Obrazowanie-na podstawie PK/PD u-naczelnych innych niż ludzie

Badania farmakokinetyczne (PK) i farmakodynamiczne (PD) opisują zachowanie eksperymentalnej terapii in vivo oraz związek narażenia z aktywnością biologiczną. W konwencjonalnych badaniach przedklinicznych PK charakteryzuje się poprzez seryjne pomiary stężeń leku w osoczu lub innych matrycach biologicznych, które dają parametry takie jak stężenie maksymalne, ekspozycja w czasie, klirens i-okres półtrwania.

Ekspozycja ogólnoustrojowa nie mówi nam jednak, dokąd lek dociera do organizmu, jak długo pozostaje w tkance docelowej ani czy w miejscu działania farmakologicznego osiągana jest wystarczająca ekspozycja.

Ta luka ma znaczenie w przypadku terapii ukierunkowanych na tkanki ograniczone anatomicznie lub złożone biologicznie, w tym centralny układ nerwowy (OUN), nowotwory, narządy limfatyczne i tkanki objęte stanem zapalnym. Związek może wykazywać odpowiednią ekspozycję w osoczu, słabo penetrując zamierzoną tkankę docelową; umiarkowane stężenia ogólnoustrojowe mogą również współistnieć z długotrwałym zatrzymywaniem tkanki lub zaangażowaniem celu.

Zwłaszcza podejścia PK/PD oparte na obrazowaniuobrazowanie molekularne za pomocą PETzaproponuj inny sposób odpowiedzi na te pytania. Dzięki odpowiednio zaprojektowanym znakowanym radioaktywnie znacznikom lub znakowanym radioaktywnie kandydatom na leki badacze mogą śledzić rozkład przestrzenny i czasowe zachowanie związku in vivo. W połączeniu z modelowaniem kinetycznym obrazowanie-specyficzne dla celu może również rzucić światło na ekspozycję tkanki, wiązanie receptora i odpowiedź farmakodynamiczną.

W przypadku-naczelnych innych niż ludzie (NHP) podejścia oparte na obrazowaniu- są szczególnie przydatne, ponieważ w jednym badaniu można zintegrować ogólnoustrojową farmakokinetykę, dystrybucję w tkankach, biomarkery obrazowania i funkcjonalne punkty końcowe w ramach fizjologicznie istotnego dużego-modelu zwierzęcego.

Tradycyjna PK osocza odpowiada na konkretne pytanie: jak zmienia się w czasie stężenie leku w krążeniu ogólnoustrojowym?

Typowe parametry obejmują Cmax, Tmax, AUC, klirens i końcowy okres półtrwania-. Pomiary te pozostają niezbędne do charakteryzacji dawki i analizy-reakcji na ekspozycję.

Ograniczeniem jest to, że stężenie w osoczu jest pośrednią miarą narażenia w większości miejsc w tkankach.

Na przykład terapia-ukierunkowana na OUN może spowodować uzyskanie mierzalnego stężenia w osoczu przy słabym przekraczaniu bariery krew-mózg. Przeciwciało lub inny lek biologiczny może wykazywać przedłużoną ekspozycję ogólnoustrojową przy nierównomiernym rozmieszczeniu w narządach i tkankach docelowych.

Wskazuje to na prawdziwą różnicę pomiędzynarażenie ogólnoustrojoweIwitryna-prezentacji-akcji.

PK oparte na obrazowaniu uwzględnia część tego wymiaru przestrzennego, generując seryjne pomiary rozmieszczenia znacznika promieniotwórczego w określonych anatomicznie obszarach. Na przykład PET może określić ilościowo radioaktywność w danym obszarze w czasie i, w zależności od znacznika i projektu eksperymentu, oddzielić specyficzny-wychwyt związany z docelowym miejscem od niespecyficznego rozkładu.

Uzyskana informacja nie jest po prostu kolejnym pomiarem PK w osoczu. Jest to wymiar-na poziomie tkanki, który można odczytać równolegle z konwencjonalnymi analizami osocza i tkanek.

Przydatnym sposobem myślenia o tym jest:

PK osocza → narażenie ogólnoustrojowe

Obrazowanie PK → rozkład przestrzenny i kinetyka tkanek

Ukierunkowane obrazowanie → powiązanie-z celem lub zaangażowanie

Obrazowanie PD → odpowiedź biologiczna lub zmiana funkcjonalna

Pomiary te mają charakter uzupełniający, a nie wymienny.

PK oparte na obrazowaniu odnosi się do wykorzystania obrazowania in vivo do scharakteryzowania przestrzennego i czasowego zachowania znakowanego związku, znacznika lub biologicznie istotnej sondy.

PET dobrze nadaje się do tego zastosowania, ponieważ radioznaczniki można wykryć przy bardzo niskich stężeniach i wielokrotnie mierzyć w czasie. W zależności od projektu badania, dane PET mogą dawać rezultatybiodystrybucja-w całym organizmie, wychwyt-specyficzny dla tkanki, krzywe-aktywności w czasie i parametry kinetyczne.

Materiały platformy obrazowania molekularnego w farmakokinetyce, biodystrybucji, zaangażowaniu w cele i farmakodynamice w grupach badań translacyjnych jako wzajemnie powiązane zastosowania obrazowania przedklinicznego. Podkreślają także ilościowy, dynamiczny charakter obrazowania PET i jego ciągłośćobrazowanie klinicznepodchodzi do.

Typowy przebieg pracy w obrazowaniu PK może obejmować:

• Znakowanie radioaktywne lub rozwój znaczników
• Podawanie znakowanego związku
• Dynamiczna lub seryjna akwizycja PET
• Lokalizacja anatomiczna za pomocą PET/CT lub PET/MRI
• Definicja interesujących obszarów tkanek i narządów
• Generowanie krzywych-aktywności w czasie
• Modelowanie kinetyczne i analiza ilościowa
• Integracja z PK osocza i, w stosownych przypadkach, pomiarami tkanki ex vivo

Wybór między obrazowaniem statycznym a dynamicznym zależy od kwestii naukowej. Skany statyczne mogą scharakteryzować dystrybucję tkanek w wybranych punktach czasowych, podczas gdy obrazowanie dynamiczne może pokazać szybkość pobierania, zatrzymywania i usuwania tkanki.

W przypadku zastosowań ilościowych mogą być wymagane dodatkowe informacje, takie jak funkcje wejściowe krwi tętniczej lub żylnej, analiza metabolitów, stabilność znacznika oraz odpowiednie modelowanie kompartmentowe lub graficzne.

PK osocza i PK obrazowania najlepiej rozumieć jako dwa różne, nakładające się pomiary.

To rozróżnienie ma znaczenie przy interpretacji danych obrazowych.

Sygnał PET nie powinien być automatycznie odczytywany jako stężenie nienaruszonego leku macierzystego w tkance. Metabolizm znacznika radioaktywnego, nieswoiste wiązanie, aktywność puli- krwi, stabilność znacznika i efekty częściowej-objętości mogą wpływać na mierzony sygnał, dlatego niezbędna jest odpowiednia walidacja.

W dobrze-zaprojektowanych badaniach dane obrazowe są integrowane z PK osocza, analizą radiometabolitów, pomiarami tkanek ex vivo i testami farmakologicznymi, a nie interpretowane w izolacji.

Obrazowanie może również przyczynić się do oceny farmakodynamicznej.

Tradycyjne pomiary PD obejmują krążące biomarkery, cytokiny, aktywność enzymów, testy obłożenia receptorów, histopatologię i funkcjonalne behawioralne punkty końcowe. Dostarczają dowodów na aktywność biologiczną, ale nie zawsze pokazują, gdzie następuje reakcja.

Farmakodynamika obrazowania, czyli PD oparta na obrazowaniu,-wykorzystuje biomarkery obrazowania molekularnego lub fizjologicznego do charakteryzowania zmian związanych z działaniem leku in vivo.

W zależności od mechanizmu terapeutycznego obrazowanie PD może obejmować:

• zajęcie receptora lub zaangażowanie celu;
• zmiany w aktywności szlaku molekularnego;
• zmiany w perfuzji lub metabolizmie tkanek;
• zmiany aktywności zapalnej;
• zmiany strukturalne lub funkcjonalne związane z chorobą-;
• podłużne zmiany w charakterystyce zmiany lub narządu.

Daje to sekwencję translacyjną, która łączy narażenie z efektem farmakologicznym:

Dawka → Narażenie na osocze → Rozkład tkanek → Dotarcie do celu → Odpowiedź biologiczna

Obserwacja kilku etapów tej sekwencji u tego samego zwierzęcia jest szczególnie przydatna w badaniach NHP.

PET jest najbardziej przydatny, gdy badaną cząsteczkę lub farmakologicznie istotny ligand można znakować radioaktywnie bez zasadniczej zmiany jej zachowania biologicznego.

Typowe radionuklidy obejmują¹⁸F, ¹¹C, ⁶⁴Cu i⁸⁹Zr, z wyborem izotopów w zależności od wielkości cząsteczki, biologicznego-okresu półtrwania, okna obrazowania i chemii znakowania. Materiały referencyjne do obrazowania molekularnego opisują zastosowanie różnych radionuklidów PET w przypadku małych cząsteczek, peptydów, białek, przeciwciał i komórek.

W przypadku krótkotrwałych-małocząsteczkowych znaczników-dynamiczny PET można wykonywać w ciągu kilku minut do kilku godzin. W przypadku większych środków biologicznych, takich jak przeciwciała,-dłuższe radionuklidy, takie jak⁸⁹Zr może wspomagać obrazowanie przez kilka dni.

Ta elastyczność ma znaczenie dla opracowywania leków NHP, ponieważ różne sposoby leczenia mają zasadniczo różne profile dystrybucji i klirensu.

Docelowy- PET oferuje informacje wykraczające poza pasywną biodystrybucję. Jeżeli znacznik wiąże się selektywnie z receptorem, transporterem, enzymem lub innym celem molekularnym, wychwyt przez tkankę można powiązać z liczebnością lub wiązaniem obiektu docelowego.

Ilościowe podejścia kinetyczne mogą jeszcze bardziej poprawić interpretację.

Reprezentatywnym przykładem NHP jest ilościowe badanie PET puli CD4 u makaków rezusów. Śledczy wykorzystali^89Zr-znakowane sondy anty-CD4 i wykonywano obrazowanie statyczne u 18 zwierząt, podczas gdy podgrupę poddano dynamicznemu badaniu PET z pobieraniem próbek tętnic, oceną metabolitów i modelowaniem kinetycznym. W badaniu wykazano specyficzny wychwyt w węzłach chłonnych i śledzionie oraz wykorzystano ilościową analizę kinetyczną do oszacowania potencjału wiązania receptora CD4.

Przykład ilustruje kluczową zasadę: obrazowanie może wyjść poza wizualną biodystrybucję i skierować się w stronę ilościowej oceny interakcji biologicznych-specyficznych dla tkanki.

MRI i PET dostarczają różnych rodzajów informacji.

PET służy do uzyskiwania informacji molekularnych i funkcjonalnych, natomiast MRI zapewnia-charakterystykę anatomiczną i tkankową w wysokiej rozdzielczości. Połączenie tych dwóch modalności może poprawić przestrzenną interpretację wyników obrazowania molekularnego.

W badaniach NHP MRI może wspierać:

• lokalizacja anatomiczna wyników badania PET;
• pomiary objętościowe i strukturalne;
• charakterystyka tkanki;
• pomiary perfuzji i dyfuzji;
• podłużna ocena postępu choroby;
• obraz-dostawa z przewodnikiem i potwierdzenie lokalnej dystrybucji.

Platforma obrazowania klinicznego Prisys obejmuje MRI, CT, PET-CT i DSA z zastosowaniami MRI, w tym obrazowaniem perfuzji mózgu, obrazowaniem-związanym z dyfuzją i innymi zaawansowanymi metodami-przetwarzania końcowego.

W badaniach dostarczania leków do OUN badanie MRI odgrywa inną rolę niż konwencjonalne obrazowanie PK. Na przykład podczas procedur podawania pod kontrolą MRI-środek kontrastowy może służyć jako marker zastępczy do wizualizacji dystrybucji podawanego preparatu terapeutycznego. Pokazuje to zasięg przestrzenny infuzji, a nie bezpośredni pomiar stężenia samej cząsteczki terapeutycznej.

To rozróżnienie ma znaczenie przy projektowaniu i interpretacji badań- opartych na obrazowaniu.

Naczelne inne niż ludzie są użytecznym modelem pośrednim w farmakologii translacyjnej opartej na obrazowaniu-, ponieważ umożliwiają ocenę PK ogólnoustrojowej, obrazowanie molekularne, obrazowanie anatomiczne i funkcjonalne punkty końcowe w obrębie dużego-układu zwierzęcego.

Ma to największe znaczenie w przypadku terapii OUN, leków biologicznych i innych metod, w których skala anatomiczna, organizacja naczyń, dostępność tkanek i rozmieszczenie celów molekularnych mogą wpływać na tłumaczenie kliniczne.

Połączenie modeli NHP z obrazowaniem wspiera również ocenę podłużną. Zamiast polegać wyłącznie na pobraniu tkanek końcowych, badacze mogą uzyskać seryjne dane obrazowe od tych samych zwierząt na określonych etapach narażenia na lek lub postępu choroby.

Ten projekt podłużny może zmniejszyć zależność od porównań-przekrojowych i zapewnić bardziej bezpośredni obraz zmian w czasie.

Obrazowania NHP nie należy jednak traktować jako zamiennika konwencjonalnej analizy PK lub analizy tkanek. Najbardziej pouczające projekty badań integrują obrazowanie z PK osocza, pobieraniem próbek tkanek, w stosownych przypadkach, analizą biomarkerów i farmakologicznymi punktami końcowymi.

PK/PD oparte na obrazowaniu-może przyczynić się do kilku etapów opracowywania leków o translacji.

Podczas optymalizacji leadów obrazowanie może pomóc w porównaniu cząsteczek kandydatów pod względem rozmieszczenia w tkankach lub lokalizacji docelowej.

Podczas przedklinicznych badań-słuszności-koncepcji obrazowanie molekularne może wykazać, że cel biologiczny jest obecny, dostępny i modulowany przez leczenie.

W przypadku programów dotyczących ośrodkowego układu nerwowego obrazowanie może pomóc w ocenie, czy podawanie ogólnoustrojowe powoduje mierzalną ekspozycję w odpowiednich obszarach mózgu. W przypadku celowanych leków biologicznych immuno-PET może pomóc scharakteryzować dystrybucję w tkankach i docelowy-wychwyt.

W przypadku programów terapii komórkowej i genowej obrazowanie może pomóc w badaniach nad śledzeniem lub dystrybucją, jeśli dostępna jest odpowiednia strategia znakowania.

Ramy obrazowania molekularnego uwzględniają biodystrybucję, farmakokinetykę, zaangażowanie celu, farmakodynamikę, skuteczność i bezpieczeństwo w obrazowaniu przedklinicznym, z odpowiednimi zastosowaniami rozciągającymi się na rozwój kliniczny, taki jak dobór dawki, potwierdzenie mechanizmu, selekcja pacjentów i monitorowanie odpowiedzi.

Wartość obrazowania nie polega na tym, że zastępuje istniejące pomiary PK/PD, ale na tym, że łączy pomiary, które w innym przypadku byłyby trudne do powiązania przestrzennego.

Przed interpretacją danych dotyczących ekspozycji lub wyładowań niezupełnych uzyskanych z obrazowania należy wziąć pod uwagę kilka czynników metodologicznych.

Po pierwsze, znakowany radioaktywnie związek powinien zachować zachowanie farmakologiczne wystarczająco podobne do nieznakowanego związku macierzystego. Znakowanie radioaktywne nie powinno zasadniczo zmieniać powinowactwa, stabilności molekularnej ani dystrybucji.

Po drugie, należy scharakteryzować metabolizm znaczników. Sygnał PET może odzwierciedlać związek macierzysty, znakowane radioaktywnie metabolity, niespecyficzną retencję lub kombinację tych składników.

Po trzecie, analizę ilościową należy dopasować do kwestii biologicznej. SUV może stanowić praktyczny pomiar pół-ilościowy, ale może być wymagane bardziej rygorystyczne modelowanie kinetyczne, jeśli celem jest oszacowanie wiązania receptora lub rozróżnienie wychwytu specyficznego od nieswoistego.

Po czwarte, obrazowanie powinno być w idealnym przypadku interpretowane łącznie z konwencjonalnymi danymi farmakologicznymi i farmakologicznymi. Stężenie w osoczu, stabilność radioznacznika, analiza tkanek ex vivo, testy receptorowe i biomarkery funkcjonalne mogą zapewnić niezbędną walidację.

Wreszcie, anatomiczna rejestracja-jest szczególnie ważna w małych lub niejednorodnych strukturach. Interpretacja wyników badania PET bez dokładnej lokalizacji anatomicznej może być trudna, szczególnie w badaniach OUN.

W Prisys obrazowanie molekularne jest włączane do szerszych badań translacyjnych NHP, a nie traktowane jako izolowany punkt końcowy obrazowania. Centrum Badań Translacyjnych łączy modele chorób NHP z klinicznymi-równoważnymi metodami obrazowania, oceną PK/PD, analizą biomarkerów, patologią i innymi farmakologicznymi punktami końcowymi.

Infrastruktura obrazowania obejmuje PET-CT wraz z MRI, CT i DSA, co pozwala na ocenę wyników badań molekularnych, anatomicznych i fizjologicznych w tych samych ramach badań translacyjnych.

W zależności od celu badania zintegrowany projekt może łączyć:

PK w osoczu + biodystrybucja PET + obrazowanie-docelowe + ocena anatomiczna MRI/CT + biomarkery farmakodynamiczne

Integracja ta ma największe znaczenie, gdy główną kwestią rozwoju nie jest po prostu to, czy lek dostanie się do krążenia, ale czy dotrze do docelowej tkanki, wejdzie w interakcję z odpowiednim celem biologicznym i wywoła mierzalną odpowiedź farmakologiczną.

Rosnące wykorzystanieobrazowanie molekularne w badaniach nad NHPśledzi przejście w kierunku farmakologii o charakterze przestrzennym, podłużnym.

Konwencjonalna PK pozostaje niezbędna do określenia narażenia ogólnoustrojowego. Obrazowanie dodaje drugi wymiar, pokazując, gdzie znajduje się sygnał-powiązany ze znacznikiem lub lekiem i jak zmienia się on w czasie. Obrazowanie molekularne-specyficzne dla celu może połączyć dystrybucję w tkankach z dostępnością receptora lub zaangażowaniem celu, natomiast obrazowanie funkcjonalne dostarcza dodatkowych dowodów na działanie farmakodynamiczne.

Kierunkiem nie jest obrazowanie zastępujące konwencjonalne PK/PD, ale bardziej zintegrowane ramy, w których łącznie odczytuje się narażenie ogólnoustrojowe, dystrybucję w tkankach, zaangażowanie celów molekularnych i odpowiedź funkcjonalną.

W przypadku opracowywania leków o charakterze translacyjnym podejście to ma największe znaczenie w przypadku terapii, w których trudno jest ustalić związek między ekspozycją w osoczu a ekspozycją w miejscu-działania-na podstawie samego konwencjonalnego pobierania próbek.

Oparta na obrazowaniu PK/PD zapewnia wymiar przestrzenny i podłużny, który uzupełnia konwencjonalne pomiary farmakokinetyczne i farmakodynamiczne.

PET może scharakteryzować biodystrybucję-w całym organizmie i kinetykę tkanek, natomiast znaczniki specyficzne-dla celu mogą rzucić światło na wiązanie molekularne lub zaangażowanie celu. MRI i inne metody obrazowania anatomicznego dostarczają kontekstu strukturalnego potrzebnego do interpretacji tych sygnałów molekularnych.

W badaniach NHP integracja obrazowania z PK osocza, biomarkerami, analizą tkanek i funkcjonalnymi punktami końcowymi daje pełniejszą charakterystykę związku narażenie – cel – reakcja.

Główną zasadą nie jest to, że obrazowanie zastępuje PK-bazowaną na krwi. Raczej,PK osocza opisuje narażenie ogólnoustrojowe, natomiast obrazowanie może pomóc w określeniu, w jaki sposób narażenie to przekłada się na rozmieszczenie w tkankach i farmakologię specyficzną-dla miejsca. To rozróżnienie jest coraz bardziej istotne w przypadku terapii OUN, leków biologicznych, terapii celowanych i innych metod, w przypadku których narażenia tkanek nie można wiarygodnie wywnioskować na podstawie samych stężeń w krążeniu.

Skontaktuj się z Prisys Biotech

Zalecana lektura

Obrazowanie molekularne w modelach NHP na potrzeby opracowywania leków o translacji - Wiadomości - Prisys

Ilościowe zaangażowanie docelowe PET w NHP w przypadku leków na ośrodkowy układ nerwowy

Obrazowanie biodystrybucji PET u-naczelnych

Biomarkery obrazowania molekularnego: postęp w badaniach translacyjnych i opracowywaniu leków

Dlaczego obrazowanie molekularne NHP ma kluczowe znaczenie w translacyjnych badaniach PET

Co to jest obrazowanie molekularne i dlaczego jest ważne w opracowywaniu leków?

Badania biodystrybucji radionuklidów NHP: obrazowanie molekularne na potrzeby opracowywania leków o translacji