Dostawa od nosa do-mózgu u NHP: studium przypadku 125I SPECT

Thebariera krew-mózg(BBB) ​​jest jednym z głównych ograniczeń w opracowywaniu leków na ośrodkowy układ nerwowy (OUN). Ogranicza przedostawanie się wielu małych cząsteczek i większości substancji biologicznych do miąższu mózgu. Donosowo lubporód od nosa-do-mózguwzbudziło zatem zainteresowanie, ponieważ jama nosowa jest anatomicznie połączona z OUN poprzez drogi węchowe i trójdzielne. Ścieżki te mogą zapewniać dostęp do mózgu, którego nie można wytłumaczyć samym krążeniem ogólnoustrojowym.

Wyzwaniem naukowym nie jest po prostu wybór drogi podania donosowego. Ma na celu wykazanie, dokąd trafia podany materiał, ile sygnału jest powiązane z mózgiem, jak ten sygnał zmienia się w czasie i czy obserwacja odzwierciedla nienaruszony artykuł testowy, a nie oderwaną etykietę lub metabolit. Farmakokinetyka osocza (PK) nie może odpowiedzieć na te pytania.Pobieranie próbek płynu mózgowo-rdzeniowego (CSF).dostarcza informacji z ograniczonego przedziału i ograniczonej liczby punktów czasowych. Końcowa analiza mózgu zapewnia bezpośrednie pomiary tkanek, ale każde zwierzę na ogół wnosi jedną końcową obserwację.

Znakowany radioaktywnieobrazowanie molekularnezapewnia uzupełniający sposób odpowiedzi na te pytania u-naczelnych innych niż ludzie (NHP). Łącząc znakowany radioaktywnie artykuł testowy z seryjną SPECT/CT, badacze mogą śledzić sygnał-powiązany ze znacznikiem w mózgu i całym ciele tego samego zwierzęcia w czasie. W artykule omówiono przypadek peptydu znakowanego jodem-125 przedstawiony podczasSeminarium internetowe dotyczące obrazowania molekularnego Prisys Biotechi wyjaśnia, co projekt badania może, a czego nie może wykazać.

Dlaczego PK osocza nie jest wystarczające do oceny dostarczania do OUN

Narażenie ogólnoustrojowe nie jest równoznaczne z narażeniem mózgu. Związek może wytwarzać mierzalne lub nawet znaczne stężenia w osoczu, osiągając jedynie ograniczone stężenia w mózgu. Zależność ta jest szczególnie trudna do interpretacji po podaniu donosowym, ponieważ podany materiał może zatrzymywać się w jamie nosowej, być usuwany do dróg oddechowych, wchłaniany ogólnoustrojowo lub transportowany do OUN lokalnymi drogami anatomicznymi.

Pobieranie próbek płynu mózgowo-rdzeniowego dostarcza przydatnych informacji, ale płyn mózgowo-rdzeniowy nie jest bezpośrednim substytutem każdego przedziału mózgu. Pobieranie próbek jest inwazyjne, zapewnia nieliczne punkty czasowe i może nie odzwierciedlać regionalnego narażenia miąższu. Analiza końcowej tkanki mózgowej jest bardziej bezpośrednia, jednak krzywa retencji podłużnej wymaga oddzielnych zwierząt dla każdego końcowego punktu czasowego. Zwiększa to liczbę wymaganych zwierząt i sprawia, że ​​przebieg czasowy jest bardziej zależny od-zmienności pomiędzy osobnikami.

Ani PK plazmy, ani pojedynczy pomiar końcowy nie dają pełnego obrazu przestrzennego. W przypadku programu donosowego podawania do OUN badacze mogą również potrzebować informacji, czy badany produkt pozostaje w jamie nosowej, dociera do dolnych dróg oddechowych, rozprowadza się do innych narządów lub wykazuje regionalny wzór w mózgu. Są to w równym stopniu pytania dotyczące dystrybucji, jak i koncentracji.

Jak znakowany radioaktywnie SPECT wspomaga ocenę nosa-do-mózgu

Badanie obrazowania molekularnego rozpoczyna się od wyboru radionuklidu i strategii znakowania, która pasuje do badanego artykułu i oczekiwanego przebiegu czasu biologicznego. W przypadku webinaru peptyd znakowano jodem-125 (125I), radionuklidem o fizycznym okresie półtrwania-około 59,4 dnia. Jego stosunkowo długi okres półtrwania- jest zgodny z seryjnymi obserwacjami trwającymi od godzin do kilku dni, co jest istotne, gdy retencja w mózgu może wykraczać poza krótkie okno obrazowania powszechnie stosowanych krótkotrwałych radionuklidów PET.

Znakowany materiał podaje się na poziomie znacznika. Ten typ konstrukcji mikrodawek ma na celu zapewnienie wykrywalnego sygnału obrazowania przy jednoczesnej minimalizacji zaburzeń farmakologicznych powodowanych przez znakowany materiał. Samo w sobie nie pozwala na stwierdzenie, że preparat znakowany zachowuje się identycznie jak lek nieoznakowany. To pytanie zależy od miejsca znakowania, specyficznej aktywności, czystości radiochemicznej, składu i zachowania właściwości biologicznych cząsteczki macierzystej.

SPECT/CT łączy informacje molekularne-pochodzące z radionuklidów z współrejestracją anatomiczną. Skany seryjne można wykorzystać do oceny:

• czy sygnał związany z mózgiem jest wykrywalny-po podaniu donosowym;
• anatomiczny rozkład sygnału w obrazowanych obszarach OUN;
• zmiana sygnału-powiązanego z mózgiem w czasie; I
• jednoczesne rozmieszczenie w jamie nosowej, drogach oddechowych, płucach i innych narządach w polu widzenia.

Uzyskane pomiary najlepiej interpretować jako sygnał-powiązany ze znacznikiem lub dystrybucję-znakowanego radioaktywnie materiału. Nie należy ich automatycznie opisywać jako stężenia nienaruszonego-leku macierzystego, chyba że stabilność etykiety i bioanaliza ex vivo potwierdzają tę interpretację.

Studium przypadku: Serial 125I SPECT po donosowym podaniu peptydu u NHP

Sprawę prowadził zespół Prisys Biotech zajmujący się badaniami translacyjnymi NHPa oraz radiochemią i obrazowaniem molekularnym. W badaniu wykorzystano peptyd znakowany jodem 125 podawany donosowo NHP.

Wykonano seryjne obrazowanie SPECT 1, 24, 48, 72 i 96 godzin po podaniu. Sekwencję obrazowania zaprojektowano w celu zbadania obecności i dystrybucji radioznakowanego sygnału związanego z mózgiem-w okresie wielu-dni, zamiast polegać na pojedynczym pomiarze końcowym.

Sprawa dostarczyła trzech powiązanych rodzajów informacji. Po pierwsze, po podaniu donosowym zaobserwowano sygnał powiązany z mózgiem, co potwierdziło dalsze badania dostarczania leku do OUN. Po drugie, rozkład sygnału można ocenić w anatomicznych obszarach mózgu, a nie traktować go jako pojedynczą wartość-mózgu. Po trzecie, seryjne skany wykazały, jak zmienił się sygnał-powiązany z mózgiem w ciągu 96-godzinnego okresu obserwacji, w tym zachowanie wykrywalnego sygnału przez co najmniej 72 godziny, jak przedstawiono podczas seminarium internetowego.

Te same przejęcia dostarczyły również informacji poza CNS. Sygnał oceniano w okolicy nosa, policzka, dróg oskrzelowych i płuc. Ma to znaczenie, ponieważ miejscowe osadzanie się i klirens oddechowy mogą wpływać na część dawki donosowej, która pozostaje dostępna dla potencjalnego transportu z nosa-do-mózgu. Projekt obrazowania, który bada zarówno położenie związane z OUN, jak i układ oddechowy, może zatem pomóc badaczom w interpretacji drogi porodu jako całości, zamiast skupiać się wyłącznie na ostatecznym obrazie mózgu.

Na co może odpowiedzieć projekt badania

1. Czy po podaniu donosowym można wykryć sygnał-mózgowy?

Serial SPECT dostarcza dowodów in vivo na obecność znakowanego radioaktywnie materiału w obrazowanym obszarze mózgu po podaniu. Jest to silniejsze niż wnioskowanie o dostarczaniu leku do OUN na podstawie samej ekspozycji na osocze. Wynik nadal należy dokładnie opisać: obrazowanie wykazuje sygnał znacznika-powiązany z mózgiem, ale samo w sobie nie potwierdza dokładnej drogi transportu ani nie ustala, czy nienaruszony peptyd dostał się do określonego typu komórek mózgowych.

2. Gdzie gromadzi się sygnał?

SPECT/CT dostarcza informacji przestrzennych na poziomie dozwolonym przez modalność, jakość rejestracji, metodę rekonstrukcji i rozdzielczość specyficzną dla badania. Analiza regionalna może wykazać, czy sygnał koncentruje się w określonych obszarach anatomicznych. Jest to ważne w przypadku programów CNS, w których-średnia z całego mózgu może ukryć regionalne różnice w ekspozycji lub utrzymaniu.

3. Jak sygnał-powiązany z mózgiem zmienia się w czasie?

Sekwencja trwająca od 1- do 96-godzin zapewnia kurs wewnątrzprzedmiotowy. Badacze mogą zbadać czas do uzyskania najwyższego zaobserwowanego sygnału, trwałość w oknie obserwacyjnym i widoczne zanikanie. Te obserwacje pochodzące z badań obrazowych można uwzględnić łącznie z danymi dotyczącymi farmakokinetyki osocza, danymi płynu mózgowo-rdzeniowego, farmakodynamicznymi punktami końcowymi i pomiarami tkanek ex vivo.

4. Gdzie trafia pozostała część dawki?

Obrazowanie-całego ciała lub-rozszerzonego pola może ujawnić współczesną dystrybucję poza mózgiem. W przypadku podawania donosowego szczególnie istotne są jama nosowa i drogi oddechowe. Rozmieszczenie narządów obwodowych może również pomóc w identyfikacji wzorców narażenia, które mogą być istotne dla bezpieczeństwa, klirensu lub interpretacji widocznej frakcji dostarczanej do OUN.

5. Czy badanie może zmniejszyć zależność od pobierania próbek końcowych?

Obrazowanie seryjne umożliwia wielokrotną obserwację tego samego pacjenta, co może zmniejszyć potrzebę przypisywania oddzielnych kohort końcowych do każdego punktu czasowego. Stopień jakiejkolwiek redukcji zależy od celów badania, planu walidacji, liczby zwierząt, harmonogramu obrazowania i potrzeby bezpośredniego potwierdzenia ex vivo. Obrazowanie molekularne należy zatem postrzegać jako sposób na poprawę informacji uzyskanych z badań na zwierzętach, a nie jako automatyczny substytut analizy końcowej.

Czego obrazowanie nie ustala samoistnie

Pierwszym ograniczeniem jest rozdzielczość przestrzenna i komórkowa. SPECT/CT może zlokalizować znakowany radioaktywnie sygnał w obszarach anatomicznych, ale nie może określić, czy materiał znajduje się wewnątrz neuronów, komórek glejowych, przedziałów naczyniowych czy przestrzeni zewnątrzkomórkowej. Lokalizacja komórkowa i subkomórkowa wymaga metod takich jak autoradiografia, histologia, immunohistochemia lub inne testy końcowe.

Drugie ograniczenie dotyczy tożsamości molekularnej. Kamera wykrywa rozpad radioaktywny izotopu. Nie odróżnia nienaruszonego peptydu od znakowanego radioaktywnie metabolitu lub wolnego jodu, jeśli znacznik jest uwalniany in vivo. Dlatego też, w stosownych przypadkach, stabilność etykiety należy ocenić przed badaniem i w jego trakcie. Wybrane końcowe punkty czasowe można połączyć z bioanalizą ex vivo, aby określić, jak blisko sygnał obrazowania reprezentuje macierzysty artykuł testowy.

Trzecim ograniczeniem jest przydzielanie tras. Sygnał związany z mózgiem po podaniu donosowym jest zgodny z dostarczaniem do OUN, ale sam SPECT nie jest w stanie definitywnie odróżnić bezpośredniego transportu z nosa-do-mózgu od wchłaniania ogólnoustrojowego, po którym następuje przejście przez BBB, ani od kombinacji dróg. Wnioski-specyficzne dla trasy wymagają integracji z projektem badania, danymi dotyczącymi preparatu, PK w osoczu i tkankach, pomiarami płynu mózgowo-rdzeniowego, jeśli to konieczne, oraz odpowiednimi kontrolami.

Ograniczenia te nie zmniejszają wartości obrazowania. Określają, w jaki sposób dane powinny być wykorzystywane. Obrazowanie seryjne pozwala zidentyfikować regiony i punkty czasowe, które wymagają szczegółowego badania końcowego, umożliwiając skupienie prac ex vivo na konkretnych kwestiach, a nie rozłożenie ich na dowolny przebieg czasowy.

Dlaczego NHP są istotne dla rozwoju-nosa i-mózgu

Gryzonie są nadal przydatne do sprawdzania receptur, badań mechanizmów i wczesnych prac weryfikacyjnych-koncepcji. Jednakże anatomia nosa i fizjologia układu oddechowego gryzoni różnią się od anatomii człowieka. Gryzonie oddychają obowiązkowo nosem, a nabłonek węchowy zajmuje proporcjonalnie większą część jamy nosowej. Cechy te mogą wpływać na osadzanie się substancji i mogą prowadzić do większego widocznego udziału transportu węchowego, niż można by się spodziewać u ludzi.

NHP zapewniają bliższy kontekst anatomiczny i fizjologiczny dla wybranych pytań translacyjnych, w tym geometrii jamy nosowej, organizacji dróg oddechowych, wzorca oddychania, anatomii OUN i zgodności z-równoważnymi obrazami klinicznymi. Dane NHP nie eliminują niepewności w tłumaczeniu na ludzi i nie należy ich interpretować jako bezpośredniej prognozy narażenia klinicznego. Ich wartość polega na tym, że umożliwiają ocenę drogi, dystrybucji regionalnej, zatrzymania i rozmieszczenia ogólnoustrojowego w modelu o większym znaczeniu dla anatomii człowieka niż standardowe badania na gryzoniach w przypadku niektórych kwestii związanych z porodem.

Wybór gatunku powinien w dalszym ciągu wynikać z kwestii rozwoju. Badanie NHP dostarcza najwięcej informacji, gdy ma na celu podjęcie decyzji, której nie można odpowiednio podjąć in vitro lub u gryzoni, takiej jak wybór preparatu, narażenie regionalnego układu nerwowego na działanie leku, ocena-urządzenia wprowadzającego lub związek między miejscową depozycją a narażeniem ogólnoustrojowym.

Integracja obrazowania z PK, bioanalizą i farmakologią

Obrazowanie molekularne jest najbardziej przydatne, gdy planuje się je jako jeden element zintegrowanego zbioru danych translacyjnych. Badanie nosa-do-mózgu może łączyć seryjną SPECT/CT z PK osocza, pobieraniem próbek płynu mózgowo-rdzeniowego, oceną nosa i układu oddechowego, bioanalizą tkanek, pomiarami biomarkerów i farmakodynamicznymi punktami końcowymi.

Integracja ta umożliwia porównanie kilku warstw dowodów:

• Narażenie ogólnoustrojowe:stężenie w osoczu, ekspozycja i klirens;
• Ekspozycja przestrzenna:regionalna dystrybucja materiału znakowanego radioaktywnie w mózgu i-narządach obwodowych;
• Ekspozycja czasowa:zmiana sygnału od wczesnego-okresu po podaniu dawki do późniejszego zatrzymania lub wypłukania;
• Tożsamość molekularna:część sygnału, którą można przypisać nienaruszonemu materiałowi macierzystemu lub odpowiednim metabolitom; I
• Efekt biologiczny: zaangażowanie docelowe, odpowiedź biomarkerowa lub farmakologia funkcjonalna.

Żadna pojedyncza warstwa nie jest wystarczająca dla każdego programu. Interpretacja translacyjna staje się silniejsza, gdy sygnał obrazowy jest powiązany z mierzonym przedmiotem badania, oczekiwanym mechanizmem i reakcją biologiczną istotną dla hipotezy terapeutycznej.

Rola Prisys Biotech w badaniach obrazowania mózgu NHP-na-mózgu

Prisys Biotech prowadzi badania translacyjne NHP, które mogą obejmować dawkowanie donosowe, seryjne obrazowanie molekularne, PK/PD, analizę biomarkerów i uzupełniającą ocenę tkanek. Przebieg pracy może obejmować selekcję radionuklidów, znakowanie radioaktywne, przygotowanie i oczyszczanie po-znakowaniu, kontrolę jakości, SPECT/CT lub PET/CT dużych{{2}zwierząt oraz ilościową analizę obrazu.

Materiały do ​​seminarium internetowego opisują procedury znakowania i obrazowania mające zastosowanie do małych cząsteczek, peptydów, białek, makrocząsteczek, nanomateriałów i przeciwciał. Odpowiedni radionuklid i modalność zależą od badanego artykułu, składu chemicznego znakowania, oczekiwanej kinetyki, wymaganego okna obserwacyjnego, czułości i celów badania. Parametry te należy ustalić podczas projektowania badania, a nie wybierać wyłącznie na podstawie dostępności aparatury.

W przypadku programów od nosa-do{{1}mózgu praktycznym celem jest połączenie procedury dostarczania z możliwym do obrony pakietem dowodów: gdzie wykryto materiał, jak zmienia się jego rozkład w czasie, jaką część sygnału można przypisać cząsteczce macierzystej i czy narażenie jest powiązane z efektem farmakologicznym.

Wniosek

Serial 125I SPECT umożliwia ocenę dystrybucji w mózgu i układzie oddechowym-po donosowym podaniu peptydu u NHP. W przypadku webinaru skany po 1, 24, 48, 72 i 96 godzinach pokazały, jak podanie pojedynczego znacznika-na poziomie może generować informacje podłużne i przestrzenne, w tym wykrywalny-sygnał powiązany z mózgiem przez co najmniej 72 godziny, jak przedstawił zespół badawczy.

Metoda ta nie pozwala niezależnie wykazać dokładnego mechanizmu transportu-do-mózgu, lokalizacji komórkowej ani nienaruszonego-stężenia macierzystego. Pytania te wymagają uzupełniających kontroli,-oceny stabilności etykiety, bioanalizy i, jeśli to konieczne, metod dotyczących tkanki końcowej. Jego wartość polega na dodaniu powtarzalnego obrazu dystrybucji i zatrzymywania in vivo do konwencjonalnych ram analizy PK i-tkankowej.

W przypadku opracowywania leków na OUN najbardziej informacyjnym projektem zwykle nie jest obrazowanie, a raczej bioanaliza. Jest to obrazowanie wraz z bioanalizą, farmakologią i odpowiednimi translacyjnymi punktami końcowymi. To połączenie może pomóc w podjęciu bardziej precyzyjnych decyzji dotyczących receptury, dawkowania, regionalnego narażenia na OUN, przechowywania i kolejnego etapu rozwoju nieklinicznego.