До-до-мозку в NHPs: 125I SPECT прикладне дослідження

Theгематоенцефалічний бар’єр(BBB) ​​є одним із основних обмежень у розробці ліків центральної нервової системи (ЦНС). Це обмежує надходження багатьох малих молекул і більшості біологічних препаратів у паренхіму мозку. Інтраназальний, абонос-до-розповсюдженнятому викликав інтерес, оскільки носова порожнина анатомічно пов'язана з ЦНС через нюховий і трійчастий шляхи. Ці шляхи можуть забезпечити доступ до мозку, що не пояснюється лише системним кровообігом.

Наукове завдання полягає не просто у виборі інтраназального шляху. Це має продемонструвати, куди потрапляє введений матеріал, скільки сигналу пов’язано з мозком, як цей сигнал змінюється з часом і чи відображає спостереження неушкоджений досліджуваний предмет, а не відокремлену мітку чи метаболіт. Фармакокінетика плазми (ФК) не може відповісти на ці питання.Забір спинномозкової рідини (ліквору).надає інформацію з обмеженого відсіку та обмеженої кількості моментів часу. Аналіз кінцевого мозку забезпечує прямі вимірювання тканини, але кожна тварина зазвичай робить одне кінцеве спостереження.

Радіоактивно мічениймолекулярне зображеннязабезпечує додатковий спосіб вирішення цих питань у -нелюдських приматів (NHP). Поєднуючи мічений радіоактивним ізотопом досліджуваний матеріал із серійною ОФЕКТ/КТ, дослідники можуть відслідковувати-зв’язаний із індикатором сигнал у мозку й у всьому тілі тієї самої тварини з часом. У цій статті обговорюється випадок міченого йодом-125 пептиду, представленого під часВебінар Prisys Biotech щодо молекулярної візуалізаціїі пояснює, що дизайн дослідження може, а що не може продемонструвати.

Чому ФК плазми недостатньо для оцінки доставки ЦНС

Системний вплив не еквівалентний впливу на мозок. Сполука може створювати вимірювані або навіть значні концентрації в плазмі, досягаючи лише обмежених концентрацій у мозку. Взаємозв'язок особливо важко інтерпретувати після інтраназального введення, оскільки введений матеріал може затримуватися в носовій порожнині, виводитися в дихальні шляхи, системно всмоктуватися або транспортуватися до ЦНС через місцеві анатомічні шляхи.

Відбір зразків СМР додає корисну інформацію, але СМР не є прямим замінником для кожного відділу мозку. Відбір зразків є інвазивним, забезпечує розріджені часові точки та може не відображати регіонального впливу паренхіми. Аналіз кінцевої тканини головного мозку є більш прямим, але поздовжня крива утримання вимагає окремих тварин для кожної кінцевої точки часу. Це збільшує кількість необхідних тварин і робить тривалість більш залежною від-варіальності між суб’єктами.

Ані плазмова ПК, ані окреме кінцеве вимірювання не дають повної просторової картини. Для інтраназальної програми ЦНС дослідникам також може знадобитися знати, чи досліджувана речовина залишається в носовій порожнині, досягає нижніх дихальних шляхів, поширюється в інші органи чи демонструє регіональний патерн у мозку. Це питання розподілу так само, як і питання концентрації.

Як радіоактивно мічений SPECT підтримує оцінку від-до-мозку

Дослідження молекулярної візуалізації починається з вибору радіонукліда та стратегії маркування, які відповідають досліджуваному продукту та очікуваному біологічному перебігу часу. У випадку вебінару пептид був позначений йодом-125 (125I), радіонуклідом із фізичним періодом напіврозпаду-приблизно 59,4 дня. Його відносно довгий фізичний-період напіврозпаду сумісний із серійним спостереженням від годин до днів, що важливо, коли утримання мозку може вийти за межі короткого вікна візуалізації широко використовуваних короткоживучих радіонуклідів ПЕТ.

Мічений матеріал вводять на рівні індикатора. Цей тип конструкції мікродози призначений для забезпечення виявленого сигналу зображення, мінімізуючи фармакологічні збурення міченого матеріалу. Це само по собі не означає, що мічений препарат поводиться ідентично неміченому терапевтичному засобу. Це питання залежить від місця мічення, специфічної активності, радіохімічної чистоти, формулювання та збереження біологічних властивостей вихідної молекули.

ОФЕКТ/КТ поєднує-отриману радіонуклідною молекулярну інформацію з анатомічною{1}}реєстрацією. Серійне сканування можна використовувати для оцінки:

• чи можна виявити-пов’язаний із мозком сигнал після інтраназального введення;
• анатомічний розподіл сигналу в межах зображення ЦНС;
• зміна сигналу-мозку з часом; і
• одночасне розташування в носовій порожнині, дихальних шляхах, легенях та інших органах у полі зору.

Отримані вимірювання найкраще інтерпретувати як сигнал-пов’язаного з індикатором або розподіл радіоміченого-матеріалу. Їх не слід автоматично описувати як інтактну вихідну-концентрацію препарату, якщо тільки стабільність мітки та біоаналіз ex vivo не підтверджують це тлумачення.

Приклад: серійний 125I SPECT після інтраназального введення пептиду в NHPs

Справа була проведена за допомогою трансляційних дослідницьких можливостей NHP Prisys Biotecha, радіохімії та можливостей молекулярної візуалізації. У дослідженні використовувався мічений йодом-125 пептид, який вводили інтраназально NHP.

Серійну візуалізацію SPECT проводили через 1, 24, 48, 72 і 96 годин після введення. Послідовність візуалізації була розроблена для дослідження присутності та розподілу радіоактивно міченого сигналу, пов’язаного з мозком-протягом кількох-денного періоду, замість того, щоб покладатися на одне кінцеве вимірювання.

Справа надала три пов’язані типи інформації. По-перше, після інтраназального введення спостерігали-зв’язаний із мозком сигнал, що підтверджує подальше дослідження доставки ЦНС. По-друге, розподіл сигналу можна оцінити між анатомічними ділянками мозку, а не розглядати як єдине-цінне значення мозку. По-третє, серійне сканування показало, як-пов’язаний із мозком сигнал змінювався протягом 96-годинного періоду спостереження, включаючи збереження виявленого сигналу протягом принаймні 72 годин, як було представлено на вебінарі.

Ці ж придбання також надали інформацію за межами ЦНС. Сигнал оцінювали в області носа, щоки, бронхів і легень. Це важливо, оскільки місцеве відкладення та дихальний кліренс можуть впливати на частку інтраназальної дози, яка залишається доступною для потенційного транспорту-до-мозку. Таким чином, дизайн візуалізації, який вивчає як ЦНС-, так і респіраторну диспозицію, може допомогти дослідникам інтерпретувати шлях доставки в цілому, а не зосереджуватися лише на остаточному зображенні мозку.

Що може дати дизайн дослідження

1. Чи виявляється-пов’язаний із мозком сигнал після інтраназального введення?

Серійна ОФЕКТ надає in vivo докази того, що радіоактивно мічений матеріал присутній у зображеній області мозку після введення. Це сильніше, ніж висновок про доставку ЦНС лише за впливом плазми. Результат слід описати точно: візуалізація демонструє-пов’язаний із мозком сигнал індикатора, але сам по собі він не підтверджує точний шлях транспортування чи встановлення того, що інтактний пептид потрапив у певний тип клітин мозку.

2. Де накопичується сигнал?

ОФЕКТ/КТ надає просторову інформацію на рівні, дозволеному модальністю, якістю реєстрації, методом реконструкції та роздільною здатністю-дослідження. Регіональний аналіз може показати, чи зосереджений сигнал у певних анатомічних областях. Це важливо для програм ЦНС, у яких усереднене-весь мозок може приховати регіональні відмінності в експозиції чи утриманні.

3. Як сигнал-мозку змінюється з часом?

Послідовність від 1- до 96-годин забезпечує курс часу в межах предмета. Дослідники можуть перевірити час до найвищого спостережуваного сигналу, стійкість у вікні спостереження та очевидне вимивання. Ці спостереження, отримані за допомогою візуалізації, можна розглядати поряд із даними про фармакокінетику плазми, CSF, фармакодинамічними кінцевими точками та вимірюваннями тканин ex vivo.

4. Куди йде залишок дози?

Зображення всього-тіла або розширеного-поля може виявити одночасний розподіл за межами мозку. Для інтраназального дозування особливо актуальні носова порожнина і дихальні шляхи. Розподіл периферичних органів також може допомогти визначити моделі експозиції, які можуть мати значення для безпеки, кліренсу або інтерпретації очевидної фракції доставки ЦНС.

5. Чи може дослідження зменшити залежність від кінцевої вибірки?

Серійна візуалізація дозволяє повторювати спостереження за тим самим суб’єктом, що може зменшити потребу призначати окремі кінцеві когорти для кожної точки часу. Ступінь будь-якого зменшення залежить від цілей дослідження, плану перевірки, кількості тварин, графіка візуалізації та необхідності прямого підтвердження ex vivo. Тому молекулярну візуалізацію слід розглядати як спосіб покращити інформацію, отриману в результаті дослідження на тваринах, а не як автоматичну заміну кінцевого аналізу.

Що візуалізація не встановлює сама по собі

Першим обмеженням є просторова та стільникова роздільна здатність. ОФЕКТ/КТ може локалізувати радіоактивно мічений сигнал в анатомічних областях, але він не може визначити, чи знаходиться матеріал усередині нейронів, гліальних клітин, судинних відділів або позаклітинного простору. Клітинна та субклітинна локалізація вимагає таких методів, як авторадіографія, гістологія, імуногістохімія або інші термінальні аналізи.

Друге обмеження стосується молекулярної ідентичності. Камера виявляє радіоактивний розпад ізотопу. Він не відрізняє інтактний пептид від радіоактивно міченого метаболіту або вільного йоду, якщо мітка вивільняється in vivo. Тому стабільність мітки слід оцінювати до та під час дослідження, якщо це доречно. Вибрані кінцеві часові точки можна поєднати з біоаналізом ex vivo, щоб визначити, наскільки сигнал зображення відповідає вихідному досліджуваному продукту.

Третім обмеженням є атрибуція маршруту. Сигнал, пов’язаний із-мозком після інтраназального введення, сумісний із доставкою в ЦНС, але сама по собі ОФЕКТ не може остаточно відрізнити прямий транспорт-до-мозку від системної абсорбції з подальшим проходженням ГЕБ або від комбінації шляхів. Висновки щодо -маршруту вимагають інтеграції з дизайном дослідження, даними про препарати, фармакокінетикою плазми та тканин, вимірюваннями ліквору, де це необхідно, і відповідними засобами контролю.

Ці обмеження не зменшують цінності візуалізації. Вони визначають, як слід використовувати дані. Серійне зображення може ідентифікувати регіони та моменти часу, які вимагають детального дослідження терміналу, дозволяючи роботі ex vivo зосередитися на конкретних питаннях, а не розподілятися між довільним часом.

Чому NHP є актуальними для розвитку носа-до-мозку

Гризуни залишаються корисними для скринінгу рецептури, вивчення механізмів і раннього підтвердження--концепції. Однак анатомія носа та фізіологія дихання гризунів відрізняються від людських. Гризуни дихають обов’язково носом, і нюховий епітелій займає пропорційно більшу частину носової порожнини. Ці особливості можуть впливати на відкладення та можуть призводити до більшого очевидного внеску нюхового транспорту, ніж очікувалося б у людей.

NHP надають ближчий анатомічний і фізіологічний контекст для вибраних питань трансляції, включаючи геометрію носової порожнини, організацію дихальних шляхів, схему дихання, анатомію ЦНС і сумісність із клінічними-еквівалентними зображеннями. Дані NHP не усувають невизначеність у перекладі людиною, і їх не слід інтерпретувати як пряме передбачення клінічного опромінення. Їхня цінність полягає в тому, що вони дозволяють оцінити маршрут, регіональний розподіл, утримання та системне розташування в моделі, яка має більше значення для анатомії людини, ніж стандартні дослідження на гризунах для деяких питань доставки.

Вибір виду повинен залишатися керованим питанням розвитку. Дослідження NHP є найбільш інформативним, якщо воно призначене для прийняття рішення, яке не може бути прийнято належним чином in vitro або на гризунах, наприклад вибір препарату, регіональний вплив на ЦНС, оцінка-пристрою для доставки або зв’язок між місцевим осадженням і системним впливом.

Інтеграція візуалізації з ФК, біоаналізом і фармакологією

Молекулярне зображення є найбільш корисним, коли воно планується як один із компонентів інтегрованого трансляційного набору даних. Дослідження від-до-мозку може поєднувати серійну ОФЕКТ/КТ з ФК плазми, взяттям зразків спинномозкової рідини, оцінкою назальної та дихальної систем, біоаналізом тканин, вимірюванням біомаркерів і фармакодинамічними кінцевими точками.

Ця інтеграція дозволяє порівнювати кілька рівнів доказів:

• Системний вплив:концентрація в плазмі, експозиція та кліренс;
• Просторова експозиція:регіональний мозок і периферійні -органи розподіл радіоактивно міченого матеріалу;
• Тимчасова експозиція:зміна сигналу від раннього періоду після-дози через пізнішу утримку або вимивання;
• Молекулярна ідентичність:частка сигналу, який можна віднести до інтактного вихідного матеріалу або відповідних метаболітів; і
• Біологічний ефект: цільове залучення, біомаркерна відповідь або функціональна фармакологія.

Жодного рівня не достатньо для кожної програми. Трансляційна інтерпретація стає сильнішою, коли сигнал візуалізації пов’язується з досліджуваним предметом, очікуваним механізмом і біологічною відповіддю, яка має відношення до терапевтичної гіпотези.

Роль Prisys Biotech у дослідженні візуалізації мозку NHP Nose{0}}to-

Prisys Biotech проводить трансляційні дослідження NHP, які можуть включати інтраназальне дозування, серійне молекулярне зображення, ФК/ФД, аналіз біомаркерів і додаткові оцінки тканин. Робочий процес може включати відбір радіонуклідів, радіомічення, підготовку й очищення після-мічення, контроль якості, -ОФЕКТ/КТ або ПЕТ/КТ великих тварин і кількісний аналіз зображень.

Матеріали вебінару описують робочі процеси маркування та візуалізації, застосовні до малих молекул, пептидів, білків, макромолекул, наноматеріалів і антитіл. Відповідний радіонуклід і модальність залежать від досліджуваного продукту, хімії маркування, очікуваної кінетики, необхідного вікна спостереження, чутливості та цілей дослідження. Ці параметри повинні бути встановлені під час планування дослідження, а не вибрані виключно на основі наявності інструменту.

Практична мета програм «від-до-мозку» полягає в тому, щоб пов’язати процедуру доставки з пакетом обґрунтованих доказів: де виявлено матеріал, як його розподіл змінюється з часом, яку частку сигналу можна віднести до батьківської молекули та чи пов’язано вплив із фармакологічним ефектом.

Висновок

Серійний 125I SPECT надає спосіб оцінити розподіл -пов’язаної з мозком і дихальної-системи після інтраназального введення пептиду в NHP. У випадку вебінару сканування через 1, 24, 48, 72 і 96 годин показало, як єдиний індикатор-рівня може генерувати поздовжню та просторову інформацію, включно з виявленим мозковим-сигналом протягом щонайменше 72 годин, як представила дослідницька група.

Цей метод незалежно не підтверджує точний-механізм транспортування-до-мозку, клітинну локалізацію чи незмінну-батьківську концентрацію. Ці запитання вимагають додаткового контролю, оцінки -стабільності мітки, біоаналізу та, за необхідності, методів термінальних тканин. Його цінність полягає в додаванні повторюваного перегляду in vivo розподілу та утримування до традиційної системи ФК і-аналізу тканин.

Для розробки лікарських засобів для ЦНС найбільш інформативним проектом зазвичай є не зображення, а біоаналіз. Це зображення разом із біоаналізом, фармакологією та відповідними кінцевими точками трансляції. Ця комбінація може підтримувати більш точні рішення щодо рецептури, дозування, регіонального впливу на ЦНС, утримання та наступного етапу доклінічної розробки.