Микролитр

Oct 24, 2023

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 10263 (2022) Цитировать эту статью

1172 Доступа

3 цитаты

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Растущее число индикаторов позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), разрабатываемых для помощи в разработке лекарств и создании новых диагностических средств, привело к увеличению потребности в разработке и оптимизации радиосинтеза. Современные инструменты радиосинтеза предназначены для производства крупномасштабных клинических партий и часто ограничиваются выполнением одного синтеза, прежде чем их необходимо обеззараживать, ожидая распада радионуклидов, с последующей тщательной очисткой или утилизацией компонентов синтезатора. Хотя с помощью некоторых радиосинтезаторов можно выполнить несколько последовательных радиосинтезов в день, ни один из них не допускает параллельных радиосинтезов. Пропускная способность одного или нескольких экспериментов в день не очень подходит для экспериментов по быстрой оптимизации. Чтобы преодолеть эти ограничения, мы используем преимущества капельной радиохимии для создания новой платформы для высокопроизводительных экспериментов в области радиохимии. Эта система содержит массив из 4 нагревателей, каждый из которых используется для нагрева набора из 16 реакций на небольшом чипе, что позволяет проводить 64 параллельные реакции для быстрой оптимизации условий на любой стадии многостадийного процесса радиосинтеза. В качестве примера мы изучаем синтез нескольких радиофармпрепаратов, меченных 18F ([18F]флумазенил, [18F]PBR06, [18F]фаллиприд и [18F]FEPPA), проводя > 800 экспериментов для изучения влияния параметров, включая тип основания, количество основания, количество предшественника, растворитель, температура реакции и время реакции. Эксперименты проводились всего за 15 экспериментальных дней, а небольшой объем (~ 10 мкл по сравнению с масштабом обычных инструментов ~ 1 мл) потреблял примерно в 100 раз меньше прекурсора на одну точку данных. Этот новый метод открывает путь к более комплексным исследованиям по оптимизации в радиохимии и существенно сокращает сроки разработки индикаторов ПЭТ.

В области молекулярной визуализации созданы позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) и однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ)1 для визуализации и количественной оценки биохимических процессов у живых людей. Использование биологически активных молекул, меченных короткоживущими радионуклидами, позволяет проводить такую ​​визуализацию неинвазивно на уровне всего тела. ПЭТ используется в широком спектре исследований на мелких животных и людях, чтобы помочь понять пути заболевания2,3, измерить фармакокинетику, подтвердить биологические эффекты новых терапевтических соединений4,5, отслеживать прогрессирование заболевания или контролировать реакцию на лечение6,7,8 . Общие радиоизотопы, используемые в ПЭТ, включают, среди прочего, C-11 (t1/2 = 20,4 мин), F-18 (t1/2 = 109,8 мин) и Ga-68 (t1/2 = 67,7 мин).

Радиофармацевтические препараты обычно готовят с использованием автоматических синтезаторов, чтобы ограничить радиационное воздействие на персонал и улучшить воспроизводимость9. Подготовка партии радиофармпрепарата является дорогостоящей из-за высокой стоимости радиосинтезатора, радиационной защиты, реагентов, радиоизотопа и квалифицированного персонала. Эти затраты значительно умножаются на исследования по оптимизации, которые требуют выполнения множества синтезов в разных условиях. Более того, большинство радиосинтезаторов рассчитаны только на один или несколько последовательных радиосинтезов в день, поэтому исследования по оптимизации могут занять недели или месяцы, что еще больше увеличивает затраты на рабочую силу, использование ресурсов и стоимость радиоизотопов.

Недавно было описано несколько подходов, позволяющих значительно повысить производительность радиохимических экспериментов. Чжан и др. проводили реакции без радиоактивности, но имитировали сверхнизкие концентрации, связанные с радионуклидами, и использовали высокую чувствительность анализа ЖХ-МС/МС для оценки выхода продукта10. Хотя отказ от использования радиоактивности увеличил производительность экспериментов, использование обычных объемов реакций по-прежнему требовало значительного времени и реагентов для получения каждой точки данных. В качестве альтернативы микрофлюидные платформы и миниатюризированные методы радиохимии открывают многообещающие возможности для увеличения производительности при минимизации потребления реагентов11,12,13,14 за счет заимствования концепций из высокопроизводительных экспериментов в органической химии15,16,17. Несколько групп показали, что десятки мелкомасштабных радиохимических реакций (т.е. 10 мкл каждая по сравнению с примерно 0,5–2,0 мл, используемыми в традиционных установках) могут быть последовательно выполнены с использованием платформ капиллярных реакторов проточной химии с сбором и анализом сырых продуктов в автономном режиме18. ,19,20,21. В то время как такие параметры, как температура и скорость потока реагентов, можно легко изучить с высокой производительностью, другие, такие как растворитель реакции или условия сушки/активации [18F]фторида, не могут быть изучены. Другая платформа оптимизации использовала микрофлюидный чип из полидиметилсилоксана (ПДМС) для приготовления сверхмалых партий (~ 100 нл каждая) для скрининга водных условий радиомечения белков, но была ограничена различными соотношениями реагентов и pH 22,23.