Доставка от-до-мозък в NHP: 125I SPECT казус

Theкръвно{0}}мозъчна бариера(BBB) ​​е едно от основните ограничения при разработването на лекарства за централната нервна система (ЦНС). Той ограничава навлизането на много малки молекули и повечето биологични продукти в мозъчния паренхим. Интраназално илидоставяне-до-мозъкаследователно привлече интерес, тъй като носната кухина е анатомично свързана с ЦНС чрез обонятелния и тригеминалния път. Тези пътища могат да осигурят достъп до мозъка, който не се обяснява само със системното кръвообращение.

Научното предизвикателство не е просто да се избере интраназален път. Целта е да се покаже къде отива администрираният материал, колко сигнал е свързан с мозъка, как този сигнал се променя с времето и дали наблюдението отразява непокътнатия тестов артикул, а не отделен етикет или метаболит. Плазмената фармакокинетика (PK) не може да отговори на тези въпроси.Вземане на проби от цереброспинална течност (CSF).предоставя информация от ограничено отделение и ограничен брой времеви точки. Терминалният мозъчен анализ осигурява директни тъканни измервания, но всяко животно обикновено допринася с едно крайно наблюдение.

Радиомаркиранмолекулярно изобразяванепредоставя допълнителен начин за справяне с тези въпроси при не-човекоподобните примати (NHP). Чрез комбиниране на радиомаркиран тестов артикул със сериен SPECT/CT, изследователите могат да проследят свързания с маркер-сигнал в мозъка и в цялото тяло на едно и също животно във времето. Тази статия обсъжда случай на белязан с йод-125 пептид, представен по време наУебинар за молекулярни изображения на Prisys Biotechи обяснява какво може и какво не може да демонстрира дизайнът на изследването.

Защо плазмената PK не е достатъчна за оценка на доставянето на ЦНС

Системната експозиция не е еквивалентна на експозицията на мозъка. Едно съединение може да произведе измерими или дори значителни плазмени концентрации, докато достига само ограничени концентрации в мозъка. Връзката е особено трудна за тълкуване след интраназално приложение, тъй като администрираният материал може да се задържи в носната кухина, да се изчисти в респираторния тракт, да се абсорбира системно или да се транспортира към ЦНС през локални анатомични пътища.

Вземането на проби от CSF добавя полезна информация, но CSF не е пряк сурогат за всяко отделение на мозъка. Вземането на проби е инвазивно, предоставя оскъдни времеви точки и може да не представлява регионална паренхимна експозиция. Анализът на крайната мозъчна тъкан е по-директен, но надлъжната крива на задържане изисква отделни животни за всяка крайна времева точка. Това увеличава необходимия брой животни и прави времевия курс по-зависим от-променливостта между субектите.

Нито плазмената PK, нито едно терминално измерване предоставя пълна пространствена картина. За интраназална CNS програма, изследователите може също да трябва да знаят дали тестовият артикул остава в носната кухина, достига ли долните дихателни пътища, разпределя се в други органи или показва регионален модел в мозъка. Това са въпроси за разпределение, както и въпроси за концентрация.

Как радиоактивно белязаният SPECT поддържа оценка от-до-мозък

Изследването на молекулярно изображение започва с избор на радионуклид и стратегия за етикетиране, които отговарят на тестовия артикул и очаквания биологичен времеви курс. В случая с уебинара пептидът беше белязан с йод-125 (125I), радионуклид с физически полуживот от приблизително 59,4 дни. Неговият сравнително дълъг физически-живот на полуразпад е съвместим със серийно наблюдение в продължение на часове до дни, което е от значение, когато задържането на мозъка може да надхвърли краткия прозорец за изображения на често използвани краткотрайни PET радионуклиди.

Маркираният материал се прилага на ниво индикатор. Този тип дизайн на микродози е предназначен да осигури откриваем образен сигнал, като същевременно минимизира фармакологичното смущение от белязания материал. Той сам по себе си не установява, че етикетираният препарат се държи идентично с немаркирания терапевтик. Този въпрос зависи от мястото на маркиране, специфичната активност, радиохимичната чистота, формулировката и запазването на биологичните свойства на родителската молекула.

SPECT/CT съчетава молекулярна-извлечена от радионуклиди информация с анатомична ко-регистрация. Серийните сканирания могат да се използват за оценка на:

• дали свързаният с мозъка-сигнал се открива след интраназално приложение;
• анатомичното разпределение на сигнала в изобразените области на ЦНС;
• промяната в-свързания с мозъка сигнал с течение на времето; и
• едновременно разположение в носната кухина, дихателните пътища, белите дробове и други органи в рамките на зрителното поле.

Получените измервания най-добре се тълкуват като разпределение на сигнал-свързан сигнал или радиомаркиран-материал. Те не трябва автоматично да се описват като концентрация на интактно изходно-лекарство, освен ако стабилността на етикета и биоанализът ex vivo не подкрепят това тълкуване.

Казус от практиката: Сериен 125I SPECT след интраназален пептиден прием в NHPs

Случаят беше проведен от способностите за транслационни изследвания на NHP на Prisys Biotecha и възможностите за радиохимия и молекулярни изображения. Проучването използва белязан с йод-125 пептид, приложен интраназално към NHP.

Серийно SPECT изобразяване се извършва на 1, 24, 48, 72 и 96 часа след приложението. Последователността за изобразяване е предназначена да изследва наличието и разпространението на свързан с мозъка-радиомаркиран сигнал за много-дневен период, вместо да разчита на едно крайно измерване.

Случаят предостави три свързани вида информация. Първо, след интраназално дозиране се наблюдава -свързан с мозъка сигнал, което подкрепя по-нататъшното изследване на доставянето на ЦНС. Второ, разпределението на сигнала може да бъде оценено в анатомичните области на мозъка, вместо да се третира като една цялостна-мозъчна стойност. Трето, серийните сканирания показаха как се променя-свързаният с мозъка сигнал по време на 96-часовия период на наблюдение, включително задържане на откриваем сигнал за най-малко 72 часа, както беше представено в уебинара.

Същите придобивания предоставиха и информация извън CNS. Сигналът се оценява в областта на носа, бузата, бронхиалния тракт и белия дроб. Това има значение, тъй като локалното отлагане и дихателният клирънс могат да повлияят на частта от интраназалната доза, която остава достъпна за потенциален транспорт от-към-мозъка. Дизайн на изображения, който изследва както CNS-свързаното, така и респираторното разположение, може следователно да помогне на изследователите да интерпретират пътя на доставяне като цяло, вместо да се фокусират само върху окончателното изображение на мозъка.

Какво може да отговори дизайнът на изследването

1. Откриваем ли-сигнал, свързан с мозъка след интраназално дозиране?

Серийният SPECT осигурява in vivo доказателство, че радиомаркиран материал присъства в изобразената мозъчна област след прилагане. Това е по-силно от извода за доставяне на ЦНС само от експозиция на плазма. Резултатът все още трябва да бъде описан точно: образната диагностика демонстрира -свързан с мозъка проследяващ сигнал, но той сам по себе си не доказва точния транспортен път или установява, че непокътнатият пептид е навлязъл в определен тип мозъчни клетки.

2. Къде се натрупва сигналът?

SPECT/CT предоставя пространствена информация на нивото, разрешено от модалността, качеството на регистрацията, метода на реконструкция и-специфичната разделителна способност на изследването. Регионалният анализ може да покаже дали сигналът е концентриран в определени анатомични области. Това е важно за програмите за CNS, при които средната стойност на целия-мозък може да прикрие регионалните различия в експозицията или задържането.

3. Как се променя-свързаният с мозъка сигнал с времето?

Последователността от 1- до 96-часа осигурява времеви курс в рамките на предмета. Изследователите могат да изследват времето до най-високия наблюдаван сигнал, устойчивостта през прозореца за наблюдение и видимото измиване. Тези наблюдения, получени чрез изображения, могат да се разглеждат заедно с плазмени PK, данни за CSF, фармакодинамични крайни точки и ex vivo тъканни измервания.

4. Къде отива остатъкът от дозата?

Изобразяването на цялото-тяло или разширено-поле може да разкрие едновременно разпространение извън мозъка. За интраназално дозиране носната кухина и дихателните пътища са особено подходящи. Разпределението на периферните органи също може да помогне за идентифициране на модели на експозиция, които могат да бъдат от значение за безопасността, клирънса или интерпретацията на видимата фракция на доставяне на ЦНС.

5. Може ли изследването да намали зависимостта от крайното вземане на проби?

Серийното изобразяване позволява многократно наблюдение на един и същи обект, което може да намали необходимостта от присвояване на отделни крайни кохорти към всяка времева точка. Степента на всяко намаление зависи от целите на изследването, плана за валидиране, броя на животните, графика за изображения и необходимостта от директно ex vivo потвърждение. Следователно молекулярното изобразяване трябва да се разглежда като начин за подобряване на информацията, получена от изследване върху животни, а не като автоматичен заместител на терминалния анализ.

Какво изображенията не установяват сами

Първото ограничение е пространствената и клетъчната разделителна способност. SPECT/CT може да локализира радиомаркиран сигнал в анатомични области, но не може да определи дали материалът е вътре в неврони, глиални клетки, съдови отделения или извънклетъчното пространство. Клетъчната и субклетъчната локализация изисква методи като авторадиография, хистология, имунохистохимия или други крайни анализи.

Второто ограничение се отнася до молекулярната идентичност. Камерата открива радиоактивно разпадане от изотопа. Той не разграничава интактен пептид от радиомаркиран метаболит или свободен йод, ако етикетът се освобождава in vivo. Следователно стабилността на етикета трябва да се оцени преди и по време на изследването, когато е подходящо. Избраните крайни времеви точки могат да бъдат сдвоени с ex vivo биоанализ, за ​​да се определи доколко сигналът за изображения представя родителския тестов артикул.

Третото ограничение е приписването на маршрута. Свързаният с -мозъка сигнал след интраназално дозиране е съвместим с доставянето на ЦНС, но SPECT сам по себе си не може окончателно да различи директния транспорт-към-мозъка от системната абсорбция, последвана от последващо преминаване на BBB, или от комбинация от пътища. Конкретните-заключения по маршрута изискват интегриране с дизайна на изследването, данните за формулировката, плазмената и тъканната фармакокинетика, измерванията на CSF, когато е подходящо, и съответните контроли.

Тези ограничения не намаляват стойността на изображенията. Те определят как трябва да се използват данните. Серийните изображения могат да идентифицират регионите и времевите точки, които изискват подробно изследване на терминала, което позволява работата ex vivo да бъде фокусирана върху конкретни въпроси, вместо да се разпределя в произволен времеви курс.

Защо NHP са подходящи за развитието на носа-към-мозъка

Гризачите остават полезни за скрининг на формулировка, проучвания на механизми и ранно доказателство-на-концептуална работа. Въпреки това, назалната анатомия и дихателната физиология на гризачите се различават от тези на хората. Гризачите задължително дишат през носа и обонятелният епител заема пропорционално по-голяма част от носната кухина. Тези характеристики могат да повлияят на отлагането и могат да доведат до по-голям видим принос от обонятелния транспорт, отколкото би се очаквало при хората.

NHP осигуряват по-близък анатомичен и физиологичен контекст за избрани транслационни въпроси, включително геометрия на носната кухина, организация на дихателните пътища, модел на дишане, анатомия на ЦНС и съвместимост с клинично-еквивалентно изображение. Данните от NHP не елиминират несигурността в човешкия превод и не трябва да се тълкуват като пряка прогноза за клинична експозиция. Тяхната стойност е, че позволяват да се оцени маршрута, регионалното разпределение, задържането и системното разположение в модел с по-голямо значение за човешката анатомия, отколкото стандартните изследвания върху гризачи за някои въпроси за доставка.

Изборът на видове трябва да остане воден от въпроса за развитието. Проучването на NHP е най-информативно, когато е предназначено да реши решение, което не може да бъде адекватно адресирано in vitro или при гризачи, като избор на формулировка, регионална експозиция на ЦНС, оценка на -устройството за доставяне или връзката между локалното отлагане и системната експозиция.

Интегриране на изображения с фармакология, биоанализ и фармакология

Молекулярното изобразяване е най-полезно, когато е планирано като един компонент от интегриран транслационен набор от данни. Изследване от-до-мозък може да комбинира сериен SPECT/CT с плазмена ФК, вземане на проби от CSF, назални и респираторни оценки, тъканен биоанализ, измервания на биомаркери и фармакодинамични крайни точки.

Тази интеграция позволява да се сравняват няколко слоя доказателства:

• Системна експозиция:плазмена концентрация, експозиция и клирънс;
• Пространствена експозиция:регионално разпределение на радиомаркирания материал в мозъка и-органите;
• Времева експозиция:промяна в сигнала от ранния период след-доза през по-късно задържане или измиване;
• Молекулярна идентичност:съотношението на сигнала, дължащо се на непокътнатия изходен материал или съответните метаболити; и
• Биологичен ефект: целева ангажираност, биомаркерен отговор или функционална фармакология.

Нито един слой не е достатъчен за всяка програма. Транслационната интерпретация става по-силна, когато образният сигнал е свързан с измереното тестово изделие, очаквания механизъм и биологичен отговор, който е от значение за терапевтичната хипотеза.

Ролята на Prisys Biotech в изследванията на NHP нос-към-мозъчни изображения

Prisys Biotech провежда транслационни проучвания на NHP, които могат да включват интраназално дозиране, серийно молекулярно изобразяване, PK/PD, анализ на биомаркери и допълнителни оценки на тъканите. Работният процес може да включва избор на радионуклиди, радиомаркиране, подготовка и пречистване след-маркиране, качествен контрол, SPECT/CT или PET/CT на големи-животни и количествен анализ на изображения.

Материалите на уебинара описват работни процеси за етикетиране и изображения, приложими за малки молекули, пептиди, протеини, макромолекули, наноматериали и антитела. Подходящият радионуклид и модалност зависят от изпитваното изделие, химията на етикетирането, очакваната кинетика, необходимия прозорец за наблюдение, чувствителността и целите на изследването. Тези параметри трябва да бъдат установени по време на дизайна на изследването, а не да бъдат избрани единствено въз основа на наличността на инструмента.

За програмите от нос{0}}към-мозък практическата цел е да се свърже процедурата за доставяне със защитен пакет от доказателства: къде се открива материалът, как се променя разпределението му във времето, каква част от сигнала може да се припише на родителската молекула и дали експозицията е свързана с фармакологичен ефект.

Заключение

Сериен 125I SPECT предоставя начин за оценка на разпределението на-мозъчната и дихателната-система след интраназално приложение на пептид в NHP. В случая с уебинара, сканиранията на 1, 24, 48, 72 и 96 часа показаха как едно приложение на ниво-на проследяване може да генерира надлъжна и пространствена информация, включително откриваем мозъчно-сигнал за най-малко 72 часа, както е представено от изследователския екип.

Методът не доказва независимо точния-транспортен механизъм-към-мозъка, клетъчната локализация или интактната-родителска концентрация. Тези въпроси изискват допълнителни контроли, оценка на -стабилността на етикета, биоанализ и, когато е необходимо, методи на терминална тъкан. Неговата стойност се състои в добавянето на повтарящ се in vivo изглед на разпределението и задържането към конвенционалната рамка за ФК и-тъканен анализ.

За разработването на лекарства за ЦНС най-информативният дизайн обикновено не е образна диагностика, а биоанализ. Това е образна диагностика заедно с биоанализ, фармакология и подходящи крайни точки на транслацията. Тази комбинация може да подкрепи по-прецизни решения относно формулирането, дозирането, регионалната експозиция на ЦНС, задържането и следващия етап на неклинично развитие.