Chip microfluídico que puede sintetizar moléculas marcadas radiactivamente en una escala adecuada para la obtención de imágenes en seres humanos con tomografía por emisión de positrones.

Dispositivo microfluídico integrado, automático que comprende:

un chip de reacción química que comprende:

un sustrato que comprende una red microfluídica de canales de flujo; y

una cámara de reacción cilíndrica que tiene una razón de diámetro con respecto a altura mayor de aproximadamente 3 y que comprende al menos un canal de entrada y un canal de salida, estando configurada la cámara de reacción para estar en comunicación de fluido con al menos un canal de flujo;

caracterizado por:

un orificio de ventilación que comprende al menos dos extremos abiertos y configurado para ser adyacente a la cámara de reacción para la evaporación de disolvente desde la cámara de reacción, comprendiendo el orificio de ventilación un radiador de canales separados de la cámara de reacción por una membrana permeable a los gases.

Chip microfluídico que puede sintetizar moléculas marcadas radiactivamente en una escala adecuada para la obtención de imágenes en seres humanos con tomografía por emisión de positrones.

Campo de la invención La presente invención se refiere a dispositivos microfluídicos y tecnologías relacionadas, y a procesos químicos que usan los dispositivos. Más específicamente, la solicitud también da a conocer la síntesis de compuestos radiactivos para la obtención de imágenes, tal como mediante PET, de una forma rápida, eficaz y compacta.

Antecedentes de la invención Se han desarrollado módulos de síntesis a gran escala y se han usado para la preparación de varios compuestos radiofarmacéuticos, incluyendo 2-desoxi-2-[F-18]-fluoro-D-glucosa (FDG) y 3'-desoxi-3'-[F-18]-fluorotimidina (FLT) . Tales módulos o reactores ocupan una gran cantidad de espacio y el proceso químico requiere ciclos con tiempos de reacción más largos que los deseados para la preparación de los compuestos marcados. Estos módulos y reactores también son difíciles de modificar para la investigación y el desarrollo de nuevos compuestos y sondas. Pero su principal inconveniente es que las reacciones tienen lugar con eficacia reducida que se produce por la tremenda dilución de los reactivos necesaria sólo para la manipulación de líquidos macroscópicos.

Tseng, et al. del Department of Molecular and Medical Pharmacology, UCLA han desarrollado un chip microfluídico anterior. Este chip microfluídico puede producir [F-18]FDG a una escala de 58 microcurios (!Ci) . Sin embargo, el diseño y la configuración de este chip microfluídico tienen ciertas limitaciones, y el chip no permite la preparación del producto marcado a una escala significativamente mayor.

La síntesis de la sonda molecular marcada con [F-18], 2-desoxi-2-[F-18]-fluoro-D-glucosa (FDG) se basa en tres procedimientos sintéticos secuenciales principales: (i) concentración de la disolución de [F-18]fluoruro diluida (110 ppm) que se obtiene a partir del bombardeo de [O-18]agua en un ciclotrón; (ii) sustitución con [F-18]fluoruro del precursor de triflato de manosa; y (iii) hidrólisis ácida del producto intermedio fluorado. En la actualidad, FDG se produce de manera rutinaria en un tiempo de procesamiento (o tiempo de ciclo) de aproximadamente 50 minutos usando sintetizadores comerciales macroscópicos caros (por ejemplo, > 100.000 dólares) . Estos sintetizadores consisten, en parte, en una bomba de HPLC, válvulas mecánicas, cámaras de reacción a base de vidrio y columnas de intercambio iónico. El tamaño físico de estas unidades es de aproximadamente 80 cm x 40 cm x 60 cm.

Inevitablemente, se obtiene una disminución considerable en los rendimientos radioquímicos de la sonda resultante a partir de estos sintetizadores comerciales debido a los largos tiempos de procesamiento, a las bajas concentraciones de reactivo y a la corta semivida de [F-18]flúor (tl/2 = 109, 7 min.) . Además, puesto que el sistema de automatización comercializado se construye para la síntesis macroscópica, el procedimiento requiere el consumo de una gran cantidad de reactivos valiosos (por ejemplo triflato de manosa) , lo que es ineficaz y poco económico para realizar una investigación a escala más pequeña. Por ejemplo, la radiactividad requerida para la obtención de imágenes mediante FDG-PET de un único paciente es de aproximadamente 20 mCi, lo que corresponde a aproximadamente 240 ng de FDG. Sin embargo, para aplicaciones de obtención de imágenes de animales pequeños, tales como para un ratón, sólo se requieren aproximadamente 200 !Ci o menos de FDG.

Por consiguiente, existe una necesidad de desarrollar sistemas y dispositivos más pequeños o miniaturizados que puedan procesar tales cantidades pequeñas de sondas moleculares. Además, existe la necesidad de sistemas tales que puedan acelerar el procesamiento químico para reducir el procesamiento o los tiempos de ciclo globales, simplificando los procedimientos de procesamiento químico, y al mismo tiempo, proporcionar flexibilidad para producir una amplia gama de sondas, biomarcadores y fármacos marcados o análogos de fármacos, de manera económica. Estos dispositivos miniaturizados pueden emplear polímeros, tales como elastómeros de tipo PDMS que son inertes en las condiciones de reacción.

Los sintetizadores a gran escala comerciales (por ejemplo Explora y CPCU) pueden preparar hasta 50 dosis en una operación de tamaño de laboratorio. A escala más pequeña, Tseng, et. al. en la Universidad de California, Los Íngeles han dado a conocer un chip microfluídico. Se ha demostrado que el chip microfluídico produce 58 microcurios de FDG en una única serie. Sin embargo, el diseño de este chip microfluídico es tal que no puede ampliarse a escala en más de 1500 veces que es lo que se requiere para lograr un nivel de actividad deseado de 100 mCi. Además, el diseño particular del proceso de reacción no permite un aumento significativo en la producción o el rendimiento.

Además de la incapacidad para ampliar a escala el chip microfluídico de UCLA, el diseño inherente del chip también limita la carga de actividad de reactivo, limitando de ese modo el rendimiento de la reacción. Es decir, el chip microfluídico requiere más de 1 hora para cargar una actividad mínima (500 microcurios) en la resina de intercambio, lo que es un periodo inaceptable de tiempo de procesamiento, dada la corta semivida de F-18.

El documento WO 03/024597 proporciona y es un ejemplo de un sistema de manipulación de fluidos a microescala de la técnica anterior. Un dispositivo de múltiples capas incluye al menos un sustrato polimérico con una estructura fluídica a microescala formada en una primera superficie y un orifico pasante a microescala que se extiende desde la estructura fluídica a microescala hasta una superficie opuesta del sustrato.

El documento US 2003/008308 A1 da a conocer dispositivos microfluídicos que se ocupan particularmente de reacciones cíclicas térmicas. Los dispositivos incluyen un canal giratorio con varias regiones de diferente temperatura. Las disoluciones que pasan a través del canal se exponen a una variedad de temperaturas según lo requiera la reacción que está realizándose.

El documento WO 02/40874 da a conocer dispositivos microfluídicos que emplean varios componentes elastoméricos incluyendo un canal de flujo principal, varios canales de flujo de derivación y canales de control. Se muestran segmentos elastoméricos que sirven como válvulas, que pueden desviarse o retraerse desde uno de los canales de flujo en respuesta a una fuerza de accionamiento.

El documento US 2003/175947 da a conocer un dispositivo en el que el cambio del volumen de una cavidad de gas dentro de un dispositivo microfluídico potencia el mezclado y la cinética de reacción. Se aplica frecuencia sónica a la cavidad de gas dando como resultado fenómenos de microflujo continuo. En un dispositivo, la cavidad de gas está conectada de manera fluida a un canal microfluídico y se cambia el volumen de la cavidad (por ejemplo, calentando y enfriando el gas en la misma) , lo que produce flujo de oscilación dentro del canal microfluídico.

Tal como se da a conocer en la presente solicitud, el diseño del dispositivo microfluídico supera esta limitación de rendimiento además de otras varias ventajas. En particular, el dispositivo puede producir la cantidad deseada de radiactividad en un periodo de tiempo corto (5 minutos) , y el diseño del dispositivo no tiene factores internos que limiten cualquier parámetro.

Sumario de la invención Según la invención, un dispositivo microfluídico integrado, automático comprende las características expuestas en la reivindicación 1 adjunta al presente documento.

Según un segundo aspecto de la invención, un método de síntesis de compuestos químicos comprende las etapas expuestas en la reivindicación 19 adjunta al presente documento.

En una realización, los dispositivos microfluídicos dados a conocer en la presente solicitud permiten el procesamiento eficaz de reacciones químicas a microescala. En un aspecto particular, los dispositivos microfluídicos permiten la síntesis de moléculas marcadas con F-18 para la obtención de imágenes mediante PET de una manera eficaz y compacta, y también permiten que el procedimiento se lleve a cabo en un corto periodo de tiempo. Los dispositivos microfluídicos se diseñan como dispositivos universales; es decir, son dispositivos fácilmente modificables adecuados para la preparación de muchas sondas... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo microfluídico integrado, automático que comprende: un chip de reacción química que comprende: un sustrato que comprende una red microfluídica de canales de flujo; y una cámara de reacción cilíndrica que tiene una razón de diámetro con respecto a altura mayor de aproximadamente 3 y que comprende al menos un canal de entrada y un canal de salida, estando configurada la cámara de reacción para estar en comunicación de fluido con al menos un canal de flujo;

caracterizado por: un orificio de ventilación que comprende al menos dos extremos abiertos y configurado para ser adyacente a la cámara de reacción para la evaporación de disolvente desde la cámara de reacción, comprendiendo el orificio de ventilación un radiador de canales separados de la cámara de reacción por una membrana permeable a los gases.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que el chip comprende además;

un colector que comprende canales de entrada de múltiples orificios y válvulas configuradas para controlar el flujo de un reactivo y/o un disolvente en comunicación de fluido con la cámara de reacción; una bomba interconectada operativamente y en comunicación de fluido con el canal de flujo para bombear fluidos a través del canal de flujo; y comprendiendo además el dispositivo; una columna a microescala integrada con el chip y configurada para el flujo de líquido desde la columna hasta al menos un canal de flujo, y controlándose el flujo de fluido al interior de la columna mediante válvulas en chip; y al menos dos válvulas en chip para controlar el flujo de fluido en el dispositivo microfluídico.

3. Dispositivo según la reivindicación 2, en el que la cámara está diseñada para tener 250 !m de altura con un diámetro de al menos 5 mm.

4. Dispositivo según la reivindicación 2, en el que la cámara tiene un volumen de contención de al menos 5 !l.

5. Dispositivo según la reivindicación 2, en el que la columna está configurada para estar fuera de chip.

6. Dispositivo según la reivindicación 2, en el que al menos una de las válvulas en chip comprende un conjunto de válvulas dobles configuradas en serie y en proximidad cercana entre sí, siendo las válvulas dobles dos válvulas configuradas consecutivamente y en una proximidad entre sí de aproximadamente 300 micrómetros, y estando configuradas para ser válvulas de "reserva".

7. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que el orificio de ventilación está configurado por encima de la cámara de reacción.

8. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que el orificio de ventilación comprende al menos dos extremos abiertos configurados para eliminar vapores del chip.

9. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que el orificio de ventilación está configurado por debajo de la cámara de reacción.

10. Dispositivo según la reivindicación 2, en el que el colector comprende canales de entrada de al menos 6 orificios conectados a la cámara de reacción.

11. Dispositivo según la reivindicación 2, en el que la longitud de los canales que se extienden desde el colector hasta cada uno de los orificios que se abren hacia la cámara es sustancialmente igual.

12. Dispositivo según la reivindicación 2, que comprende:

dos o más entradas de canal a la cámara de reacción en ángulos obtusos o agudos con respecto a una tangente de la cámara de reacción; y válvulas dobles configuradas en todos los canales de entrada y salida que están en comunicación de fluido con la cámara de reacción; en el que: los canales de entrada y salida son curvilíneos; y los canales de entrada están configurados para ser más anchos que los canales de salida.

13. Dispositivo según la reivindicación 2, que comprende además un canal de control cerrado plano configurado con la cámara de reacción para mezclar el contenido de la cámara de reacción.

14. Dispositivo según la reivindicación 13, en el que el canal cerrado forma una mezcladora ascendente configurada con la cámara de reacción.

15. Dispositivo según la reivindicación 13, que comprende además un canal en serpentín cerrado hacia el canal de control configurado bajo la cámara de reacción para mezclar el contenido de la cámara de reacción.

16. Dispositivo según la reivindicación 9, que comprende además un canal en serpentín cerrado bajo la cámara de reacción, y configurado junto con el orificio de ventilación para formar un radiador doble para mezclar el contenido de la cámara de reacción.

17. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que la cámara de reacción tiene una razón de diámetro con respecto a altura mayor de aproximadamente 10.

18. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que el chip de reacción química está fabricado de material elastomérico y comprende además medios para aplicar pulsos de presión a los canales de entrada.

19. Método de síntesis de compuestos químicos que comprende proporcionar un chip de reacción química que comprende:

un sustrato que comprende una red microfluídica de canales de flujo; y una cámara de reacción cilíndrica que tiene una razón de diámetro con respecto a altura mayor de aproximadamente 3 y que comprende al menos un canal de entrada y un canal de salida, estando configurada la cámara de reacción para estar en comunicación de fluido con al menos un canal de flujo;

hacer pasar al menos una disolución de reactante a la cámara de reacción a través de al menos un canal de entrada;

retirar una disolución de producto de la cámara de reacción a través de al menos un canal de salida, y caracterizado por:

aplicar un vacío a la cámara de reacción a través de un orificio de ventilación, comprendiendo el orificio de ventilación al menos dos extremos abiertos y estando configurado para ser adyacente a la cámara de reacción para la evaporación de disolvente desde la cámara de reacción, comprendiendo el orificio de ventilación un radiador de canales separados de la cámara de reacción por una membrana permeable a los gases.

20. Método según la reivindicación 19, que comprende mezclar reactantes en la cámara proporcionando el chip de reacción química fabricado de material elastomérico y aplicar pulsos de presión a los canales de entrada produciendo de ese modo la expansión y contracción de la cámara de reacción.

21. Método según cualquiera de las reivindicaciones 19 ó 20, en el que el compuesto químico es un compuesto radiofarmacéutico.

22. Método según la reivindicación 19, en el que la evaporación de disolvente es evaporación a vacío.