Meet de activiteit van de chip door deze in een dosiskalibrator te plaatsen en noteer het tijdstip waarop de meting wordt uitgevoerd.

Verwijder de chip uit de dosiskalibrator en laad een druppel fluoridevoorraadoplossing van acht microliter op de tweede reactievlek. Meet de activiteit op de chip en noteer het tijdstip waarop de meting wordt uitgevoerd. Herhaal dit proces voor alle andere reactiesites.

Bereken de activiteit die per reactievlek is geladen door de activiteitsmeting uit te voeren na het laden van de radio-isotoop en de vorige meting af te trekken voordat die locatie werd geladen. Om de multi-reactie chip op de kachel uit te lijnen, voegt u een dunne laag thermische pasta toe bovenop de keramische kachel. Plaats de chip voorzichtig op de kachel met een pincet dat de referentiehoek van de chip uitlijnt met de referentiehoek van de kachel.

De chip moet de kachel met een kleine hoeveelheid overhangen. Verwarm de chip gedurende één minuut door de kachel in het controleprogramma op 105 graden Celsius te zetten om de druppels te verdampen, waardoor een gedroogd residu van fluoride en tetrabutylammoniumbicarbonaat overblijft. Koel vervolgens de chip af door de kachel op 30 graden Celsius te zetten en de koelventilator in te schakelen met het besturingsprogramma.

Voeg met behulp van een micropipet een zes microliteroplossing van fallyprideprecursor toe bovenop het gedroogde residu op de eerste reactieplaats. Herhaal dit voor alle andere reactieplaatsen op de chip. Gebruik het optimalisatieplan om te bepalen welke concentratie van de verdunningsreeks voor elke reactieplaats wordt gebruikt.

Verwarm de chip zeven minuten op 110 graden Celsius met behulp van het besturingsprogramma om de radiofluorinatiereactie uit te voeren, koel vervolgens de chip af door de kachel op 30 graden Celsius te zetten en de koelventilator in te schakelen met het besturingsprogramma. Verzamel het ruwe product op de eerste reactieplaats door 10 microliter opvangoplossing uit de daarvoor bestemde microcentrifugebuis toe te voegen. Na vijf seconden wachten, aspireer het verdunde ruwe product en breng het over naar de overeenkomstige verzamelmicrocentrifugebuis.

Herhaal dit proces in totaal vier keer met dezelfde pipetpunt en sluit vervolgens de microcentrifugebuis. Herhaal deze stappen om het ruwe product van alle andere reactieplaatsen op de chip te verzamelen. Om de inzamelingsefficiëntie voor de eerste reactie op de chip te bepalen, plaatst u de microcentrifugebuis met het verzamelde ruwe product van de eerste reactievlek in de dosiskalibrator om de activiteit te meten.

Noteer de meting en het tijdstip van de meting. Herhaal dit proces voor elk van de verzamelde ruwe producten. Bereken de inzamelingsefficiëntie door de activiteit van het verzamelde ruwe product te delen door de startactiviteit die voor dezelfde reactieplaats wordt gemeten.

Herhaal dit voor alle andere reactieplaatsen op de chip. Analyseer vervolgens de samenstelling van elk verzameld ruw product. Teken met een potlood een lijn op 15 millimeter afstand van de onderrand van de TLC-plaat en een andere lijn op 50 millimeter afstand van dezelfde rand.

De eerste lijn is de oorsprongslijn en de tweede is de oplosmiddel frontlinie. Teken acht kleine X’s langs de oorsprongslijn op vijf millimeter afstand om de monsterspotpositie voor elk van de acht rijstroken te definiëren. Breng met behulp van een micropipet 0,5 microliter van het eerste ruwe product over op de TLC-plaat bij de X voor de eerste rijstrook.

Herhaal dit voor extra ruwe producten en wacht tot de vlekken zijn opgedroogd. Ontwikkel elke TLC-plaat met behulp van een mobiele fase van 60% acetonitril in 25 millimol ammoniumformaat met 1%TEA totdat het oplosmiddelfront de voorlijn van het oplosmiddel bereikt. Verwijder op dat moment de TLC-plaat uit de kamer en wacht tot het oplosmiddel op de TLC-plaat is droog, plaats de TLC-plaat vervolgens in het Cerenkov-beeldvormingssysteem en bedek deze met een glazen microscoopschuif.

Verkrijg een radioactiviteitsbeeld van elke TLC-plaat door het Cerenkov-beeldvormingssysteem in te stellen op een belichting van vijf minuten, selecteer vervolgens het geproduceerde bestand van het beeld op de TLC-plaat en voer standaard beeldcorrecties uit. Gebruik interessegebiedanalyse voor de eerste rijstrook van de eerste TLC-plaat. Teken regio’s rond elke band die zichtbaar is in de rijstrook en bereken vervolgens de fractie van de geïntegreerde intensiteit van elke regio in vergelijking met de totale geïntegreerde intensiteit van alle regio’s.

Bepaal de fluorinatie-efficiëntie als de fractie van activiteit in de Fallypride-band. Herhaal deze analyse voor alle andere rijstroken op alle TLC-platen. Bereken vervolgens de ruwe radiochemische opbrengst voor elke reactie en kies de optimale precursorconcentratie door de ruwe radiochemische opbrengst te onderzoeken als functie van de precursorconcentratie.

Optimalisatiestudies van de radiofarmaceutische Fallypride werden uitgevoerd door verschillende precursorconcentratie in thexylalcoholacetonitril. De reacties werden uitgevoerd bij 110 graden Celsius per zeven minuten. De efficiëntie van de inzameling en de samenstelling van de monsters worden hier weergegeven.

De fluorinatie-efficiëntie nam toe met een toenemende precursorconcentratie en de concentratie ongeacteerd fluoride nam af. Er was een kleine hoeveelheid radioactief nevenproduct bij lage precursorconcentraties, die niet werd gevormd bij de hogere precursorconcentraties. De inzamelingsefficiëntie was voor de meeste omstandigheden bijna kwantitatief, hoewel deze bij lage precursorconcentraties licht daalde.

De hoogste ruwe radiochemische opbrengst werd bereikt met een precursorconcentratie van 39 millimolar. Bij deze toestand was de fluorinatie-efficiëntie 96%De ruwe RCY was 87% en er was geen waargenomen radioactieve zijproductvorming. Het is van cruciaal belang om een kaartplan te hebben van welke reactietoestand overeenkomt met welke reactiedruppel op de chip en om reagensbuizen en productinzamelingsbuizen met een passend label te hebben die tijdens het experiment dubbel kunnen worden gecontroleerd.

De procedure kan worden gebruikt voor de optimalisatie van andere reactieomstandigheden, zoals de hoeveelheid basis, het type oplosmiddel of het reactievolume. Het kan ook worden gebruikt om de synthese van andere radiofarmaceutica te optimaliseren.