DE102009016493A1

DE102009016493A1 - Verfahren zur Reinigung kleiner Mengen chemischer Substanzen

Info

Publication number: DE102009016493A1
Application number: DE200910016493
Authority: DE
Inventors: Tuomo Dr. Nikula; Konstantin Dr. Zhernosekov
Original assignee: ITM Isotopen Technologien Muenchen AG
Current assignee: ITM Isotopen Technologien Muenchen AG
Priority date: 2009-04-06
Filing date: 2009-04-06
Publication date: 2010-10-14

Abstract

Verfahren zur Reinigung von chemischen Substanzen, umfassend Bereitstellen eines Trägers mit einer stationären Phase; Beladen des Trägers mit einer chemischen Substanz durch in Kontakt bringen des Trägers mit einem in einer ersten Richtung gerichteten Fluidstrom, der die chemische Substanz umfasst; Reinigen der chemischen Substanz mittels eines Fluidstroms, der ein Reinigungsmittel umfasst; Eluieren der chemischen Substanz aus dem Träger durch in Kontakt bringen des Trägers mit einem in einer zweiten Richtung gerichteten Fluidstrom, der ein Elutionsmittel umfasst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung kleiner Mengen chemischer Substanzen.
Radiomarkierte Biomoleküle und insbesondere radiomarkierte Peptide werden häufig zur Diagnose und Therapie verwendet. Vor einer Verabreichung an einen Patienten werden die Biomoleküle in der Regel mit einem chromatographischen Verfahren gereinigt, um darin enthaltene, für die Behandlung unspezifische Nuklide und andere unerwünschte Verunreinigungen zu entfernen. Typischerweise bleiben bei der Reinigung geringe Mengen der radiomar kierten Moleküle in der chromatographischen Einrichtung, wie beispielsweise einer Chromatographiesäule zurück.
Die Menge der in der Säule zurückbleibenden radiomarkierten Molekülen hängt von Faktoren, wie dem Volumen der Säule, der Bindungsstärke der hydrophoben Verbindungen, mit welchen die radiomarkierten Moleküle an der stationären Phase der Säule gebunden werden, der Art und Menge des Elutionsmittels und der Menge der verwendeten radiomarkierten Moleküle ab.
Bei der Zubereitung einer Dosis eines Radiopharmazeutikums für therapeutische Zwecke wird in der Regel eine so große Menge radiomarkierter Biomoleküle zusammen mit einer so großen Menge an Elutionsmittel verwendet, dass der nach der Reinigung und Elution in der Säule verbleibende Rest der radiomarkierten Biomoleküle vernachlässigbar ist.
Bei der Zubereitung einer Dosis eines Radiopharmazeutikums für diagnostische Zwecke wird jedoch eine wesentlich geringere Menge von Biomolekülen verwendet. Der Anteil der radiomarkierten Biomoleküle, die nach dem Eluieren in der Säule zurückbleibt, steigt dann deutlich an und kann bis zu 30% der Gesamtmenge, der zur Zubereitung der Dosis verwendeten radiomarkierten Biomoleküle umfassen. Eine derartige große Abweichung von der ursprünglichen Menge der radiomarkierten Biomoleküle kann dazu führen, dass die radioaktive Strahlungsdosis des verabreichten Radiopharmazeutikums von der ursprünglich beabsichtigten Dosis deutlich abweicht nicht mehr ausreichend ist.
Darüber hinaus ist für den Reinigungsprozess, der beispielsweise in einer C-18 Säule durchgeführt werden kann, die Verwendung von reinem Alkohol erforderlich. Dadurch wird die maximale Menge des Elutionsmittels (auf typischerweise 0,5 ml) begrenzt, da der Alkoholgehalt im Radiopharmazeutikum aufgrund der beabsichtigten Injektion in einen Patienten beschränkt werden muss und weniger als 10% betragen sollte. Daher kann die Menge des Elutionsmittels zur Erreichung einer höheren Ausbeute an radiomarkierten Molekülen beim Eluieren nicht beliebig erhöht werden.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Reinigungsverfahren und eine entsprechende Vorrichtung bereitzustellen, mit der geringe Mengen chemischer Substanzen mit höherer Ausbeute und mit einem geringeren Anteil von an der stationären Phase des Trägers zurückbleibenden Molekülen gereinigt werden können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit Merkmalen des Anspruchs 7.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind den Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Reinigung von chemischen Substanzen bereitgestellt, welches die Schritte eines Bereitstellens eines Trägers mit einer stationären Phase, Beladens des Trägers mit einer chemischen Substanz durch in Kontakt bringen des Trägers mit einem in eine erste Richtung gerichteten Fluidstrom, der die chemische Substanz umfasst, Reinigens der chemischen Substanz mittels eines weiteren Fluidstroms, der ein Reinigungsmittel umfasst, und Eluierens der chemischen Substanz aus dem Träger durch in Kontaktbringen des Trägers mit einem in einer zweiten Richtung gerichteten Fluidstrom umfasst, der ein Elutionsmittel aufweist, wobei sich die erste Richtung und die zweite Richtung unterscheiden.
Beim Beladen des Trägers wird die höchste Konzentration der an den Träger gebundenen Moleküle der chemischen Substanz an den zuerst mit den im Fluidstrom enthaltenen Molekülen in Berührung kommenden Bereichen des Trägers, d. h. an der Oberfläche und Bereichen des Trägers, die sich Nahe an der Oberfläche befinden, erhalten, während die Konzentration von der Oberfläche ins Innere des Trägers in Richtung des zum Beladen verwendeten Fluidstroms abnimmt, so dass gegebenenfalls im von der Oberfläche entfernten hinteren Bereich des Trägers keine adsorbierten Moleküle vorhanden sind. Diese Konzentrationsverteilung wird insbesondere bei kleinen Mengen von Molekülen spürbar.
Wird erfindungsgemäß das Eluieren in einer anderen Richtung als das Beladen ausgeführt, müssen die im vorderen Bereich des Trägers und an der Oberfläche adsorbierten radiomar kierten Moleküle nicht den gesamten Träger durchqueren, sondern können auf einem vorzugsweise kürzeren Weg aus dem Träger eluiert werden, wodurch der Anteil der im Träger zurückbleibenden Moleküle verringert werden kann.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können somit chemische Substanzen, wie beispielsweise radiomarkierte Moleküle mit einem geringeren Verlust gereinigt und eluiert werden.
Vorzugsweise sind die erste und die zweite Richtung der Fluidströme zum Beladen und zum Eluieren der radiomarkierten Moleküle entgegengesetzt. Jedoch können auch Fluidströme, die einen stumpfen Winkel, insbesondere einen Winkel zwischen 90° und 180° einschließen, verwendet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Reinigen mit einem in der ersten Richtung gerichteten Fluidstrom. Jedoch kann das Reinigen auch mit einen Fluidstrom erfolgen, der in die zweite Richtung oder in eine andere Richtung führt, die von der ersten und der zweiten Richtung abweicht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren das Anordnen des Trägers in einer Säule und das Beladen des Trägers mit einer chemischen Substanz in einer Richtung der Längsachse der Säule und das Eluieren in der dazu entgegen gesetzten Richtung.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Beladen das Beladen des Trägers mit einer chemischen Substanz, umfassend ein radioaktiv markiertes Molekül, das vorzugsweise ein radioaktiv markiertes Biomolekül ist.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Elutionsmittel ein Lösungsmittel, wie beispielsweise Alkohol, NaCl (0,9%ig).
Erfindungsgemäß wird des Weiteren eine Vorrichtung zur Reinigung von chemischen Substanzen bereitgestellt, welche einen Träger, umfassend eine stationäre Phase, eine erste Zulei tung, um den Träger mit einem in einer ersten Richtung gerichteten Fluidstrom in Kontakt zu bringen, und eine zweite Zuleitung umfasst, um den Träger mit einem in einer zweiten Richtung gerichteten Fluidstrom in Kontakt zu bringen.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine Reinigung von radiomarkierten Molekülen durchgeführt werden, wobei ein Fluidstrom zum Beladen des Trägers mit einer zu reinigenden chemischen Substanz, ein weiterer, ein Reinigungsmittel umfassender Fluidstrom zur Reinigung der chemischen Substanz und ein weiterer, ein Elutionsmittel umfassender Fluidstrom zum Eluieren der gereinigten chemischen Substanz in einem Gegenstromprozess auf bzw. durch den Träger geleitet werden können. Damit kann die Ausbeute an gereinigten chemischen Substanz erhöht bzw. die Menge der am oder im Träger nach dem Eluieren verbleibenden gereinigten Substanz verringert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Träger in einer Säule angeordnet, die ein Ende umfasst, das mit der ersten Zuleitung verbunden ist, und ein zweites Ende umfasst, dass mit der zweiten Zuleitung verbunden ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die erste und die zweite Zuleitung Ventile, insbesondere 3-Wege-Ventile.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Säule eine C-18 Säule oder eine C-8 Säule.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Säule mit einem Träger umfassend eine stationäre Phase aus der Gruppe umfassend Silica, Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Manganoxid und Titanoxid oder einem Gemisch daraus gefüllt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung, in der schematisch eine Reinigungsvorrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform gezeigt ist.
Die Vorrichtung 1 umfasst eine Säule, wie beispielsweise eine C-18 oder C-8 Säule, die mit einem Ende an eine erste Zuleitung 3 und mit dem anderen Ende an eine zweite Zuleitung 5 angeschlossen ist. In der ersten Zuleitung 3 sind zwei 3-Wege-Ventile 7 und 9 und in der zweiten Zuleitung 5 ist ein 3-Wege-Ventil 11 angeordnet. Bei der Säule 1 handelt es sich insbesondere um eine auf Silica als stationärer Phase basierende Säule.
Zur Reinigung von chemischen Substanzen, wie beispielsweise radiomarkierten Molekülen, insbesondere radiomarkierten Peptiden, wird ein erster Fluidstrom, der eine geringe Menge an radiomarkierten Molekülen in flüssiger Form, wie beispielsweise 1 nmol, 5 nmol, 10 nmol, 20 nmol oder 100 nmol, einschließlich zu entfernender, verunreinigender Moleküle umfasst, aus einem Behälter 13 über die entsprechend eingestellten Ventile 7, 9 in der ersten Zuleitung 3 in die Säule 1 zugeführt. In dem ersten Fluidstrom kann darüber hinaus ein Reaktionsmedium, wie beispielsweise eine Pufferlösung enthalten sein. Die radiomarkierten Moleküle werden mit der höchsten Konzentration am Eingang der Säule 1, der in Richtung der Zuleitung 3 orientiert ist, adsorbiert, während mit zunehmender Entfernung vom Eingang ins Innere der Säule 1 die Konzentration der adsorbierten radiomarkierten Moleküle abnimmt. Dies gilt insbesondere für einen Fluidstrom, der lediglich eine geringe Menge radiomarkierter Moleküle umfasst. Die Adsorption der Moleküle an der stationären Phase kann beispielsweise durch eine polare Bindung oder Ionenaustausch erfolgen.
Zum Reinigen der Biomoleküle wird das erste Ventil 7 in der ersten Zuleitung 3 so gestellt, dass die Säule 1 mit einem Behälter 15 verbunden ist, der ein Reinigungsmittel (Pufferlösung) enthält, wie beispielsweise eine Kochsalzlösung, Acetat-Puffer oder Wasser. Das Reinigungsmittel wird in derselben Richtung, wie der erste zum Beladen der Säule 1 verwendete Fluidstrom, durch die Säule 1 geführt und dann weiter in einen Aufnahmebehälter 17 geleitet. Mit dem Reinigungsmittel werden zumindest einige, bevorzugt jedoch alle nicht erwünschten Bestandteile oder Moleküle aus der Säule 1 gewaschen, während die radiomarkierten Peptide an der stationären Phase des Trägers in der Säule 1 adsorbiert bleiben.
Zum Eluieren der gereinigten radiomarkierten Peptide wird in einem weiteren Schritt ein zweiter Fluidstrom, der ein Elutionsmittel, wie beispielsweise flüssigen Alkohol umfasst, aus einem weiteren Behälter 19 nach entsprechender Einstellung der Ventile 11 und 9 durch die zweite Zuleitung 5 in der zum ersten Fluidstrom entgegen gesetzten Richtung durch die Säule 1 geleitet und in einem an das zweite Ventil 9 in der ersten Zuleitung 3 angeschlossenen Behälter 21 gesammelt. Das Elutionsmittel umfasst beim Austritt aus der Säule 1 die darin gelösten radiomarkierten Moleküle, die ebenfalls in dem Behälter 21 gesammelt werden.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren müssen die radiomarkierten Moleküle beim Eluieren nicht die gesamte Säule 1 durchqueren, was insbesondere bei einer geringen Menge von zu reinigenden Molekülen nach dem Eluieren einen hohen Restanteil an radiomarkierten Molekülen in der Säule zur Folge hätte, da diese vorwiegend am der Zuleitung 3 zugewandten Ende adsorbiert werden, aber beim Eluieren die gesamte Säule 1 durchqueren müssen, bevor sie am anderen Ende aus der Säule 1 austreten können, wodurch die Wahrscheinlichkeit für ein Zurückbleiben in der Säule erhöht ist.
Mit der erfindungsgemäßen Gegenstrommethode kann die Menge an gereinigten radiomarkierten Molekülen im Verhältnis zur Menge der in die Säule zugeführten radiomarkierten Moleküle gegenüber herkömmlichen Verfahren, bei welchen das Beladen und Eluieren der Säule in derselben Richtung erfolgt, deutlich erhöht werden, da die adsorbierten Moleküle nur die kurze Strecke zum Ende der Säule 1 an der Zuleitung 3 zurücklegen müssen, um aus der Säule eluiert werden zu können.
An der beschriebenen beispielhaften Vorrichtung können zahlreiche Modifikationen vorgenommen werden, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen.
Das erfindungsgemäße Prinzip kann auch in anderen, gegebenenfalls automatisierten, Trennungsprozessen und entsprechenden Vorrichtungen verwendet werden, bei welchen die zu reinigende chemische Substanz beispielsweise lediglich in einer Schicht auf der Vorderseite eines Trägers absorbiert wird (beispielsweise durch hydrophobe Matrizen, Ionenaustausch, polare Absorption und wobei Verunreinigungen keine oder nur eine sehr beschränkte Wechselwirkung mit der Matrix in Gegenwart eines Reinigungsmittels aufweisen, während die gereinigte chemische Substanz mit einem anderen Elutionsmittel eluiert werden kann.
Das erfindungsgemäße Prinzip einer Verwendung von Fluidströmen mit unterschiedlichen Richtungen zum Beladen des Trägers und zum Eluieren könnte dann so abgewandelt werden, dass beim Beladen des Trägers und beim Reinigen und Eluieren nur die Vorderseite oder Oberfläche des Trägers, an der sich die adsorbierten Moleküle befinden, mit den entsprechenden Fluidströmen in Kontakt kommen. In diesem Fall wäre eine Verwendung von Fluidströmen mit unterschiedlichen Richtungen nicht unbedingt erforderlich. Stattdessen könnten die Fluidströme zum Beladen, Reinigen und Eluieren auch in derselben Richtung auf die Oberfläche des Trägers gerichtet werden.
Die oben beschriebenen Merkmale und Eigenschaften der Erfindung können in beliebigen Kombinationen für die Erfindung von Bedeutung sein.

Claims

Verfahren zur Reinigung von chemischen Substanzen, umfassend: – Bereitstellen eines Trägers mit einer stationären Phase; – Beladen des Trägers mit einer chemischen Substanz durch in Kontakt bringen des Trägers mit einem in einer ersten Richtung gerichteten Fluidstrom, der die chemische Substanz umfasst; – Reinigen der chemischen Substanz mittels eines Fluidstroms, der ein Reinigungsmittel umfasst; – Eluieren der chemischen Substanz aus dem Träger durch in Kontakt bringen des Trägers mit einem in einer zweiten Richtung gerichteten Fluidstrom, der ein Elutionsmittel umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Richtung entgegengesetzt sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Reinigen mit einem in der ersten Richtung gerichteten Fluidstrom erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren das Anordnen des Trägers in einer Säule (1), das Beladen des Trägers mit einem Fluidstrom in einer Richtung parallel zu einer Längsachse der Säule (1) und das Eluieren mit einem Fluidstrom in der entgegengesetzten Richtung umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Beladen das Beladen des Trägers mit einer chemischen Substanz, umfassend ein radioaktiv markiertes Molekül, umfassend ein Biomolekül, umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Lösungsmittel Alkohohl umfasst.
Vorrichtung zur Reinigung von chemischen Substanzen, umfassend: – einen Träger, umfassend eine stationäre Phase; – eine erste Zuleitung (3), um den Träger mit einem in einer ersten Richtung gerichteten Fluidstrom in Kontakt zu bringen; – eine zweite Zuleitung (5), um den Träger mit einem in einer zweiten Richtung gerichteten Fluidstrom in Kontakt zu bringen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Träger in einer Säule (1) angeordnet ist, die ein Ende umfasst, das mit der ersten Zuleitung (3) verbunden ist, und ein zweites Ende umfasst, das mit der zweiten Zuleitung (5) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei der die erste und die zweite Zuleitung (3, 5) Ventile (7, 9, 11) zum Anschluss von Behältern (13, 15, 17, 19, 21) umfassen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei die Säule (1) eine C-18 Säule oder eine C-8 Säule ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Säule (1) mit einer stationären Phase aus der Gruppe umfassend Silica, Aluminiumoxid (Al₂O₃), Zirkoniumoxid (ZiO₃), Manganoxid (MnO₂) und Titanoxid (TiO₂) oder einem Gemisch daraus gefüllt ist.