ड्रॉपलेट सरणी का उपयोग करके रेडियोकेमिकल प्रतिक्रियाओं का अनुकूलन
Summary
यह विधि नैनोमोलीय मात्रा के अनुपयोगी लोगों का उपयोग करके रेडियोफार्मास्यूटिकल्स के तेजी से और किफायती अनुकूलन के लिए बूंद रासायनिक प्रतिक्रियाओं के आधार पर एक उपन्यास उच्च-थ्रूपुट पद्धति के उपयोग का वर्णन करती है।
Abstract
वर्तमान स्वचालित रेडियोसिंथेसाइज़र रेडियोफार्मास्यूटिकल्स के बड़े नैदानिक बैचों का उत्पादन करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। वे प्रतिक्रिया अनुकूलन या उपन्यास रेडियोफार्मास्यूटिकल विकास के लिए अच्छी तरह से अनुकूल नहीं हैं क्योंकि प्रत्येक डेटा बिंदु में महत्वपूर्ण अभिकर्मक खपत शामिल है, और उपकरण के संदूषण के लिए अगले उपयोग से पहले रेडियोधर्मी क्षय के लिए समय की आवश्यकता होती है। इन सीमाओं को संबोधित करने के लिए, समानांतर में लघु बूंद-आधारित प्रतिक्रियाओं के प्रदर्शन के लिए एक मंच विकसित किया गया था, प्रत्येक पैटर्न वाले पॉलीटेट्राफ्लोरोएथिलीन-लेपित सिलिकॉन “चिप” पर सतह-तनाव जाल के भीतर सीमित था। ये चिप्स रिएजेंट सांद्रता, प्रतिक्रिया विलायक, प्रतिक्रिया तापमान और समय सहित प्रतिक्रिया मापदंडों के तेजी से और सुविधाजनक अध्ययन सक्षम करते हैं। यह मंच पारंपरिक रेडियोसिंथेसाइजर का उपयोग करके महीनों लेने के बजाय, न्यूनतम अभिकर्मक खपत के साथ कुछ दिनों में सैकड़ों प्रतिक्रियाओं को पूरा करने की अनुमति देता है।
Introduction
पॉजिट्रॉन-उत्सर्जन टोमोग्राफी (पीईटी) रेडियोफार्मास्युटिकल्स का व्यापक रूप से वीवो जैव रासायनिक प्रक्रियाओं और अध्ययन रोगों में विशिष्ट निगरानी करने के लिए अनुसंधान उपकरण के रूप में उपयोग किया जाता है, और नई दवाओं और उपचारों के विकास के लिए। इसके अलावा, पीईटी रोग के निदान या मंचन और चिकित्सा1,2,3के लिए एक रोगी की प्रतिक्रिया की निगरानी के लिए एक महत्वपूर्ण उपकरण है । पीईटी रेडियोआइसोटोप (उदाहरण के लिए, फ्लोरीन-18-लेबल रेडियोफार्मास्यूटिकल्स के लिए 110 मिनट) और विकिरण जोखिम के छोटे आधे जीवन के कारण, इन यौगिकों को विकिरण परिरक्षण के पीछे संचालित विशेष स्वचालित प्रणालियों का उपयोग करके तैयार किया जाता है और उपयोग से ठीक पहले तैयार किया जाना चाहिए।
रेडियोफार्मास्यूटिकल्स को संश्लेषित करने के लिए उपयोग की जाने वाली वर्तमान प्रणालियों को बड़े बैचों का उत्पादन करने के लिए डिज़ाइन किया गया है जिन्हें उत्पादन लागत साझा करने के लिए कई व्यक्तिगत खुराकों में विभाजित किया जाता है। जबकि वर्तमान प्रणालियां[18एफ] एफडीजी (क्योंकि एक ही दिन में कई रोगी स्कैन और अनुसंधान प्रयोगों को शेड्यूल किया जा सकता है) जैसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले रेडियोट्रेसर्स के उत्पादन के लिए उपयुक्त हैं, ये प्रणालियां प्रारंभिक चरण के विकास के दौरान उपन्यास रेडियोट्रेसर्स के उत्पादन के लिए बेकार हो सकती हैं, या आमतौर पर इस्तेमाल किए जाने वाले रेडियोट्रेचर। पारंपरिक सिस्टम का उपयोग करने वाले वॉल्यूम आमतौर पर 1-5 एमएल रेंज में होते हैं, और प्रतिक्रियाओं को 1-10 मिलीग्राम रेंज में अग्रदूत राशि की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, पारंपरिक रेडियोसिंथेसाइज़र का उपयोग आम तौर पर अनुकूलन अध्ययन के दौरान बोझिल होता है क्योंकि उपकरण उपयोग के बाद दूषित हो जाता है और उपयोगकर्ता को अगले प्रयोग करने से पहले रेडियोधर्मिता के क्षय होने की प्रतीक्षा करनी चाहिए। उपकरण लागत के अलावा, रेडियोआइसोटोप और अभिकर् प की लागत, इसलिए, कई बैचों के उत्पादन की आवश्यकता वाले अध्ययनों के लिए बहुत महत्वपूर्ण हो सकती है। उदाहरण के लिए, वीवो इमेजिंग अध्ययनों में प्रारंभिक के लिए पर्याप्त उपज और विश्वसनीयता प्राप्त करने के लिए उपन्यास रेडियोट्रेसर्स के लिए संश्लेषण प्रोटोकॉल के अनुकूलन के दौरान यह हो सकता है।
पारंपरिक प्रणालियों पर कई फायदों को भुनाने के लिए रेडियोकेमिस्ट्री में माइक्रोफ्लुइडिक तकनीकों का तेजी से इस्तेमाल किया गया है4,5,6. माइक्रोफ्लुइडिक प्लेटफार्मों, जिनमें 1-10 माइक्रोल प्रतिक्रियाकी मात्रा7,8,9पर आधारित है, ने अभिकर् द्र मात्रा और महंगे अग्रदूतों की खपत के साथ-साथ कम प्रतिक्रिया समय में काफी कमी दिखाई है। इन कटौतियों से कम लागत, तेजी से हीटिंग और वाष्पीकरण कदम, छोटे और अधिक सरल डाउनस्ट्रीम शुद्धिकरण, एक समग्र “हरियाली” रसायन विज्ञान प्रक्रिया10,और उत्पादित रेडियोट्रेसर्स11की उच्च मोलर गतिविधि होती है। ये सुधार प्रत्येक संश्लेषण की अभिकर्षण लागत को कम करके अधिक व्यापक अनुकूलन अध्ययन करने के लिए इसे और अधिक व्यावहारिक बनाते हैं। एक ही दिन में रेडियोआइसोटोप के एक बैच से कई प्रयोग करके आगे लाभ प्राप्त किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, “डिस्कवरी मोड” में काम करने वाले माइक्रोफ्लुइडिक फ्लो केमिस्ट्री रेडियोसिंथेसाइज़र क्रमिक रूप से दर्जनों प्रतिक्रियाएं कर सकते हैं, प्रत्येक का उपयोग करके केवल 10 s μL प्रतिक्रिया मात्रा12।
इन फायदों से प्रेरित होकर, एक बहु-प्रतिक्रिया बूंद सरणी चिप जिसमें माइक्रोवोल्ट प्रतिक्रियाएं सिलिकॉन सतह पर सतह-तनाव जाल की एक सरणी तक सीमित हैं, जो एक पैटर्न वाले टेफ्लॉन कोटिंग का उपयोग करके बनाई गई थी, विकसित की गई थी। ये चिप्स 1-20 माइक्रोन पैमाने पर एक साथ प्रदर्शन करने के लिए कई प्रतिक्रियाओं को सक्षम करते हैं, जिससे प्रति दिन 10s विभिन्न प्रतिक्रिया स्थितियों का पता लगाने की संभावना खुल जाती है, प्रत्येक में कई प्रतिकृति होती है। इस पेपर में, तेजी से और कम लागत वाले रेडियोकेमिस्ट्री अनुकूलन करने के लिए इस नए उच्च-थ्रूपुट दृष्टिकोण की उपयोगिता का प्रदर्शन किया जाता है। बहु-प्रतिक्रिया ड्रॉपलेट चिप्स का उपयोग करने से अभिकर्षक सांद्रता और प्रतिक्रिया विलायक के प्रभाव की सुविधाजनक खोज की अनुमति मिलती है, और कई चिप्स का उपयोग प्रतिक्रिया तापमान और समय के अध्ययन को सक्षम कर सकता है, जबकि अग्रदूत की बहुत कम मात्रा में खपत होती है।
Protocol
Representative Results
Discussion
पारंपरिक रेडियोकेमिस्ट्री सिस्टम की सीमाओं के कारण जो प्रति दिन केवल एक या छोटी संख्या में प्रतिक्रियाओं की अनुमति देते हैं और प्रति डेटा बिंदु पर अभिकर्मकों की एक महत्वपूर्ण मात्रा का उपभोग करते है…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
हम इन अध्ययनों के लिए उदारता से[18एफ] फ्लोराइड और चिप निर्माण के लिए उपकरणों के साथ समर्थन के लिए यूसीएलए नैनोलैब प्रदान करने के लिए यूसीएलए बायोमेडिकल साइक्लोट्रॉन सुविधा और डॉ रोजर स्लेविक और डॉ जूसेपे कार्लुची को धन्यवाद देते हैं।
Materials
| 2,3-dimethyl-2-butanol (thexyl alcohol) | Sigma-Aldrich | 594-60-5 | 98% |
| Acetone | KMG Chemicals | Cleanroom LP grade | |
| Ammonium formate (NH4HCO2) | Sigma-Aldrich | 540-69-2 | 97% |
| Anhydrous acetonitrile (MeCN) | Sigma-Aldrich | 75-05-8 | 99.80% |
| Ceramic heater | Watlow | Utramic CER-1-01-0093 | 25 mm x 25 mm |
| Cerenkov imaging chamber | Custom built | Other instruments can be used for TLC plate readout including: small animal in vivo optical imaging system, 2D radio-TLC scanner, 1D radio-TLC scanner | |
| DI water | Sigma-Aldrich | 7732-18-5 | |
| Disposable transfer pipets, 3 mL | Falcon | 13-680-50 | |
| Dose calibrator | Capintec, Inc. | CRC-25 PET | |
| Fallypride | ABX Advanced Biochemical Compounds | 1560.0010.000 | Fallypride reference standard, >95% |
| [18F]fluoride in [18O]H2O | UCLA Ahmanson Biomedical Cyclotron Facility | Due to short half-life this must be obtained from local radiochemistry lab or commercial radiopharmacy | |
| Glass cover plates (76.2 mm x 50.8 mm x 1 mm thick) | C&A Scientific | 6101 | |
| Headway spin coater | Headway Research, Inc. | PWM50-PS-R790 Sipinner system | PWM50-control box, PS-motor, R790-bowl |
| High temperature oven | Carbolite | HTCR 6 28 | |
| Hot plate | Thermo Scientific | Super-Nuova HP133425 | |
| Isopropanol (IPA) | KMG Chemicals | Cleanroom LP grade | |
| Mask aligner | Karl Suss | MA/BA6 | |
| Methanol (MeOH) | Sigma-Aldrich | 67-56-1 | ≥99.9% |
| Microcentrifuge tube | Eppendorf | 0030 123.301 | 500 µL, colorless, polypropylene |
| Micropipette (0.5-10 µL) | Labnet | BioPette P3940-10 | |
| Micropipette (100-1000 µL) | Labnet | BioPette P3940-1000 | |
| Micropipette (10-100 µL) | Labnet | BioPette P3940-100 | |
| Micropipette tips (0.1-10 µL) | USA Scientific Inc Tips | 11113810 | |
| Micropipette tips (2-200 µL) | BrandTech | 13-889-143 | |
| Micropipette tips (50-1000 µL) | BrandTech | 13-889-145 | |
| Photoresist developer solution | MicroChem | MEGAPOSIT MF-26A | |
| Positive photoresist | MicroChem | MEGAPOSIT 220-7.0 | |
| Reactive-ion etcher (RIE) | Oxford Instruments | Plasma Lab 80 Plus | |
| Silicon wafer cutter | Euro Tool | CSCB-431.00 | |
| Silicon wafer; 4" diameter | Silicon Valley Microelectronics Inc. | 0017227-048 | P type, boron doped, thickness 525 ± 25 µm |
| Teflon AF 2400 | Chemours | D14896765 | 1% solids |
| Tetrabutylammonium bicarbonate (TBAHCO3) | ABX Advanced Biochemical Compounds | 808 | Aqueous solution stabilized with ethanol, 0.075 M |
| Themal conducting paste | OMEGA | OT-201-2 | |
| TLC plates | Merck KGaA | 1.05554.0001 | Silica gel 60 F254, 50 mm x 60 mm, aluminum back |
| Tosyl-fallypride | ABX Advanced Biochemical Compounds | 1550.004.000 | Fallypride precursor, >90% |
| Trimethylamine (TEA) | Sigma-Aldrich | 75-50-3 | ≥ 99% |
| Tweezers | Cole-Parmer | UX-07387-08 | Stainless steel, fine tip |
References
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