Optimering av radiokemiska reaktioner med droplet arrays

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.