Title (eng)
Establishment and optimization of the radiosyntheses of Gallium-68 labeled compounds using microwave and microfluidic devices
Parallel title (deu)
Errichtung und Optimierung der Radiosynthesen von Gallium-68 markierten Verbindungen mittels Mikrowellen- und mikrofluiden Geräten
Author
Erwin Schaier
Advisor
Wolfgang Wadsak
Assessor
Wolfgang Wadsak
Abstract (deu)
Die Bedeutung der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) als Bildgebungsmethode für physiologische und pathologische Prozesse ist drastisch über die letzten Jahre gestiegen. Eine Hauptanwendung dieser nicht-invasiven Methode ist die Diagnose von Tumoren und deren Metastasen. Unter den häufig verwendeten PET-Nukliden ist Gallium-68 aufgrund seiner vorteilhaften Halbwertszeit und guten Verfügbarkeit zunehmend attraktiv geworden. Letztere ist durch das 68Ge/68Ga-Generator-System möglich, welche, im Gegensatz zu anderen PET-Nukliden, durch ein Zyklotron produziert werden. Mit der neuesten Entwicklung einiger 68Ga-markierten Radiotracer und ihrer klinischen Anwendung ist die Nutzbarkeit verschiedener Synthese-Geräte von Interesse, um höhere radiochemische Ausbeuten in kurzer Zeit zu erzielen. Unter diesen Methoden scheint die Radiomarkierung durch ein Mikrowellen- oder ein mikrofluides System vielversprechend für den klinischen Alltag zu sein.
Bestrahlung mit Mikrowellen weist einige Vorsteile gegenüber konventionellen Heizmethoden auf, wie z.B. die hohe Zeiteffizienz oder minimale Temperaturgradienten innerhalb der Reaktionslösung. Mikrowellen-unterstützte Synthese kann bemerkenswert hohe Ausbeuten erreichen oder Synthesen erlauben, welche für gewöhnlich mit herkömmlichen Heizmethoden oft nicht realisierbar sind.
Der mikrofluide Ansatz mittels eines Durchfluss-Reaktors erlaubt hohe Konversionsraten durch ein hohes Oberflächen- zu Volumenverhältnis und das Erhitzen über den Siedepunkt. Ferner könnten mikrofluide Ansätze die Möglichkeit für ein „dose-on-demand“-Konzept bieten, bei welchem genau definierte Aktivitäten auf Abruf produziert werden können.
Diese Masterarbeit umfasst die Synthese von [68Ga]Ga-PSMA-11, [68Ga]Ga-DOTA-NOC und [68Ga]Ga-NODAGA-RGDyk mit einer PET-Labormikrowelle. Hierzu wurden diese 68Ga-Radiotracer unter Variation verschiedener Reaktionsparameter, wie Precursor-Konzentration, Temperatur und Mikrowellenleistung hergestellt. Diese Parameter wurden soweit möglich optimiert. Hierbei konnten herausragende Umsatzraten unter der Verwendung geringster Precursor-Mengen vor Allem für [68Ga]Ga-PSMA-11 und [68Ga]Ga-NODAGA-RGDyk erzielt werden.
Zusätzlich wurden PSMA-11 und NODAGA-RGDyk über einen mikrofluiden „flow-through“ Reaktor 68Ga-markiert. Auch hier konnten exzellente Umsatzraten erzielt werden. Folglich sind beide Methoden nützliche Optionen für Spezial- oder Routineanforderungen in der Radionuklidmarkierung mit Gallium-68.
Abstract (eng)
The role of positron emission tomography (PET) as an imaging tool for physiological and pathological processes has increased drastically over the last years. A main application of this noninvasive technique is the diagnosis of tumors and their metastases. Among the commonly used PET nuclides gallium-68 has become increasingly attractive for radiolabeling due to its advantageous half-life and good availability of this nuclide. The latter is facilitated by the 68Ge/68Ga-generator system, in contrast to other PET nuclides produced by a cyclotron. With the recent development of several 68Ga-labeled radiotracers and their following clinical use, the availability of different synthesizing devices to obtain higher radiochemical yields within a short time has become a topic of interest. Among these techniques, microwave-assisted complexation and radiolabeling using a microfluidic system could be promising methods for clinical routine.
Microwave irradiation has several advantages over regular heating methods such as a highly time-efficient heating and minimal temperature gradients within the reaction solution. Microwave assisted synthesis can result in remarkably high yields or enables syntheses, which are usually not feasible using conventional heating methods.
The microfluidic approach using a flow through reactor allows an increased conversion rate due to a high surface to volume ratio and the heating over the boiling point of the solvent. Furthermore, microfluidic modalities may offer the production of radiotracers according to a dose on demand concept.
The scope of this master thesis includes the microwave-assisted synthesis of [68Ga]Ga-PSMA-11, [68Ga]Ga-DOTA-NOC and [68Ga]Ga-NODAGA-RGDyk. For this purpose, these gallium-68 radiotracers were produced by variation of different reaction parameters like precursor concentration and applied power. These parameters were optimized as far as possible. As a result, outstanding conversion rates have been achieved using minimal precursor amounts, especially for [68Ga]Ga-PSMA-11 and [68Ga]Ga-NODAGA-RGDyk.
Additionally, PSMA-11 and NODAGA-RGDyk were 68Ga-labeled using a microfluidic flow-through reactor. Here excellent conversion rates were achieved as well. Hence, both methods are useful options for special or routine demands in radiolabeling with gallium-68.
Keywords (eng)
radiochemistrynuclear medicinegallium-68radiotracer /microwavemicrofluidicsPSMADOTANOCNODAGA
Keywords (deu)
RadiochemieNuklearmedizinGallium-68RadiotracerMikrowelleMikrofluidicsPSMADOTANOCNODAGA
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1364652
rdau:P60550 (deu)
iv, 57 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Number of pages
64
Association (deu)
Title (eng)
Establishment and optimization of the radiosyntheses of Gallium-68 labeled compounds using microwave and microfluidic devices
Parallel title (deu)
Errichtung und Optimierung der Radiosynthesen von Gallium-68 markierten Verbindungen mittels Mikrowellen- und mikrofluiden Geräten
Author
Erwin Schaier
Abstract (deu)
Die Bedeutung der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) als Bildgebungsmethode für physiologische und pathologische Prozesse ist drastisch über die letzten Jahre gestiegen. Eine Hauptanwendung dieser nicht-invasiven Methode ist die Diagnose von Tumoren und deren Metastasen. Unter den häufig verwendeten PET-Nukliden ist Gallium-68 aufgrund seiner vorteilhaften Halbwertszeit und guten Verfügbarkeit zunehmend attraktiv geworden. Letztere ist durch das 68Ge/68Ga-Generator-System möglich, welche, im Gegensatz zu anderen PET-Nukliden, durch ein Zyklotron produziert werden. Mit der neuesten Entwicklung einiger 68Ga-markierten Radiotracer und ihrer klinischen Anwendung ist die Nutzbarkeit verschiedener Synthese-Geräte von Interesse, um höhere radiochemische Ausbeuten in kurzer Zeit zu erzielen. Unter diesen Methoden scheint die Radiomarkierung durch ein Mikrowellen- oder ein mikrofluides System vielversprechend für den klinischen Alltag zu sein.
Bestrahlung mit Mikrowellen weist einige Vorsteile gegenüber konventionellen Heizmethoden auf, wie z.B. die hohe Zeiteffizienz oder minimale Temperaturgradienten innerhalb der Reaktionslösung. Mikrowellen-unterstützte Synthese kann bemerkenswert hohe Ausbeuten erreichen oder Synthesen erlauben, welche für gewöhnlich mit herkömmlichen Heizmethoden oft nicht realisierbar sind.
Der mikrofluide Ansatz mittels eines Durchfluss-Reaktors erlaubt hohe Konversionsraten durch ein hohes Oberflächen- zu Volumenverhältnis und das Erhitzen über den Siedepunkt. Ferner könnten mikrofluide Ansätze die Möglichkeit für ein „dose-on-demand“-Konzept bieten, bei welchem genau definierte Aktivitäten auf Abruf produziert werden können.
Diese Masterarbeit umfasst die Synthese von [68Ga]Ga-PSMA-11, [68Ga]Ga-DOTA-NOC und [68Ga]Ga-NODAGA-RGDyk mit einer PET-Labormikrowelle. Hierzu wurden diese 68Ga-Radiotracer unter Variation verschiedener Reaktionsparameter, wie Precursor-Konzentration, Temperatur und Mikrowellenleistung hergestellt. Diese Parameter wurden soweit möglich optimiert. Hierbei konnten herausragende Umsatzraten unter der Verwendung geringster Precursor-Mengen vor Allem für [68Ga]Ga-PSMA-11 und [68Ga]Ga-NODAGA-RGDyk erzielt werden.
Zusätzlich wurden PSMA-11 und NODAGA-RGDyk über einen mikrofluiden „flow-through“ Reaktor 68Ga-markiert. Auch hier konnten exzellente Umsatzraten erzielt werden. Folglich sind beide Methoden nützliche Optionen für Spezial- oder Routineanforderungen in der Radionuklidmarkierung mit Gallium-68.
Abstract (eng)
The role of positron emission tomography (PET) as an imaging tool for physiological and pathological processes has increased drastically over the last years. A main application of this noninvasive technique is the diagnosis of tumors and their metastases. Among the commonly used PET nuclides gallium-68 has become increasingly attractive for radiolabeling due to its advantageous half-life and good availability of this nuclide. The latter is facilitated by the 68Ge/68Ga-generator system, in contrast to other PET nuclides produced by a cyclotron. With the recent development of several 68Ga-labeled radiotracers and their following clinical use, the availability of different synthesizing devices to obtain higher radiochemical yields within a short time has become a topic of interest. Among these techniques, microwave-assisted complexation and radiolabeling using a microfluidic system could be promising methods for clinical routine.
Microwave irradiation has several advantages over regular heating methods such as a highly time-efficient heating and minimal temperature gradients within the reaction solution. Microwave assisted synthesis can result in remarkably high yields or enables syntheses, which are usually not feasible using conventional heating methods.
The microfluidic approach using a flow through reactor allows an increased conversion rate due to a high surface to volume ratio and the heating over the boiling point of the solvent. Furthermore, microfluidic modalities may offer the production of radiotracers according to a dose on demand concept.
The scope of this master thesis includes the microwave-assisted synthesis of [68Ga]Ga-PSMA-11, [68Ga]Ga-DOTA-NOC and [68Ga]Ga-NODAGA-RGDyk. For this purpose, these gallium-68 radiotracers were produced by variation of different reaction parameters like precursor concentration and applied power. These parameters were optimized as far as possible. As a result, outstanding conversion rates have been achieved using minimal precursor amounts, especially for [68Ga]Ga-PSMA-11 and [68Ga]Ga-NODAGA-RGDyk.
Additionally, PSMA-11 and NODAGA-RGDyk were 68Ga-labeled using a microfluidic flow-through reactor. Here excellent conversion rates were achieved as well. Hence, both methods are useful options for special or routine demands in radiolabeling with gallium-68.
Keywords (eng)
radiochemistrynuclear medicinegallium-68radiotracer /microwavemicrofluidicsPSMADOTANOCNODAGA
Keywords (deu)
RadiochemieNuklearmedizinGallium-68RadiotracerMikrowelleMikrofluidicsPSMADOTANOCNODAGA
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1364653
Number of pages
64
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