Dopamin D2/D3 receptorok leképezése főemlősökben a [18F]Fallypride segítségével

A központi idegrendszer (CNS) gyógyszerfejlesztésében az agyba jutó jelölt elhárította az első akadályt. Az külön kérdés, hogy eléri-e a farmakológiai célpontját, és a plazmaexpozíció nem tud rá válaszolni.

Vérplazmafarmakokinetika (PK), cerebrospinal fluid (CSF) sampling, and tissue biodistribution describe how much drug is present and where it goes. None of them reports how much of a specific receptor is occupied. A központi idegrendszeri terápiák esetében a rés számít, mivel a farmakológiai aktivitás általában nem a mérhető agyi koncentráció elérésétől függ, hanem a cél-elkötelezettség megfelelő szintjének elérésétől.

A pozitronemissziós tomográfia (PET) receptor képalkotás méri a foglaltságot. A radioaktívan jelölt ligandumok reverzibilisen kötődnek specifikus receptorokhoz, és a ligandumkötésben bekövetkező változás egy farmakológiai beavatkozást követően számszerűsíti, hogy a gyógyszer mekkora receptorkészletet vett fel.

A Prisys működő példát mutatott be a Prisys Biotech webináriumonmolekuláris képalkotásfőemlősök (NHP) kutatásában. A vizsgálatban [18F]Fallypride-ot használtak a dopamin D2/D3 receptor kötődésének követésére cynomolgus majmokban 150 perces dinamikus PET felvételen keresztül, intravénás haloperidollal 120 perc után.

Az eset bemutatja, hogy a dinamikus PET hogyan jellemzi a regionális receptorkötődést, demonstrálja a farmakológiai kiszorítást, és támogatja a preklinikai központi idegrendszeri programokban a cél-elköteleződés értékelését.

1. Miért fontos a receptorok kihasználtsága a hagyományos PK-n túl?

A receptorfoglaltság a rendelkezésre álló célreceptorok azon aránya, amelyeket egy gyógyszer egy adott időpontban köt. A plazmakoncentráció és a teljes szöveti expozíció azt írja le, hogy mennyi gyógyszer van jelen. A foglaltság azt írja le, hogy a gyógyszer mit csinál a receptoron.

A dopamin D2 antagonisták és részleges agonisták esetében a plazmakoncentráció és a foglaltság közötti kapcsolat nemlineáris és telíthető. Alacsony koncentrációknál a kitettség mérsékelt növekedése nagymértékben növeli a foglaltságot. Ahogy a kötődés megközelíti a telítettséget, a koncentráció további növekedése fokozatosan kisebb nyereséget eredményez.

Ennek az alaknak közvetlen következményei vannak a dózis kiválasztására. Az antipszichotikus gyógyszerek klinikai PET-vizsgálatai összefüggéseket állapítottak meg a D2-receptorok elfoglaltsága, a terápiás válasz és az extrapiramidális tünetek között. A kihasználtság mérése tehát azt mutatja meg, hogy egy jelölt eléri-e az elkötelezettség megfelelő szintjét anélkül, hogy az expozíciót a farmakológiai elvárásoknál magasabb szintre emelné.

Ugyanez a logika vonatkozik más dopamin-irányított mechanizmusokra is. A D2 részleges agonistának elegendő foglalásra van szüksége ahhoz, hogy kifejtse hatását, miközben teret hagy az endogén dopaminerg jelátvitelnek. Az extrastriatális receptorokat célzó vegyületeknek kimutatható kötődésre van szükségük ezekben a régiókban, és a striatális magas felvétel önmagában ezt nem mutatja.

2. Mit mér a [18F]Fallypride PET?

[18F] A Fallypride egy szubsztituált benzamid radioligand, amely nagy affinitással rendelkezik a dopamin D2-szerű receptorokhoz, beleértve a D2 és D3 altípusokat. A kötés reverzibilis, így ugyanaz a nyomjelző követhető asszociáción és disszociáción keresztül egy munkameneten belül.

Affinitása elég magas ahhoz, hogy jelentse a kötődést az alacsony receptorsűrűségű régiókban, beleértve a kérgi és a talamusz területeket is. A legtöbb dopaminreceptor nyomjelzőt nagy sűrűségű régiókhoz fejlesztették ki, és kevés használható jelet adnak vissza a striatumon kívül.

A fluor-18 fizikai felezési ideje körülbelül 110 perc, ami elég hosszú egy dinamikus protokollhoz, amely rögzíti a szállítást, a regionális felhalmozódást és a kimosódást egy gyűjtésben.

Két értelmezési korlát érvényesül. [18F]Fallypride does not separate D2 from D3, so the signal is D2/D3 binding and nothing more specific. PET signal intensity also does not equal receptor number. A mért radioaktivitás egyesíti a nyomjelző szállítást, a nem specifikus eloszlást, a specifikus kötődést és a nyomjelző kinetikáját, és ezen komponensek elkülönítése kinetikai elemzést igényel.

3. Az NHP eset: Dinamikus PET-képalkotás Haloperidol kihívással

Dr. Liu példája [18F]Fallypride PET-et használt cynomolgus majmokban a nyomjelző eloszlás és a regionális receptorkötődés jellemzésére a normál agyban. A cél az alapvonal leírása volt, nem pedig egy betegségmodell vagy egy terápiás jelölt.

Az akvizíció 150 percig tartott. 120 perc elteltével a haloperidolt intravénásan adták be farmakológiai blokkoló kihívásként.

Striatal and extrastriatal regions behaved differently. Extrastriatal regions generally peaked earlier and cleared faster. The bilateral striata reached peak later and retained tracer longer.

A receptor sűrűsége magyarázza a mintát. A nagy sűrűségű régiókban, például a striatumban, a jelek nagy része specifikus kötődésből származik. Ahol kisebb a sűrűség, ott arányosan többet hordoz a nyomjelző szállítása és a nem specifikus eloszlás.

Ez a különbség korlátozza a tanulmányi tervezést. Egyetlen statikus kép egy meghatározott időpontban nem jellemezheti egyszerre a striatális és extrastriatális kötést, ezért a felvételi időzítésnek és az elemzési tervnek figyelembe kell vennie a regionális kinetikát.

A haloperidollal végzett kísérlethez farmakológiai tesztet is hozzáadtak. A haloperidol egy dopaminreceptor antagonista, és ugyanazon kötőhelyekért versenyez a [18F]Fallypride-dal. Az adagolás után a nyomjelző kötődés azokra a régiókra esik, ahol a jel nagyrészt specifikus D2/D3 kötődés. Ez az eltolás támogatja a regionális jel specifitását és reverzibilitását.

4. Hogyan lehet számszerűsíteni a receptorok foglaltságát és a kötési potenciált?

A képek önmagukban nem hordozhatnak kvantitatív farmakológiai állítást. A legtöbb információ az idő-aktivitás görbén (TAC) található, amely nyomon követi a radioaktivitás koncentrációját egy kiválasztott régióban a felvétel során. Alakja a nyomjelző szállítást, a receptor asszociációt, a disszociációt és a kiürülést tükrözi.

Reverzibilis nyomjelzők esetében a mennyiségi meghatározás általában egy olyan referencia régióra támaszkodik, amely elhanyagolható mértékben kötődik a célponthoz. Ez a régió megbecsüli a nem elmozdítható nyomjelző eloszlását, és lehetővé teszi, hogy az elemzés elkülönítse a specifikus kötést a jel többi részétől.

A leggyakrabban közölt paraméter a nem kiszorítható kötési potenciál (BP_ND), a specifikusan kötött nyomjelző és a nem elmozdítható nyomjelző aránya egyensúlyban a választott kinetikai modell feltételezései szerint. A referencia-szövet modellek vagy más validált kinetikai megközelítések becsülik meg, a nyomjelzőtől és a felvételi tervtől függően.

A foglaltság ezután a konkurens gyógyszer előtti és utáni kötődési potenciál összehasonlításából következik:

Receptor foglaltság (%)=[(BP_{ND, alapvonal}− BP_{ND, drog}) / BP_{ND, alapvonal}] × 100

A vérnyomás esése_NDAz adagolás után kevesebb hely marad elérhető a radioligand számára. A tanulmány feltételezései szerint ez az esés a receptorok kihasználtságát becsüli.

Az aritmetika egyszerű. A megbízhatóság nem. A fiziológiai stabilitás, a következetes felvétel, a pontos régiómeghatározás, a mozgáskorrekció és a megfelelő kinetikai modell egyaránt beépül a becslésbe.

A webinárium kihívás-tervezése ugyanazt az elvet alkalmazza egy ülésen belül. A különálló alapvonali és kezelés utáni szkennelések összehasonlítása helyett a blokkolószert egyetlen dinamikus felvétel során adják be, és az elmozdulást közvetlenül az idő-aktivitás görbéről olvassák le. Kevesebb képalkotó munkamenet azt jelenti, hogy a munkamenetek között kisebb változékonyság szabályozható. A tervezési döntésekre is súlyt fektet: a kihívás időzítése, a blokkoló dózis és az adagolás után hátralévő felvételi idő meghatározza, hogy az elmozdulást megfelelően rögzítik-e a méréshez.

5. Mit mutathat egy egyszeri dózisú kihívás?

Az egyszeri dózisú kihívás teszteli a nyomjelző specifitását és a reverzibilis célkötődést. Nem hoz létre dózis-foglaltság összefüggést.

Ez a korlát akkor számít, amikor a PET-eredmények a fejlesztési döntést szolgálják. Egy blokkoló adag egy beavatkozási pont. Az eltolás ezen a ponton támogatja a jel cél által közvetített leolvasását, és semmit sem mond arról, hogy a foglaltság hogyan mozog a koncentrációk között.

A mennyiségi dózis-foglaltság összefüggéshez több dózisszintre van szükség, ideális esetben a plazma PK mérésével együtt, hogy a foglaltság a szisztémás expozícióval összefüggésbe hozható. Egy ilyen kialakítás feltérképezi a koncentrációt az elköteleződéshez képest, azonosítja az adott tartózkodási sávhoz kötött expozíciós tartományt, és támogatja a farmakológiai dózis kiválasztását.

Három további szempont érinti az értelmezést.

Farmakológiai szelektivitás:A haloperidol nem szelektív a D2/D3-ra. Kölcsönhatásba lép a szigma-1 és a szerotonin 5-HT2A receptorokkal is. A blokkolószerként való használatát ezért a regionális nyomjelző eloszlással és a megfigyelt elmozdulással összevetjük, nem pedig annak bizonyítékaként, hogy minden hatás a D2/D3-on keresztül fut.

Fiziológiai állapotok:az érzéstelenítés és a fiziológiás változás befolyásolja az agyi véráramlást, a nyomjelző szállítást és esetleg az endogén dopaminerg aktivitást. Ezek a változók ellenőrzést és dokumentációt igényelnek a képalkotó munkamenet során.

Foglaltság kontra hatékonyság:a kihasználtság a célzott elkötelezettséget mutatja, nem a terápiás előnyt. Egy vegyület lényegében elfoglalhatja receptorát anélkül, hogy a kívánt downstream választ kiváltaná.

A receptor leképezés ezért inkább más farmakodinámiás végpontok mellé tartozik, mint azok helyett.

6. Miért használjunk főemlősöket a dopaminreceptor PET-vizsgálatokhoz?

Az NHP képalkotás megfelel a kvantitatív központi idegrendszeri receptor munkának, különösen akkor, ha a kérdés a striatális és extrastriatális populációkat együttesen fedi le.

A rágcsálók PET jól megalapozott, de a kis agy korlátozza a regionális számszerűsítést. A részleges térfogathatások súlyosbodnak, ha egy érdeklődési terület megközelíti a szkenner térbeli felbontását, és a szomszédos struktúrák szétválasztása megbízhatatlanná válik. A kis extrastriatális régiók szenvednek leginkább.

A nagyobb agy lehetővé teszi a striatum, a thalamus és a corticalis területek gyakorlati körülhatárolását. Az NHP-k a rágcsálófarmakológiát és a klinikai neuroképalkotást is áthidalják: a neuroanatómiai szervezet és a dopaminerg rendszer eléggé hasonlít az emberi elrendezéshez ahhoz, hogy transzlációs környezetben mérhetővé tegyék az eloszlást, a receptorkötést és a farmakológiai választ.

A másik előny az ismételt képalkotás ugyanazon az állaton. A tárgyon belüli tervezések csökkentik az egyének közötti eltérések befolyását a receptorok elérhetőségében és fiziológiájában, ami akkor számít, ha a várt hatás csekély, vagy ha a kötődést időben nyomon kell követni.

Az NHP-adatok nem cserélhetők fel humán PET-mérésekkel. A fiziológia, a nyomjelző kinetikája, az érzéstelenítés és a kísérleti körülmények eltérőek, és ezeket a különbségeket kezelni kell a kvantitatív eredmények lefordításakor. A megfelelő képalkotó modalitások és analitikai módszerek szűkítik a módszertani lemaradást.

7. A receptor képalkotás integrálása a központi idegrendszeri gyógyszerfejlesztésbe

A receptor PET akkor járul hozzá leginkább, ha egy szélesebb farmakológiai és PK/PD stratégián belül van.

A célzott elkötelezettség felmérése az első. Mielőtt nagyobb hatékonysági vizsgálatokra vállalkozna, egy csapat megállapíthatja, hogy a jelölt eléri-e az agyat, és elfoglalja-e a receptorát a megfelelő szisztémás expozíciónál.

A dózis kiválasztása következik. A több dózisszinten mért és a plazma PK-val integrált foglaltság olyan expozíció-foglaltság összefüggést ad, amely mechanikus alapot biztosít a dózisok kiválasztásához a későbbi vizsgálatok során, beleértve a korai klinikai munkát is.

A jelöltek összehasonlítása a harmadik használat. Ha több vegyületnek közös a molekuláris célpontja, a PET-foglaltsági adatok kiegészítik az in vitro kötési affinitást és a hagyományos PK-t, és lehetővé teszik az in vivo kapcsolódás összehasonlítását megfelelő expozíciók mellett.

Más végpontok mellett olvasva ezek a mérések teljesebben leírják a programot.

Ezeknek a méréseknek a kombinálása összekapcsolja az expozíciót, a célmeghatározást és a későbbi farmakológiai választ.

8. Az NHP Receptor PET gyakorlati szempontjai és korlátai

A kvantitatív receptor PET a gondos tervezést és a nyomjelző-specifikus validálást jutalmazza.

A referenciarégió feltételezése a legtöbb kvantitatív megközelítést támasztja alá. A kiválasztott régió elhanyagolható mértékű specifikus kötődést igényel a célponthoz, és meg kell állapítani, hogy alkalmas-e a nyomjelzőre és a használt fajokra.

A mozgás fontos a hosszú dinamikus felvételek során. A kis mozgások eltolják az anatómiai regisztrációt, és torzítják a regionális idő-aktivitás görbéket, ami átterjed a kötelező becslésekbe.

A teszt-újrateszt variabilitás jellemzést igényel, ha a kötés változása az elsődleges végpont. Kiindulási variabilitási adat nélkül a valódi farmakológiai hatás és a mérési különbség ugyanúgy néz ki.

A nyomjelző kötődési jellemzőit és a célon kívüli kölcsönhatásokat előre ellenőrizni kell. Ha altípus-specifikus információra van szükség, a [18F]Fallypride nem tudja elválasztani a D2-t a D3-as hozzájárulásoktól.

Ezek a követelmények meghatározzák a receptor PET használatának feltételeit: megfelelő nyomjelzőt, meghatározott mennyiségi végpontokat és a vizsgálat megkezdése előtt egyeztetett elemzési kritériumokat.

Következtetés

[18F] A cynomolgus majmokban végzett Fallypride PET megmutatja, hogy mit ad hozzá a receptor képalkotás in vivo: regionális D2/D3 kötődés, striatális és extrastriatális kinetika követte a 150 perces dinamikus felvételt, és farmakológiai elmozdulás intravénás haloperidollal 120 perccel.

A szélesebb hozzájárulás az a kérdés, amelyre választ ad. A receptor PET megállapítja, hogy a jelölt eléri-e a tervezett célpontját egy adott expozíció mellett, amelyet egyetlen plazma PK-görbe, CSF-minta vagy biológiai eloszlási kép sem old meg magától.

A hagyományos PK, CSF mintavétel, biológiai eloszlás képalkotás és funkcionális farmakodinámiás végpontok segítségével a foglaltsági adatok teljessé teszik a láncot az expozíciótól a farmakológiai aktivitásig.

Az expozíció, a célelköteleződés és a terápiás hatékonyság továbbra is eltérő mennyiségben marad. Ezek megkülönböztetése teszi a transzlációs tanulmányt informatívvá és a fejlesztési döntést védhetővé.

A molekuláris képalkotó webinárium esetsorozat

Ez a cikk zárja a hatrészes Prisys Biotech webinárium-sorozatot az NHP-kutatás molekuláris képalkotásáról. Minden rész egy kérdést tett fel.

Az első következettteljes test biológiai eloszlású képalkotásjód-125 SPECT-tel rendelkező NHP-kben, megkérdezve, hogyan oszlik el egy jelölt vegyület a szervek között az idő múlásával. A második megkérdezte, hogy az intranazálisan beadott vegyület eljut-e az agyba, és felhasználtákorrból agyba szállításmért SPECT válaszolni rá. A harmadik sikerültActinium-225 humán dózis vetítésaz NHP képalkotó adataiból, beleértve az elnyelt dózis becslését és az emberi tevékenység becsléseit. A negyedik nyomon követhetőlongitudinális tau PETrhesus makákó modellben. Az ötödik jelentkezettVMAT2 PETegy nem humán főemlős modellbenParkinson-kóra dopaminerg hiány mennyiségi meghatározására in vivo.

Egy halmazként olvasva a hat a megoszlástól a szállításon, a dozimetrián, a betegség progresszióján és a dopaminerg hiányon át a receptor elérhetőségéig halad, amely az a pont, ahol a képalkotó leolvasás megkezdi a választ egy farmakológiai kérdésre.

A képalkotó módszer kiválasztása a tudományos kérdést követi. A különböző nyomjelzők, gyűjtési protokollok és analitikai megközelítések kiegészítő információkat adnak vissza, és a kombináció erősíti a preklinikai farmakológiai adatok értelmezését.

További kontextusként a sorozatot egy áttekintő cikk kíséri az NHP-kutatásban és a transzlációs gyógyszerfejlesztésben végzett molekuláris képalkotási alkalmazásokról.

Vegye fel a kapcsolatot a Prisys Biotechnologies céggel