Az orr-agyba történő bejuttatása NHP-ben: 125I SPECT esettanulmány

Avér-agy gátA (BBB) ​​a központi idegrendszer (CNS) gyógyszerfejlesztésének egyik fő korlátja. Korlátozza számos kis molekula és a legtöbb biológiai anyag bejutását az agy parenchymájába. Intranazális, illorrból-az agyba{1}}szállításezért felkeltette az érdeklődést, mivel az orrüreg anatómiailag kapcsolódik a központi idegrendszerhez a szagló és a trigeminus pályákon keresztül. Ezek az utak hozzáférést biztosíthatnak az agyhoz, ami nem magyarázható önmagában a szisztémás keringéssel.

A tudományos kihívás nem egyszerűen az intranazális útvonal kiválasztása. Ennek célja annak bemutatása, hogy hova kerül a beadott anyag, mennyi jel kapcsolódik az agyhoz, hogyan változik ez a jel az idő múlásával, és hogy a megfigyelés inkább az érintetlen vizsgálati cikket tükrözi-e, nem pedig egy levált címkét vagy metabolitot. A plazma farmakokinetikája (PK) nem tud válaszolni ezekre a kérdésekre.A cerebrospinális folyadék (CSF) mintavételekorlátozott részből és korlátozott számú időpontból szolgáltat információt. A terminális agyelemzés közvetlen szövetméréseket tesz lehetővé, de általában minden állat egy terminális megfigyelést végez.

Radioaktívan jelöltmolekuláris képalkotáskiegészítő módot kínál ezeknek a kérdéseknek a megválaszolására a nem{0}}főemlősöknél (NHP). Ha egy radioaktívan jelölt vizsgálati cikket kombinálnak sorozatos SPECT/CT-vel, a nyomozók nyomon követhetik a nyomjelzővel kapcsolatos jeleket az agyban és az egész testben ugyanabban az állatban. Ez a cikk egy jód-125-tel jelölt peptid esetet tárgyal, amelyet aPrisys Biotech molekuláris képalkotó webináriumés elmagyarázza, hogy a tanulmányterv mit mutathat be és mit nem.

Miért nem elegendő a plazma PK a központi idegrendszeri bejuttatás értékeléséhez?

A szisztémás expozíció nem egyenlő az agyi expozícióval. Egy vegyület mérhető vagy akár jelentős plazmakoncentrációt produkálhat, miközben az agyban csak korlátozott koncentrációt ér el. Az összefüggést az intranazális beadás után különösen nehéz értelmezni, mivel a beadott anyag az orrüregben maradhat, kiürülhet a légutakba, szisztémásan felszívódhat, vagy helyi anatómiai utakon a központi idegrendszer felé szállítható.

A CSF-mintavétel hasznos információkkal szolgál, de a CSF nem minden agyi rész közvetlen helyettesítője. A mintavétel invazív, ritka időpontokat biztosít, és nem feltétlenül regionális parenchymális expozíciót jelent. A terminális agyszövet elemzése közvetlenebb, de a longitudinális retenciós görbe külön állatokat igényel minden egyes terminális időponthoz. Ez megnöveli a szükséges állatok számát, és jobban függővé teszi az idő lefutását az alanyok közötti -változékonyságtól.

Sem a plazma PK, sem egyetlen terminális mérés nem ad teljes térbeli képet. Egy intranazális központi idegrendszeri program esetében a vizsgálóknak azt is tudniuk kell, hogy a vizsgált cikk az orrüregben marad-e, eléri-e az alsó légutakat, eloszlik-e más szervekben, vagy regionális mintázatot mutat-e az agyon belül. Ezek ugyanúgy elosztási kérdések, mint koncentrációs kérdések.

Hogyan támogatja a radioaktívan jelölt SPECT az orr{0}}agy{1}}értékelését

A molekuláris képalkotó vizsgálat egy radionuklid kiválasztásával és egy jelölési stratégiával kezdődik, amely illeszkedik a vizsgált cikkhez és a várható biológiai időbeosztáshoz. A webinárium esetében a peptidet jód-125-tel (125I) jelölték, egy radionukliddal, amelynek fizikai felezési ideje körülbelül 59,4 nap. Viszonylag hosszú fizikai felezési ideje összeegyeztethető az óráktól napokig tartó sorozatos megfigyeléssel, ami akkor releváns, ha az agy visszatartása túlterjedhet az általánosan használt, rövid élettartamú PET-radionuklidok rövid képalkotó ablakán.

A címkézett anyagot nyomjelző szinten adják be. Az ilyen típusú mikrodózisos kialakítás célja, hogy detektálható képalkotó jelet biztosítson, miközben minimalizálja a címkézett anyag által okozott farmakológiai zavarokat. Önmagában nem bizonyítja, hogy a jelzett készítmény azonosan viselkedik a jelöletlen terápiás szerrel. Ez a kérdés a jelölési helytől, a specifikus aktivitástól, a radiokémiai tisztaságtól, a kiszereléstől és a kiindulási molekula biológiai tulajdonságainak megőrzésétől függ.

A SPECT/CT egyesíti a radionuklid{0}}eredetű molekuláris információkat az anatómiai{1}}koregisztrációval. A sorozatos szkennelések a következők értékelésére használhatók:

• hogy az agyhoz{0}}kapcsolódó jel kimutatható-e az intranazális beadás után;
• a jel anatómiai eloszlása ​​a leképezett központi idegrendszeri régiókon belül;
• az agyhoz{0}}kapcsolódó jelek időbeli változása; és
• egyidejű elhelyezkedés az orrüregben, a légutakban, a tüdőben és a látómezőn belüli egyéb szervekben.

Az eredményül kapott méréseket leginkább nyomjelzővel{0}}kapcsolódó jelként vagy radioaktívan jelölt-anyageloszlásként lehet értelmezni. Ezeket nem szabad automatikusan intakt kiindulási-gyógyszer-koncentrációként leírni, hacsak a címkestabilitás és az ex vivo bioanalízis nem támasztja alá ezt az értelmezést.

Esettanulmány: Serial 125I SPECT intranazális peptid beadás után NHP-kben

Az esetet a Prisys Biotech NHP transzlációs kutatási képességei és radiokémiai és molekuláris képalkotó képességei végezték. A vizsgálatban jód-125-tel jelölt peptidet használtak intranazálisan az NHP-knek.

A sorozatos SPECT képalkotást 1, 24, 48, 72 és 96 órával a beadás után végeztük. A képalkotó szekvenciát úgy tervezték, hogy megvizsgálja az agyhoz kapcsolódó, radioaktívan jelölt jelek jelenlétét és eloszlását több-napos perióduson keresztül, ahelyett, hogy egyetlen terminális mérésre támaszkodna.

Az eset három kapcsolódó információval szolgált. Először is, az agyhoz{1}}kapcsolódó jelet figyelték meg intranazális adagolás után, ami alátámasztotta a központi idegrendszeri bejuttatás további vizsgálatát. Másodszor, a jel eloszlását fel lehetne mérni az agy anatómiai régiói között, nem pedig egyetlen teljes agyi értékként kezelni. Harmadszor, a sorozatos szkennelések megmutatták, hogyan változott az agyhoz kapcsolódó jel a 96 órás megfigyelési periódus alatt, beleértve a kimutatható jel legalább 72 órán keresztüli megtartását, amint azt a webinárium bemutatta.

Ugyanezek a felvásárlások a központi idegrendszeren kívüli információkat is szolgáltattak. A jelet az orrrégióban, az arcban, a hörgőkben és a tüdőben értékelték. Ez azért fontos, mert a helyi lerakódás és a légúti kiürülés befolyásolhatja az intranazális dózis azon részét, amely rendelkezésre áll az orrból{2}}az agyba való-transzport számára. Egy olyan képalkotó terv, amely mind a központi idegrendszerrel kapcsolatos, mind a légúti diszpozíciót vizsgálja, segíthet a kutatóknak a szállítási útvonal egészének értelmezésében, ahelyett, hogy csak a végső agyi képre összpontosítana.

Amit a tanulmányterv válaszolhat

1. Kimutatható-e az agyhoz{1}}kapcsolódó jel intranazális adagolás után?

A Serial SPECT in vivo bizonyítékot szolgáltat arra vonatkozóan, hogy a beadás után radioaktívan jelölt anyag van jelen a leképezett agyi régióban. Ez erősebb, mintha csak a plazmaexpozícióból következtetnénk a központi idegrendszerre való eljutásra. Az eredményt továbbra is pontosan le kell írni: a képalkotás kimutatja az agyhoz{2}}asszociált nyomjelző szignált, de önmagában nem bizonyítja a pontos szállítási útvonalat, és nem állapítja meg, hogy az érintetlen peptid egy bizonyos agysejttípusba került.

2. Hol halmozódik fel a jel?

A SPECT/CT a modalitás, a regisztráció minősége, a rekonstrukciós módszer és a vizsgálatspecifikus felbontás által megengedett szinten biztosít térbeli információkat. A regionális elemzés megmutathatja, hogy a jel koncentrálódik-e bizonyos anatómiai területeken. Ez fontos azoknál a központi idegrendszeri programoknál, amelyekben a teljes agy{3}}átlaga elfedheti a regionális különbségeket az expozícióban vagy a visszatartásban.

3. Hogyan változik az agyhoz{1}}kapcsolódó jel az idő múlásával?

Az 1-–96-órás sorozat tantárgyon belüli időutat biztosít. A nyomozók megvizsgálhatják a legmagasabb megfigyelt jelig eltelt időt, a megfigyelési ablakban való kitartást és a látszólagos kimosódást. Ezek a képalkotásból származó megfigyelések a plazma PK, a CSF-adatok, a farmakodinámiás végpontok és az ex vivo szövetmérés mellett figyelembe vehetők.

4. Hová kerül az adag maradék része?

A teljes-test vagy a kiterjedt{1}}mező képalkotása feltárhatja az agyon kívüli egyidejű eloszlást. Az intranazális adagolásnál az orrüreg és a légutak különösen fontosak. A perifériás szervek eloszlása ​​szintén segíthet azonosítani azokat az expozíciós mintákat, amelyek a látszólagos központi idegrendszeri szállítási frakció biztonsága, kiürülése vagy értelmezése szempontjából relevánsak lehetnek.

5. Csökkentheti-e a vizsgálat a terminális mintavételtől való függőséget?

A sorozatos képalkotás lehetővé teszi ugyanazon alany ismételt megfigyelését, ami csökkentheti annak szükségességét, hogy minden időponthoz külön terminális kohorszokat kell hozzárendelni. A csökkentés mértéke a vizsgálati céloktól, a validálási tervtől, az állatok számától, a képalkotó ütemezéstől és a közvetlen ex vivo megerősítés szükségességétől függ. A molekuláris képalkotást ezért úgy kell tekinteni, mint az állatkísérletekből nyert információk javításának módját, nem pedig a terminális elemzés automatikus helyettesítőjeként.

Amit a képalkotás önmagában nem hoz létre

Az első korlát a térbeli és celluláris felbontás. A SPECT/CT képes lokalizálni a radioaktívan jelölt jelet az anatómiai régiókban, de nem tudja meghatározni, hogy az anyag neuronokban, gliasejtekben, vaszkuláris kompartmentekben vagy az extracelluláris térben van-e. A sejtes és szubcelluláris lokalizáció olyan módszereket igényel, mint az autoradiográfia, szövettan, immunhisztokémia vagy más terminális vizsgálatok.

A második korlátozás a molekuláris azonosságra vonatkozik. A kamera érzékeli az izotóp radioaktív bomlását. Nem különbözteti meg az érintetlen peptidet a radioaktívan jelölt metabolitoktól vagy a szabad jódtól, ha a jelölés in vivo felszabadul. A címke stabilitását ezért adott esetben a vizsgálat előtt és közben értékelni kell. A kiválasztott végpontok ex vivo bioanalízissel párosíthatók annak meghatározására, hogy a képalkotó jel mennyire reprezentálja a vizsgálati alapterméket.

A harmadik korlátozás az útvonal hozzárendelése. Az intranazális adagolást követő agyvel-kapcsolódó jel kompatibilis a központi idegrendszeri bejuttatással, de a SPECT önmagában nem tudja véglegesen megkülönböztetni a közvetlen orrból{2}}az agyba történő transzportot a szisztémás abszorpciótól, amelyet azt követő BBB-áthaladás követ, vagy az útvonalak kombinációjától. Az útvonal-specifikus következtetések integrálását igénylik a vizsgálat tervével, a készítmény adataival, a plazma- és szöveti PK-val, a CSF-mérésekkel, ahol szükséges, és a megfelelő kontrollokkal.

Ezek a korlátozások nem csökkentik a képalkotás értékét. Meghatározzák az adatok felhasználásának módját. A sorozatos képalkotás képes azonosítani azokat a régiókat és időpontokat, amelyek részletes terminálvizsgálatot tesznek szükségessé, lehetővé téve, hogy az ex vivo munka konkrét kérdésekre összpontosuljon, ahelyett, hogy egy tetszőleges időrendre osztanák fel.

Miért fontosak az NHP-k az orr-agy{1}}fejlődése szempontjából?

A rágcsálók továbbra is hasznosak a készítmény szűrésében, a mechanizmusok tanulmányozásában és az elgondolás -korai bizonyításában-. A rágcsálók orr-anatómiája és légúti fiziológiája azonban eltér az emberétől. A rágcsálók obligát orrlélegzők, és a szaglóhám az orrüreg arányosan nagyobb részét foglalja el. Ezek a jellemzők befolyásolhatják a lerakódást, és a szaglótranszport nagyobb látszólagos hozzájárulásához vezethetnek, mint az embereknél várható lenne.

Az NHP-k közelebbi anatómiai és fiziológiai kontextust biztosítanak a kiválasztott transzlációs kérdésekhez, beleértve az orrüreg geometriáját, a légutak szerveződését, a légzési mintát, a központi idegrendszer anatómiáját és a klinikai -egyenértékű képalkotással való kompatibilitást. Az NHP adatok nem szüntetik meg az emberi fordítás bizonytalanságát, és nem értelmezhetők a klinikai expozíció közvetlen előrejelzéseként. Értékük az, hogy lehetővé teszik az útvonal, a regionális eloszlás, a visszatartás és a szisztémás diszpozíció értékelését egy olyan modellben, amely nagyobb jelentőséggel bír az emberi anatómia szempontjából, mint a szokásos rágcsálóvizsgálatok bizonyos szállítási kérdésekben.

A fajok kiválasztását továbbra is a fejlesztési kérdésnek kell vezérelnie. Az NHP-tanulmányok akkor a leginformatívabbak, amikor olyan döntések megoldására szolgálnak, amelyeket nem lehet megfelelően kezelni in vitro vagy rágcsálókban, mint például a készítmény kiválasztása, a regionális központi idegrendszeri expozíció, a szállítóeszköz értékelése vagy a helyi lerakódás és a szisztémás expozíció közötti kapcsolat.

A képalkotás integrálása a PK-val, a bioanalízissel és a farmakológiával

A molekuláris képalkotás akkor a leghasznosabb, ha egy integrált transzlációs adatkészlet egyik összetevőjeként tervezi. Az orr{1}}–-agy vizsgálat kombinálhatja a sorozatos SPECT/CT-t a plazma PK-val, a CSF-mintavétellel, az orr- és légúti értékelésekkel, a szöveti bioanalízissel, a biomarker mérésekkel és a farmakodinámiás végpontokkal.

Ez az integráció lehetővé teszi a bizonyítékok több rétegének összehasonlítását:

• Szisztémás expozíció:plazmakoncentráció, expozíció és clearance;
• Térbeli expozíció:a radioaktívan jelölt anyag regionális agyi és perifériás{0}}eloszlása;
• Időbeli expozíció:a jel változása az adagolás utáni korai-időszaktól a későbbi visszatartásig vagy kimosódásig;
• Molekuláris azonosság:az érintetlen kiindulási anyagnak vagy releváns metabolitoknak tulajdonítható jel aránya; és
• Biológiai hatás: célzott elkötelezettség, biomarker válasz vagy funkcionális farmakológia.

Egyetlen réteg sem elegendő minden programhoz. A transzlációs értelmezés erősebbé válik, ha a képalkotó jelet a mért tesztcikkhez, a várható mechanizmushoz és a terápiás hipotézis szempontjából releváns biológiai válaszhoz kapcsolják.

A Prisys Biotech szerepe az NHP orr{0}}–-agy képalkotó tanulmányaiban

A Prisys Biotech NHP transzlációs vizsgálatokat végez, amelyek magukban foglalhatják az intranazális adagolást, a sorozatos molekuláris képalkotást, a PK/PD-t, a biomarker elemzést és a kiegészítő szövetértékeléseket. A munkafolyamat magában foglalhatja a radionuklidok kiválasztását, a radioaktív jelölést, a jelölés utáni előkészítést és tisztítást, a minőségellenőrzést, a nagy-állat SPECT/CT-t vagy PET/CT-t és a kvantitatív képelemzést.

A webinárium anyagai a kis molekulákra, peptidekre, fehérjékre, makromolekulákra, nanoanyagokra és antitestekre alkalmazható címkézési és képalkotási munkafolyamatokat ismertetik. A megfelelő radionuklid és modalitás a vizsgálati cikktől, a jelölési kémiától, a várható kinetikától, a szükséges megfigyelési ablaktól, az érzékenységtől és a vizsgálati céloktól függ. Ezeket a paramétereket a vizsgálat tervezése során kell meghatározni, nem pedig kizárólag a műszer rendelkezésre állása alapján.

Az orr-agyba{1}}programok esetében a gyakorlati cél az, hogy a szállítási eljárást egy védhető bizonyítékcsomaggal kössék össze: hol észlelhető az anyag, hogyan változik az eloszlása ​​az idő múlásával, a jel mekkora hányada tulajdonítható a szülőmolekulának, és hogy az expozíció összefügg-e farmakológiai hatással.

Következtetés

A Serial 125I SPECT módot ad az agy-asszociált és légzőrendszeri-eloszlásának értékelésére intranazális peptid beadása után NHP-kben. A webinárium esetében az 1., 24., 48., 72. és 96. órában végzett szkennelések megmutatták, hogy egyetlen nyomjelző-szintű beadás hogyan képes longitudinális és térbeli információkat generálni, beleértve az agyhoz kapcsolódó, kimutatható jeleket is legalább 72 órán keresztül, ahogy azt a kutatócsoport bemutatta.

A módszer önállóan nem bizonyítja a pontos orr-az-agy transzport mechanizmusát, a sejtes lokalizációt vagy az ép-szülői koncentrációt. Ezek a kérdések kiegészítő kontrollokat, címkézési -stabilitásértékelést, bioanalízist és szükség esetén terminális szöveti módszereket igényelnek. Értéke abban rejlik, hogy a hagyományos PK és szövet{6}}elemzési keretrendszerhez a megoszlás és a retenció ismételt in vivo nézetét adjuk.

A központi idegrendszeri gyógyszerfejlesztés esetében a leginformatívabb terv általában nem a képalkotás a bioanalízis helyett. Ez a képalkotás bioanalízissel, farmakológiával és megfelelő transzlációs végpontokkal együtt. Ez a kombináció pontosabb döntéseket tud meghozni a formulával, az adagolással, a regionális központi idegrendszeri expozícióval, a visszatartással és a nem klinikai fejlesztés következő szakaszával kapcsolatban.