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Oct 24, 2023

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 10263 (2022) Citar este artigo

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O número crescente de traçadores de tomografia por emissão de pósitrons (PET) sendo desenvolvidos para auxiliar no desenvolvimento de medicamentos e criar novos diagnósticos levou a uma necessidade crescente de desenvolvimento e otimização de radiossíntese. Os instrumentos de radiossíntese atuais são projetados para produzir lotes clínicos em larga escala e muitas vezes são limitados a realizar uma única síntese antes de serem descontaminados, aguardando o decaimento do radionuclídeo, seguido de limpeza completa ou descarte dos componentes do sintetizador. Embora com alguns radiossintetizadores seja possível realizar algumas radiossínteses sequenciais em um dia, nenhum permite radiossínteses paralelas. A taxa de transferência de um ou alguns experimentos por dia não é adequada para experimentos de otimização rápida. Para combater essas limitações, aproveitamos as vantagens da radioquímica de gotículas para criar uma nova plataforma para experimentação de alto rendimento em radioquímica. Este sistema contém uma matriz de 4 aquecedores, cada um usado para aquecer um conjunto de 16 reações em um pequeno chip, permitindo 64 reações paralelas para a otimização rápida das condições em qualquer estágio de um processo de radiossíntese de várias etapas. Como exemplos, estudamos a síntese de vários radiofármacos marcados com 18F ([18F]Flumazenil, [18F]PBR06, [18F]Fallypride e [18F]FEPPA), realizando > 800 experimentos para explorar a influência de parâmetros, incluindo tipo de base, quantidade de base, quantidade de precursor, solvente, temperatura de reação e tempo de reação. Os experimentos foram realizados em apenas 15 dias de experimento, e o pequeno volume (~ 10 μL em comparação com a escala de ~ 1 mL de instrumentos convencionais) consumiu ~ 100 × menos precursor por ponto de dados. Este novo método abre caminho para estudos de otimização mais abrangentes em radioquímica e encurta substancialmente os cronogramas de desenvolvimento do rastreador PET.

O campo da imagem molecular criou a tomografia por emissão de pósitrons (PET) e a tomografia computadorizada por emissão de fóton único (SPECT)1 para a visualização e quantificação de processos bioquímicos em seres vivos. O uso de moléculas biologicamente ativas marcadas com radionuclídeos de vida curta permite que essas imagens sejam realizadas de forma não invasiva em nível de corpo inteiro. O PET é usado em uma ampla gama de pesquisas em pequenos animais e humanos para ajudar a entender as vias da doença2,3, medir a farmacocinética, confirmar os efeitos biológicos de novos compostos terapêuticos4,5, monitorar a progressão da doença ou monitorar a resposta ao tratamento6,7,8 . Radioisótopos comuns usados ​​em PET incluem C-11 (t1/2 = 20,4 min), F-18 (t1/2 = 109,8 min) e Ga-68 (t1/2 = 67,7 min), entre outros.

Os radiofármacos são normalmente preparados usando sintetizadores automatizados para limitar a exposição do pessoal à radiação e melhorar a reprodutibilidade9. Preparar um lote de um radiofármaco é caro devido ao alto custo do radiosintetizador, blindagem de radiação, reagentes, radioisótopo e pessoal qualificado. Esses custos são muito multiplicados por estudos de otimização, que exigem muitas sínteses para serem realizadas em diferentes condições. Além disso, a maioria dos radiossintetizadores é projetada para apenas uma ou algumas radiossínteses consecutivas por dia, portanto, os estudos de otimização podem levar semanas ou meses, o que aumenta ainda mais o custo de mão de obra, o uso de recursos e o custo do radioisótopo.

Recentemente, várias abordagens foram descritas para melhorar significativamente o rendimento de experimentos de radioquímica. Zhang et ai. realizou reações sem radioatividade, mas imitou as concentrações ultrabaixas associadas aos radionuclídeos e alavancou a alta sensibilidade da análise LC-MS/MS para avaliar o rendimento do produto10. Embora evitar o uso de radioatividade aumentasse o rendimento dos experimentos, a dependência de volumes de reação convencionais ainda consumia tempo e reagentes significativos para obter cada ponto de dados. Como alternativa, plataformas microfluídicas e técnicas de radioquímica miniaturizadas fornecem caminhos promissores para aumentar o rendimento, minimizando o consumo de reagentes11,12,13,14, emprestando conceitos de experimentos de alto rendimento em química orgânica15,16,17. Vários grupos mostraram que dezenas de reações radioquímicas de pequena escala (ou seja, 10s de µL cada, em comparação com os ~ 0,5–2,0 mL usados ​​em configurações convencionais) podem ser realizadas sequencialmente usando plataformas de reatores capilares de química de fluxo com produtos brutos coletados e analisados ​​offline18 ,19,20,21. Enquanto parâmetros como temperatura e taxas de fluxo de reagentes podem ser prontamente estudados de maneira de alto rendimento, outros, como solvente de reação ou as condições para a secagem/ativação do [18F]fluoreto, não podem. Outra plataforma de otimização usou um chip microfluídico de polidimetilsiloxano (PDMS) para preparar lotes ultrapequenos (~ 100 nL cada) para triagem de condições de radiomarcação de proteínas aquosas, mas foi limitada a proporções variáveis ​​de reagentes e pH22,23.