Title (eng)
Optimization of [18F]fluoride activation for microfluidic radiosynthesis
Parallel title (deu)
Optimierung der Aktivierung von [18F]Fluorid für die mikrofluide Radiosynthese
Author
Maximilian Emberger
Advisor
Wolfgang Wadsak
Assessor
Wolfgang Wadsak
Abstract (deu)
Ziel
Diese Arbeit beschäftigte sich mit der Anwendung neuer Elutionslösungen zur Abtrennung von im Zyklotron produzierten [18F]Fluorid von Wasser. Das Ziel war es, eine Elutionslösung zu finden, welche die azeotrope Trocknung nach der Elution zum Akitivieren des [18F]Fluorids für nukleophile Radiofluorinierung minimiert oder vermeidet. Ein besonderer Fokus lag auf der Anwendbarkeit für ein mikrofluides Reaktionssystem, da konventionelle Lösungen gelegentlich die Reaktoren verstopfen.
Methoden
Elutionslösungen A bis F wurden mit Kryptofix® 222 (58.4 µmol/ml) und Kaliumcarbonat (32.6 µmol/ml) mit Acetonitril und einem Wasseranteil von 0 % bis 20 % hergestellt. Elutionslösung WA enthielt Kaliumhydroxid (167 µmol/ml) und Kryptofix® 222 (250 µmol/ml) in reinem Acetonitril. Tetrabutylammoniumhydroxid (56.3 µmol/ml) und Tetraethylammoniumbicarbonat (78.4 µmol/ml) wurden in 80/20 (v/v) Acetonitril und Wasser verwendet.
Elutionsprofile wurden bei vier verschiedenen Säulen durchgeführt: 30-PS-HCO3- (Macherey-Nagel), Sep-Pak AccelPlus QMA Plus Light (Waters) und Fluoride Trap & Release (25 mg oder 9 mg Füllmenge; ORTG Inc.).
Radiosynthesen von [18F]FE@SUPPY und [18F]FE@SUPPY:2 wurden zur Bestimmung der Reaktivität des eluierten [18F]Fluorids herangezogen. Getrocknetes [18F]Fluorid wurde mit einer Vorläuferlösung in Acetonitril (15 mg/ml Tos@SUPPY oder 20 mg/ml Tos@SUPPY:2) bei 75 °C für 20 Minuten erhitzt und danach die Reaktion mit Wasser gestoppt. Mikrofluide Synthesen von [18F]FE@SUPPY:2 wurden automatisiert im Advion NanoTek® System mit 5 mg/ml Tos@SUPPY:2 in Acetonitril bei Temperaturen von 150 – 170 °C und einer Gesamtpumpengeschwindigkeit von 60 µl/min durchgeführt. Reinheit wurde mittels radio-HPLC und der radiochemische Inkorporationsrate mittels radio-DC bestimmt.
Ergebnisse
Die Reduktion des Wasseranteils der üblich verwendeten Lösung von 20 % auf 1 % verminderte die Elutionseffizienz nur gering (93.7 ± 0.0 % verglichen mit 98.0 ± 1.5 %; Säule: PS-HCO3-; Volumen: 1 ml). Lösung WA eluierte in der gleichen Anordnung 98.4 ± 0.8 % [18F]Fluorid, während die TBAH Lösung 97.2 ± 0.6 % und die TEAB Lösung 94.4 ± 3.8 % von der Säule entfernte. Manuelle [18F]FE@SUPPY:2 Radiosynthese zeigte unter konventionellen Bedingungen hohe Standardabweichungen bei 250 µl Reaktionsvolumen (15.7 ± 13.5 % für azeotrop getrocknetes Eluat der Lösung A; n=9), während bei 500 µl Reaktionsvolumen nur TBAH Lösung ohne azeotrope Trocknung einen höhere Einbaurate als die Standardbedingungen aufwies (32.8 ± 6.5 % Verbesserung). Für [18F]FE@SUPPY Radiosynthesen konnte keine verbesserte Methode gefunden werden.
Während bei der mikrofluiden Radiosynthese von [18F]FE@SUPPY:2 bei konventionellen Bedingungen (Lösung A, 160 °C, 60 µl/min Gesamtpumpengeschwindigkeit, azeotrope Trockung) eine Einbaurate von 82.2 ± 23.4 % erzielt wurde, konnte mit Einsatz von TBAH Lösung diese auf 97.5 ± 1.2 % gesteigert werden.
Conclusio
Einige der untersuchten Elutionslösungen eluierten [18F]Fluorid ausreichend. In den manuellen Radiosynthesen konnte keine reproduzierbare signifikante Erhöhung der Reaktivität erreicht werden. In den mikrofluiden Radiosynthesen zeigte nur die TBAH Lösung eine erhöhte Einbaurate während die azeotrope Trocknung sich in allen Reaktionen als wichtig erwies.
Abstract (eng)
Aim
This thesis investigated the use of novel elution solutions for separation of cyclotron-produced [18F]fluoride from water. The aim was to find an elution solution that avoids or minimizes the azeotropic drying step following the elution to activate the [18F]fluoride for nucleophilic radiofluorination. A special focus was on the applicability into a microfluidic reaction system as conventional solutions cause occasional clogging of the reactors.
Methods
Elution solutions A through F were prepared with Kryptofix® 222 (58.4 µmol/ml) and potassium carbonate (32.6 µmol/ml) with acetonitrile and a water content from 0 % to 20 %. Elution solution WA contained potassium hydroxide (167 µmol/ml) and Kryptofix® 222 (250 µmol/ml) in pure acetonitrile. Tetrabutylammonium hydroxide (56.3 µmol/ml) and tetraethylammonium bicarbonate (78.4 µmol/ml) were used in 80/20 (v/v) acetonitrile and water.
Elution profiles were generated for four different columns: 30-PS-HCO3- (Macherey-Nagel), Sep-Pak AccelPlus QMA Plus Light (Waters) and Fluoride Trap & Release (25 mg and 9 mg sorbent; ORTG Inc.).
[18F]FE@SUPPY and [18F]FE@SUPPY:2 radiosyntheses were used for indicating the reactivity of eluted [18F]fluoride. Dried [18F]fluoride was heated with an acetonitrile precursor solution (15 mg/ml Tos@SUPPY or 20 mg/ml Tos@SUPPY:2) at 75 °C for 20 minutes and the reaction was quenched with water. Microfluidic syntheses of [18F]FE@SUPPY:2 were conducted in the automated Advion NanoTek® system with 5 mg/ml Tos@SUPPY:2 in acetonitrile at temperatures from 150 – 170 °C and an overall pump rate during the reaction of 60 µl/min. Purity was determined via radio-HPLC and the radiochemical incorporation yield was determined via radio-TLC.
Results
Reducing the water content in conventional elution solutions from 20 % to 1 % only slightly impaired the elution efficiency (93.7 ± 0.0 % compared to 98.0 ± 1.5 %; column: PS-HCO3-; volume: 1 ml). In the same setup, solution WA eluted 98.4 ± 0.8 %, TBAH solution eluted 97.2 ± 0.6 % and TEAB solution eluted 94.4 ± 3.8 % of [18F]fluoride.
Manual [18F]FE@SUPPY:2 radiosynthesis with conventional conditions showed high standard deviations with 250 µl reaction volume (15.7 ± 13.5 % for azeotropic dried eluate from solution A; n=9), while at 500 µl reaction volume, only TBAH solution without azeotropic drying proved to be more efficient than standard conditions (32.8 ± 6.5 % improvement). No improved method could be found for [18F]FE@SUPPY radiosyntheses.
While microfluidic radiosynthesis of [18F]FE@SUPPY:2 achieved 82.2 ± 23.4 % incorporation rate under conventional conditions (solution A, 160 °C, 60 µl/min overall pump rate, azeotropic drying), use of TBAH solution increased the conversion to 97.5 ± 1.2 %.
Conclusion
Several of the investigated elution solutions sufficiently eluted [18F]fluoride. In manual vessel-based radiosyntheses, no reproducible significant increase in reactivity could be achieved. In microfluidic radiosyntheses, TBAH solution increased the incorporation yield and azeotropic drying proved to be essential in all reactions.
Keywords (eng)
[18F]fluoridePETradiosynthesismicrofluidicsFE@SUPPYFE@SUPPY:2
Keywords (deu)
[18F]FluoridPETRadiosyntheseMikrofluidikFE@SUPPYFE@SUPPY:2
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1315536
rdau:P60550 (deu)
67 S.
Number of pages
67
Association (deu)
Title (eng)
Optimization of [18F]fluoride activation for microfluidic radiosynthesis
Parallel title (deu)
Optimierung der Aktivierung von [18F]Fluorid für die mikrofluide Radiosynthese
Author
Maximilian Emberger
Abstract (deu)
Ziel
Diese Arbeit beschäftigte sich mit der Anwendung neuer Elutionslösungen zur Abtrennung von im Zyklotron produzierten [18F]Fluorid von Wasser. Das Ziel war es, eine Elutionslösung zu finden, welche die azeotrope Trocknung nach der Elution zum Akitivieren des [18F]Fluorids für nukleophile Radiofluorinierung minimiert oder vermeidet. Ein besonderer Fokus lag auf der Anwendbarkeit für ein mikrofluides Reaktionssystem, da konventionelle Lösungen gelegentlich die Reaktoren verstopfen.
Methoden
Elutionslösungen A bis F wurden mit Kryptofix® 222 (58.4 µmol/ml) und Kaliumcarbonat (32.6 µmol/ml) mit Acetonitril und einem Wasseranteil von 0 % bis 20 % hergestellt. Elutionslösung WA enthielt Kaliumhydroxid (167 µmol/ml) und Kryptofix® 222 (250 µmol/ml) in reinem Acetonitril. Tetrabutylammoniumhydroxid (56.3 µmol/ml) und Tetraethylammoniumbicarbonat (78.4 µmol/ml) wurden in 80/20 (v/v) Acetonitril und Wasser verwendet.
Elutionsprofile wurden bei vier verschiedenen Säulen durchgeführt: 30-PS-HCO3- (Macherey-Nagel), Sep-Pak AccelPlus QMA Plus Light (Waters) und Fluoride Trap & Release (25 mg oder 9 mg Füllmenge; ORTG Inc.).
Radiosynthesen von [18F]FE@SUPPY und [18F]FE@SUPPY:2 wurden zur Bestimmung der Reaktivität des eluierten [18F]Fluorids herangezogen. Getrocknetes [18F]Fluorid wurde mit einer Vorläuferlösung in Acetonitril (15 mg/ml Tos@SUPPY oder 20 mg/ml Tos@SUPPY:2) bei 75 °C für 20 Minuten erhitzt und danach die Reaktion mit Wasser gestoppt. Mikrofluide Synthesen von [18F]FE@SUPPY:2 wurden automatisiert im Advion NanoTek® System mit 5 mg/ml Tos@SUPPY:2 in Acetonitril bei Temperaturen von 150 – 170 °C und einer Gesamtpumpengeschwindigkeit von 60 µl/min durchgeführt. Reinheit wurde mittels radio-HPLC und der radiochemische Inkorporationsrate mittels radio-DC bestimmt.
Ergebnisse
Die Reduktion des Wasseranteils der üblich verwendeten Lösung von 20 % auf 1 % verminderte die Elutionseffizienz nur gering (93.7 ± 0.0 % verglichen mit 98.0 ± 1.5 %; Säule: PS-HCO3-; Volumen: 1 ml). Lösung WA eluierte in der gleichen Anordnung 98.4 ± 0.8 % [18F]Fluorid, während die TBAH Lösung 97.2 ± 0.6 % und die TEAB Lösung 94.4 ± 3.8 % von der Säule entfernte. Manuelle [18F]FE@SUPPY:2 Radiosynthese zeigte unter konventionellen Bedingungen hohe Standardabweichungen bei 250 µl Reaktionsvolumen (15.7 ± 13.5 % für azeotrop getrocknetes Eluat der Lösung A; n=9), während bei 500 µl Reaktionsvolumen nur TBAH Lösung ohne azeotrope Trocknung einen höhere Einbaurate als die Standardbedingungen aufwies (32.8 ± 6.5 % Verbesserung). Für [18F]FE@SUPPY Radiosynthesen konnte keine verbesserte Methode gefunden werden.
Während bei der mikrofluiden Radiosynthese von [18F]FE@SUPPY:2 bei konventionellen Bedingungen (Lösung A, 160 °C, 60 µl/min Gesamtpumpengeschwindigkeit, azeotrope Trockung) eine Einbaurate von 82.2 ± 23.4 % erzielt wurde, konnte mit Einsatz von TBAH Lösung diese auf 97.5 ± 1.2 % gesteigert werden.
Conclusio
Einige der untersuchten Elutionslösungen eluierten [18F]Fluorid ausreichend. In den manuellen Radiosynthesen konnte keine reproduzierbare signifikante Erhöhung der Reaktivität erreicht werden. In den mikrofluiden Radiosynthesen zeigte nur die TBAH Lösung eine erhöhte Einbaurate während die azeotrope Trocknung sich in allen Reaktionen als wichtig erwies.
Abstract (eng)
Aim
This thesis investigated the use of novel elution solutions for separation of cyclotron-produced [18F]fluoride from water. The aim was to find an elution solution that avoids or minimizes the azeotropic drying step following the elution to activate the [18F]fluoride for nucleophilic radiofluorination. A special focus was on the applicability into a microfluidic reaction system as conventional solutions cause occasional clogging of the reactors.
Methods
Elution solutions A through F were prepared with Kryptofix® 222 (58.4 µmol/ml) and potassium carbonate (32.6 µmol/ml) with acetonitrile and a water content from 0 % to 20 %. Elution solution WA contained potassium hydroxide (167 µmol/ml) and Kryptofix® 222 (250 µmol/ml) in pure acetonitrile. Tetrabutylammonium hydroxide (56.3 µmol/ml) and tetraethylammonium bicarbonate (78.4 µmol/ml) were used in 80/20 (v/v) acetonitrile and water.
Elution profiles were generated for four different columns: 30-PS-HCO3- (Macherey-Nagel), Sep-Pak AccelPlus QMA Plus Light (Waters) and Fluoride Trap & Release (25 mg and 9 mg sorbent; ORTG Inc.).
[18F]FE@SUPPY and [18F]FE@SUPPY:2 radiosyntheses were used for indicating the reactivity of eluted [18F]fluoride. Dried [18F]fluoride was heated with an acetonitrile precursor solution (15 mg/ml Tos@SUPPY or 20 mg/ml Tos@SUPPY:2) at 75 °C for 20 minutes and the reaction was quenched with water. Microfluidic syntheses of [18F]FE@SUPPY:2 were conducted in the automated Advion NanoTek® system with 5 mg/ml Tos@SUPPY:2 in acetonitrile at temperatures from 150 – 170 °C and an overall pump rate during the reaction of 60 µl/min. Purity was determined via radio-HPLC and the radiochemical incorporation yield was determined via radio-TLC.
Results
Reducing the water content in conventional elution solutions from 20 % to 1 % only slightly impaired the elution efficiency (93.7 ± 0.0 % compared to 98.0 ± 1.5 %; column: PS-HCO3-; volume: 1 ml). In the same setup, solution WA eluted 98.4 ± 0.8 %, TBAH solution eluted 97.2 ± 0.6 % and TEAB solution eluted 94.4 ± 3.8 % of [18F]fluoride.
Manual [18F]FE@SUPPY:2 radiosynthesis with conventional conditions showed high standard deviations with 250 µl reaction volume (15.7 ± 13.5 % for azeotropic dried eluate from solution A; n=9), while at 500 µl reaction volume, only TBAH solution without azeotropic drying proved to be more efficient than standard conditions (32.8 ± 6.5 % improvement). No improved method could be found for [18F]FE@SUPPY radiosyntheses.
While microfluidic radiosynthesis of [18F]FE@SUPPY:2 achieved 82.2 ± 23.4 % incorporation rate under conventional conditions (solution A, 160 °C, 60 µl/min overall pump rate, azeotropic drying), use of TBAH solution increased the conversion to 97.5 ± 1.2 %.
Conclusion
Several of the investigated elution solutions sufficiently eluted [18F]fluoride. In manual vessel-based radiosyntheses, no reproducible significant increase in reactivity could be achieved. In microfluidic radiosyntheses, TBAH solution increased the incorporation yield and azeotropic drying proved to be essential in all reactions.
Keywords (eng)
[18F]fluoridePETradiosynthesismicrofluidicsFE@SUPPYFE@SUPPY:2
Keywords (deu)
[18F]FluoridPETRadiosyntheseMikrofluidikFE@SUPPYFE@SUPPY:2
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