A pozitronemissziós tomográfia (PET) azt méri, hogy egy radioaktívan jelölt gyógyszer, biológiai anyag, nanorészecske vagy sejtterápia hol kerül egy élő szervezetbe. A nem-humán főemlősökkel (NHP) végzett vizsgálatokban a fő előnye az, hogy megválaszolja azokat a kérdéseket, amelyekre a terminális disszekció nem képes: nemcsak az, hogy a jelölt eléri-e a célpontját, hanem az is, hogy hová utazik, milyen messze terjed el az injekció beadásának helyétől, és hogyan változik ez a minta az idő múlásával.
Ezek a kérdések a legfontosabbak a vakcinák és a nanorészecske-terápiák esetében, ahol a nyirokcsomókon keresztül vezető út gyakran meghatározza, hogy mennyi antigén éri el az elvezető csomópontokat, és milyen erős az immunválasz.
Egy 2021-es papírBioanyagokmegmutatta, hogy néz ez ki a gyakorlatban. Martin és munkatársai egy nanorészecskés vakcinát követtek nyomon rhesus makákókban PET plusz szövet{1}}szintű fluoreszcens képalkotással, amely az egész állattól az egyes tüszőkig hatott. A combinjekciót követően a vakcina jele megjelent a lágyéki és a csípőnyirokcsomókban, néhány esetben az injekció beadásának helyétől 17 cm-re. Szövetszinten a nanorészecskékben{5}}megjelenített HIV-burok antigén a follikuláris dendritesejtes (FDC) hálózatok köré gyűlt össze a B-sejttüszőkben.
Elvihető a gyógyszerfejlesztők számára: a képalkotás lehetővé teszi, hogy összekapcsolja az injekció beadásának helyén történéseket és az anyag végét anélkül, hogy minden egyes időpontban meg kellene ölnie az állatot, hogy kiderítse.
Mit tesz hozzá a PET a biológiai eloszlási tanulmányokhoz?
A biodisztribúciós munka mindig is az állatok meghatározott időpontokban történő megölését, majd a szövet mérését jelentette: gammaszámlálás, autoradiográfia, szövettan vagy valamilyen bioanalitikai mérés. Minden időpont más állat, így mindig csak egy pillanatképet kap.
A PET megszünteti ezt a korlátot. Ismételten leképezheti ugyanazt az állatot, és figyelheti a radiocímké mozgását.
A preklinikai munkában ez az egyetlen képesség egyszerre több kérdésre is kiterjed: hova kerül az anyag, milyen gyorsan tisztul ki, eléri-e a célt, és hogy az eloszlás megfelel-e a javasolt mechanizmusnak. Különösen az NHP-vizsgálatok esetében a kontraszt a hagyományos szöveti munkával így néz ki:
| Megközelítés | Elsődleges információ | Főbb jellemző |
|---|---|---|
| PET képalkotás | Teljes{0}}testi és regionális biológiai eloszlás | Longitudinális, nem{0}}invazív |
| Ex vivo szövetelemzés | A szövetek koncentrációja és molekuláris összetétele | Terminál, mennyiségi |
| Szövettan / immunhisztokémia | A szöveti és sejtes lokalizáció | Nagy térbeli felbontás |
| Fluoreszcens képalkotás | Szövetszintű{0}}eloszlás | Nagy térbeli felbontás, általában ex vivo |
| MRI / CT | Anatómia és szerkezeti összefüggések | Magas anatómiai felbontás |
A PET nem a szövetelemzés{0}}kiválója. Értéke akkor jelenik meg, ha a teljes-test molekuláris képet anatómiai és szöveti-szintű végpontokkal párosítja.
A Rhesus makákó vizsgálata a nyirokrendszerre{0}}célzott vakcinákról
Martin csoportja megalkotta a nyirokrendszer meghajtására szolgáló alegység vakcinát: nanorészecskékre szerelt HIV-burok-trimert (trimer-NP), lipid-konjugált CpG-adjuvánssal (amph-CpG) párosítva. A PET-et szöveti fluoreszcencia képalkotással együtt használták, hogy összekapcsolják a teljes állatképet az egyes csomópontokon belül történtekkel.
A combinjekciót követően a PET főként az inguinalis és a csípőcsomókban vette fel a vakcinát. A jel az injekció helyétől 17 cm-re lévő csípőcsomókat ért el.
Ez a távolság számít. Azt mutatja, hogy nem feltételezhető, hogy az intramuszkuláris vízelvezetés megáll a legközelebbi csomópontnál. Egy nagy állatban a nyomjelző anatómiailag különálló nyirokállomásokon halad át, amelyeket a szokásos helyi minta hiányozna. Az NHP PET itt megállja a helyét az oltásban: megmutatja az élő állatban a nyirokrendszeri terjedés tényleges mértékét, nem pedig azokat a csomópontokat, amelyeket valaki idő előtt begyűjtött.
A teljes-testi biológiai eloszlástól a nyirokcsomó-mikroanatómiáig
Ez a tanulmány érdekessé válik a PET és a szöveti képalkotás párosítása.A PET a makromintát állította be: az inguinalis és a csípőcsomók a fő felvételi helyek. A fluoreszcens képalkotás ezután megmutatta, hogyan helyezkednek el a vakcina komponensei ezekben a csomópontokban. A nanorészecskékben{2}}megjelenített trimer az FDC-hálózatok szélei körül gyűlt össze a B-sejttüszőkben. Ennek a helynek van biológiai értelme: az FDC-k a limfoid tüsző váza és az antigént a csíraközpontban tartó szerkezet.
De a képalkotás nem bizonyítja az okot. A tanulmány kimutatta, hogy az antigén az FDC hálózatok mellett ül; önmagában a PET alapján nem mutatta ki, hogy ez az elrendezés jobb B-sejt-immunitást eredményezne. A képalkotás megmondja, hol van az anyag. Az, hogy ez a hely irányítja-e az immunválaszt, egy külön kérdés, és immunológiai adatokra van szükség a válaszadáshoz.
A munkafolyamatok a következőképpen kapcsolódnak egymáshoz:
PET → regionális eloszlás → szöveti képalkotás → sejtes elhelyezkedés → immun- vagy farmakodinámiás kimenetel
Minden lépés hozzáadja azt, amit az előző önmagában nem lát.
Miért számít a 17 cm-es lelet az NHP biológiai eloszlási kutatásának?
A 17 cm-es szám az a szám, amelyre mindenki emlékszik ebből a papírból, de ez csak összefüggésben jelent valamit.
Az eredmény egy HIV-oltásból származott, amelyet egy helyen, rhesus makákókban adtak be. Nem szabály, hogy az oltások hogyan ürülnek ki, és nem szabad a 17 cm-t fix anatómiai távolságként kezelni, amely az NHP-vizsgálatokon érvényesül. Azt mutatja, hogy a távoli nyirokfelvétel nagy lehet, és a PET képes mérni.
Mindenki számára, aki vakcinát, nanorészecskét vagy immunterápiát fejleszt ki, amely nyirok útján halad át, a megállapítás gyakorlati kérdések halmazát veti fel: hol található az anyagkészlet az injekció után, melyik csomópont látja a legtöbbet, változtat-e a készítmény a mintán, és ez az expozíció összhangban van-e azzal az immun- vagy farmakodinámiás hatással, amelyet valójában szeretne? A PET válaszol az első néhányra. A szöveti és immunvizsgálatoknak le kell zárniuk a hurkot a többinél.
A PET biológiai eloszlási eszköz, nem önálló hatékonysági vizsgálat
A PET jel nem azonos a tevékenységgel. A kamera látja a radionuklidot, bárhová is került: sértetlen gyógyszer, metabolit, lebomlott töredék vagy bármi más, amelyen még rajta van a jelölés. Az, hogy melyiket nézi, attól függ, hogyan címkézte.
Tehát egy PET biológiai eloszlási tanulmányhoz cégre van szükség. Az oltóanyag- vagy nanorészecske-program rendszerint vérmintavétel mellett fut szisztémás PK-hoz, csomópont-mintavétel a szöveti expozícióhoz, áramlási citometria az immun-sejtprofil meghatározásához, immunhisztokémia helymeghatározáshoz és funkcionális vizsgálatok a farmakodinámiás leolvasáshoz. Ez leginkább a biológiai anyagok és a nanorészecskék esetében számít, ahol a nyomjelző és az aktív anyag nem mindig marad össze.
PET radionuklid kiválasztása NHP biológiai eloszlási vizsgálatokhoz
Válassza ki a radionuklidot annak megfelelően, hogy mennyi ideig tartózkodik a jelölt molekula, és hogyan mozog.
A közösek,18F, 68Ga, 64 Cu, 89 Zr, és124I, a fizikai felezési{0}} széles skáláját fedi le.18Fkörülbelül 110 perc alatt lebomlik,64 Cunagyjából 12,7 óra alatt,89 Zrkörülbelül 3,27 nap alatt. A gyorsan-mozgó kis molekulák megfelelnek a rövid-életű izotópoknak; az antitesteknek, nanorészecskéknek és más lassú biológiai anyagoknak szükségük van a hosszú{4}}életűekre, mint pl.89 Zrhogy látható maradjon az Ön számára fontos ablakon keresztül.
A címkézésnek magát a molekulát is érintetlenül kell hagynia. Változtasd meg a méretét, töltését, lipofilségét, kötését vagy stabilitását, és változtathatsz, hogy hol tart. A radioaktív jelölést tanulmánytervként kell kezelni, nem pedig a szkennelés előtt kipipálandó négyzetként.
Miért érdemes nem{0}}ember főemlősöket használni a molekuláris képalkotáshoz?
Az NHP-k a rágcsálók és a klinika között ülnek. Elég nagyok ahhoz, hogy ugyanazokkal a gépekkel és protokollokkal tudjanak szkennelni, mint az embereknél, és anatómiájuk közelebb áll a miénkhez, mint az egéreké.
A Prisys Biodistribution Imaging Service platformjaklinikai -ekvivalens MRI-t, CT-t, PET-CT-t és DSA-t futtat, amelyek a betegség progressziójának, a gyógyszereloszlásnak, a hatékonyságnak és a biomarkereknek az ismételt mérésére vannak beállítva. Mertmolekuláris képalkotás, a kifizetődő az, hogy képes leolvasni a PET-et az anatómiával szemben: a PET/CT a jelet a struktúrával igazítja, az MRI pedig lágy{0}}szövetrészleteket ad hozzá. Az NHP képalkotás lényege nem önmagában a PET-vizsgálat. Ez a kép összekapcsolódik a farmakológiával, a bioanalízissel, a patológiával és a betegségmodelltel.
A PET képalkotás integrálása az NHP gyógyszerfejlesztésbe
Egy jó NHP PET-tanulmány egy kérdésből indul ki, nem abból, hogy „vegyünk egy képet a biológiai eloszlásról”.
Vakcina vagy nanorészecskék esetében a munkafolyamat általában lefut: az anyag címkézése és minőségellenőrzése, szükség esetén kiindulási szkennelés, beadás, majd sorozatos PET/CT beszerzése, érdeklődésre számot tartó régiók megrajzolása, végül a számok vér-, szövet- és farmakodinamikai adatokhoz való kötése. Az adatkészlet megmutatja, hogy a jelölt elérte-e azt a rekeszt, amelyre szánták, és hogyan változott az expozíció idővel.
A képalkotás az egész preklinikai programra kiterjed: eloszlás, PK, célelköteleződés, PD, hatékonyság, biomarkerek. Az NHP-k éle longitudinális: minden időpontban egy állatot követ, ahelyett, hogy minden egyes vizsgálathoz egy új csoportot égetne el. A terminális szövetmunka továbbra is kiérdemli a helyét, ha molekuláris vagy sejtfelbontásra van szüksége, amelyet a kamera nem tud biztosítani.
A biológiai eloszlástól a transzlációs döntésekig{0}}
A PET-adatok jó leolvasása többet jelent, mint annak feltérképezése, hogy hova került a gyógyszer. Az igazi kérdés az, hogy a minta megfelel-e az általad tervezett mechanizmusnak.
Vegyünk egy vakcinát, amely a kiürülő nyirokcsomók eltalálására készült. A PET megerősíti, hogy a csomópontok valóban szabaddá váltak. A szövetek képalkotása megmutatja, hol helyezkedik el bennük az antigén. Az immunvizsgálatok azt mutatják, hogy az adott helyre a kívánt B-sejt, T-sejt vagy antitest válasz érkezett-e. A lánc fut:
Beadás → megoszlás → cél-szöveti expozíció → sejt helye → farmakodinámiás válasz → eredmény
Törje meg bárhol, és a történet szétesik. A jelölt elérheti a megfelelő szövetet anélkül, hogy elérné a célpontot, vagy felhalmozódhat anélkül, hogy bármi hasznosat tenne. A PET ennek a láncnak az egyik láncszeme, csak akkor erős, ha a farmakológia és a szöveti munka kapcsolódik hozzá.
Következtetés
A PET módot ad arra, hogy megtekinthesse, hogyan mozog a drog az idő múlásával a főemlősön keresztül, ami akkor a leghasznosabb, ha az eloszlás térben vagy időben túl bonyolult ahhoz, hogy a terminális szöveteket be lehessen gyűjteni.
Martin rhesus-vizsgálata egy tiszta példa: a PET vakcina felvételt mutatott ki az inguinalis és a csípőcsomókban, a comb felvételétől számított 17 cm-re, és a szöveti fluoreszcencia a nanorészecskék antigénjét az FDC hálózatok köré helyezte a tüszőkben.
A fejlesztők számára az a tanulság, hogy a biológiai eloszlást a teljes transzlációs adatkészlet részeként kell olvasni, nem pedig önálló képként. A PET az egész test hosszanti nézetét{1}}adja; CT vagy MRI anatómiát ad; szöveti képalkotás megoldja a helyi részleteket; A PK/PD, az immunrendszer és a patológiai munka dönti el, hogy ez mit jelent. A vakcinák, nanorészecskék, biológiai szerek és sejtterápiák esetében ez a kombináció az, ami megmondja, hogyan viselkedik a jelölt valójában, mielőtt elérné a klinikát.
Ajánlott olvasmány
Molekuláris képalkotó biomarkerek: A transzlációs kutatás és gyógyszerfejlesztés előmozdítása
Miért kritikus az NHP molekuláris képalkotás a transzlációs PET-tanulmányok számára?
Mi az a molekuláris képalkotás, és miért fontos a gyógyszerfejlesztésben?
NHP Radionuclide Biodistribution Studies: Molecular Imaging for Translational Drug Development
Hivatkozások
Martin JT, Hartwell BL, Kumarapperuma SC és munkatársai. Kombinált PET és teljes-szöveti képalkotás a nyirokrendszert-célzó vakcinákról nem-ember főemlősökben.Bioanyagok. 2021;275:120868. doi:10.1016/j.bioanyagok.2021.120868.
GYIK
K: Mi az a PET biológiai eloszlási képalkotás az NHP vizsgálatokban?
V: Pozitron emitterrel felcímkézi a gyógyszert, biológiai anyagot, nanorészecskét vagy más vizsgálati anyagot, majd figyeli és méri, hogy az idő múlásával hova kerül az élő állatban. Lefedi a teljes testet és a regionális eloszlást, és a terminális szövetelemzés mellett működik, nem pedig helyettesíti azt.
K: Miért használjunk PET-képalkotást a hagyományos szövetgyűjtés helyett?
V: A szövetgyűjtés a tényleges anyagot méri, de minden időpontnak más állatra van szüksége, így csak pillanatképeket kap. A PET újra és újra leképezi ugyanazt az állatot, így a szétválasztott minták sorozata helyett az idő lefutását adja meg.
K: Mit mutatott ki a rhesus makákó vakcina vizsgálata?
V: Egy combon végzett oltás után a nyirokcsomók-célzó vakcina főként az inguinalis és a csípőcsomókban fordult elő, és a jel 17 cm-rel távolabbi csípőcsomókat ért el. A szöveti képalkotás a nanorészecskék antigénjét a B-sejttüszők FDC hálózatai köré helyezte.
K: Mutatja-e a PET-képalkotás a célpont elkötelezettségét vagy hatékonyságát?
V: Nem önmagában. A PET megmutatja, hová került a címke. A célzott elkötelezettséghez és hatékonysághoz szükség van a molekuláris, sejtes, funkcionális vagy patológiás adatokra, amelyek alátámasztják őket.
K: Mely radionuklidok használhatók PET biológiai eloszlási vizsgálatokhoz?
V: A szokásos készlet az18F, 68Ga, 64 Cu, 89 Zr, és124I. Válasszon az alapján, hogy a jelölt hogyan tisztul, mennyi ideig kell képet alkotnia, és mit tesz lehetővé a címkézési kémia és a nyomjelző stabilitása.
K: Kombinálható-e a PET más képalkotó módszerekkel az NHP vizsgálatokban?
V: Igen. A PET CT-vel vagy MRI-vel kiegészíti az anatómiát; szöveti fluoreszcencia, szövettan vagy immunhisztokémia kitölti a lokális és sejtes részleteket. A Prisys NHP platformja PET-CT-t, MRI-t, CT-t és DSA-t kínál az ilyen jellegű transzlációs munkákhoz.
